Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

ב-Vivo כימות של ארתרוקינמטיקה היפ במהלך פעילויות נושאות משקל דינמיות באמצעות פלואורוסקופיה כפולה

Published: July 2, 2021 doi: 10.3791/62792
Automatic Translation
1,2, 1,3, 1,2,4,5
1Department of Orthopaedics, University of Utah, 2Scientific Computing and Imaging Institute, University of Utah, 3Department of Mechanical Engineering, University of Vermont, 4Department of Biomedical Engineering, University of Utah, 5Department of Physical Therapy, University of Utah

Summary

פלואורוסקופיה כפולה לוכדת במדויק בתנועה דינמית של ויואו של מפרקים אנושיים, אשר ניתן לדמיין ביחס לאנטומיה משוחזרת (למשל, ארתרוקינמטיקה). להלן, פרוטוקול מפורט לכימות ארתרוקינמטיקה הירך במהלך פעילויות נושאות משקל של חיי היומיום מוצג, כולל שילוב של פלואורוסקופיה כפולה עם לכידת תנועה מסורתית סמן העור.

Abstract

מספר פתולוגיות ירך יוחסו למורפולוגיה חריגה עם הנחה הבסיסית של ביומכניקה חריגה. עם זאת, יחסי מבנה-פונקציה ברמה המשותפת עדיין מאתגרים לכימות בשל קשיים במדידת תנועה משותפת דינמית מדויקת. שגיאות חפץ הרקמות הרכות הטבועות בלכידת תנועה של סמן עור אופטי מחמירות על ידי עומק מפרק הירך בתוך הגוף והמסה הגדולה של הרקמה הרכה המקיפה את המפרק. לכן, הקשר המורכב בין צורת העצם לבין קינמטיקה מפרק הירך קשה יותר ללמוד במדויק מאשר במפרקים אחרים. להלן פרוטוקול המשלב ארטרוגרפיה טומוגרפיה ממוחשבת (CT), שחזור תלת מימדי (תלת-ממדי) של תמונות נפחיות, פלואורוסקופיה כפולה ולכידת תנועה אופטית כדי למדוד במדויק את התנועה הדינמית של מפרק הירך. המחקרים הטכניים והקליניים שהפעילו פלואורוסקופיה כפולה כדי לחקור את קשרי תפקודי הצורה של הירך באמצעות פרוטוקול זה מסוכמים, והצעדים הספציפיים והשיקולים העתידיים לרכישת נתונים, עיבוד וניתוח מתוארים.

Introduction

מספר הניתוחים הכוללים של ארתרופלסטיקה בירך (THA) שבוצעו על מבוגרים בגילאי 45-64 שנים הסובלים מדלקת מפרקים ניוונית בירך (OA) יותר מהכפיל את עצמו בין 2000 ל -20101. בהתבסס על העלייה בהליכי THA בין השנים 2000 ל -2014, מחקר שנערך לאחרונה חזה כי המספר הכולל של הליכים שנתיים עשוי לשלש את עצמו בעשרים השנים הבאות2. עליות גדולות אלה בהליכי THA מדאיגות בהתחשב בכך שעלויות הטיפול הנוכחיות עולות על 18 מיליארד דולר בשנה בארצות הבריתלבדה 3.

דיספלזיה התפתחותית של הירך (DDH) ותסמונת ההפוגה הפמורואצטאבולית (FAIS), המתארות ירך מתחת או מוגבלת יתר על המידה, בהתאמה, הם האמינו להיות האטיולוגיה העיקרית של ירך OA4. השכיחות הגבוהה של עיוותים אלה בירך מבנית אצל אנשים העוברים THA תוארה בתחילה לפני יותר משלושהעשורים לפני 5. ובכל זאת, הקשר בין אנטומיה ירך חריגה דלקת מפרקים ניוונית אינו מובן היטב. אחד האתגרים לשיפור ההבנה העובדת של תפקיד העיוותים בהתפתחות OA הירך הוא כי מורפולוגיה ירך חריגה נפוצה מאוד בקרב מבוגרים יםמפטומטיים. ראוי לציין, מחקרים הבחינו מורפולוגיה הקשורים FAIS סוג פקה בכ 35% מהאוכלוסייה הכללית6, 83% של ספורטאים בכירים7, ויותר מ 95% של ספורטאים זכר קולג'ים8. במחקר אחר של ספורטאיות קולג'ים, ל-60% מהמשתתפים היו ראיות רדיוגרפיות של פקה FAIS, ול-30% היו עדויות ל-DDH9.

מחקרים המדגים שכיחות גבוהה של עיוותים בקרב אנשים ללא כאבי ירך מצביעים על האפשרות כי מורפולוגיה הקשורה בדרך כלל עם FAIS ו- DDH עשויה להיות גרסה טבעית שהופכת לסימפטומטית רק בתנאים מסוימים. עם זאת, האינטראקציה בין אנטומיה הירך וביומכניקה הירך אינה מובנת היטב. ראוי לציין, ישנם קשיים ידועים עם מדידת תנועה מפרק הירך באמצעות טכנולוגיית לכידת תנועה אופטית מסורתית. ראשית, המפרק הוא עמוק יחסית בתוך הגוף, כך המיקום של מרכז מפרק הירך קשה לזהות ולעקוב באופן דינמי באמצעות לכידת תנועה סמן עור אופטי, עם שגיאות באותו סדר גודל כמו רדיוס הראש הירך10,11. שנית, מפרק הירך מוקף בנפח גדול של רקמות רכות, כולל שומן ושרירים תת עוריים, הנעים יחסית לעצם הבסיסית, וכתוצאה מכך חפץרקמות רכות 12,13,14. לבסוף, באמצעות מעקב אופטי של סמני עור, קינמטיקה מוערכים ביחס לאנטומיה כללית ולכן אינם מספקים תובנה כיצד הבדלים מורפולוגיים עדינים עשויים להשפיע על הביומכניקה של המפרק.

כדי להתמודד עם היעדר קינמטיקה מדויקת בשילוב עם מורפולוגיה של עצם ספציפית לנושא, פותחו מערכות פלואורוסקופיה בודדות דו-פעמיות לניתוח מערכות מפרקים טבעיות אחרות15,16,17. עם זאת, טכנולוגיה זו הוחלה רק לאחרונה על מפרק הירך המקומי, ככל הנראה בשל הקושי להשיג תמונות באיכות גבוהה דרך הרקמה הרכה המקיפה את הירך. המתודולוגיה למדוד במדויק בתנועה מפרק הירך vivo ולהציג תנועה זו ביחס אנטומיה עצם ספציפית לנושא מתוארת להלן. הארתרוקינמטיקה המתקבלת מספקת יכולת שאין דומה לה לחקור את יחסי הגומלין העדינים בין מורפולוגיה של העצם לביומכניקה.

להלן, נהלי רכישת ועיבוד תמונות פלואורוסקופיה כפולות של הירך במהלך פעילויות של חיי היומיום תוארו. בשל הרצון ללכוד קינמטיקה של כל הגוף עם מעקב אחר סמן אופטי בו זמנית עם תמונות פלואורוסקופיה כפולות, פרוטוקול איסוף הנתונים דורש תיאום בין מספר מקורות נתונים. כיול מערכת הפלורוסקופיה הכפולה משתמש במבני פרספקס המושתלים בחרוזים מתכתיים שניתן לזהותם ישירות ולעקוב אחריהם כסמנים. לעומת זאת, תנועת עצם דינמית מתבצעת באמצעות מעקב ללא סמן, המשתמש רק בצפיפות הרדיוגרף מבוססת ה- CT של העצמות כדי להגדיר אוריינטציה. לאחר מכן מתבצע מעקב אחר תנועה דינמית בו-זמנית באמצעות נתוני פלואורוסקופיה ולכידת תנועה כפולים המסונכרנים באופן מרחבי וטמפורלי.

המערכות מסונכרנות באופן מרחבי במהלך הכיול באמצעות הדמיה בו-זמנית של קוביה עם סמנים רפלקטיביים וחרוזי מתכת מושתלים ויצירת מערכת קואורדינטות משותפת. המערכות מסונכרנות זמנית עבור כל פעילות או לכידה באמצעות גורם אלקטרוני מפוצל, אשר שולח אות לסיים את ההקלטה של מצלמות פלואורוסקופיה כפולה וקוטע קלט V קבוע למערכת לכידת התנועה. פרוטוקול מתואם זה מאפשר כימות המיקום של מקטעי הגוף הנופלים מחוץ לשדה הראייה המשולב של מערכת הפלורוסקופיה הכפולה, ביטוי של תוצאות קינמטיות ביחס לאירועים מנורמלים הליכות, ואפיון עיוות הרקמות הרכות סביב עצם הירך והאגן.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

נהלים המתוארים בפרוטוקול זה אושרו על ידי ועדת הבדיקה המוסדית של אוניברסיטת יוטה.

