On the influence of the shoulder kinematic chain on joint kinematics and musculotendon lengths during wheelchair propulsion estimated from multibody kinematics optimization

Multibody kinematic optimization is frequently used to assess shoulder kinematics during manual wheelchair (MWC) propulsion but multiple kinematics chains are available. It is hypothesized that these different kinematic chains affect marker tracking, shoulder kinematics and resulting musculotendon (MT) lengths. In this study, shoulder kinematics and MT lengths obtained from four shoulder kinematic chains (open-loop thorax-clavicle-scapula-humerus (M1), closed-loop with contact ellipsoid (M2), scapula rhythm from regression equations (M3), and a single ball-and- socket joint between the thorax and the humerus (M4) were compared. Right-side shoulder kinematics from seven subjects were obtained with 34 reflective markers and a scapula locator using an optoelectronic motion capture system while propelling on a MWC simulator. Data was processed based on the four models. Results showed the impact of shoulder kinematic chains on all studied variables. Marker reconstruction errors were found similar between M1 and M2 and lower than for M3 and M4. Few degrees of freedom (DoF) were noticeably different between M1 and M2, but all shoulder DoFs were significantly affected between M1 and M4. As a consequence of differences in joint kinematics, MT lengths were affected by the kinematic chain definition. The contact ellipsoid (M2) was found as a good trade-off between marker tracking and penetration avoidance of the scapula. The regression-based model (M3) was less efficient due to limited humerus elevation during MWC propulsion, as well as the ball-and-socket model (M4) which appeared not suitable for upper limbs activities, including MWC propulsion.This study has been self-funded by the Centre d'Etude et de Recherche sur l'Appareillage des Handicapés (Institution Nationale des Invalides), Créteil, France

Whole limb push-off work in people with transtibial amputation during slope ascent

Unilateral transtibial amputation impairs locomotion, especially in daily living outdoor situations. As an example, slope ascent requires specific gait adjustments such as hip power generation during single support followed by ankle power generation during second double support. Hip extensor strengthening could help peo- ple with transtibial amputation for hip propulsion in slope ascent (Langlois et al. 2014). Energy storage and return (ESAR) foot-ankle prostheses have been designed to absorb and release elastic energy in an attempt to restore some functions of the amputated limb. However, it remains unclear how ESAR feet contribute to center of mass propulsion, especially during slope ascent. Simple models were recently developed to globally analyze gait in an energetic point of view by computing the center of mass mechanical work (Donelan et al. 2002; Kuo et al. 2005). Particularly, several hypoth- eses permit to estimate for each lower limb the whole limb push-off work during double support (Kuo et al. 2005). Using this approach, step-to-step transition was investigated during level walking, in able- bodied subjects wearing prosthetic foot (Caputo & Collins 2014) and in people with transtibial and transfemoral amputation (Houdijk et al. 2009; Bonnet et al. 2014), and in slopes in able-bodied subjects (Franz et al. 2012). Up to now, no study quantified prosthetic and contralateral push-off work during slope ascent in a below-knee amputee population. Thus, the aim of the study is to investigate center of mass mechanical work adjustments during the propulsion period during slope ascent for two inclinations of slopes compared to level walking in people with transtibial amputation

Changes in Wheelchair Biomechanics Within the First 120 Minutes of Practice: Spatiotemporal Parameters, Handrim Forces, Motor Force, Rolling Resistance and Fore-Aft Stability

