Reliability and validity of active, passive and dynamic range of motion tests

Summary

The purposes of this project were to determine (a) the reliability of ROM and POM assessment methods for tests where an ankle joint brace was used and (b) the relationship between active and passive ROM and POM inversion measurements. The range of motion of the ankle joint complex for inversion was quantified using a range of motion apparatus. The inversion path of motion for the foot and the shoe was quantified using a high speed video System. The results of this study indicated: (a) Comprehensive functional tests of ankle joint braces using ROM and POM measurements showed maximal group differences of less than 1 degree between days for ROM (r_AROM = 0.96 and r_PROM = 0.93) and less than 1.5 degrees for POM measurements (r_POM = 0.88). (b) PROM measurements showed a consistent “creep” effect of about 2 degrees with increasing trial number during the first ten trials which must be taken into consideration for the design of the appropriate test protocol. (c) The correlation coefficient between AROM and POM was 0.37 and 0.44 between PROM and POM, suggesting that AROM and PROM measurements do not predict inversion during actual movement.

Definition of terminology:

Ankle joint complex (AJC): The combination of the talocrural and talocalcaneal joints which allow for the angular rotation and linear translation between the leg and the foot.

Range of motion (ROM): Maximal rotational movement of one body segment with respect to another body segment.

Active range of motion (AROM): Range of motion achieved by actively moving one segment with respect to the other segment, using muscle strength.

Passive range of motion (PROM): Range of motion achieved by applying a well defined external moment to one segment.

Path of motion (POM): Range of values of rotational movement of one segment relative to another segment during an actual movement.

Inversion: Inward rotation of the foot relative to the leg about an axis determined by the intersection of the transverse and sagittal planes of the foot.

Eversion: Outward rotation of the foot relative to the leg about an axis determined by the intersection of the transverse and sagittal planes of the foot.

Zusammenfassung:

Einleitung: Die Funktionalität von Sprunggelenksorthesen wird öfters mit Hilfe von Messungen des Bewegungsumfanges (range of motion = ROM) oder mit Hilfe von Messungen der Bewegungsausführung (path of motion = POM) während einer typischen Bewegung getestet. Messungen des Bewegungsumfanges werden typischerweise quasistatisch in einer Apparatur im Labor oder in der Klinik getestet, wobei der Fuß bezüglich des Unterschenkels aktiv oder passiv in verschiedene Stellungen gebracht wird. Messungen der dynamischen Bewegungsausführung werden typischerweise während einer definierten Bewegung mit Hilfe von Hochgeschwindigkeits-Film/Videoanalysen durchgeführt. Die Reliabilität und die Relevanz solcher Tests ist jedoch nicht bekannt. Die Zielsetzung dieser Studie bestand deshalb darin, (a) die Zuverlässigkeit von quasistatischen Bewegungsumfangsmessungen (ROM) und dynamischen Bewegungsausführungsmessungen (POM) für Situationen, in welchen Fußgelenksorthesen getragen werden, zu bestimmen, und (b) die Korrelation zwischen aktiver (AROM) und passiver (PROM) Fußinversion während klinischer Bewegungsumfangsmessungen auf der einen und Fußeversion während einer wirklichen Seitwärtsbewegung (POM) auf der anderen Seite zu bestimmen.

Methode: Der aktive und passive Bewegungsumfang des Fußes (AROM und PROM) wurde anhand einer speziellen Meßapparatur bestimmt. Der Fuß wurde in eine Apparatur eingespannt, die zwischen Fuß und Unterschenkel 6 Bewegungsfreiheitsgrade zuließ. Die Inversionsbewegung (POM) des Fußes und des Schuhs wurde mit Hilfe von Hochgeschwindigkeits-Video ermittelt. Die Versuchspersonen (n = 10) trugen standardisierte Schuhe bei welchen ein Loch in den Fersenbereich geschnitten war, um die Bewegung des Fußes und des Schuhs zu quantifizieren. Ein Test-Retest-Protokoll wurde für alle drei Testbedingungen (AROM, PROM, POM) verwendet mit einer durchschnittlichen Zeitdifferenz von vier Tagen zwischen dem ersten und dem zweiten Meßtag. Die Fußgelenksorthese, die für diesen Versuch verwendet wurde, war die Malleoloc-Orthese.

Resultate und Diskussion: Die Resultate der Studie können wie folgt zusammengefaßt werden:

• Die Tagesvariabilitäten für die ROM-Messungen waren kleiner als 1° mit Korrelationskoeffizienten zwischen dem ersten und dem zweiten Meßtag von r_AROM = 0,96 und r_PROM = 0,93. Die Tagesvariabilitäten für die POM-Messungen waren kleiner als 2° zwischen dem ersten und dem zweiten Meßtag mit einem Korrelationskoeffizienten zwischen den beiden Tagen von r_POM = 0,88. Tagesvariabilitäten sind aufgrund dieser Resultate nicht kritisch und können vernachlässigt werden.

• Unter den gleichen Versuchsbedingungen konnte bei PROM-Inversionsmessungen im Verlaufe der nacheinander folgenden Versuche ein Kriecheffekt im Umfang von 2° beobachtet werden. Der passive Inversions-Bewegungsumfang (PROM) war nach 8 Versuchen ca. 2° höher als beim ersten Versuch. Dieses Resultat muß dementsprechend in Zukunft bei solchen Messungen berücksichtigt werden.

• Die Korrelationskoeffizienten zwischen den aktiven und passiven ROM-Messungen (AROM und PROM) einerseits und den dynamischen Bewegungsumfangsmessungen (POM) andererseits betrugen lediglich 0,37 und 0,44 für die beiden Meßtage. Dieses Resultat deutet darauf hin, daß quasistatische Bewegungsumfangsmessungen nur wenig darüber aussagen, wie sich Fußgelenksorthesen während dynamischer Bewegungen verhalten.

Die Resultate dieser Studie deuten darauf hin, daß die Funktionalität von Fußgelenksorthesen im speziellen und Gelenksorthesen im allgemeinen mit einer Kombination von quasistatischen und dynamischen Bewegungstests durchgeführt werden sollte. Im besonderen wird vorgeschlagen, daß eine Analyse von wirklichen Bewegungen, für welche Bewegungsrestriktionen erzielt werden sollten, ins Testprogramm miteinbezogen werden soll, um relevante Aussagen über die Funktionalität von Gelenksorthesen zu erhalten.