1. הדמיית ארתרוגרמה CT

  1. ארתרוגרמה18
    1. תזמן רדיולוג שרירים ושלד מאומן לבצע את הארתרוגרמה ישירות לפני הדמיית CT המתוזמנת.
    2. מקם את המשתתף על השולחן עם הירך של עניין בתחום הראייה של פלואורוסקופ קליני. מניחים שקי חול משני צדי הקרסול כדי למנוע סיבוב של הרגל והירך.
    3. הכן את העור כדי ליצור סביבה סטרילית. לסמן את המיקום שבו המחט תוכנס (צומת צוואר הראש הירך) ולהרגיז את הרקמה הרכה באתר ההזרקה עם 2-5 מ"ל של 1% לידוקאין.
    4. הכן פתרון של 20 מ"ל של 1% לידוקאין, 10 מ"ל של הזרקת iohexol, ו 0.1 מ"ל של 1 מ"ג / מ"ל (1:1000) אפינפרין במזרק מנעול luer 30 מ"ל.
    5. שתיים עד חמש דקות לאחר הזרקת הלידוקאין, הכנס מחט עמוד שדרה רק עד שהוא יוצר קשר עם צוואר הירך; לאמת את המיקום של המחט על ידי פלואורוסקופיה. הזריק כמות קטנה של הפתרון מוכן (<5 מ"ל) ולוודא כי הנוזל המוזרק כלול בתוך הקפסולה המשותפת עם תמונה של פלואורוסקופיה.
    6. הזריקו 20-30 מ"ל מתערובת הניגודיות. כאשר נצפתה התנגדות נוספת להזרקה, יש חבר צוות המחקר באופן ידני להחיל המתיחה על הירך על ידי משיכת הקרסול של המשתתף בעוד המשתתף תופס את ראש המיטה של השולחן להתנגד לתנועת פלג הגוף העליון. הזריקו את תערובת הניגודיות הנותרת, בהתאם לצורך.
    7. ודא על ידי פלואורוסקופיה כי סוכן הניגוד ממלא את החלל המשותף ומכסה את ראש הירך כאשר המתיחה מוחלת.
    8. העבירו את המטופל לסורק ה-CT בכיסא גלגלים או במיטה כדי למזער את אובדן הניגודיות בתוך הקפסולה המשותפת.
  2. מתיחות והדמיה CT
    1. עזור למשתתף לתנוחה עלובה על גנטרי ה-CT.
    2. מניחים את מכשיר הסד של המתיחה ארנבת מתחת לרגל העניין, להבטיח כי בר מרופד פרוקסימלי נח רק distal ל ischium. חבר את הוו ואת רצועות הלולאה סביב הירך והקרסול של המשתתף ולהחיל מתיחה קלה.
    3. לרכוש תמונת סקאוט ולהגדיר את שדה הראייה כדי לכלול את כל האגן ואת עצם הירך הפרוקסימלית רק מתחת trochanter פחות עבור הירכיים. הגדר שדה ראייה נפרד שיכלול את עצם הירך הדיסטלית ואת השוקה הפרוקסימלית לברכיים.
    4. החלת משיכה נוספת (יש חבר אחד של צוות המחקר למשוך על הקרסול בעוד אחר מהדק את הרצועה של קיבוע המתיחה ארנבת) כדי להבטיח הפרדה של המרחב המשותף. השג תמונות בעובי פרוסה של 120 קילוואט, עובי פרוסה של 1.0 מ"מ, 200 - 400 mAs לירך ו- 120 kVp, עובי פרוסה של 3.0 מ"מ ו- 150 mAs לברכיים. השתמש במינון CARE, בקרת חשיפה אוטומטית המווסתת את זרם הצינור בהתאם לאיכות התמונה, כדי למזער את נטל הקרינה למשתתף.
    5. שחרר והסר את התקן הסד של משיכת הארנבת. סייע למשתתף בתנוחת עמידה והבטח שהוא מרגיש בנוח לשים משקל ולהיות נייד על הגפה לפני שהוא מאפשר לו לעזוב.

2. הדמיה פלואורוסקופית כפולה

  1. כיוונון מערכת
    1. החל אנתרופומטריה19 כדי להעריך את גובה מפרק הירך בהתבסס על הגובה המדווח של המשתתף ולהשתמש במדידה זו כדי להעריך את הגובה הרצוי של מרכז שדה הראייה של המערכת.
    2. מקם את התעמצמות התמונה כ-50° זה מזה בצד ההליכון המכשירי המתאים לירך העניין (איור 1).
    3. מקם את פולטי הרנטגן כך שיצביעו לכיוון מגבירי התמונה. ודא שהמרחק בין מקור המולט לפנים של מגבירי התמונה הוא כ 100-110 ס"מ.
      הערה: המרחק המומלץ בין מקור המקרן לפנים של מגבירי התמונה ישתנה בהתאם למפרט המערכת והקולימטור בפולט קרני הרנטגן.
    4. חבר את מרכז הפנים של מעצים התמונה ואת פולט הרנטגן המתאים של כל זוג פלואורוסקופ באמצעות מחרוזות או קלטות מדידה. ודא כי המחרוזות (או הקלטות) חוצות במיקום הרצוי (כלומר, במיקום הצפוי של מפרק הירך).
    5. מצמידים את הלוח עם שלושה לייזרים לפולט ואת המראה לתמונה. הפעל את הלייזרים ועדר את היישור של כל פולט ומעצים תמונה בהתבסס על השתקפות הלייזרים בחזרה למקור הלייזר.
  2. תמונות כיול
    1. היכונו לשימוש בקרינה על ידי תפונת עופרת והצבת שילוט בכניסות לחדר. צמצם את החשיפה על-ידי כך שהצוות ילבש הגנה הכוללת אפוד עופרת, חצאית, כפפות ומשקפיים. הפעל את הפלורוסקופים ואפשר למערכות להתחמם, לפי הצורך.
    2. עבור כל תמונות הכיול, הגדר את הפלורוסקופים ל- 64 kVp ו- 1.4-1.6 mA, או לפי הצורך.
    3. פתח את תוכנת בקרת המצלמה במחשב ובחר את המצלמות המתאימות כעבד ואדון. השתמש בסנכרון חיצוני למצלמה הראשית ממצלמת העבד כדי לסנכרן את שתי המצלמות.
      הערה: עבור כל הפעילויות המוקלטות, שמור את אותן מסגרות משתי מצלמות הפלורוסקופיה הכפולות; מסגרות מזוהות עם מספר המייצג את מספר המסגרות לפני אות הגורם המפעיל האלקטרוני.
    4. אמת את יישור המערכת על-ידי הדבקת מכונת כביסה מתכתית עגולה למרכז מעצים התמונה והצמדת גוף הכוונת למפלט.
      הערה: לאחר אימות היישור, חשוב להימנע מיצירת קשר עם המערכת.
    5. חבר את רשת פרספקס לאחד ממעצמים תמונה באמצעות ברגים; למזער את הכוח שהוחל בתהליך זה כדי למנוע שינוי היישור. לרכוש תמונות פלואורוסקופיה ולשמור 100 מסגרות תמונה מכל מצלמת פלואורוסקופיה כפולה של הרשת. הסר את הרשת וחזור על התהליך עבור מחזק התמונה האחר.
    6. מקם את קוביית הכיול 3D בתוך שדה הראייה המשולב של שני הפלורוסקופים. כדי לעשות זאת, מקם את הקוביה על שרפרף או פלטפורמה שקופה לרדיו וודא באופן חזותי שרוב הקוביה או כולה נמצאת בשדה הראייה. כוון את הקוביה כך שחרוזי הכיול לא יחפפו לתצוגת מצלמת פלואורוסקופיה כפולה. השג תמונות ושמור 100 מסגרות תמונה של הקוביה.
    7. לפני הזזת הקוביה, מדוד ורשום את המיקום המשוער של מקור הקוביה מכל פולט באמצעות מערכת הקואורדינטות של הקוביה. הסר את הקוביה ואת כל הפלטפורמה המשויכת.
    8. מדוד ורשום את המרחק בין מקור הפולט לבין הפנים של מעצים התמונה עבור כל פלואורוסקופ.
    9. חבר את פרספקס החרוזים למוט ארוך או סרגל עם גומייה והזז אותו באופן אקראי כדי לספק תנועות הנעות לאורך כל שדה הראייה של המערכת. ודאו שצוות המחקר מודע לתוואי הקרינה וההגנה מפני שחיקה כדי למזער את החשיפה (ראו שלב 2.2.1). שמור 100 מסגרות תמונה של התנועה.
    10. אפס את שעון ההדמיה המשמש למעקב אחר זמן החשיפה.
  3. ניסוי סטטי והתאמה של פרמטרים
    1. מדוד את הגובה של הטרוכנוטר הגדול יותר כדי להבטיח שגובה המערכת מתאים למשתתף.
      1. למשיק את הירך כדי למצוא את הבולטות הגרמית של trochanter גדול יותר ולאתר את הנקודה העליונה ביותר, ככל האפשר.
      2. כמו trochanter גדול יותר הוא בערך באותו גובה כמו מפרק הירך, למדוד את הגובה מהרצפה לנקודה זו ולהשוות אותו להערכת הגובה המשמשת כדי להגדיר את מערכת פלואורוסקופיה כפולה.
      3. במידת הצורך, התאם את גובה המערכת וכייל מחדש בזמן שהמשתתף מוכן ללכידת נתונים.
    2. להכיר את המשתתף עם מערכת פלואורוסקופיה ולהודיע להם כי עליהם להודיע לצוות המחקר אם הם באים במגע עם כל הציוד במהלך הפגישה הדמיה, כמו מגע עם המערכת משפיע לרעה על הדיוק של הנתונים שלהם.
    3. יש המשתתף צעד על ההליכון ולעמוד בתוך שדה הראייה של מערכת פלואורוסקופיה כפולה. בדוק את יישור המשתתפים מנקודת המבט של כל פולט ושים לב לעמדה זו מנקודת המבט של המקום שבו כל חבר בצוות המחקר יעמוד או ישב במהלך ההדמיה.
    4. להעריך את פרמטרי ההדמיה (kVp ו- mA של כל פולט ואת החשיפה של מצלמות פלואורוסקופיה כפולה) בהתבסס על מדד מסת הגוף (BMI) של המשתתף ולהגדיר כל פלואורוסקופ בהתאם.
      הערה: עבור הקוהורטה המוזכרת, הגדרות פלואורוסקופיה נעו בין 78 ל 104 kVp ו 1.9-3.2 mA עם חשיפות מצלמה של 4.5-7.0 ms.
    5. השג תמונות של המשתתף במהלך העמידה והערך את התמונות עבור ניגודיות ושדה ראייה.
      הערה: kVp מוגבר משויך לפיזור קרני רנטגן מוגבר (מגביר רעש ומפחית ניגודיות), רזולוציית תמונה נמוכה יותר וניגודיות נמוכה יותר.
    6. התאם את הפרמטרים ו/או יישור המשתתפים וחזור על רכישת התמונה, לפי הצורך.
    7. שמור 100 פריימים של התמונות הסופיות שישמשו כניסיון סטטי.
  4. ניסויים דינמיים (איור 2)
    1. לפני תחילת ההדמיה הכפולה פלואורוסקופיה, יש המשתתף ללכת מרחק ידוע בזמן מתוזמן. השתמש באפשרות זו כדי לקבוע את מהירות ההליכה שנבחרה בעצמה הן עבור רמה והן הליכה בשיפוע על ההליכון.
    2. יש המשתתף דון צווארון בלוטת התריס עופרת כדי להגן על בלוטת התריס.
    3. במהלך רכישות דינמיות, יש החוקר לאייש את בקרת המצלמה פלואורוסקופיה כפול בתחנת העבודה פלואורוסקופיה כפול צעד מאחורי מגן עופרת ולצפות במשתתף דרך חלון הצפייה של המגן (איור 3).
    4. לביצועים של כל ניסויי ההליכה:
      1. יש ליידע את המשתתף לפני תחילת החגורה של ההליכון. שפר את מהירות ההליכון למהירות ההליכה המתאימה ותן להליכה של המשתתף לנרמל לפני איסוף התמונות.
      2. עבור כל פעילות הליכה, לרכוש ולשמור לפחות שני מחזורי הליכה מלאה.
      3. עבור פעילות ההליכה נוטה, יש המשתתף לרדת מההליכון. פתח את ההליכון, הגדר את השיפוע ל 5 °, ולנעול מחדש את ההליכון לפני שיש המשתתף צעד אחורה על ההליכון כדי לבצע את הפעילות.
      4. חזור על ההדמיה, כך שהפעילות תירשם פעמיים.
      5. חזור על אותו תהליך (שלב 2.4.4.3) כדי להוריד את ההליכון עם סיום הפעילות.
    5. עבור פעילויות הציר:
      1. יש המשתתף לסובב את תנוחת הגוף ואת הרגליים שלהם כ 45° מחזית ההליכון מול כיוון הציר. אם תרצה, ודא כי כל רגל ממוקמת לחלוטין על חגורה אחת של הליכון חגורה כפולה כדי לאפשר עיבוד פשוט של נתוני לוח הכוח.
      2. בקש מהמשתתף לבצע מספר צירים אל טווח התנועה הסופי שלהם וממנה תוך כדי צפייה ביישור האגן בטווח התנועה הסופי. ודא שהתנועה מבוצעת בצורה חלקה מכיוון שהציר אינו דורש האצה כדי להשיג את המיקום הסופי.
      3. בהתבסס על מיקום האגן בטווח התנועה הסופי, יש למשתתף לסובב ו / או לתרגם את רגליהם כך האגן פונה קדימה על ההליכון ואת הירך של עניין הוא באמצע שדה הראייה המשולב של פלואורוסקופים בסוף הציר.
      4. לאחר שהמיצב ממוטב, יש למשתתף לבצע את הציר במהלך הדמיה פלואורוסקופית כפולה ולשמור את כל המסגרות שבהן עצם הירך והאגן גלויים הן בתצוגות כפולות של מצלמת פלואורוסקופיה (כ -200-400 פריימים) הממורכזות בטווח הקצה של התנועה, ולוכדות כמה שיותר מהציר ככל האפשר.
      5. חזור על ההדמיה, כך שהפעילות תירשם פעמיים.
    6. לפעילות החטיפה-התוספת:
      1. יש המשתתף לעמוד בתחום הראייה של פלואורוסקופים ולהרים את הרגל של עניין כ 45 ° החוצה לצד שלהם. הזכר למשתתף להימנע מתנועת פלג צפונית וצמצם את טווח התנועה, במידת הצורך.
      2. לרכוש ולשמור את כל המסגרות שבהן עצם הירך והאגן גלויים הן בתצוגות כפולות של מצלמת פלואורוסקופיה (כ-200-400 פריימים).
      3. חזור על ההדמיה, כך שהפעילות תירשם פעמיים.
    7. עבור מרכז מפרק הירך הדינמי או פעילות קשתהכוכבים 20
      1. יש המשתתף לעמוד בשדה הראייה של מערכת פלואורוסקופיה כפולה ולהרים ולהוריד את רגלם באופן הקדמי ב 45 ° במרווחים של 180 °, מסתיים עם העלאה אחורית ונמוך יותר של רגלם. לפני הנחת רגלם בחזרה על הקרקע, יש המשתתף למול את רגלם ולחזור לעמדה עומדת.
    8. ברגע המשתתף נוח עם התנועה והוא יכול להשלים אותו בערך 6-8 s, לרכוש ולשמור תמונות של הפעילות.
      הערה: רק פעילות אחת נלכדת עם פלואורוסקופיה כפולה בשל אורך הניסוי.
  5. תמונות כיול נוספות
    1. אם בשלב כלשהו במהלך איסוף הנתונים, המשתתף מאמין שהם עשויים לבוא במגע עם כל חלק של הציוד פלואורוסקופי, לדמיין את הרשתות ואת הקוביה ולשמור את כל הקבצים לכיול.
    2. עם השלמת איסוף הנתונים, צלם את הרשתות והקובייה ושמור את כל הקבצים לכיול שישמשו כגיבוי אם מתעוררות בעיות כלשהן עם הכיול הראשוני.