Purpose: During manual wheelchair (MWC) skill acquisition, users adapt their propulsion technique through changes in biomechanical parameters. This evolution is assumed to be driven towards a more efficient behavior. However, when no specific training protocol is provided to users, little is known about how they spontaneously adapt during overground MWC locomotion. For that purpose, we investigated this biomechanical spontaneous adaptation within the initial phase of low-intensity uninstructed training. Materials and methods: Eighteen novice able-bodied subjects were enrolled to perform 120min of unin- structed practice with a field MWC, distributed over 4 weeks. Subjects were tested during the very first minutes of the program, and after completion of the entire training protocol. Spatiotemporal parameters, handrim forces, motor force, rolling resistance and fore-aft stability were investigated using an instru- mented field wheelchair. Results: Participants rapidly increased linear velocity of the MWC, thanks to a higher propulsive force. This was achieved thanks to higher handrim forces, combined with an improved fraction of effective force for startup but not for propulsion. Despite changes in mechanical actions exerted by the user on the MWC, rolling resistance remained constant but the stability index was noticeably altered. Conclusion: Even if no indication is given, novice MWC users rapidly change their propulsion technique and increase their linear speed. Such improvements in MWC mobility are allowed by a mastering of the whole range of stability offered by the MWC, which raises the issue of safety on the MWC

Cluster analysis to investigate biomechanical changes during learning of manual wheelchair locomotion: a preliminary study

No abstract availabl

Comparison of shoulder kinematic chain models and their influence on kinematics and kinetics in the study of manual wheelchair propulsion

Several kinematic chains of the upper limbs have been designed in musculoskeletal models to investi- gate various upper extremity activities, including manual wheelchair propulsion. The aim of our study was to compare the effect of an ellipsoid mobilizer formulation to describe the motion of the scapu- lothoracic joint with respect to regression-based models on shoulder kinematics, shoulder kinetics and computational time, during manual wheelchair propulsion activities. Ten subjects, familiar with manual wheelchair propulsion, were equipped with reflective markers and performed start-up and propulsion cycles with an instrumented field wheelchair. Kinematic data obtained from the optoelectronic system and kinetic data measured by the sensors on the wheelchair were processed using the OpenSim software with three shoulder joint modeling versions (ellipsoid mobilizer, regression equations or fixed scapula) of an upper-limb musculoskeletal model. As expected, the results obtained with the three versions of the model varied, for both segment kinematics and shoulder kinetics. With respect to the model based on regression equations, the model describing the scapulothoracic joint as an ellipsoid could capture the kinematics of the upper limbs with higher fidelity. In addition, the mobilizer formulation allowed to com- pute consistent shoulder moments at a low computer processing cost. Further developments should be made to allow a subject-specific definition of the kinematic chain

Station géodésique CHTL du Rénag située sur la commune de Le Chatel (Savoie)

