Is seeing just believing? Measurement properties of visual assessment of Postural Orientation Errors (POEs) in people with anterior cruciate ligament injury

Abstract

Rupture of the anterior cruciate ligament (ACL) is a common knee injury among young physically active populations. The injury results in impaired physical functions, such as joint instability, limitations in daily activities and sport-specific activities, and worse movement quality, e.g., altered postural orientation. Postural orientation is defined as the ability to maintain alignment between body segments, and undesirable postural orientation is suggested to be a risk factor for subsequent injury. The “gold standard” for measuring postural orientation is with three-dimensional motion analysis. However, there is a need for a systematic feasible approach to evaluate postural orientation in the clinical setting, such as with visual assessment. Therefore, the primary aim of this thesis was to develop and evaluate clinically feasible measures of postural orientation in participants with or without lower extremity injury. Secondary aims were to evaluate sex differences in postural orientation and the association between postural orientation and other measures of physical function and self-reported outcomes, in men and women undergoing rehabilitation after ACL reconstruction.

One systematic review with meta-analysis was conducted to summarize measurement properties of visual assessment of postural orientation in healthy populations, and populations with lower extremity injury (paper I). Evaluation of measurement properties (i.e., face validity, interpretability, internal consistency, inter-rater reliability, and measurement error) of a test battery for visual assessment of postural orientation errors (POEs) in patients with ACL injury were reported in two cross-sectional studies (papers II–III). Sex differences in POE scores (i.e., total POE score, POE subscales activity of daily living (ADL) and sport, and segment-specific POEs across tasks) were investigated in one cross-sectional study (paper IV). In the same paper, the association between POE scores and hop performance and Patient-Reported Outcome Measures (PROMs) were evaluated, in men and women with ACL reconstruction, separately.

This thesis shows that visual assessment of the segment-specific POE knee medial-to-foot position (KMFP) is associated with two-dimensional and three-dimensional kinematic variables, and shows moderate to almost perfect reliability for the KMFP in healthy populations. For other segment-specific POEs or for patients with lower extremity injury there were not enough studies to permit any synthesis. The evaluation of measurement properties (face validity, interpretability, and internal consistency) of visual assessment of POEs during a variety of functional tasks in patients with ACL injury, resulted in the final test battery of 5 functional tasks (single-leg mini squat, stair descending, forward lunge, singe-leg hop for distance, and side-hop) and 6 segment-specific POEs (foot pronation, KMFP, femur medial to shank, femoral valgus, deviation of pelvis in any plane, and deviation of trunk in any plane). Women demonstrated worse POE scores compared with men and worse POE scores were associated with worse hop performance in women (especially the POE subscale ADL), but not in men.

The results from this thesis indicate that visual assessment of the segment-specific POE KMFP is valid and reliable in healthy populations. However, there is limited evidence of measurement properties for visual assessment of other segment-specific POEs, and in patients with lower extremity injuries. The test battery for visual assessment of POEs showed no floor or ceiling effects, high internal consistency, and good inter-rater reliability in patients with ACL injury. This indicates that visual assessment of POEs can be used in patients with ACL injury, both in research and in clinical practice. Furthermore, the results suggest that postural orientation should be evaluated separately for men and women, and that the POE subscale ADL could be used to help clinicians to decide when it is time to progress to jumping exercises during rehabilitation of ACL injuries.

Abstract (Swedish)

En främre korsbandsskada i knät är vanligt förekommande bland fysiskt aktiva personer inom sporter som innehåller vridningar, inbromsningar och snabba riktningsförändringar, såsom handboll och fotboll. Skadan kan exempelvis leda till en instabil knäled, försämrad funktion i vardagliga och idrottspecifika aktiviteter, försvagade lårmuskler, försämrad rörelsekvalité och nedsatt självskattad funktion och livskvalité. Förmågan att hoppa på ett ben, lårstyrka och självskattad knäfunktion är vanliga funktionsmått som utvärderas under rehabilitering av patienter med främre korsbandsskada. Försämrad rörelsekvalité är en möjlig riskfaktor för att drabbas av en ny knäskada. Rörelsekvalité är därmed ytterligare en faktor som anses vara viktig att utvärdera hos patienter med en främre korsbandsskada. Postural orientering, dvs. förmågan att positionera kroppsdelar i förhållande till varandra och omgivningen, är en del av rörelsekvalité. I denna avhandling benämner vi avvikande postural orientering som ”Postural Orientation Errors” (POEs). Tredimensionell rörelseanalys (med höghastighetskameror) anses vara ”gold standard” för att mäta postural orientering, men då utrustningen är dyr och kräver ett laboratorium är denna mätmetod inte praktiskt möjlig att använda kliniskt. Därmed behövs det en klinisk användbar metod för att mäta postural orientering, exempelvis med visuell bedömning. Det primära syftet med denna avhandling var därför att utvärdera kliniska mått på postural orientering hos personer med eller utan skada i nedre extremiteten. Sekundära syften var att undersöka om postural orientering skiljer sig mellan män och kvinnor, samt att undersöka eventuella samband mellan postural orientering och andra funktionsmått hos män respektive kvinnor som genomgår rehabilitering efter en främre korsbandsrekonstruktion.