3. לכידת תנועה של סמן העור והליכון מנוי

  1. כיוונון מערכת
    1. מיקוד מערכת לכידת התנועה האופטית על ההליכון(איור 3). בשל הבעיות הפוטנציאליות בהדמיית המשתתף בעודו בתחום הראייה של מערכת הפלורוסקופיה הכפולה, היו מוכנים למקם במדויק את מצלמות האינפרא אדום כדי להבטיח הדמיה מדויקת (איור 2).
    2. הפעל את המערכת והשתמש בערכת סמנים כדי להבטיח שמערכת הפלורוסקופיה הכפולה לא תמנע הדמיה של שדה הראייה הרצוי.
    3. בדוק כי הסמנים ברורים ומעגליים ולהתאים את המוקד של מצלמות אינפרא אדום, לפי הצורך.
    4. ודא כי פלואורוסקופים מכוסים כדי להפחית את כל משטחים רפלקטיביים. סקור כל מצלמת אינפרא-אדום והסוו את תצוגת המצלמה אם לא ניתן לכסות את האובייקטים המחזיקים.
    5. הגדר את תוכנת לכידת התנועה לקריאה באות V חיצוני מהגורם האלקטרוני המשמש לסיום רכישת המצלמה של מערכת הפלורוסקופיה הכפולה. השתמש בגורם מפעיל זה כדי לסנכרן זמנית את הנתונים משתי המערכות.
  2. כיול
    1. לאחר שהמערכת מופעלת ומוכנה, השתמש בשרביט הכיול הפעיל כדי לכייל בו זמנית את מצלמות לכידת התנועה האופטית והאינפרא-אדומה. ודא שהאזור כולו במערכת הפלורוסקופיה הכפולה נלכד ביסודיות במהלך הכיול תוך הימנעות ממגע עם ציוד כלשהו.
      הערה: תנועות שרביט הדומה לתרוכת מזון במחבת עבדו היטב.
    2. בשל החסימות הנגרמות על ידי מערכת פלואורוסקופיה כפולה, ערכי הכיול עשויים להיות גרועים יותר ממה שבדרך כלל נצפה עבור לכידת תנועה אופטית. בצע את הכיול כך שלכל מצלמות האינפרא-אדום יש שגיאות תמונה של פחות מ- 0.2.
      הערה: שגיאת התמונה עבור מצלמת הווידאו תהיה גבוהה יותר, אם כי עדיין פחות מ- 0.5. מצלמת הווידאו אינה משמשת במיוחד לכימות תנועה כלשהו, אלא רק להקלטה חזותית של לכידת התנועה.
    3. במהלך רכישת ניסוי הקוביה עבור פלואורוסקופיה כפולה, ללכוד גם את הקוביה עם התנועה ללכוד מצלמות אינפרא אדום. ודא שלקובייה יש סמנים רפלקטיביים המודבקים אליה כדי שהמיקום יצולם במצלמות הן ממערכות לכידת התנועה והן ממערכות פלואורוסקופיה כפולות.
  3. ערכת סימון ומיקום
    1. לפני הגעתו של המשתתף, לחתוך ולהחיל סרט דו צדדי (סרט פאה) לבסיס של 21 סמני עור רפלקטיבי כדורי. כדי להבטיח את אריכות הימים של הסמנים, ודא כי הסרט או כל עור לא בא במגע עם סמנים רפלקטיביים.
    2. עבור כל אחת מחמש לוחות הסמן (שתיים על הדק, שתיים על הירך, אחת על הגב; איור 4), יש למרוח דבק ספריי על צד העור של רצועת הבד ולעטוף אותו בחוזקה סביב המשתתף. בדוק עם המשתתף כי הרצועות מרגישות חזק (אבל לא לא נוח). יש לנקות את הידיים של כל דבק ריסוס עודף לפני דבק שאר סט הסמן.
    3. החל חמישה סמנים, המשמשים רק לכיול, על עצם הבריח, הברכיים המהוונות, ומליולי המהנדלי, בהתאמה.
    4. החל את 16 הסמנים הנותרים על קוצי הכסל העליונים הקדמיים (ASIS), קוצים כסליליים עליונים אחוריים (PSIS), טרוצנטר גדול יותר של עצם הירך בתמונה, כתפיים, עצם החזה, ברכיים לרוחב, מאלולי לרוחב ורגליים (איור 4).
    5. בקש מהמשתתף ליידע את צוות המחקר אם סמנים או רצועות כלשהם הופכים רופפים במהלך לכידת הנתונים.
  4. משפט סטטי
    1. יחד עם ניסוי העמידה הסטטית מפלואורוסקופיה כפולה, לכוד ניסיון עומד ללכידת תנועה.
    2. סמן את כל הסמנים. אם סמנים כלשהם אינם גלויים על-ידי לפחות שלוש מצלמות אינפרא-אדום במהלך הפעילות הסטטית שנרכשה, בצעו מחדש תמונה סטטית כדי להבטיח שכל הסמנים גלויים.
    3. הסר את הסמנים לכיול בלבד ויש לו את המשתתף לעשות צווארון בלוטת התריס כדי לספק הגנה מפני קרינה במהלך שארית איסוף הנתונים.
  5. ניסיונות דינמיים
    1. עבור כל אחד מהניסויים הדינמיים שנלכדו במערכת הפלורוסקופיה הכפולה, רכשו וידאו לכידת תנועה, והבטיחו שכל הסרטון הפלורוסקופי הכפול נמצא בגבולות רכישת לכידת התנועה.
    2. ודא כי השבר באות V 5 מההדק האלקטרוני של מערכת הפלורוסקופיה הכפולה נלכד בתוך כל ניסוי.