This image shows the Global Navigation Satellite System (GNSS), or geodetic station CHTL of the Résif-Rénag network. This station is located in the Le Chatel commune (Savoie). This station is part of the Résif-Rénag network, composed for the northern part of the French Alps of about twenty stations allowing the precise study (measurement of surface deformation in the order of mm) of the deformation of the French Alps. On this picture we can distinguish different elements constituting this geodetic station: i) the pylon, here a cylindrical pillar filled with concrete and sealed to the rock, ii) the satellite signal receiving antenna (sheltered under a radome to limit snow cover in winter). The data collected by the antenna + geodetic receiver unit (which decodes the electromagnetic signals emitted by the satellites and received by the antenna for recording in digital data format) are then transmitted by 3G modem to the ISTerre laboratory and then to the Résif-Rénag data center for archiving and made available to the scientific community. These data are also used by institutions such as the IGN or some surveyors.The French seismological and geodetic network Résif, a national research infrastructure dedicated to the observation and understanding of the structure and dynamics of the Internal Earth. Résif is based on high-tech observation networks, composed of seismological, geodetic and gravimetric instruments deployed in a dense manner throughout France. The data collected make it possible to study with high spatial and temporal resolution the deformation of the ground, surface and deep structures, seismicity on a local and global scale and natural hazards, and more particularly seismic events, on French territory. Résif is part of the European (EPOS - European Plate Observing System) and global systems of instruments used to image the Earth's interior as a whole and to study many natural phenomena.Cette image représente la station GNSS (Global Navigation Satellite System), ou géodésique, CHTL du réseau Résif-Rénag. Cette station est installée sur la commune de Le Chatel (Savoie). Cette station fait partie du réseau Résif-Rénag, composé pour la partie nord des Alpes françaises d’une vingtaine de stations permettant l’étude avec précision (mesure de vitesses annuelles de déplacement de l’ordre du mm) de la déformation des Alpes françaises. Sur ce cliché on peut distinguer différents éléments constituant cette station géodésique : i) le pylône, ici un pilier cylindrique rempli de béton et scellé au rocher, ii) l’antenne réceptrice des signaux satellites (abritée sous un radome pour limiter le recouvrement par la neige l’hiver). Les données collectées par l’ensemble antenne + récepteur géodésique (qui décode les signaux électromagnétiques émis par les satellites et reçus par l’antenne pour les enregistrés sous format de données numériques) sont ensuite transmis par modem 3G au laboratoire ISTerre puis au centre de données Résif-Rénag pour archivage et mise à disposition de la communauté scientifique. Ces données sont également exploitées par des organismes comme l’IGN ou encore certains géomètres.Le Réseau sismologique et géodésique français Résif est une infrastructure de recherche nationale dédiée à l’observation et la compréhension de la structure et de la dynamique Terre interne. Résif se base sur des réseaux d’observation de haut niveau technologique, composés d’instruments sismologiques, géodésiques et gravimétriques déployés de manière dense sur tout le territoire français. Les données recueillies permettent d’étudier avec une haute résolution spatio-temporelle la déformation du sol, les structures superficielles et profondes, la sismicité à l’échelle locale et globale et les aléas naturels, et plus particulièrement sismiques, sur le territoire français. Résif s’intègre aux dispositifs européens (EPOS - European Plate Observing System) et mondiaux d’instruments permettant d’imager l’intérieur de la Terre dans sa globalité et d’étudier de nombreux phénomènes naturels

Station géodésique CHTL du Rénag située sur la commune de Le Chatel (Savoie)

This image shows the Global Navigation Satellite System (GNSS), or geodetic station CHTL of the Résif-Rénag network. This station is located in the Le Chatel commune (Savoie). This station is part of the Résif-Rénag network, composed for the northern part of the French Alps of about twenty stations allowing the precise study (measurement of surface deformation in the order of mm) of the deformation of the French Alps. On this picture we can distinguish different elements constituting this geodetic station: i) the pylon, here a cylindrical pillar filled with concrete and sealed to the rock, ii) the satellite signal receiving antenna (sheltered under a radome to limit snow cover in winter). The data collected by the antenna + geodetic receiver unit (which decodes the electromagnetic signals emitted by the satellites and received by the antenna for recording in digital data format) are then transmitted by 3G modem to the ISTerre laboratory and then to the Résif-Rénag data center for archiving and made available to the scientific community. These data are also used by institutions such as the IGN or some surveyors.The French seismological and geodetic network Résif, a national research infrastructure dedicated to the observation and understanding of the structure and dynamics of the Internal Earth. Résif is based on high-tech observation networks, composed of seismological, geodetic and gravimetric instruments deployed in a dense manner throughout France. The data collected make it possible to study with high spatial and temporal resolution the deformation of the ground, surface and deep structures, seismicity on a local and global scale and natural hazards, and more particularly seismic events, on French territory. Résif is part of the European (EPOS - European Plate Observing System) and global systems of instruments used to image the Earth's interior as a whole and to study many natural phenomena.Cette image représente la station GNSS (Global Navigation Satellite System), ou géodésique, CHTL du réseau Résif-Rénag. Cette station est installée sur la commune de Le Chatel (Savoie). Cette station fait partie du réseau Résif-Rénag, composé pour la partie nord des Alpes françaises d’une vingtaine de stations permettant l’étude avec précision (mesure de vitesses annuelles de déplacement de l’ordre du mm) de la déformation des Alpes françaises. Sur ce cliché on peut distinguer différents éléments constituant cette station géodésique : i) le pylône, ici un pilier cylindrique rempli de béton et scellé au rocher, ii) l’antenne réceptrice des signaux satellites (abritée sous un radome pour limiter le recouvrement par la neige l’hiver). Les données collectées par l’ensemble antenne + récepteur géodésique (qui décode les signaux électromagnétiques émis par les satellites et reçus par l’antenne pour les enregistrés sous format de données numériques) sont ensuite transmis par modem 3G au laboratoire ISTerre puis au centre de données Résif-Rénag pour archivage et mise à disposition de la communauté scientifique. Ces données sont également exploitées par des organismes comme l’IGN ou encore certains géomètres.Le Réseau sismologique et géodésique français Résif est une infrastructure de recherche nationale dédiée à l’observation et la compréhension de la structure et de la dynamique Terre interne. Résif se base sur des réseaux d’observation de haut niveau technologique, composés d’instruments sismologiques, géodésiques et gravimétriques déployés de manière dense sur tout le territoire français. Les données recueillies permettent d’étudier avec une haute résolution spatio-temporelle la déformation du sol, les structures superficielles et profondes, la sismicité à l’échelle locale et globale et les aléas naturels, et plus particulièrement sismiques, sur le territoire français. Résif s’intègre aux dispositifs européens (EPOS - European Plate Observing System) et mondiaux d’instruments permettant d’imager l’intérieur de la Terre dans sa globalité et d’étudier de nombreux phénomènes naturels

