Die Dynamik der Bewegungsabläufe der Fingergelenke beim Faustschluss

Zusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit werden die Bewegungsabläufe an den Fingergelenken beim Faustschluss dynamisch gemessen. Die Untersuchung, an der 10 Probanden teilnehmen, erfolgt mit dem TUB-Sensorhandschuh, der mit 14 Gelenkwinkelsensoren ausgerüstet ist. Im Median belaufen sich die Zeitspannen, die die einzelnen Gelenke für die Beugung zur Faust benötigen, etwa zwischen einer halben und einer Sekunde. Für jeden Finger zeigt sich ein charakteristisches Profil. Mittel- und Endgelenk erscheinen gekoppelt, wobei das Endgelenk zeitversetzt auf das Mittelgelenk folgt. Am Daumen folgt das Endgelenk auf das Grundgelenk. Das Fingergrundgelenk verhält sich am Beginn der Beugung variabler. Es kann entweder die Beugung eines Fingers einleiten oder mit seiner Beugung nach dem Mittelgelenk einsetzen. Der Abschluss der Fingerbewegung vollzieht sich demgegenüber einheitlich in dessen Grundgelenk. Mittel- und Endgelenk haben ihre Beugung vorher bereits beendet. Der Bewegungsumfang beläuft sich an den Fingergrundgelenken im Median zwischen 79 und 97 Grad, an den Mittelgelenken zwischen 87 und 90 Grad, an den Endgelenken zwischen 52 und 68 Grad, am Daumengrundgelenk auf 21 und am Daumenendgelenk auf 24 Grad. Die Koppelung von Mittel- und Endgelenk lässt sich auch hinsichtlich des Bewegungsumfangs nachweisen. Das Koppelungsverhältnis beträgt am Zeigefinger 0,77, an Mittel- und Ringfinger 0,75 und am Kleinfinger 0,57.

Abstract

The purpose of this study was to analyse motion patterns of the finger joints dynamically while making a fist. 10 subjects were examined using the TUB-sensor glove, which was equipped with 14 joint angle sensors. The median time it takes the finger joints to complete flexion until reaching the state of a closed fist ranges between 0.5 to 1.0 s. A specific pattern can be seen for every finger. The PIP and DIP joints appear to be linked, with the DIP trailing the PIP joint. At the thumb the IP is trailing the MCP joint. The MCP joint shows more variation at the beginning of flexion: while in some cases it initiates movement in a finger, in other cases its flexion falls behind the PIP joint movements. The completion of flexion is achieved by the MCP joints, with the PIP and DIP joints reaching their end of motion first. The range of motion (ROM) at the MCP joints shows a finger-dependent median of 79–97°. At the PIP joints the median lies between 87° and 90°, at the DIP joints between 52° and 68°. At the thumb it is 21° for the MCP and 24° for the IP joint. The linkage between PIP and DIP joints can also be seen when analysing the ROM. The coupling ratio amounts to 0.77 at the index finger, 0.75 at the middle and ring finger and 0.57 at the small finger.