4. עיבוד קדם של תמונה

  1. דגם מבוסס CT
    1. פלח את עצם הירך הפרוקסימלית והדיסטלית של צד העניין ואת האגן כולו, שכן עצמות אלה משמשות למעקב ו /או לתאם יצירת מערכת.
    2. ודא כי הפילוחים מייצגים את צורת העצם בכל שלושת מישורי ההדמיה ונראים חלקים יחסית.
      הערה: היכולת לנתח ארתרוקינמטיקה תלויה בהשגת שחזורים באיכות גבוהה באמצעות פילוח זהיר.
    3. המר את נתוני התמונה לתו לא חתום (8 סיביות) והתאם לפי הצורך עם היסט ושינוי גודל כדי להפיק תמונה בטווח של 0 עד 255.
    4. בודדו רק את אזור העצם בתמונה שהוסבה וחתכו סביב גבולות העצם. הקלט את הממדים של התמונות שנחתכו.
    5. שמור כתבנית TIFF 2D.
    6. פתח את התמונה, שנה את הכתב ל- 16 סיביותושמור אותה כקובץ TIFF תלת-ממדי יחיד.
  2. שחזור פני השטח
    1. ליצור משטחים מתוויות פילוח, להחליק ולהשמיד את המשטחים באופן איטרטיבי, להבטיח כי הפנים לעולם לא יצומצמו על ידי יותר ממחצית בכל איטרציה אחת.
      הערה: באמצעות התהליך המתואר, מספר היעד של פרצופים הוא כ -30,000 עבור כל משטח עצם הירך הפרוקסימלי והדיסטלי ו -70,000 עבור כל משטח אגן המי.
    2. יצא כל משטח כרשת שינוי משטח בתבנית *.vtk לשימוש כקובץ מודל לזיהוי ציון דרך.
  3. זיהוי ציון דרך עבור מערכת הקואורדינטות
    1. זהה ציוני דרך של עצם הירך לדור מערכת קואורדינטות הירך(איור 5).
      הערה: הפרמטרים המופיעים להלן ספציפיים לתקנות הנתונים והפרוטוקולים שאליהם בוצעה הפניה; ייתכן שיהיה צורך לשנות ערכים כדי לבחור את ציוני הדרך כראוי.
      1. פתח את עצם הירך הפרוקסימלית כקובץ מודל. פתח את סרגל הכלים הצבה ואת החלונית נתונים כדי להוסיף שדה סטנדרטי של עקמומיות של 1-Princ, בחר חלקות של 10 ולאחר מכן הצג את התוצאה באופן חזותי. בחרו יתר על המידה את הפנים של ראש הירך והשתמשו באפשרות 'טווח בחירה' מהחלונית 'עריכה' כדי לכלול עקמומיות שלילית בלבד. בטל את הבחירה בפרצופים נבחרים שאינם שייכים לראש הירך. יש לייצא את משטח הראש הירך הזה כרשת משטח בתבנית *.k עבור כדור המתאים כדי לקבוע את מרכז ראש הירך.
      2. באמצעות תהליך דומה, להחיל עקמומיות 1-Princ על עצם הירך הדיסטלית עם החלקות של 5 ושוב לבחור טווח כדי לכלול רק את הפנים עם עקמומיות שלילית. ייצאו משטח קונדיל הירך הזה לצילינדר המתאים כדי לקבוע את הציר החציוני-לרוחב.
      3. החל עקמומיות 2-Princ על עצם הירך הדיסטלית, באמצעות חלקות של 3. הדגש את הרכסים של האפיקונדיל ובחר טווח באמצעות חיתוך עליון של -0.1. לייצא את הפרצופים האלה כדי ליצור מטוס ולהשתמש בו כדי לבודד את הפנים של condyles האחורי עבור להתאים את הצילינדר.
    2. זהה ציוני דרך של האגן לדור מערכת קואורדינטות האגן(איור 5).
      הערה: הפרמטרים המופיעים להלן ספציפיים לתקנות הנתונים והפרוטוקולים שאליהם בוצעה הפניה; ייתכן שיהיה צורך לשנות ערכים כדי לבחור את ציוני הדרך כראוי.
      1. עבור כל אגן hemi, יש למרוח עקמומיות של 2 פרינק עם חלקות של 5 ולבחור טווח כדי לכלול רק פרצופים חיוביים כדי לבודד את פני השטח של האצטבולום. לייצא את משטח lunate ולהשתמש כדור מתאים כדי לקבוע את מרכז acetabulum.
      2. יש למרוח מחדש את העקמומיות של 2-Princ עם חלקות של 2 ולבחור את כל הפנים עם עקמומיות פחות מ-0.15-כדי להדגיש את עמוד השדרה של האגן. בחר נקודות בקצה קוצים אלה המייצגים בצורה הטובה ביותר את ASIS ו- PSIS כציוני דרך ומקליטים אותם.

5. מעקב אחר תנועת עצם

  1. כיול
    1. זהה 12 חרוזים בתוך כל אחת מתמונות הקוביה ממצלמות הפלורוסקופיה הכפולות (שנאספו בשלב 2.2.6). בהתבסס על המרחקים המכוילים בין כל אחד מהחרוזים של הקוביה לבין המדידות של מיקום הקוביה בתוך מערכת הפלורוסקופיה הכפולה, לקבוע את הכיוון המרחבי של כל פלואורוסקופ באמצעות מזעור שגיאת הקרנת סכום הריבוע בין מיקומי החרוזים הצפויים והידועים.
    2. השתמשו בתמונות הרשת כדי לתקן עיוות תמונה ולהחיל את התיקון על כל התמונות המשויכות לתמונת רשת זו.
    3. השתמש בתמונות התנועה כדי לכמת את הדיוק הדינמי של המערכת והשתמש במעקב מבוסס סמן כדי לעקוב אחריה.
  2. מעקב ללא סמן
    1. הוסף את המיקום של ציוני הדרך שנבחרו לקובץ הפרמטרים הספציפי לעצמות ואסוף את המיקום הדינמי של ציוני דרך אלה במערכת הפלורוסקופיה הכפולה כפלט עבור כל המסגרות במעקב.
    2. קבע את המסגרות שיעקבו אחרהן (בהתבסס על הנתונים הקינומטיים מלכידה בתנועה, ראה שלב 6.1.2) ופתח את תוכנת המעקב ללא סמן עם קובץ הפרמטרים הספציפי לעצמות המשויך.
    3. בחר מסגרת בטווח הרצוי עם הדמיה טובה של העצם, וכוון ידנית את הרדיוגרף המשוחזר דיגיטלית המבוסס על CT (DRR) של עצם העניין (עצם הירך הפרוקסימלית או האגן המי) באמצעות שש דרגות החופש הזמינות בתוכנה (איור 6).
      הערה: כאשר רוב הניסויים מתחילים במצב דומה לעמידה, סביר להניח שמיקום ראשוני זה יכול לשמש כנקודת התחלה ראשונית עבור כל הניסויים.
    4. לאחר שה-DRR של העצם נראה מיושר היטב בשתי התצוגות, שמור את הפתרון על-ידי לחיצה על לחצן ידני בחלונית 'פתרונות'.
      הערה: בכל פעם שפתרון נשמר, פרמטרי הכיוון ומקדם המתאם הצולב מנורמלים מתווים לעיון. מקדם המתאם הצולב מנורמל מחושב בהתבסס על כל הפיקסלים עם ערכים שאינם אפס עבור פלואורוסקופ ועצמות DRRs.
    5. החל את שלב המיטוב של חיפוש הסיאן באלכסון (DHS) על-ידי לחיצה על לחצן DHS בחלונית 'פתרונות' וסקור את התוצאה. אם התוצאה הממוטבת מועדפת, עבור למסגרת הבאה; אחרת, בצעו את ההתאמות הדרושות ושמרו מחדש על-ידי לחיצה על הלחצן ידני בחלונית 'פתרונות'. חזור על שלב זה עד שיימצא פתרון משביע רצון.
      הערה: במקרה של ניגודיות תמונה גרועה, אלגוריתם האופטימיזציה לא תמיד יכול לייצר תוצאה משביעת רצון.
    6. עבור כל מסגרת חמישית, חזור על תהליך זה, תוך שימוש בפתרון עבור המסגרת הקודמת כנקודת התחלה. השתמש במיטוב המשרד לHS כדי להפוך את התהליך לאוטומטי.
    7. כדי להשלים את המעבר הראשון של המעקב, השתמש בכלי אחר המיישר אינטרפולציה באמצעות הקרנה ליניארית (LP) ומייעל פתרונות בין המסגרות הנמצאות במעקב על-ידי לחיצה על לחצן טווח של LP + DHS בחלונית Solutions. בחלון, הזן את ערכת המסגרות שיש לעקוב אחר ושתי המסגרות שישמשו לעיון.
      הערה: שתי מסגרות ההפניות יכולות להיות כל מסגרות בתוך ערכת המסגרות המזוהה. עם זאת, השימוש במסגרות הראשונות והאחרון מספק גבולות לכיוון העצמות בטווח המסגרות, אשר יכול להיות מועיל כאשר הניגודיות נמוכה.
    8. סקור ושכלל כל מסגרת של גירסת הניסיון, באמצעות פתרונות ידניים ומבוססים על DHS. השתמש בחלקת הפרמטרים כדי להבטיח כי מקדם המתאם גבוה מספיק וכי הכיוון של העצם אין קפיצות פתאומיות בכל פרמטר.
    9. כדי להבטיח מעקב מדויק, יש חוקר אחר לסקור את הפתרון עבור כל מסגרת ולבצע את כל השינויים הדרושים לפתרונות.
    10. חזור על שלבים 5.2.1-5.2.9 עבור כל עצם.
  3. הדמיה של תנועה
    1. פתח את משטחי הירך והאגן בתוכנה להדמיה קינמטית. במידת הצורך, המר את המשטחים לרשתות שינוי באמצעות הפונקציה convert ל- mesh. בחר את שני המשטחים וייצוא כרשת שינוי משטח בתבנית *.k.
    2. באמצעות הפלט ממעקב, צור קובץ טקסט עם שינויי הקואורדינטות עבור כל עצם ומסגרת.
      הערה: סדר המשטחים חייב להתאים לסדר התמורות.
    3. להדמיה של קינמטיקה, השתמש בכלי kinemat ובשני הקבצים לעיל מהשלבים 5.3.1 ו- 5.3.2 כדי להנפשת הקינטיקה. ודא כי הקינמטיקה המונפשת נראית סבירה וכי למשטחים יש מרחק מתאים ביניהם באמצעות משטח שקוף למחצה או כלי מרחק פני השטח. במידת הצורך, חזור לשלב 5.2.8.