Antenne GNSS de la station NATT du Rénag, située à Parves-et-Nattages (Ain)

The GNSS antenna is visible in the photo. It is part of the station NATT located in Parves-et-Nattages (Ain) and is integrated into the Permanent National GNSS Network (Rénag), part of Epos-France, a research infrastructure (RI) in the field of solid Earth, dedicated to observation. Its aim is to advance our knowledge of the Earth system in all its diversity and complexity. In October 2023, Epos-France took over from the French seismological and geodetic network Résif-Epos, which deployed modern instrumentation (seismometers, GNSS stations and gravimeters) across France to measure deformations of the Earth's surface. All French research on the solid Earth will gradually join the IR Epos-France, which represents the French participation in EPOS, the European research infrastructure whose mission is to integrate national and transnational IRs in charge of monitoring and understanding the dynamic and complex system of the solid Earth.L'antenne GNSS est visible sur la photo. Elle fait partie de la station NATT située à Parves-et-Nattages (Ain) et est intégrée au Réseau National GNSS Permanent (Rénag) intégré à Epos-France, une infrastructure de recherche (IR) dans le domaine Terre solide, dédiée à l’observation. Son objectif est de faire progresser notre connaissance du système Terre dans toute sa diversité et sa complexité. Epos-France a pris la suite, en octobre 2023, du Réseau sismologique et géodésique français Résif-Epos, qui a déployé sur le territoire national une instrumentation moderne (parcs de sismomètres, stations GNSS et gravimètres) qui mesure les déformations de la surface terrestre. Toutes les recherches françaises portant sur la Terre solide rejoindront progressivement l’IR Epos-France, qui représente la participation française à EPOS, l’infrastructure de recherche européenne dont la mission est d’intégrer les IR nationales et transnationales chargées de surveiller et comprendre le système dynamique et complexe de la Terre solide

Antenne GNSS de la station NATT du Rénag, située à Parves-et-Nattages (Ain)