En systematisk litteraturgranskning genomfördes för att sammanfatta mätegenskaper för olika metoder av visuell bedömning av POEs (exempelvis att metoderna mäter det de avser att mäta och att de är tillförlitliga och upprepningsbara) (studie I). Studier på personer med eller utan skada i nedre extremiteten var inkluderade i litteraturgranskningen. I två tvärsnittsstudier (studie II–III) utvecklades ett testbatteri för visuell bedömning av POEs, innehållande övningar med varierande svårighetsgrad för patienter med främre korsbandsskada. Testbatteriets mätegenskaper utvärderades för att säkerställa att testbatteriet mäter det vi avser att det ska mäta och att bedömningarna är tillförlitliga och upprepningsbara. Skillnad i POEs mellan män och kvinnor med främre korsbandsrekonstruktion undersöktes i en tvärsnittsstudie (studie IV). I samma studie undersöktes även sambandet mellan POEs och hoppförmåga och mellan POEs och självskattade variabler (så som knäfunktion och livskvalité).

Denna avhandling visar att visuell bedömning av knäts position i förhållande till foten är relaterad med vissa tvådimensionella och tredimensionella mått hos friska individer, samt att knäts position i förhållande till foten är tillförlitlig och upprepningsbar mellan olika bedömare och inom samma bedömare. Det fanns inte tillräckligt med studier på andra POEs eller på patienter med skada i nedre extremiteten för att sammanställa något resultat. Testbatteriet för visuell bedömning av POEs innehöll från början 9 funktionella test och 7 POEs. Ytterligare ett test och 2 POEs inkluderades i studie III. Flera funktionella test och POEs exkluderades successivt efter utvärderingar av olika mätegenskaper, vilket resulterade i det slutliga testbatteriet med 5 funktionella test (enbensknäböj, trappgång nerför, utfallssteg framåt, enbenslängdhopp och sidhopp) samt 6 POEs (fot, knä, lår, höft och bål). Avhandlingen visar även att kvinnor har sämre postural orientering jämfört med män, samt att sämre postural orientering är relaterad med kortare hopplängd och färre sidhopp hos kvinnor men inte hos män.

Resultaten från denna avhandling tyder på att visuell bedömning av knäts position i förhållande till foten kan användas hos friska populationer. Det behövs däremot fler studier på visuell bedömning av andra POEs, samt på patienter med skada i nedre extremiteten. Det slutgiltiga testbatteriet för visuell bedömning av POEs visade goda mätegenskaper hos patienter med främre korsbandsskada. Detta tyder på att visuell bedömning av POEs kan användas hos patienter med främre korsbandsskada, både vid forskning och i kliniken. Avhandlingens resultat tyder även på att kvinnor och män bör utvärderas separat med avseende på postural orientering, samt att visuell bedömning av POEs skulle kunna användas av kliniker som stöd vid beslut om progression i rehabilitering av främre korsbandsskada, exempelvis vid initiering av hoppövningar.

• author: Älmqvist Nae, Jenny
• supervisor: Eva Ageberg; Mark W. Creaby
• opponent: Professor Krosshaug, Tron, Norwegian school of sport sciences, Oslo
• organization: Sport Sciences (research group); Department of Health Sciences
• publishing date: 2020
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Physiotherapy
• keywords: knee injury, Lower extremity, Anterior Cruciate Ligament, orientation/spatial, Postural orientation, Performance-based measures, Reproducibility of results, Hop performance, Patient reported outcome measures
• in: Lund University, Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• issue: 2020:78
• pages: 80 pages
• defense location: Hörsal 01, Health Science Centre, Baravägen 3 i Lund
• defense date: 2020-06-11 09:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-7619-940-4
• project: Movement quality in people with knee injury: validity of visual rating of and contributing senorimotor factors for postural orientation errors
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 2f121fb4-52f0-41d6-84cb-11112353ebbd
• date added to LUP: 2020-05-15 15:13:13
• date last changed: 2020-05-25 10:29:37