6. ניתוח נתונים

  1. קינמטיקה של סמן העור
    1. בתוך תוכנת לכידת התנועה, תהליך אצווה את כל הקבצים כדי להחיל את המודל הסטטי ואת סמני התווית. לאחר השלמת המשפט, הסר כל מסלולים ללא תווית.
      הערה: בשל החסמים של מערכת פלואורוסקופיה כפולה, מילוי פער ידני יותר מהרגיל עשוי להידרש.
    2. השתמש בנתוני לוחיות הקינמיים והכוח כדי לזהות אירועים דינמיים, כגון מכת בוהן או עקב במהלך ההליכה או טווח תנועה מרבי לפעילויות ציר. קבע את מסגרות העניין למעקב אחר נתוני פלואורוסקופיה כפולים.
    3. יצא את כל נתוני הניסיון עבור עיבוד קינמטי בתבנית *.c3d, כולל נתונים אנלוגיים (כלומר, נתוני לוח הדקים וכוח) ומסלולי סמן.
    4. החל את קובץ תבנית המודל הרצוי (שנשמר כתבנית קובץ *.mdh) על גירסת הניסיון הסטטית ולאחר מכן הקצה מודל זה לקבצי התנועה.
      הערה: לניתוח, מודל גפיים תחתונות עם האגודה הבינלאומית הכללית של Biomechanics (ISB) ראש-הבטן-בית החזה (HAT) קטע אגן CODA, מודל מגזר אגן המוגדר על ידי שני ASIS ואת המרכז של ציוני דרך PSIS, שימש.
  2. קינמטיקה פלואורוסקופית כפולה
    1. לבודד מסגרות מעניינות, להבטיח כי רק מסגרות רציפות כי הם במעקב עבור עצם הירך והאגן כלולים.
    2. סינון עמדות ציון דרך באמצעות מסנן Lowpass Butterworth (תדירות ניתוק מנורמלת של 0.12 מניתוח שיורית ומסנן הזמנות4).
    3. השתמש במיקומים המסוננים של ציוני הדרך לאורך כל ניסוי תנועה כדי לעקוב אחר המיקום הדינמי של מערכת קואורדינטות הירך(איור 5).
      1. הגדר את מקור עצם הירך כמרכז ההתאמה לכדור של ראש הירך.
      2. הגדר את ציר עצם הירך z (ציר נחות-עליון) בין מרכז הברך למקור, הצבעה מעולה.
      3. הגדר את ציר עצם הירך x (ציר חציוני-לרוחב) כציר הארוך של צילינדר המותאם לתבלינים הירך, מצביע שמאלה. כדי לבודד את אזור התבלינים להיות מיוצג עם גליל, להתאים מטוס למשטחי epicondyle ולבודד את החלק האחורי של condyles הירך.
      4. הגדר את ציר עצם הירך y (הקדמי-אחורי) כמכפלה הצולבת של צירי z ו- x המוגדרים, המצביעים אחוריים. תקן את הכיוון של ציר ה- x כדי ליצור מערכת קואורדינטות אורתוגונלית.
    4. השתמש במיקומים המסוננים של ציוני הדרך לאורך כל ניסוי תנועה כדי לעקוב אחר המיקום הדינמי של מערכת קואורדינטות האגן(איור 5).
      1. הגדר את מקור האגן כמרכז של שני ציוני הדרך של ASIS.
      2. הגדר את ציר ה-y של האגן (ציר אחורי-הקדמי) בין מרכז שני ציוני הדרך של PSIS לבין המקור, והצביעו על קו הקדמי.
      3. הגדר את ציר ה-x של האגן (ציר חציוני-לרוחב) בין המקור לנקודת הציון הימנית של ASIS, והצביע ימינה.
      4. הגדר את ציר z באגן (ציר נחות-עליון) כמכפלה הצולבת של צירי ה- x וה- y המוגדרים, ומצביע בצורה מעולה. תקן את הכיוון של ציר ה- x כדי ליצור מערכת קואורדינטות אורתוגונלית.
    5. צור את מטריצת הסיבוב בין מערכות הקואורדינטות וחשב קינמטיקה משותפת לכל MacWilliams ומשוואת עמיתים 11 (איור 7)21.
    6. חשב תרגומים משותפים על ידי הפיכת המרחק הווקטורי בין מרכזי התאמת הכדור של ראש הירך לבין פני השטח של האצטבולום למערכת קואורדינטות האגן.
      הערה: פעולה זו מספקת וקטור יחיד המייצג תרגום משותף עבור כל מסגרת תמונה.
  3. ארתרוקינמטיקה
    1. דמיינו את הקינמטיקה כמתואר בשלב 5.3 כדי להאניש ארטרוקינמטיקה ספציפית לנושא(איור 8).
    2. החל את שדה הנתונים של מרחק פני השטח כדי למדוד מרחקים בין עצם הירך למשטחי האגן במהלך כל פעילות דינמית ( איור8).
      הערה: נתונים אלה מספקים גם כימות המרחק היחסי בין משטחים משותפים אך דורשים פרשנות לכימות תרגום משותף.
    3. יצא מרחקים משטח אל פני השטח באמצעות הכלי מרחק פני השטח כדי לכמת נתונים על-פני כל המשתתפים.
  4. השוואה עם לכידת תנועה של סמן עור
    1. באמצעות תמונות הקוביה וההפעלה מכל ניסוי תנועה, סנכרן באופן מרחבי ות זמני את מערכות הפלורוסקופיה הכפולה ולכידת התנועה.
    2. שנה את מיקומי ציון הדרך המשמשים ללכידת תנועה של סמן העור (כלומר, ASIS, PSIS, condyles) ממערכת קואורדינטות המעקב ללא סמן למערכת קואורדינטות לכידת התנועה.
    3. שלב נתונים אלה עם מיקומי הסמן מסמן העור לכידת תנועה וייבוא לניתוח ודיווח קינמטי וקינטי. התאם את הניתוח כדי להשתמש במיקומי פלואורוסקופיה כפולה או סמן עור עבור כל ציון דרך ולהשוות מיקומי ציון דרך וקינמטיקה בין שתי המערכות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

באמצעות פלואורוסקופיה כפולה כסטנדרט התייחסות, הדיוק של הערכות מבוססות סמן עור של מרכז מפרק הירך וההשפעה של חפץ רקמות רכות על מדידות קינמטיות וקינטיות היוכימותו 22,23,24. הדיוק המעולה של פלואורוסקופיה כפולה שימש אז לזיהוי הבדלים עדינים בקינמיקה של מפרקי האגן והירך בין חולים עם FAIS ומשתתפי בקרה סיסמפטומטיים25. ארתרוקינמטיקה מבוססת פלואורוסקופיה כפולה נותחה כדי לכמת כיסוי מפרק הירך, את הקשר בין מורפולוגיה לקינמיקה, ומרחקים בין העצם לעצם במהלך תנועות דינמיות26,27,28,29.

לפני פיתוח פרוטוקול לחקור קינמטיקה מפרק הירך נושאת משקל, המערכת אומתה בדגימות cadaveric עם חרוזי מתכת מושתלים במהלך בדיקות קליניות supine לדיוק בתוך 0.5 מ"מ ו 0.6 °30. לאחר אימות, קינמטיקה במהלך בדיקות קליניות נמדדו באמצעות פלואורוסקופיה כפולה בחולים עם FAIS ומשתתפי בקרה סיסימפטומטיים. התוצאות הראו כי חולים שינו את התנועה הן בסיבוב הפנימי והן בהוספה31.

באמצעות פלואורוסקופיה כפולה נושאת משקל כסטנדרט התייחסות, השגיאה בזיהוי המיקום של מרכז מפרק הירך, כמו גם השגיאות הנגרמות על ידי חפץ רקמות רכות נותחו לאחר מכן ישירות. שיטות פונקציונליות לזיהוי מרכז מפרק הירך, כלומר, תנועת קשת הכוכבים, זוהו כמדויקות יותר משיטות חזויות ומבוססות ציון דרך עם שגיאות של 11.0 ו -18.1 מ"מ, בהתאמה32. שגיאות דינמיות במרכז מפרק הירך היו דומות לאלה של עמידה; עם זאת, תוספת של 2.2 מ"מ של תנועת מרכז מפרק הירך מזויפת יוחסה לחפץ רקמות רכות, עם שגיאות של יותר מ -5 ס"מ במהלך תנועה דינמית עבור סמן trochanter גדול יותר23.

בנוסף לשגיאות בזיהוי מרכז מפרק הירך, זוויות מפרקים הוערכו על ידי יותר מ 20 ° בצירי סיבוב פנימי חיצוני23. בעוד שהערכת חסר של קינמטיקה היא סיבה לדאגה בפני עצמה, שגיאות אלה הפחיתו את טווח התנועה הנמדד ומשתנים קינטיים מחושבים אפילו בטווח נמוך של פעילויות תנועה, כגון הליכה24. עם זאת, נתונים קינמטיים פלואורוסקופיים כפולים מדויקים יכולים להיות קשים לשילוב במודלים של השלד והשרירים. באופן ספציפי, שגיאות סמן מודל היו כ 1 ס"מ בעת הפעלת קינמטיקה הפוכה עם שני מיקומי ציון דרך מבוססי פלואורוסקופיה. בעוד שגיאה זו קטנה יחסית לשגיאות 5 ס"מ עקב חפץ רקמות רכות שנמצא עבור נתוני לכידת תנועה של סמן העור, שגיאה כזו היא סדר גודל גדול יותר מזה של עמדות העצם הנמדדות על ידי פלואורוסקופיה כפולה.