The GNSS antenna is visible in the photo. It is part of the station NATT located in Parves-et-Nattages (Ain) and is integrated into the Permanent National GNSS Network (Rénag), part of Epos-France, a research infrastructure (RI) in the field of solid Earth, dedicated to observation. Its aim is to advance our knowledge of the Earth system in all its diversity and complexity. In October 2023, Epos-France took over from the French seismological and geodetic network Résif-Epos, which deployed modern instrumentation (seismometers, GNSS stations and gravimeters) across France to measure deformations of the Earth's surface. All French research on the solid Earth will gradually join the IR Epos-France, which represents the French participation in EPOS, the European research infrastructure whose mission is to integrate national and transnational IRs in charge of monitoring and understanding the dynamic and complex system of the solid Earth.L'antenne GNSS est visible sur la photo. Elle fait partie de la station NATT située à Parves-et-Nattages (Ain) et est intégrée au Réseau National GNSS Permanent (Rénag) intégré à Epos-France, une infrastructure de recherche (IR) dans le domaine Terre solide, dédiée à l’observation. Son objectif est de faire progresser notre connaissance du système Terre dans toute sa diversité et sa complexité. Epos-France a pris la suite, en octobre 2023, du Réseau sismologique et géodésique français Résif-Epos, qui a déployé sur le territoire national une instrumentation moderne (parcs de sismomètres, stations GNSS et gravimètres) qui mesure les déformations de la surface terrestre. Toutes les recherches françaises portant sur la Terre solide rejoindront progressivement l’IR Epos-France, qui représente la participation française à EPOS, l’infrastructure de recherche européenne dont la mission est d’intégrer les IR nationales et transnationales chargées de surveiller et comprendre le système dynamique et complexe de la Terre solide

Antenne GPSMob sur le glacier Vatnajökull durant une campagne en Islande

The picture shows the Leica AS10 GNSS antenna on a DT INSU tripod located on the Vatnajökull glacier (Iceland) during a mission in 2019. The measured point is BREM (Breidamörk) near Jokulsarlon. The purpose of this mission was, in addition to the renewal of the permanent GNSS stations of ISTerre, to remeasure the network south of Vatnajokull to monitor the impact of global warming inducing increasing isostatic readjustment and decreasing stresses on volcanoes capped by an ice cap. The instrument belongs to the National Mobile GNSS Park (GPSMob) which is part of Résif, a national research infrastructure dedicated to the observation and understanding of the structure and dynamics of the internal Earth. Résif is based on high-tech observation networks, composed of seismological, geodesic and gravimetric instruments deployed densely over the whole French territory. The data collected allow to study with a high spatio-temporal resolution the ground deformation, the superficial and deep structures, the seismicity at the local and global scale and the natural hazards, and more particularly the seismic ones, on the French territory. Résif is part of the European (EPOS - European Plate Observing System) and global systems of instruments allowing to image the interior of the Earth in its entirety and to study many natural phenomena.On peut voir sur la photo l'antenne GNSS Leica AS10 sur un tripode de la DT INSU située sur le glacier Vatnajökull (Islande) pendant une mission en 2019. Le point mesuré est BREM (Breidamörk) près de Jokulsarlon. Cette mission avait pour but, outre la jouvence des stations GNSS permanentes d'ISTerre, de remesurer le réseau au sud du Vatnajokull pour suivre l’impact du réchauffement climatique induisant un réajustement isostatique croissant et des diminutions de contraintes sur les volcans chapeautés par une calotte glaciaire. L'instrument appartient au Parc national GNSS mobile (GPSMob) qui fait partie de Résif, une infrastructure de recherche nationale dédiée à l’observation et la compréhension de la structure et de la dynamique Terre interne. Résif se base sur des réseaux d’observation de haut niveau technologique, composés d’instruments sismologiques, géodésiques et gravimétriques déployés de manière dense sur tout le territoire français. Les données recueillies permettent d’étudier avec une haute résolution spatio-temporelle la déformation du sol, les structures superficielles et profondes, la sismicité à l’échelle locale et globale et les aléas naturels, et plus particulièrement sismiques, sur le territoire français. Résif s’intègre aux dispositifs européens (EPOS - European Plate Observing System) et mondiaux d’instruments permettant d’imager l’intérieur de la Terre dans sa globalité et d’étudier de nombreux phénomènes naturels