Schlüsselwörter

Faustschluss - Bewegungsanalyse - Sensorhandschuh - Dynamik

Key words

fist closure - motion analysis - sensor glove - dynamics

Literatur

• 1 Mallon WJ, Brown HR, Nunley JA. Digital ranges of motion: Normal values in young adults.  J Hand Surg [Am]. 1991;  16 882-887
• 2 Solgaard S, Carstens A, Kramhoft M. et al . Reproducibility of goniometry of the wrist.  Scand J Rehab Med. 1986;  18 5-7
• 3 An KN, Chao EY, Cooney WP. et al . Normative model of human hand for biomechanical analysis.  J Biomechanics. 1979;  12 775-788
• 4 Chao EY, Opgrande JD, Axmear FE. Three-dimensional force analysis of finger joints in selected isometric hand functions.  J Biomechanics. 1976;  9 387-396
• 5 Landsmeer JMF, Long C. The mechanism of finger control, based on electromyograms and location analysis.  Acta anat. 1965;  60 330-347
• 6 Schuind F, Garcia-Elias M, Cooney WP. et al . Flexor tendon forces: In vivo measurements.  J Hand Surg [Am]. 1992;  17 291-298
• 7 Nimbarte AD, Kaz R, Li ZM. Finger joint motion generated by individual extrinsic muscles: A cadaveric study.  J Orthop Surg Res. 2008;  3 27-34
• 8 Chiu H-Y, Su FC, Wang S-T. et al . The motion analysis system and goniometry of the finger joints.  J Hand Surg [Br]. 1998;  23 788-791
• 9 Arbuckle JD, McGrouther DA. Measurement of the digital flexion and joint movement ranges.  J Hand Surg [Br]. 1995;  20 836-840
• 10 Nakamura M, Miyawaki C, Matsushita N. et al . Analysis of voluntary finger movements during hand tasks by a motor analyzer.  J Electromyography Kinesiology. 1998;  8 295-303
• 11 Hahn P, Krimmer H, Hradetzky A. et al . Quantitative analysis of the linkage between the interphalangeal joints of the index finger – An in vivo study.  J Hand Surg [Br]. 1995;  20 696-699
• 12 Hahn P, Heindl E. Does an ulnar nerve lesion influence the motion of the index finger?.  J Hand Surg [Br]. 1996;  21 252-254
• 13 Hume MC, Gellman H, McKellop H. et al . Functional range of motion of the joints of the hand.  J Hand Surg [Am]. 1990;  15 240-243
• 14 Cole KJ, Abbs JH. Coordination of three-joint digit movements for rapid finger-thumb grasp.  J Neurophysiol. 1986;  55 1407-1423
• 15 Darling WG, Cole KJ. Muscle activation patterns and kinetics of human index finger movements.  J Neurophysiol. 1990;  63 1098-1108
• 16 Kusunose K. Measurement of pinch angle of the joints of the thumb and the index finger using flexible goniometers.  J Jpn Soc Surg Hand. 1992;  94 541-545
• 17 Wise S, Gardner W, Sabelman E. et al . Evaluation of a fiberoptic glove for semi-automated goniometric measurements.  J Rehab Res Develop. 1990;  27 411-424
• 18 Rand DT, Nicol AC. An instrumented glove for monitoring MCP joint motion.  Proc Instn Mech Engrs. 1993;  207 207-210
• 19 Kessler GD, Hodges LF, Walker N. Evaluation of the CyberGlove as a whole hand input device.  ACM Transactions on Computer-Human Interaction. 1995;  2 263-283
• 20 Williams NW, Penrose JMT, Caddy CM. et al . A goniometric glove for clinical hand assessment – construction, calibration and validation.  J Hand Surg [Br]. 2000;  25 200-207
• 21 Gentner R, Classen J. Development and evaluation of a low-cost sensor glove for assessment of human finger movements in neurophysiological settings.  J Neurosci Methods. 2009;  178 138-147
• 22 Häger-Ross C, Schieber MH. Quantifying the independence of human finger movements: comparisons of digits, hands, and movement frequencies.  J Neurosci. 2000;  20 8542-8550
• 23 Ingram JN, Körding KP, Howard IS. et al . The statistics of natural hand movements.  Exp Brain Res. 2008;  188 223-236
• 24 Dipietro L, Sabatini AM, Dario P. Evaluation of an instrumented glove for hand-movement acquisition.  J Rehabil Res Dev. 2003;  40 179-189
• 25 Grinyagin IV, Biryukova EV, Maier MA. Kinematic and Dynamic Synergies of Human Precision-Grip Movements.  J Neurophysiol. 2005;  94 2284-2294
• 26 Santello M, Flanders M, Soechting JF. Patterns of Hand Motion during Grasping and the Influence of Sensory Guidance.  J Neurosci. 2002;  22 1426-1435
• 27 Hofmann FG, Heyer P, Hommel G. Velocity profile based recognition of dynamic gestures with discrete hidden Markov models. In: Wachsmuth I, Fröhlich M, eds Gesture and Sign Language in Human-Computer Interaction International Gesture Workshop Bielefeld, Germany; September 1997. Springer 1998: 81-95
• 28 Mentzel M, Hofmann F, Ebinger T. et al . Reproduzierbarkeit von Fingergelenkwinkelmessungen mit einem Sensorhandschuh.  Handchir Mikrochir Plast Chir. 2001;  33 59-64
• 29 Hradetzky A. Quantitative und qualitative Analyse der Kopplung zwischen Mittel- und Endgelenk der Finger der menschlichen Hand.  Eine In-vivo-Studie. Inaugural-Dissertation 1996; 

Korrespondenzadresse