בנוסף לכימות השגיאות בלכידת תנועה מסורתית של סמן העור, הדיוק והמתודולוגיה שמאחורי פלואורוסקופיה כפולה מספקים את היכולת להעריך אפילו הבדלים עדינים בקינמטיקה בין קבוצות, שאחרת עשויות להיות מוסתרות על ידי השגיאות של טכניקת המדידה. בעוד הבדלים בקינמיקה של מפרק הירך לא נצפו בין חולים עם מצלמת FAIS ומשתתפי בקרה סיסמפטומטיים, זוהו הבדלים בקינמיקה באגן שהיה קשה לזהות בנוכחות חפץ רקמות רכות זוהו25. הערכה זו דרשה השוואה ישירה בין קבוצות. יתר על כן, הקשר הפוטנציאלי בין וריאציה קינמטית ומורפולוגיה של העצם, כגון הסתה מימור הירך, נחקר גם27. ממצאים אלה הצביעו על הצורך להתחשב הן במורפולוגיה והן בביומכניקה באבחון פתולוגיות ירך ובתכנון טיפולים שמרניים או כירורגיים.

משוכה מרכזית בשימוש בנתונים ביומכניים במסגרת טיפול קליני היא ההבדל במערכות הקואורדינטות המשמשות ביומכנים ורופאים. במעבדה ביומכנית, ציוני הדרך המשמשים להגדרת מערכות קואורדינטות של עצם הירך והאגן מונעים על ידי היכולת לזהות ולעקוב אחר ציוני הדרך מפני העור במהלך תנועה דינמית. לעומת זאת, מערכות קואורדינטות כירורגיות מוגדרות באמצעות ציוני דרך גרמיים הניתנים לזיהוי במהלך ניתוח עם חולה עלה או נוטה. המעקב הישיר אחר עצם הירך והאגן בפלואורוסקופיה כפולה אפשר להעריך את ההשפעה של הגדרות מערכת קואורדינטות שונות על פלט קינמטי29. ההבדלים בין הגדרות מערכת קואורדינטות גרמו להיסט קינאמטי הגדול מ- 5°. עם זאת, קיזוזים אלה היו עקביים יחסית במהלך התנועה וניתן היה להסביר אותם באמצעות זיהוי ציון דרך גרמי.

השילוב של מורפולוגיה של עצם ספציפית לנושא וקינפטיקה — ארתרוקינמטיקה — מספק הערכה ברמה משותפת של צורה ותפקוד. עבור חולים עם DDH, תת כיסוי הירך נחשב הגורם לניוון, ולכן, מדידות של כיסוי משמשים בכבדות באבחון ותכנון כירורגי. למרבה הצער, מדידות אלה מוגבלות לעתים קרובות לתמונות סטטיות, המתקבלות עם עלון בודד, ורק בשני ממדים. ארתרוקינמטיקה כפולה שמקורה בפלואורוסקופיה שימשה למדידת השונות בכיסוי הירך במהלך פעילויות דינמיות26. חשוב לציין, נמצאו קשרים חזקים בין כיסוי בעמידה לכיסוי במהלך ההליכה כאשר הם מוערכים בשלמותם. עם זאת, הכיסוי האזורי השתנה הן באזורים הקדמיים והן בחלק האחורי של ראש הירך גם בשלב העמדה של ההליכה.

הפרעה חוץ מפרקית היא גורם לכאב בירך ובאזור שמסביב ומתארת מגע חריג בין עצם הירך לאזורים של האגן מחוץ לאצטבולום, כולל עמוד השדרה הכסל הימני והיעיל. האופי הדינמי של פגיעה ischiofemoral הוערך באמצעות השוואה של מדידות קליניות מבוססות MRI של מרחב ischiofemoral ואלה במהלך פעילויות דינמיות28. שם נצפתה ירידה בשטח באופן דינמי בהשוואה לאמצעים הקליניים הסטנדרטיים; הבדלים מבוססי מין, שלא ניתן היה לייחס להבדלים קינומטיים, זוהו גם הם. ניתן ליישם שיטות אלה גם כדי להעריך את המרחב המשותף באופן דינמי, ולספק תובנה לגבי השונות של מיקום ראש הירך בתוך האצטבולום והשונות בין קבוצות המטופלים (איור 8).

Figure 1
איור 1: מבט תקורה על מערכת הפלורוסקופיה הכפולה הממוקמת מעל ההליכון המכשירי לירך שמאלית. המערכת ממוקמת כדי למזער את השפעת הפיזור ולמקסם את שדה הראייה. מעצימות התמונה ממוקמות כ-100-110 ס"מ ממקור המפלט וזווית של 50 מעלות זו מזו. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: הצג מהצד הנגדי (מימין) של משתתף במהלך פעילויות דינמיות. המשתתף ממוקם בין שני מגבירי התמונה (II) כך ששדה הראייה של מערכת הפלורוסקופיה הכפולה מרוכז מעל מפרק הירך השמאלי. הליכה ברמה ושיפוע, צירי סיבוב פנימיים וחיצוניים ומגוון פעילויות תנועה מבוצעים על פלטפורמת הליכון. קיצור: FHJC = מרכז מפרק ירך פונקציונלי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: מבט תקורה של מערכת לכידת התנועה ביחס למערכת הפלורוסקופיה הכפולה. מערכת לכידת התנועה האופטית כוללת 10 מצלמות אינפרא-אדום ומצלמה אחת מבוססת וידאו והיא ממוקמת על מסגרת התלויה מהתקרה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: מבט אחורי ואחורי של ערכת הסמן המשמשת ללכידת תנועה של סמן העור. ישנם חמישה לוחות עם ארבעה סמנים כל אחד, אשר ממוקמים על הגב, הירכיים, ו שוקים של המשתתפים; כל הסמנים האחרים מוחלים ישירות על העור. סמני כיול מוסרים ללכידת תנועה דינמית. תוויות סמן שהוקדמו עם R או L מציינות סמנים בצד ימין או שמאל של הגוף; תוויות סמן המוצמדות ל- S, L, R, I, A או P מציינות מיקומי סמן בלוח סימון, במיוחד עליונים, שמאל, ימין, נחותים, הקדמיים או האחוריים, בהתאמה. קיצורים: *SHO = כתף; CLAV = מרכז הבריח; STRN = תחתית החזה; BACK_* = סמנים של צלחת להציב על הגב התחתון; *ILC = סמל איליאק; *ASI = עמוד שדרה כסלילי מעולה, עמוד השדרה העליון של כף המאזני; *PSI = עמוד השדרה הכסל העליון האחורי; GRT_TRO = טרוצנטר גדול יותר; *THI_* = סמנים של הצלחות המתאימות שהונחו על הירך; *KNE_M = קונדיל הירך המתייכר (ברך); *KNE_L = קונדיל הירך לרוחב (ברך); *TIB_* = סמנים של הלוחות המתאימים שהונחו על השוק (שוקה); *ANK_M = מילולוס מנדל (קרסול); *ANK_L = מלאולוס לרוחב; *5TH = מפרק metatarsophalangeal חמישי; *TOE = מפרק metatarsophalangeal הראשון; *HEE = קלקנוס (עקב). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: ציוני דרך ומערכות קואורדינטות של עצם הירך והאגן. ציוני דרך של עמוד שדרה כסלילי עליון פנימי דו-צדדי (ASIS; מגנטה) ועמוד השדרה הכסל העליון האחורי (PSIS; ציאן) ונקודות האמצע שלהם משמשים להגדרת מערכת הקואורדינטות של האגן. מרכז ראש הירך (כתום) ותבלי יך דו-צדדיים (ירוק), נקודת האמצע שלהם, והתאמה גליל של condyles משמשים להגדרת מערכת הקואורדינטות של עצם הירך (מוצג עבור עצם הירך השמאלית). הציר השלישי של כל עצם נקבע מהפרוס חוצה הצירים המוצגים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6: תמונות פלואורוסקופיה כפולות ומעקב נלווה ללא סמן של ירך שמאל. התמונות מוצגות לסיבוב מרבי של צירי הסיבוב החיצוניים והפנימיים (במרכז), עם התמונה מהפלואורוסקופ הקדמי (משמאל) והפלואורוסקופ האחורי (מימין). פתרונות מעקב ללא מרקר לאגן (למעלה) ולשרך הירך (למטה) לכל תמונת פלואורוסקופיה כפולה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 7
איור 7: קינאמטיקה כפולה נמדדה בפלואורוסקופיה. Kinematics עבור 100 פריימים המקיפים את הסיבוב המרבי (קו מנוקד אנכי) של צירי סיבוב חיצוניים ופנימיים עבור משתתף מייצג. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 8
איור 8: מרחק פני השטח מבוסס הארתרוקינמטיקה בין אגן שמאלי לירכיים. ארתרוקינמטיקה מוצגת לסיבוב מרבי של ציר הסיבוב החיצוני והפנימי (במרכז) עם דגמי עצם בהתאמה הנמדדים עם פלואורוסקופיה כפולה (חיצונית). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

פלואורוסקופיה כפולה היא כלי רב עוצמה לחקירה של in vivo kinematics, במיוחד עבור הירך, אשר קשה למדוד במדויק באמצעות לכידת תנועה אופטית מסורתית. עם זאת, ציוד פלואורוסקופיה מתמחה, שבו התקנה מערכת ייחודית עשויה להידרש בעת הדמיה מפרקים אחרים של גוף האדם. לדוגמה, מספר שינויים נעשו הרכבה של מגבירי התמונה, מיקום של המערכת, והגדרות של אנרגיית הקרן ביישום של פלואורוסקופיה כפולה לחקר של קינמטיקה הקרסול32,33,34,35. בנוסף לדרישת הכנה ניכרת למחקר, פלואורוסקופיה כפולה דורשת רכישה של נתונים נוספים, כולל הדמיה רפואית תלת-ממדית ולכידת תנועה מסורתית של סמן העור כדי לעקוב אחר קינמטיקה של כל הגוף, כמו גם לאחר עיבוד ממושך, כולל פילוח תמונת CT ומעקב ללא סמן של התמונות שנרכשו. למרבה המזל, נתונים מעובדים במלואם מפלורוסקופיה כפולה יכולים לשמש ביישומים שונים עם יכולות המגיעות הרבה מעבר לאלה הזמינות עם לכידת תנועה מסורתית.

לכידת תנועה אופטית מנצלת את תנועת הסמנים על העור כדי להעריך את תנוחות מקטע הגוף, בעוד פלואורוסקופיה כפולה מבוססת קרינה מאפשרת מדידה ישירה של תנוחות העצם בלבד. בעוד מאמץ משמעותי הוקדש לכמת דינמיקתרקמות רכותביחס לתנועת העצם 36,37, קשה מטבעו למדוד את דפוסי התנועה של המסה הגדולה של הרקמה הרכה בין השכבה החיצונית של העור לעצמות. עם זאת, עבור רקמות דקות יותר במגע ישיר עם העצמות, כגון הסחוס והלברום של הירך, השילוב של פלואורוסקופיה כפולה והדמיה ארתרוגרמה CT מספק את היכולת להעריך באופן דינמי את היחסים המרחביים שלהם. הנתונים שנאספו במהלך בדיקות קליניות supine שימשו כדי להראות כי המיקום של נזק נצפה קלינית לברום אצטאבולי מיושר עם המיקום של מגע בין עצם הירך ללברום במהלך בחינות פגיעה על-סף38. חשוב לציין, ניתוח זה זיהה כי אזור המגע הראשוני והגדול ביותר בין עצם הירך ללברום לא התיישר עם מיקום המרחק הקטן ביותר בין העצמות.

אנשים עם פתואנטומיה בירך נמצאים בסיכון לפגיעה בסחוס ובלברום. עם זאת, המנגנונים האחראים על פציעות chondrolabral אינם מובנים היטב. ככל הנראה, נתוני ארתרוקינמטיקה שנבנו מנתוני ארתרוגרמה CT ניתן לנתח כדי ללמוד את המכניקה של הסחוס והלברום. לדוגמה, ניתן לנתח ולפרש את החדירה הנצפית בין שחזורי פני השטח המייצגים רקמה רכה (למשל, לברום, סחוס) ועצם ולפרש אותה כדי להעריך את הזן שחווים רקמות אלה. עם זאת, אפילו טעויות קלות במעקב אחר קינמטיקה או שחזור של משטחים עלולות לגרום להבדלים דרסטיים בזנים המשוערים ובעומסים המפרקים. לכן, שיטות מידול מתקדמות יותר, כגון שיטת FE, עשוי להידרש להעריך באופן מקיף מכניקה chondrolabral בירך. נתונים מפלואורוסקופיה כפולה, לכידת תנועה מסורתית של סמן עור של קינמטיקה של כל הגוף, וההליכון המכשירי יכולים לשמש קלט עבור מודלים המעריכים את כוחות השריר ואת עומסי התגובה והמומנטים של המפרקים. נתונים קינטיים אלה יכולים לשמש לאחר מכן כתנאי טעינה לדגמי FE המעריכים לחצים וזנים כונדרלבריים.

בנוסף לשלבים הספציפיים הכרוכים בפרוטוקול, תזמון היבטים שונים של המחקר רלוונטי גם לרכישת נתונים מוצלחת. ראשית, במחקרים באמצעות הדמיית ארתרוגרמה, אשר פולשני מטבעו בשל הזרקת ניגודיות לתוך כמוסת הירך, הארתרוגרמה חייבת להתבצע מספר ימים לפני או בכל זמן לאחר השלמת ניסויי לכידת תנועה כדי למנוע כל השפעה על דפוסי התנועה של המטופל. שנית, כל הכיול חייב להתבצע לפני, אך רגע לפני הגעתו של המשתתף כדי להבטיח שתצורת המערכת לא תשנה בין כיול לרכישת תמונה. שלישית, יש להנחות את המשתתף לבצע ניסויים דינמיים בסדר אקראי כדי למנוע כל השפעה של הזמנה על ביצוע משימות.

שיקול מרכזי נוסף בשימוש בפלואורוסקופיה כפולה למדידת קינמטיקה בירך הוא חשיפה לקרינה. חשוב לציין, עם זאת, כי 80% של המינון המשוער שווה ערך של קרינה בפרוטוקול המתואר הוא מסריקת CT. פתרון אחד להפחתת החשיפה הוא החלפת הדמיית תהודה מגנטית (MRI) בהדמיית CT. בעוד MRI יכול לשמש לשחזור פני השטח, המעקב אחר תמונות פלואורוסקופיה כפולות מסתמך גם על הקרנה של צפיפות העצם מן רדיוגרפיות משוחזרות דיגיטלית. למרות ש-MRI אינו יכול למדוד ישירות את צפיפות העצם, רצפים ספציפיים, כגון מצב הד כפול יציב (DESS), מספקים הבחנה מסוימת בין עצם קליפת המוח הצפופה יותר לבין העצם הפחות צפופה. תמונות אלה יכולות להשתנות כך שיש להן מראה דומה לתמונות CT ועלול להפחית את חשיפת הקרינה של המשתתפים במחקרים כפולים פלואורוסקופיה.

בשל הכמות הגדולה של רקמות רכות המקיפות את מפרק הירך, יש אופטימיזציה של המיקום הספציפי של מערכת הפלורוסקופיה הכפולה כדי להפחית את פיזור קרני הרנטגן. המיקום של המשתתף ביחס למקרנים וזווית בין מגבירי התמונה נמצאו כגורמים חשובים. פרוטוקול זה מציין את המיקום של מערכת פלואורוסקופיה כפולה המשמשת לחקר תנועת הירך אצל המשתתפים במהלך פעילויות נושאות משקל. עם זאת, זה רלוונטי גם לציין כי קבוצת המשתתפים הוגבלה לאנשים עם BMI פחות מ 30 ק"ג / מ'2. מגבלת BMI דומה מומלצת בעת לכידת תמונות פלואורוסקופיה כפולות של מפרקים מוקפים במסות גדולות של רקמות רכות.

הפרוטוקול המתואר כאן ניתן ליישם על תצורות ומפרקים שונים של מערכת פלואורוסקופיה כפולה, כולל קינמטיקה של ירך נושאת עלים ומשקל, הן הליכון והן על הקרקע נושאת משקל קרסול קינפטיקה, וכתף ישיבה קינמטיקה16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25,  26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35. בשל התנועה הגלובלית המינימלית של מפרק הירך במהלך הליכון, הליכון מכשיר שימש להערכת קינמטיקה נושאת משקל של מפרק הירך. ללא הליכון או מערכת פלואורוסקופ נעה, ניתן יהיה ללכוד את מפרק הירך רק במהלך פעילויות המבוצעות בשדה ראייה מוגבל. עם זאת, השימוש הליכון אינו מתאים לכל המפרקים. כדוגמה, יישום פרוטוקול זה לחקירת קינמטיקה בקרסול במהלך הליכון תפס רק חלק קטן של הליכה בשל התנועה הטבועה של ההליכון32,35, בעוד הליכה מעל פני הקרקע הצליח ללכוד חלק גדול יותר של הליכה, המשתרעת על פני לפני שביתת עקב לאחר בוהן33,40,41.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

למחברים אין ניגודי אינטרסים.

Acknowledgments

מחקר זה נתמך על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (NIH) תחת מספרי מענקים S10 RR026565, R21 AR063844, F32 AR067075, R01 R077636, R56 AR074416, R01 GM083925. התוכן הוא באחריות המחברים בלבד ואינו מייצג בהכרח את הדעות הרשמיות של ה- NIH.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Amira Software ThermoFisher Scientific Version 6.0
Calibration Cube Custom 36 steel beads (3 mm diameter, spacing 6.35 cm, uncertainty 0.0036 mm)
Calibration Wand Vicon Active Wand
CT Scanner Siemens AG SOMATOM Definition 128 CT
Distortion Correction Grid Custom Acrylic plate with a grid of steel beads spaced 10 mm and 31 beads across the diameter (2 mm diameter)
Dynamic Calibration Plate Custom Acrylic plate with 3 steel beads spaced 30 mm (2 mm diameter, uncertainty 0.0013 mm)
Emitter (2) Varian Interay; remanufactured by Radiological Imaging Services Housing B-100/Tube A-142
Epinephrine Hospira Injection, USP 10 mg/mL
FEBioStudio Software FEBio.org Version 1.3 Mesh processing and kinematic visualization
Graphical Processing Unit Nvidia Tesla
Hare Traction Splint DynaMed Trac-III, Model No. 95201
High-speed Camera (2) Vision Research, Inc. Phantom Micro 3
Image Intensifier (2) Dunlee, Inc.; remanufactured by Radiological Imaging Services T12964P/S
Iohexol injection GE Healthcare Omnipaque 240 mgI/mL 517.7 mg iohexol, 1.21 mg tromethamine, 0.1 mg edetate calcium disodium per mL
ImageJ National Institutes of Health and Laboratory for Optical and Computational Instrumentation
Lidocaine HCl Hospira Injection, USP 10 mg/mL
Laser and Mirror Alignment System Custom Three lasers adhered to acrylic plate that attaches to emitter, mirror attaches to face of image intensifier
Markless Tracking Workbench Henry Ford Hospital, Custom Software Custom
MATLAB Software Mathworks, Inc. Version R2017b
Motion Capture Camera (10) Vicon Vantage
Nexus Software Vicon Version 2.8 Motion capture
Phantom Camera Control (PCC) Software Vision Research, Inc. Version 1.3
Pre-tape Spray Glue Mueller Sport Care Tuffner
Retroreflective Spherical Skin Markers 14 mm
Split Belt Fully Instrumented Treadmill Bertec Corporation Custom
Visual3D Software C-Motion Inc. Version 6.01 Kinematic processing

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. National Center for Health Statistics (US). Health, United States, 2016: with chartbook on long-term trends in health. National Center for Health Statistics. , Hyattsville (MD). Report No.: 2017-1232 (2016).
  2. Singh, J. A., Yu, S., Chen, L., Cleveland, J. D. Rates of total joint replacement in the United States: Future projections to 2020-2040 using the national inpatient sample. Journal of Rheumatology. 46 (9), 1134-1140 (2019).
  3. HCUPnet: A tool for identifying, tracking, and analyzing national hospital statistics. , Available from: https://hcupnet.ahrq.gov/ (2021).
  4. Ganz, R., Leunig, M., Leunig-Ganz, K., Harris, W. H. The etiology of osteoarthritis of the hip: An integrated mechanical concept. Clinical Orthopaedics and Related Research. 466 (2), 264-272 (2008).
  5. Harris, W. H. Etiology of osteoarthritis of the hip. Clinical Orthopaedics and Related Research. 213, 20-33 (1986).
  6. Frank, J. M., et al. Prevalence of femoroacetabular impingement imaging findings in asymptomatic volunteers: A systematic review. Arthroscopy - Journal of Arthroscopic and Related Surgery. 31 (6), 1199-1204 (2015).
  7. Anderson, L. A., et al. The 2015 Frank Stinchfield Award: Radiographic Abnormalities Common in Senior Athletes With Well-functioning Hips but Not Associated With Osteoarthritis. Clinical Orthopaedics and Related Research. 474 (2), 342-352 (2016).
  8. Kapron, A. L., et al. Radiographic prevalence of femoroacetabular impingement in collegiate football players: AAOS exhibit selection. Journal of Bone and Joint Surgery - Series A. 93 (19), 1-10 (2011).
  9. Kapron, A. L., et al. The Prevalence of radiographic findings of structural hip deformities in female collegiate athletes. American Journal of Sports Medicine. 43 (6), 1324-1330 (2015).
  10. Garling, E. H., et al. Soft-tissue artefact assessment during step-up using fluoroscopy and skin-mounted markers. Journal of Biomechanics. 40, Suppl 1 18-24 (2007).
  11. Fuller, J., Liu, L. J., Murphy, M. C., Mann, R. W. A comparison of lower-extremity skeletal kinematics measured using skin-and pin-mounted markers. Human Movement Science. 16 (2-3), 219-242 (1997).
  12. Leardini, A., Chiari, A., Della Croce, U., Cappozzo, A. Human movement analysis using stereophotogrammetry Part 3. Soft tissue artifact assessment and compensation. Gait and Posture. 21 (2), 212-225 (2005).
  13. Peters, A., Galna, B., Sangeux, M., Morris, M., Baker, R. Quantification of soft tissue artifact in lower limb human motion analysis: A systematic review. Gait and Posture. 31 (1), 1-8 (2010).
  14. Camomilla, V., Dumas, R., Cappozzo, A. Human movement analysis: The soft tissue artefact issue. Journal of Biomechanics. 62, 1-4 (2017).
  15. Miranda, D. L., Rainbow, M. J., Crisco, J. J., Fleming, B. C. Kinematic differences between optical motion capture and biplanar videoradiography during a jump-cut maneuver. Journal of Biomechanics. 46 (3), 567-573 (2013).
  16. Lin, C. C., Lu, T. W., Lu, H. L., Kuo, M. Y., Hsu, H. C. Effects of soft tissue artifacts on differentiating kinematic differences between natural and replaced knee joints during functional activity. Gait and Posture. 46, 154-160 (2016).
  17. Kessler, S. E., et al. A direct comparison of biplanar videoradiography and optical motion capture for foot and ankle kinematics. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 7, 199 (2019).
  18. Henak, C. R., et al. Computed tomography arthrography with traction in the human hip for three-dimensional reconstruction of cartilage and the acetabular labrum. Clinical Radiology. 69 (10), 381-391 (2014).
  19. Winter, D. A. Biomechanics and motor control of human movement. , John Wiley and Sons Inc. (2009).
  20. Camomilla, V., Cereatti, A., Vannozzi, G., Cappozzo, A. An optimized protocol for hip joint centre determination using the functional method. Journal of Biomechanics. 39 (6), 1096-1106 (2006).
  21. MacWilliams, B. A., Davis, R. B. Addressing some misperceptions of the joint coordinate system. Journal of Biomechanical Engineering. 135 (5), 54506 (2013).
  22. Fiorentino, N. M., et al. Accuracy of functional and predictive methods to calculate the hip joint center in young non-pathologic asymptomatic adults with dual fluoroscopy as a reference standard. Annals of Biomedical Engineering. 44 (7), 2168-2180 (2016).
  23. Fiorentino, N. M., Atkins, P. R., Kutschke, M. J., Foreman, K. B., Anderson, A. E. In-vivo quantification of dynamic hip joint center errors and soft tissue artifact. Gait and Posture. 50, 246-251 (2016).
  24. Fiorentino, N. M., Atkins, P. R., Kutschke, M. J., Bo Foreman, K., Anderson, A. E. Soft tissue artifact causes underestimation of hip joint kinematics and kinetics in a rigid-body musculoskeletal model. Journal of Biomechanics. 108, 109890 (2020).
  25. Atkins, P. R., et al. In vivo pelvic and hip joint kinematics in patients with cam femoroacetabular impingement syndrome: a dual fluoroscopy study. Journal of Orthopaedic Research. 38 (4), 823-833 (2020).
  26. Uemura, K., Atkins, P. R., Maas, S. A., Peters, C. L., Anderson, A. E. Three-dimensional femoral head coverage in the standing position represents that measured in vivo during gait. Clinical Anatomy. 31 (8), 1177-1183 (2018).
  27. Uemura, K., Atkins, P. R., Fiorentino, N. M., Anderson, A. E. Hip rotation during standing and dynamic activities and the compensatory effect of femoral anteversion: An in-vivo analysis of asymptomatic young adults using three-dimensional computed tomography models and dual fluoroscopy. Gait and Posture. 61, 276-281 (2018).
  28. Atkins, P. R., et al. In vivo measurements of the ischiofemoral space in recreationally active participants during dynamic activities: a high-speed dual fluoroscopy study. American Journal of Sports Medicine. 45 (12), 2901-2910 (2017).
  29. Uemura, K., Atkins, P. R., Anderson, A. E. The effect of using different coordinate systems on in-vivo hip angles can be estimated from computed tomography images. Journal of Biomechanics. 95, 109318 (2019).
  30. Kapron, A. L., et al. Accuracy and feasibility of dual fluoroscopy and model-based tracking to quantify in vivo hip kinematics during clinical exams. Journal of Applied Biomechanics. 30 (3), 461-470 (2014).
  31. Kapron, A. L., Aoki, S. K., Peters, C. L., Anderson, A. E. In-vivo hip arthrokinematics during supine clinical exams: Application to the study of femoroacetabular impingement. Journal of Biomechanics. 48 (11), 2879-2886 (2015).
  32. Roach, K. E., et al. In vivo kinematics of the tibiotalar and subtalar joints in asymptomatic subjects: a high-speed dual fluoroscopy study. Journal of Biomechanical Engineering. 138 (9), 0910061-0910069 (2016).
  33. Roach, K. E., Foreman, K. B., Barg, A., Saltzman, C. L., Anderson, A. E. Application of high-speed dual fluoroscopy to study in vivo tibiotalar and subtalar kinematics in patients with chronic ankle instability and asymptomatic control subjects during dynamic activities. Foot and Ankle International. 38 (11), 1236-1248 (2017).
  34. Lenz, A. L., et al. Compensatory motion of the subtalar joint following tibiotalar arthrodesis: an in vivo dual-fluoroscopy imaging study. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 102 (7), 600-608 (2020).
  35. Wang, B. Accuracy and feasibility of high-speed dual fluoroscopy and model-based tracking to measure in vivo ankle arthrokinematics. Gait and Posture. 41 (4), 888-893 (2015).
  36. Challis, J. H., Pain, M. T. G. Soft tissue motion influences skeletal loads during impacts. Exercise and Sport Sciences Reviews. 36 (2), 71-75 (2008).
  37. Dumas, R., Jacquelin, E. Stiffness of a wobbling mass models analysed by a smooth orthogonal decomposition of the skin movement relative to the underlying bone. Journal of Biomechanics. 62, 47-52 (2017).
  38. Kapron, A. L., Aoki, S. K., Peters, C. L., Anderson, A. E. Subject-specific patterns of femur-labrum contact are complex and vary in asymptomatic hips and hips with femoroacetabular impingement. Clinical Orthopaedics and Related Research. 472 (12), 3912-3922 (2014).
  39. Fiorentino, N. M., et al. Soft tissue artifact causes significant errors in the calculation of joint angles and range of motion at the hip. Gait and Posture. 55, 184-190 (2017).
  40. Nichols, J. A., Roach, K. E., Fiorentino, N. M., Anderson, A. E. Subject-specific axes of rotation based on talar morphology do not improve predictions of tibiotalar and subtalar joint kinematics. Annals of Biomedical Engineering. 45 (9), 2109-2121 (2017).
  41. Nichols, J. A., Roach, K. E., Fiorentino, N. M., Anderson, A. E. Predicting tibiotalar and subtalar joint angles from skin-marker data with dual-fluoroscopy as a reference standard. Gait and Posture. 49, 136-143 (2016).
  42. Kolz, C. W., et al. Reliable interpretation of scapular kinematics depends on coordinate system definition. Gait and Posture. 81, 183-190 (2020).
  43. Kolz, C. W., et al. Age-related differences in humerothoracic, scapulothoracic, and glenohumeral kinematics during elevation and rotation motions. Journal of Biomechanics. 117, 110266 (2021).

Tags

רפואה גיליון 173 פלואורוסקופיה כפולה וידאו-ראדיוגרפיה דו-כנפית קינמטיקה ארתרוקינמטיקה ירך מעקב ללא סמן
<em>ב-Vivo</em> כימות של ארתרוקינמטיקה היפ במהלך פעילויות נושאות משקל דינמיות באמצעות פלואורוסקופיה כפולה
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Atkins, P. R., Fiorentino, N. M.,… More

Atkins, P. R., Fiorentino, N. M., Anderson, A. E. In Vivo Quantification of Hip Arthrokinematics during Dynamic Weight-bearing Activities using Dual Fluoroscopy. J. Vis. Exp. (173), e62792, doi:10.3791/62792 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter