Waiting
Login processing...

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

Medicine

In Vivo Çift Floroskopi Kullanılarak Dinamik Ağırlık Taşıyan Faaliyetler Sırasında Kalça Arthrokinematics Nicelliği

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

Çift floroskopi, yeniden yapılandırılmış anatomiye (örneğin, arthrokinematics) göre görselleştirilebilen insan eklemlerinin in vivo dinamik hareketini doğru bir şekilde yakalar. Burada, günlük yaşam ağırlık taşıma faaliyetleri sırasında kalça artrokinematiklerini ölçmek için, çift floroskopinin geleneksel cilt işaretleyici hareket yakalama ile entegrasyonu da dahil olmak üzere ayrıntılı bir protokol sunulmaktadır.

Abstract

Çeşitli kalça patolojileri anormal morfolojiye atfedilmiştir ve alttaki anormal biyomekanik varsayımı vardır. Bununla birlikte, eklem seviyesindeki yapı-fonksiyon ilişkilerinin, dinamik eklem hareketinin doğru ölçülmese de güçlükler nedeniyle ölçülmesi zor olmaya devam etmektedir. Optik cilt işaretleyici hareket yakalamanın doğasında bulunan yumuşak doku yapıt hataları, vücuttaki kalça ekleminin derinliği ve eklemi çevreleyen büyük yumuşak doku kütlesi ile daha da şiddetlenir. Bu nedenle, kemik şekli ve kalça eklem kinematiği arasındaki karmaşık ilişkinin doğru çalışması diğer eklemlere göre daha zordur. Burada, kalça ekleminin dinamik hareketini doğru bir şekilde ölçmek için bilgisayarlı tomografi (BT) artrografisi, hacimsel görüntülerin üç boyutlu (3D) rekonstrüksiyonu, çift floroskopi ve optik hareket yakalamayı içeren bir protokol sunulmaktadır. Bu protokolü kullanarak kalçanın form fonksiyon ilişkilerini incelemek için çift floroskopi uygulayan teknik ve klinik çalışmalar özetlenmiş, veri toplama, işleme ve analiz için belirli adımlar ve gelecekteki hususlar açıklanmıştır.

Introduction

Kalça osteoartritinden (OA) muzdarip 45-64 yaş arası yetişkinlere yapılan toplam kalça artroplasti (THA) prosedürlerinin sayısı 2000 ve 2010 yılları arasında iki kattan fazla artmıştır1. THA prosedürlerinde 2000'den 2014'e kadar olan artışlara dayanarak, yeni bir çalışma, yıllık prosedürlerin toplam sayısının önümüzdeki yirmi yıl boyunca üç katına çıkabileceğini öngördü2. THA prosedürlerindeki bu büyük artışlar, mevcut tedavi maliyetlerinin sadece Amerika Birleşik Devletleri'nde yılda 18 milyar doları aştığı düşünüldüğünde endişevericidir 3.

Kalçanın gelişimsel displazisi (DDH) ve sırasıyla az veya aşırı kısıtlı bir kalçayı tanımlayan femoroasetabular impingement sendromunun (FAIS), kalça OA4'ünbirincil etiyolojisi olduğuna inanılmaktadır. THA uygulanan bireylerde bu yapısal kalça deformitelerinin yüksek prevalansı başlangıçta otuz yıldan fazla bir süre önce tanımlanmıştır5. Yine de anormal kalça anatomisi ile osteoartrit arasındaki ilişki iyi anlaşılamamıştır. Kalça OA gelişiminde deformitelerin rolünün çalışma anlayışını geliştirmenin bir zorluğu, anormal kalça morfolojisinin asemptomatik yetişkinler arasında çok yaygın olmasıdır. Özellikle, çalışmalar genel nüfusun yaklaşık% 35'inde cam tipi FAIS ile ilişkili morfolojiyi gözlemlemiştir6, üst düzey sporcuların% 83'ü7ve üniversiteli erkek sporcuların% 95'inden fazlası8. Kadın üniversite sporcuları üzerinde yapılan başka bir çalışmada, katılımcıların% 60'ında kam FAIS'in radyografik kanıtları ve% 30'unda DDH9kanıtı vardı.

Kalça ağrısı olmayan bireyler arasında yüksek deformite prevalansı gösteren çalışmalar, fais ve DDH ile yaygın olarak ilişkili morfolojinin sadece belirli koşullar altında semptomatik hale gelen doğal bir varyant olabileceği olasılığına işaret etmektedir. Ancak kalça anatomisi ile kalça biyomekaniği arasındaki etkileşim iyi anlaşılamamıştır. Özellikle, geleneksel optik hareket yakalama teknolojisini kullanarak kalça eklem hareketini ölçmede bilinen zorluklar vardır. İlk olarak, eklem vücudun nispeten derinindedir, böylece kalça eklem merkezinin konumunun optik cilt işaretleyici hareket yakalamayı kullanarak dinamik olarak tanımlanması ve izlenmesi zordur, femoral kafanın yarıçapı ile aynı büyüklükte hatalar10,11. İkincisi, kalça eklemi, alttaki kemiğe göre hareket eden deri altı yağ ve kas da dahil olmak üzere büyük yumuşak doku kütlesi ile çevrilidir, bu da yumuşak doku objesi12 , 13,14ile sonuçlanır. Son olarak, cilt belirteçlerinin optik takibi kullanılarak, kinematik genelleştirilmiş anatomiye göre değerlendirilir ve bu nedenle ince morfolojik farklılıkların eklemin biyomekaniği nasıl etkileyebileceği hakkında fikir sağlamaz.

Özneye özgü kemik morfolojisi ile birlikte doğru kinematik eksikliğini gidermek için, diğer doğal eklem sistemlerini analiz etmek için hem tek hem de çift floroskopi sistemleri geliştirilmiştir15,16,17. Bununla birlikte, bu teknoloji, muhtemelen kalçayı çevreleyen yumuşak dokudan yüksek kaliteli görüntüler elde etmedeki zorluk nedeniyle, yerel kalça eklemine yeni uygulanmıştır. In vivo kalça eklem hareketini doğru bir şekilde ölçmek ve bu hareketi konuya özgü kemik anatomisine göre görüntülemek için metodoloji burada açıklanmıştır. Ortaya çıkan arthrokinematics, kemik morfolojisi ve biyomekanik arasındaki ince etkileşimi araştırmak için benzersiz bir yetenek sağlar.

Burada, günlük yaşam aktiviteleri sırasında kalçanın çift floroskopi görüntülerinin alınması ve işlenmesine yönelik prosedürler açıklanmıştır. Çift floroskopi görüntüsüyle aynı anda optik işaretleyici izleme ile tüm vücut kinematiklerini yakalama arzusu nedeniyle, veri toplama protokolü çeşitli veri kaynakları arasında koordinasyon gerektirir. Çift floroskopi sisteminin kalibrasyonu, doğrudan belirteç olarak tanımlanabilen ve izlenebilen metalik boncuklarla implante edilmiş pleksiglas yapıları kullanır. Buna karşılık, dinamik kemik hareketi, oryantasyonu tanımlamak için kemiklerin sadece CT tabanlı radyografik yoğunluğunu kullanan işaretsiz izleme kullanılarak izlenir. Dinamik hareket daha sonra mekansal ve zamansal olarak senkronize edilen çift floroskopi ve hareket yakalama verileri kullanılarak aynı anda izlenir.

Sistemler kalibrasyon sırasında hem yansıtıcı belirteçler hem de implante metal boncuklar ve ortak bir koordinat sisteminin üretimi ile bir küpün eşzamanlı görüntülemesi yoluyla mekansal olarak senkronize edilir. Sistemler, çift floroskopi kameralarının kaydını sonlandırmak için bir sinyal gönderen ve hareket yakalama sistemine sabit bir 5 V girişi kesen bölünmüş bir elektronik tetikleyici kullanılarak her aktivite veya yakalama için zamansal olarak senkronize edilir. Bu koordineli protokol, çift floroskopi sisteminin birleşik görüş alanının dışına çıkan vücut segmentlerinin konumunun ölçülmesini, yürüyüş normalleştirilmiş olaylara göre kinematik sonuçların ifade edilmesini ve uyluk kemiği ve pelvis etrafındaki yumuşak doku deformasyonunun karakterize edilmesini sağlar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Bu protokolde belirtilen prosedürler Utah Üniversitesi Kurumsal İnceleme Kurulu tarafından onaylanmıştır.

1. CT artrogram görüntüleme

  1. Arthrogram18
    1. Planlanan BT görüntülemeden hemen önce artrogramı gerçekleştirmek için eğitimli bir kas-iskelet radyologları planlayın.
    2. Katılımcıyı klinik floroskopun görüş alanında ilgi kalçası ile masaya yerleştirin. Bacak ve kalçanın dönmesini önlemek için ayak bileğinin her iki tarafına kum torbaları yerleştirin.
    3. Cildi steril bir ortam oluşturmak için hazırlayın. İğnenin yerleştirileceği yeri işaretleyin (femoral baş-boyun kavşağı) ve enjeksiyon yerindeki yumuşak dokuyu% 1 lidoksin 2-5 mL ile uyuşturun.
    4. 30 mL luer kilit şırıngında 20 mL%1 lidokrin, 10 mL iohexol enjeksiyonu ve 0,1 mL 1 mg/mL (1:1000) epinefrin çözeltisi hazırlayın.
    5. Lidokin enjeksiyonundan iki ila beş dakika sonra, femoral boyuna temas edene kadar bir omurilik iğnesi yerleştirin; floroskopi ile iğnenin yerini doğrulayın. Hazırlanan çözeltiden az miktarda (<5 mL) enjekte edin ve enjekte edilen sıvının floroskopiden bir görüntü ile eklem kapsülünün içinde bulunduğundan emin olun.
    6. Kontrast karışımından 20-30 mL enjekte edin. Enjeksiyona karşı ek direnç gözlendiğinde, bir çalışma ekibi üyesinin, katılımcı üst vücut hareketine direnmek için masanın başlığını kavrarken, katılımcının ayak bileğini çekerek kalçaya manuel olarak çekiş uygulamasına izin ver. Kalan kontrast karışımını uygun şekilde enjekte edin.
    7. Floroskopi ile kontrast ajanın eklem alanını doldurduğunu ve çekiş uygulandığında femoral başı kapladığını doğrulayın.
    8. Eklem kapsülü içindeki kontrast kaybını en aza indirmek için hastayı tekerlekli sandalye veya yatakta CT tarayıcısına aktarın.
  2. Çekiş ve BT görüntüleme
    1. Katılımcının CT gantry üzerinde bir supine konumuna girmesine yardımcı olun.
    2. Tavşan çekişi splint cihazını ilgi ayağının altına yerleştirin, proksimal dolgulu çubuğun ischium'a sadece distal olmasını sağlayın. Kancayı takın ve bağlantı kayışlarını katılımcının uyluğuna ve ayak bileğine takın ve hafif çekiş uygulayın.
    3. Bir izci görüntüsü alın ve görüş alanını tüm pelvis ve proksimal uyluk kemiğini kalçalar için daha az trokanterin hemen altına içerecek şekilde ayarlayın. Dizler için distal femurları ve proksimal kaval kemiğini içerecek şekilde ayrı bir görüş alanı ayarlayın.
    4. Eklem alanının ayrılmasını sağlamak için ek çekiş uygulayın (araştırma ekibinin bir üyesi ayak bileğini çekerken, diğeri tavşan çekiş atelinin kayışını sıkır). Kalça için 120 kVp, 1,0 mm dilim kalınlığı, 200 - 400 mA ve dizler için 120 kVp, 3,0 mm dilim kalınlığı ve 150 mA'da görüntüler elde edin. Katılımcıya radyasyon yükünü en aza indirmek için tüp akımını görüntü kalitesine göre modüle eden otomatik bir maruz kalma kontrolü olan CARE Dose'ı kullanın.
    5. Tavşan çekişi splint cihazını serbest bırakın ve çıkarın. Katılımcıya ayakta durma pozisyonuna yardımcı olun ve ayrılmalarına izin vermeden önce uzuvlara ağırlık koymak ve hareketli olmak konusunda rahat hissetmelerini sağlayın.

2. Çift floroskopi görüntüleme

  1. Sistem kurulumu
    1. Katılımcının bildirilen yüksekliğine göre kalça ekleminin yüksekliğini tahmin etmek için antropometrik19 uygulayın ve sistemin görüş alanının merkezinin istenen yüksekliğini tahmin etmek için bu ölçümü kullanın.
    2. Görüntüyü, ilginin kalçasına karşılık gelen aletli koşu bandının yan tarafına bir birinden yaklaşık 50 ° yoğunlaştırarak yerleştirin (Şekil 1).
    3. X-ışını yayıcılarını görüntü yoğunlaştırıcılarına yönlendirilecek şekilde konumlandırın. Yayıcı kaynağı ile görüntü yoğunlaştırıcıların yüzü arasındaki mesafenin yaklaşık 100-110 cmolduğundan emin olun.
      NOT: Yayıcı kaynağı ile görüntü yoğunlaştırıcıların yüzü arasında önerilen mesafe, sistem belirtimine ve X-ışını yayıcıdaki kolimatöre bağlı olarak değişir.
    4. Görüntü yoğunlaştırıcının yüzünün merkezini ve her floroskop çiftinin karşılık gelen X-ışını yayıcısını dizeleri veya ölçüm bantlarını kullanarak bağlayın. Dizelerin (veya teyplerin) istenen yerde (yani kalça ekleminin beklenen konumunda) kesişerek geçtiğini doğrulayın.
    5. Plakayı yayıcıya üç lazer ve aynayı görüntü yoğunlaştırıcıya yapıştırın. Lazerleri açın ve lazerlerin lazer kaynağına yansımasına bağlı olarak her yayıcının ve görüntü yoğunlaştırıcının hizalamasını iyileştirin.
  2. Kalibrasyon görüntüleri
    1. Kurşun yerleştirerek ve odanın girişlerine tabela yerleştirerek radyasyon kullanımına hazırlanın. Personelin kurşunlu yelek, etek, eldiven ve gözlük içeren koruma giymesine neden olarak maruziyeti en aza indirin. Floroskopları açın ve gerektiğinde sistemlerin ısınmasına izin verin.
    2. Tüm kalibrasyon görüntüleri için floroskopları 64 kVp ve 1,4-1,6 mAveya başka bir şekilde istediğiniz gibi ayarlayın.
    3. Bilgisayardaki kamera kontrol yazılımını açın ve uygun kameraları köle ve ustaolarak seçin. İki kamerayı senkronize etmek için slave kameradan ana kameraya harici senkronizasyon kullanın.
      NOT: Kaydedilen tüm etkinlikler için, aynı kareleri her iki çift floroskopi kamerasından kaydedin; çerçeveler, elektronik tetik sinyalinden önceki kare sayısını temsil eden bir sayı ile tanımlanır.
    4. Görüntü yoğunlaştırıcının ortasına dairesel bir metal yıkayıcı yapıştırarak ve çapraz çizgi fikstürünü yayıcıya takarak sistemin hizalamasını doğrulayın.
      NOT: Hizalama doğrulandıktan sonra sistemle iletişim kurmaktan kaçınmak önemlidir.
    5. Pleksiglas ızgarayı vida kullanarak görüntü yoğunlaştırıcılardan birine takın; hizalamanın değiştirilmesini önlemek için bu işlemde uygulanan kuvveti en aza indirin. Floroskopi görüntüleri alın ve ızgaranınher çift floroskopi kamerasından 100 görüntü çerçevesi kaydedin. Izgarayı kaldırın ve diğer görüntü yoğunlaştırıcı için işlemi yineleyin.
    6. 3D kalibrasyon küpünü iki floroskopun birleşik görüş alanına yerleştirin. Bunu yapmak için, küpü radyo yarı saydam bir tabureye veya platforma yerleştirin ve küpün çoğunun veya tamamının görüş alanı içinde olduğunu görsel olarak doğrulayın. Küpü, kalibrasyon boncuklarının çift floroskopi kamera görünümü için çakışmayacak şekilde yönlendirin. Görüntüleri alın ve küpün 100 görüntü çerçevesini kaydedin.
    7. Küpü taşımadan önce, küpün koordinat sistemini kullanarak her yayıcıdan küpün kaynağının yaklaşık konumunu ölçün ve kaydedin. Küpü ve ilişkili tüm platformları kaldırın.
    8. Her floroskop için yayıcı kaynağı ile görüntü yoğunlaştırıcının yüzü arasındaki mesafeyi ölçün ve kaydedin.
    9. Boncuklu pleksiglası lastik bantlı uzun bir çubuk veya cetvele takın ve sistemin tüm görüş alanını değişen hareketler sağlamak için rastgele hareket ettinin. Araştırma personelinin maruziyeti en aza indirmek için radyasyon ve aşınma koruması yoluna dikkat etmesini sağlayın (bkz. adım 2.2.1). Hareketin 100 görüntü karesini kaydedin.
    10. Pozlama süresini izlemek için kullanılan görüntüleme saatini sıfırlayın.
  3. Statik deneme ve parametrelerin ayarlanmasında
    1. Sistem yüksekliğinin katılımcı için uygun olduğundan emin olmak için daha büyük trokanterin yüksekliğini ölçün.
      1. Büyük trokanterin kemikli belirginliğini bulmak ve mümkün olduğunca en üstün noktayı bulmak için uyluğu palpate edin.
      2. Üstün büyük trokanter kalça eklemi ile yaklaşık olarak aynı yükseklikte olduğundan, zeminden bu noktaya kadar olan yüksekliği ölçün ve çift floroskopi sistemini kurmak için kullanılan yükseklik tahminiyle karşılaştırın.
      3. Gerekirse, katılımcı veri yakalama için hazırlanırken sistem yüksekliğini ayarlayın ve yeniden ayarlayın.
    2. Katılımcıyı floroskopi sistemine alıştırın ve sistemle temasın verilerinin doğruluğunu olumsuz yönde etkilediği için görüntüleme seansı sırasında herhangi bir ekipmanla temas etmeleri durumunda araştırma ekibine bildirmeleri gerektiğini bildirin.
    3. Katılımcının koşu bandına adım atmasına ve çift floroskopi sisteminin görüş alanı içinde durmasına olanak sağlar. Katılımcı hizalamasını her yayıcının perspektifinden kontrol edin ve araştırma ekibinin her bir üyesinin görüntüleme sırasında nerede duracağı veya oturacağı perspektifinden bu konumu not alın.
    4. Katılımcının vücut kitle indeksini (VKİ) temel alarak görüntüleme parametrelerini (her yayıcının kVp ve mA'sı ve çift floroskopi kameralarının maruziyeti) tahmin edin ve her floroskopu buna göre ayarlayın.
      NOT: Referans verilen kohort için floroskopi ayarları 78 ila 104 kVp ve 1.9-3.2 mA arasında değişmektedir ve kamera pozlamaları 4.5-7.0 ms'dir.
    5. Ayakta dururken katılımcının görüntülerini alın ve görüntüleri kontrast ve görüş alanı açısından değerlendirin.
      NOT: Artan kVp, artan X-ışını saçılımı (gürültüyü artırır ve kontrastı azaltır), daha düşük görüntü çözünürlüğü ve daha düşük kontrast ile ilişkilidir.
    6. Parametreleri ve/veya katılımcı hizalamasını ayarlayın ve gerektiğinde görüntü alımını yineleyin.
    7. Statik deneme olarak kullanmak için son görüntülerin 100 karesini kaydedin.
  4. Dinamik denemeler (Şekil 2)
    1. Çift floroskopi görüntüleme başlamadan önce, katılımcının zamanlanırken bilinen bir mesafe yürümesini sağlamak. Koşu bandında hem seviye hem de eğimli yürüyüş için kendi seçtiği yürüyüş hızını belirlemek için bunu kullanın.
    2. Katılımcının tiroidi korumak için kurşunlu bir tiroid tasması olmasını sağlamak.
    3. Dinamik satın almalar sırasında, araştırmacının çift floroskopi iş istasyonundaki çift floroskopi kamera kontrolünü lider kalkanın arkasına atmasını ve katılımcıyı kalkanın görüntüleme penceresinden izlemesini sağlamasını sağlama (Şekil 3).
    4. Tüm yürüyüş denemelerinin performansı için:
      1. Koşu bandının kemerini çalıştırmadan önce katılımcıyı bilgilendirin. Koşu bandının hızını uygun yürüyüş hızına kadar artırın ve görüntü toplamadan önce katılımcının yürüyüşünün normalleşmesine izin verin.
      2. Her yürüyüş aktivitesi için en az iki tam yürüyüş döngüsü elde edin ve kaydedin.
      3. Eğimli yürüyüş etkinliği için katılımcının koşu bandından inmesini kesin. Koşu bandının kilidini açın, eğimi 5°olarak ayarlayın ve katılımcının etkinliği gerçekleştirmek için koşu bandına geri adım atmasını istemeden önce koşu bandını yeniden kilitleyin.
      4. Görüntülemeyi, etkinliğin iki kez kaydedilmeleri için tekrarlayın.
      5. Etkinliğin tamamlanmasından sonra koşu bandını düşürmek için aynı işlemi (adım 2.4.4.3) tekrarlayın.
    5. Pivot etkinlikleri için:
      1. Katılımcının vücut pozisyonunu ve ayaklarını pivotun yönünün karşısındaki koşu bandının önünden yaklaşık 45° döndürmesini sağlar. İstenirse, kuvvet plakası verilerinin doğrudan işlenmesine izin vermek için her ayağın tamamen çift kayışlı koşu bandının tek bir kemerine yerleştirildiğından emin olun.
      2. Katılımcının, son hareket aralığında pelvis hizalamasını izlerken, son hareket aralığına ve son hareket aralığından birkaç pivot gerçekleştirmesini sağlamak. Pivot son konumu elde etmek için hızlanma gerektirmediği için hareketin sorunsuz bir şekilde gerçekleştirilmesini sağlayın.
      3. Pelvis'in hareket aralığının sonundaki konumuna bağlı olarak, katılımcının ayaklarını döndürmesini ve/veya ayaklarını pelvis koşu bandında öne bakacak şekilde çevirmesini ve ilginin kalçasının pivotun sonundaki floroskopların birleşik görüş alanının ortasında olmasına neden olsun.
      4. Konum optimize edildikten sonra, katılımcının çift floroskopi görüntülemesi sırasında pivotu gerçekleştirmesini ve femur ve pelvisin her iki çift floroskopi kamera görüntüsünde (yaklaşık 200-400 kare) görünür olduğu tüm kareleri kaydetmesini ve hareketin bitiş aralığını ortalayarak pivotun mümkün olduğunca çoğunu yakalamasını sağlayın.
      5. Görüntülemeyi, etkinliğin iki kez kaydedilmeleri için tekrarlayın.
    6. Kaçırma-ekleme faaliyeti için:
      1. Katılımcının floroskopların görüş alanında durmasını ve ilginin bacağını yaklaşık 45° kendi tarafına yükseltmesini sağla. Katılımcıya gövde hareketinden kaçınmasını ve gerekirse hareket aralığını azaltmasını hatırlatın.
      2. Femur ve pelvisin her iki çift floroskopi kamera görüntüsünde (yaklaşık 200-400 kare) görülebildiği tüm kareleri alın ve kaydedin.
      3. Görüntülemeyi, etkinliğin iki kez kaydedilmeleri için tekrarlayın.
    7. Dinamik kalça eklem merkezi veya yıldız ark aktivitesi için20
      1. Katılımcının çift floroskopi sisteminin görüş alanında durmasını ve bacağını ön ve 180° 45° artışlarla kaldırıp indirmesini, arka kaldırma ve bacağının alt kısmıyla sona ermesini sağla. Bacağını yere geri koymadan önce, katılımcının bacağını çevrele ve ayakta durma pozisyonuna dönmesini iste.
    8. Katılımcı hareketle rahat ettikten ve yaklaşık 6-8 s'de tamamlayabildiğinde, etkinliğin görüntülerini elde edin ve kaydedin.
      NOT: Deneme süresi nedeniyle çift floroskopi ile sadece bir aktivite yakalanır.
  5. Ek kalibrasyon görüntüleri
    1. Veri toplama sırasında herhangi bir noktada, katılımcı floroskopik ekipmanın herhangi bir parçasıyla temas etmiş olabileceklerine, ızgaraları ve küpü görüntülemiş ve tüm dosyaları kalibrasyon için kaydetmiş olabileceklerine inanıyor.
    2. Veri toplama işlemi tamamlandıktan sonra, ızgaraları ve küpü görüntüleyin ve ilk kalibrasyonda herhangi bir sorun ortaya çıkarsa yedek olarak hizmet etmek üzere tüm dosyaları kalibrasyon için kaydedin.

3. Cilt işaretleyici hareket yakalama ve aletli koşu bandı

  1. Sistem kurulumu
    1. Optik hareket yakalama sistemini koşu bandına odaklama (Şekil 3). Çift floroskopi sisteminin görüş alanındayken katılımcının görselleştirilmesiyle ilgili potansiyel sorunlar nedeniyle, doğru görselleştirme sağlamak için kızılötesi kameraları hassas bir şekilde konumlandırmaya hazır olun (Şekil 2).
    2. Sistemi açın ve çift floroskopi sisteminin istenen görüş alanının görselleştirilmesini engellememesini sağlamak için bir dizi işaretleyici kullanın.
    3. İşaretçilerin net ve dairesel olup olmadığını kontrol edin ve kızılötesi kameraların odağını gerektiği gibi ayarlayın.
    4. Yansıtıcı yüzeyleri azaltmak için floroskopların kaplı olduğundan emin olun. Yansıtıcı nesneler örtülemiyorsa, her kızılötesi kamerayı gözden geçirin ve kamera görünümünü maskeleyin.
    5. Hareket yakalama yazılımını, çift floroskopi sisteminin kamera alımını sonlandırmak için kullanılan elektronik tetikten harici bir 5 V sinyali okuyacak şekilde ayarlayın. İki sistemdeki verileri zamansal olarak eşitlemek için bu tetikleyiciyi kullanın.
  2. Kalibrasyon
    1. Sistem açıldıktan ve hazır olduktan sonra, optik ve kızılötesi hareket yakalama kameralarını aynı anda kalibre etmek için aktif kalibrasyon değneğini kullanın. Herhangi bir ekipmanla temastan kaçınırken, çift floroskopi sistemi içindeki tüm bölgenin kalibrasyon sırasında iyice yakalandığından emin olun.
      NOT: Bir tavada yiyecek atmasını andıran asa hareketleri iyi çalıştı.
    2. Çift floroskopi sisteminin neden olduğu tıkanıklıklar nedeniyle, kalibrasyon değerleri optik hareket yakalama için genellikle gözlenenden daha kötü olabilir. Kalibrasyonu gerçekleştirin, böylece tüm kızılötesi kameralar 0,2 'den az görüntü hatalarınasahip olacaktır.
      NOT: Video kamera için görüntü hatası, yine de 0,5'ten az olmasına rağmen daha yüksek olacaktır. Video kamera özellikle herhangi bir hareket nicelemesi için kullanılmaz, sadece hareket yakalamanın görsel kaydı için kullanılır.
    3. Çift floroskopi için küp denemesinin alınması sırasında, küpü hareket yakalama kızılötesi kameralarla da yakalayın. Hem hareket yakalama hem de çift floroskopi sistemlerinden kameralarla görüntülenecek konum için küpün üzerine yansıtıcı işaretleyiciler yapıştırıldığından emin olun.
  3. İşaretleyici seti ve yerleşimi
    1. Katılımcı gelmeden önce, 21 küresel yansıtıcı cilt işaretleyicinin tabanına çift taraflı bant (perupee bandı) kesin ve uygulayın. İşaretçilerin uzun ömürlü olmasını sağlamak için, bandın veya herhangi bir cildin yansıtıcı işaretleyicilerle temas etmediğinden emin olun.
    2. Beş işaret plakasının her biri için (ikisi sapta, ikisi uylukta, biri arkada; Şekil 4), kumaş kayışın cilt tarafına sprey yapıştırıcı uygulayın ve katılımcının etrafına sıkıca sarın. Katılımcıya kayışların sıkı hissettiğini (ancak rahatsız olmadığını) kontrol edin. İşaret setinin geri kalanını yapıştırmadan önce fazla sprey tutkalının ellerini temizleyin.
    3. Sadece kalibrasyon için kullanılan beş işaretleyiciyi sırasıyla köprücük kemiğine, medial dizlere ve medial malleolilere uygulayın.
    4. Kalan 16 belirteci ön üstün iliak dikenlere (ASIS), posterior superior iliak dikenlere (PSIS), görüntülmekte olan uyluk kemiğinin daha büyük trokanterine, omuzlara, sternuma, lateral dizlere, lateral malleoli ve ayaklara uygulayın (Şekil 4).
    5. Katılımcıdan, veri yakalama sırasında herhangi bir işaretleyici veya kayışın gevşemesi durumunda çalışma ekibini bilgilendirmesini isteyin.
  4. Statik deneme
    1. Çift floroskopiden statik ayakta deneme ile birlikte, hareket yakalama için ayakta denemeyi yakalayın.
    2. Tüm işaretleyicileri etiketleyin. Elde edilen statik etkinlik sırasında en az üç kızılötesi kamera tarafından herhangi bir işaretleyici görünmüyorsa, tüm işaretçilerin görünür olduğundan emin olmak için statik bir görüntü alın.
    3. Yalnızca kalibrasyon işaretleyicilerini çıkarın ve katılımcının veri toplamanın geri kalanı sırasında radyasyon koruması sağlamak için bir tiroid tasması takmasını sağlayın.
  5. Dinamik denemeler
    1. Çift floroskopi sistemi ile yakalanan dinamik denemelerin her biri için hareket yakalama videosu alın ve her çift floroskopi videosunun tamamının hareket yakalama kazanımının sınırları içinde olmasını sağlayın.
    2. Çift floroskopi sisteminin elektronik tetikleyicisinden gelen 5 V sinyaldeki kırılmanın her denemede yakalandığından emin olun.

4. Görüntü ön işleme

  1. CT tabanlı model
    1. Bu kemikler sistem oluşturmayı izlemek ve/veya koordine etmek için kullanıldığından, ilgi tarafının ve tüm pelvisin proksimal ve distal uyluk kemiğini segmentlere ayırın.
    2. Segmentasyonların üç görüntüleme düzleminde de kemik şeklini temsil ettiğinden ve nispeten pürüzsüz göründüğünden emin olun.
      NOT: Arthrokinematics analiz yeteneği dikkatli segmentasyon yoluyla yüksek kaliteli rekonstrüksiyon elde etmek bağlıdır.
    3. Görüntü verilerini İmzasız karaktere (8 bit) dönüştürün ve 0 ile 255arasında bir görüntü oluşturmak için uzaklık ve ölçekleme ile gerektiği gibi ayarlayın.
    4. Dönüştürülen görüntüde yalnızca kemik bölgesini izole edin ve kemiğin sınırlarının etrafına kırpın. Kırpılan görüntülerin boyutlarını kaydedin.
    5. 2D TIFF biçimi olarak kaydedin.
    6. Resmi açın, türü 16 bitolarak değiştirin ve tek bir 3D TIFF dosyası olarak kaydedin.
  2. Yüzey rekonstrüksiyonu
    1. Segmentasyon etiketlerinden yüzeyler oluşturun, yüzeyleri yinelemeli olarak pürüzsüzleştirin ve yok edin, böylece yüzlerin tek bir yinelemede yarıdan fazla azalmamasını sağlayın.
      NOT: Açıklanan işlem kullanılarak, hedef yüz sayısı her proksimal ve distal femur yüzeyi için yaklaşık 30.000 ve her hemi-pelvis yüzeyi için 70.000'dir.
    2. Her yüzeyi, yer işareti tanımlaması için bir model dosyası olarak kullanmak üzere *.vtk biçiminde bir yüzey ağı olarak dışa aktarın.
  3. Koordinat sistemi için yer işareti tanımlaması
    1. Femoral koordinat sisteminin üretimi için uyluk kemiğinin simge yapılarını tanımlayın (Şekil 5).
      NOT: Aşağıda verilen parametreler başvurulan veri kümesine ve görüntüleme protokollerine özgüdür; değerlerin yer işaretlerini uygun şekilde seçmek için değiştirilmesi gerekebilir.
      1. Proksimal uyluk kemiğini model dosyasıolarak açın. Standart bir 1-Princ Eğriliğialanı eklemek için Posta araç çubuğunu ve Veri panelini açın, 10'luk bir pürüzsüzlük seçin ve sonucu görselleştirin. Femoral başlığın yüzlerini aşırı seçin ve yalnızca negatif eğriliği eklemek için Düzenle panelinden seçim aralığı seçeneğini kullanın. Femoral kafaya ait olmayan seçili yüzlerin seçimini kaldırın. Bu femoral kafa yüzeyini, femoral başın merkezini belirlemeye uygun bir küre için *.k formatında bir yüzey ağı olarak dışa aktarın.
      2. Benzer bir işlem kullanarak, distal uyluk kemiğine 5 pürüzsüzlüğü ile 1-Princ Eğriliği uygulayın ve yine sadece negatif eğriliğe sahip yüzleri içerecek şekilde aralığı seçin. Medial-lateral ekseni belirlemek için uygun bir silindir için bu femoral kondyle yüzeyi dışa aktarın.
      3. Distal uyluk kemiğine 3 pürüzsüzlük kullanarak 2-Princ Eğriliği uygulayın. Epicondyles sırtlarını vurgulayın ve -0.1 üst kesme kullanarak aralığı seçin. Bir düzlem oluşturmak için bu yüzleri dışa aktarın ve silindir uyumu için arka kondyles yüzlerini izole etmek için kullanın.
    2. Pelvik koordinat sisteminin üretimi için pelvis yer işaretlerini tanımlayın (Şekil 5).
      NOT: Aşağıda verilen parametreler başvurulan veri kümesine ve görüntüleme protokollerine özgüdür; değerlerin yer işaretlerini uygun şekilde seçmek için değiştirilmesi gerekebilir.
      1. Her hemi-pelvis için, 5 pürüzsüzlükte 2-Princ Eğriliği uygulayın ve asetatülün lunate yüzeyini izole etmek için sadece pozitif yüzleri içerecek aralığı seçin. Lunate yüzeyini dışa aktarın ve asetatülumun merkezini belirlemek için uygun bir küre kullanın.
      2. 2-Princ Eğriliğini 2 pürüzsüzlükle yeniden uygulayın ve pelvisin dikenlerini vurgulamak için -0,15'ten küçük eğrilikli tüm yüzleri seçin. Bu dikenlerin kenarında ASIS ve PSIS'i en iyi simgesel yapı olarak temsil eden noktaları seçin ve bunları kaydedin.

5. Kemik hareketi takibi

  1. Kalibrasyon
    1. Çift floroskopi kameralarından küp görüntülerinin her birinde 12 boncuk tanımlayın (adım 2.2.6'da toplanır). Küpün boncuklarının her biri arasındaki kalibre edilmiş mesafelere ve küpün çift floroskopi sistemindeki konumunun ölçümlerine bağlı olarak, öngörülen ve bilinen boncuk konumları arasındaki karelerin toplamı projeksiyon hatasının en aza indirilmesi yoluyla her floroskopun mekansal yönünü belirleyin.
    2. Görüntü bozulmasını düzeltmek ve düzeltmeyi bu kılavuz görüntüsüyle ilişkili tüm görüntülere uygulamak için kılavuz görüntülerini kullanın.
    3. Sistemin dinamik doğruluğunu ölçmek için hareketli görüntüleri kullanın ve izlemek için işaret tabanlı izlemeyi kullanın.
  2. İşaretsiz izleme
    1. Seçilen yer işaretlerinin konumunu kemiğe özgü parametreler dosyasına ekleyin ve bu yer işaretlerinin çift floroskopi sistemindeki dinamik konumunu izlenen tüm kareler için çıktı olarak toplayın.
    2. İzlenecek kareleri belirleyin (hareket yakalamadaki kinematik verilere dayanarak, bkz. adım 6.1.2) ve işaretsiz izleme yazılımını ilişkili kemiğe özgü parametreler dosyasıyla açın.
    3. Kemiğin iyi görselleştirilmesiyle istenen aralıkta bir çerçeve seçin ve yazılımda bulunan altı serbestlik derecesini kullanarak ilgi çekici kemiğin (proksimal femur veya hemi-pelvis) CT tabanlı dijital olarak yeniden yapılandırılmış radyografını (DRR) manuel olarak yönlendirin (Şekil 6).
      NOT: Çoğu deneme ayakta durmaya benzer bir konumda başladığından, bu başlangıç konumu büyük olasılıkla tüm denemeler için başlangıç başlangıç noktası olarak kullanılabilir.
    4. Kemiğin DRR'si her iki görünümde de iyi hizalanmış göründüğünde, Çözümler panelinde Manuel düğmesini tıklatarak çözümü kaydedin.
      NOT: Bir çözüm her kaydedildiği zaman, yönlendirme parametreleri ve normalleştirilmiş çapraz korelasyon katsayısı referans için çizilir. Normalleştirilmiş çapraz korelasyon katsayısı, hem floroskop hem de kemik DRR'leri için sıfır olmayan değerlere sahip tüm piksellere göre hesaplanır.
    5. Çözümler panelinde DHS düğmesine tıklayarak Çapraz Hessian Arama (DHS) optimizasyon adımını uygulayın ve sonucu gözden geçirin. En iyi duruma getirilmiş sonuç tercih edilirse, sonraki kareye geçin; aksi takdirde, gerekli ayarlamaları yapın ve Çözümler panelinde Manuel düğmesini tıklatarak yeniden kaydetmeyin. Tatmin edici bir çözüm bulunana kadar bu adımı yineleyin.
      NOT: Zayıf görüntü kontrastı durumunda, iyileştirme algoritması her zaman tatmin edici bir sonuç üretmeyebilir.
    6. Her beş kare için, önceki çerçevenin çözümünü başlangıç noktası olarak kullanarak bu işlemi yineleyin. İşlemi otomatikleştirmek için DHS iyileştirmesini kullanın.
    7. İzlemenin ilk geçişini tamamlamak için, Doğrusal projeksiyon (LP) aracılığıyla enterpolasyon yapan ve Çözümler panelindeki LP + DHS Aralığı düğmesini tıklatarak izlenen kareler arasındaki çözümleri optimize eden başka bir araç kullanın. Penceresinde, izlenecek çerçeve kümesini ve başvuru için kullanılacak iki kareyi girin.
      NOT: İki referans kare, tanımlanan çerçeve kümesi içindeki herhangi bir kare olabilir. Bununla birlikte, ilk ve son karelerin kullanımı, çerçeve aralığındaki kemiklerin yönü için sınırlar sağlar, bu da kontrast düşük olduğunda yararlı olabilir.
    8. Manuel ve DHStabanlı çözümleri kullanarak denemenin her karesini gözden geçirin ve iyileştirin. Korelasyon katsayısının yeterince yüksek olduğundan ve kemiğin yönünün herhangi bir parametrede ani sıçramalar olmadığından emin olmak için parametrelerin çizimini kullanın.
    9. Doğru izleme sağlamak için, başka bir araştırmacının her kare için çözümü gözden geçirmesini ve çözümlerde gerekli değişiklikleri yapmasını sağlayın.
    10. Her kemik için 5.2.1-5.2.9 adımlarını yineleyin.
  3. Hareketin görselleştirilmesi
    1. Kinematik görselleştirme için yazılımdaki femur ve pelvis yüzeylerini açın. Gerekirse, mesh'e dönüştür işlevini kullanarak yüzeyleri kafeslere dönüştürün. Her iki yüzeyi de seçin ve *.k biçiminde bir yüzey ağı olarak dışa aktarın.
    2. İzlemeden elde edilen çıktıyı kullanarak, her kemik ve çerçeve için koordinat dönüşümlerini içeren bir metin dosyası oluşturun.
      NOT: Yüzeylerin sırası dönüşümlerin sırasına uymalıdır.
    3. Kinematiğin görselleştirilmesi için kinemat aracını ve yukarıdaki iki dosyayı 5.3.1 ve 5.3.2 adımlarından kullanarak kinematiği hareketlendirin. Animasyonlu kinematiğin makul göründüğünü ve yarı saydam bir yüzey veya yüzey mesafe aracı kullanarak yüzeylerin aralarında uygun mesafeye sahip olduğunu doğrulayın. Gerekirse, 5.2.8 adımına dönün.

6. Veri analizi

  1. Cilt belirteci kinematiği
    1. Hareket yakalama yazılımı içinde, statik modeli ve etiket işaretleyicilerini uygulamak için tüm dosyaları toplu olarak işleyin. Deneme tamamlandıktan sonra, etiketlenmemiş yörüngeleri kaldırın.
      NOT: Çift floroskopi sisteminin tıkanıklıkları nedeniyle normalden daha fazla manuel boşluk dolgusu gerekebilir.
    2. Yürüyüş sırasında toe-off veya topuk çarpması veya pivot etkinlikleri için maksimum hareket aralığı gibi dinamik olayları tanımlamak için kinematik ve kuvvet plakası verilerini kullanın. Çift floroskopi verilerinin izlenmesi için ilgi alanlarını belirleyin.
    3. Hem analog veriler (örneğin, tetik ve kuvvet plakası verileri) hem de işaretleyici yörüngeleri dahil olmak üzere, kinematik işleme için tüm deneme verilerini *.c3d biçiminde dışa aktarın.
    4. İstenen model şablon dosyasını (*.mdh dosya biçimi olarak kaydedilir) statik deneme sürümüne uygulayın, sonra bu modeli hareket dosyalarına atayın.
      NOT: Analiz için, genelleştirilmiş bir Uluslararası Biyomekanik Derneği (ISB) kafa-karın-toraks (HAT) segmentine sahip bir alt ekskül modeli ve iki ASIS tarafından tanımlanan ve PSIS yer işaretlerinin merkezi olan bir pelvis segment modeli olan CODA pelvis kullanılmıştır.
  2. Çift floroskopi kinematiği
    1. İlgi çekici kareleri izole edin, sadece hem uyluk kemiği hem de pelvis için izlenen bitişik çerçevelerin dahil edilmesini sağlayın.
    2. Bir lowpass Butterworth filtresi kullanarak dönüm noktası konumlarını filtreleyin (artık analizden0,12 normalleştirilmiş kesme frekansı ve 4. sıra filtresi).
    3. Femoral koordinat sisteminin dinamik konumunu izlemek için her hareket denemesi boyunca yer işaretlerinin filtrelenmiş konumlarını kullanın (Şekil 5).
      1. Femur kökenini femoral başın küreye uygun merkeziolarak tanımlayın.
      2. Diz merkezi ile köken arasındaki femur z eksenini (alt-üst eksen) tanımlayın, üstün işaret edin.
      3. Femur x eksenini (medial-lateral eksen) femoral kondyles,solnoktayı gösteren bir silindirin uzun ekseni olarak tanımlayın. Bir silindirle temsil edilecek kondyles bölgesini izole etmek için, epikondyle yüzeylere bir düzlem takın ve femoral kondyles'in arka kısmını izole edin.
      4. Femur y eksenini (ön-arka) tanımlanan z ve x-eksenlerinin çapraz ürünü olarak tanımlayın, arkayı işaret edin. Ortogonal koordinat sistemi oluşturmak için x ekseninin yönünü düzeltin.
    4. Pelvik koordinat sisteminin dinamik konumunu izlemek için her hareket denemesi boyunca yer işaretlerinin filtrelenmiş konumlarını kullanın (Şekil 5).
      1. Pelvis kökenini iki ASIS yer işaretinin merkeziolarak tanımlayın.
      2. İki PSIS yer işaretinin merkezi ile ön noktayı gösteren köken arasındaki pelvis y eksenini (ön-arka eksen) tanımlayın.
      3. Köken ile sağ taraftaki ASIS simgesi arasında, sağa işaret eden pelvis x eksenini (medial-lateral eksen) tanımlayın.
      4. Pelvis z eksenini (alt-üstün eksen) tanımlanan x ve y eksenlerinin çapraz ürünü olarak tanımlayın, üstün işaret edin. Ortogonal koordinat sistemi oluşturmak için x ekseninin yönünü düzeltin.
    5. Koordinat sistemleri arasındaki dönüş matrisini oluşturun ve MacWilliams ve iş arkadaşlarının Denklemi 11 (Şekil 7)21başına eklem kinematiklerini hesaplayın.
    6. Femoral başın küre sığar merkezleri ile asetatülün lunate yüzeyi arasındaki vektör mesafesini pelvis koordinat sistemine dönüştürerek eklem çevirilerini hesaplayın.
      NOT: Bu, her görüntü çerçevesi için ortak çeviriyi temsil eden tek bir vektör sağlar.
  3. Arthrokinematics
    1. Konuya özgü arthrokinematics'i canlandırmak için 5.3. adımda açıklandığı gibi kinematikleri görselleştirin (Şekil 8).
    2. Her dinamik aktivite sırasında uyluk kemiği ve pelvis yüzeyleri arasındaki mesafeleri ölçmek için yüzey mesafesi veri alanını uygulayın (Şekil 8).
      NOT: Bu veriler aynı zamanda eklem yüzeyleri arasındaki bağıl mesafenin nicelleştirilmesini sağlar, ancak eklem çevirisini ölçmek için yorumlama gerektirir.
    3. Tüm katılımcılar arasında verileri ölçmek için yüzeyden yüzeye mesafe aracını kullanarak yüzeyden yüzeye mesafeleri dışa aktarın.
  4. Cilt işaretleyici hareket yakalama ile karşılaştırma
    1. Küp görüntüleri kullanarak ve her hareket denemesinden tetikleyerek, çift floroskopi ve hareket yakalama sistemlerini mekansal ve zamansal olarak senkronize edin.
    2. Cilt işaretleyici hareket yakalama için kullanılan dönüm noktası konumlarını (örneğin, ASIS, PSIS, kondyles) işaretsiz izleme koordinat sisteminden hareket yakalama koordinat sistemine dönüştürün.
    3. Bu verileri cilt işaretleyici hareket yakalama ve kinematik ve kinetik analiz ve raporlama için içe aktarma işaretleyici konumlarıyla birleştirin. Her dönüm noktası için çift floroskopi veya cilt işaretleyici konumlarını kullanmak ve iki sistem arasındaki dönüm noktası konumlarını ve kinematikleri karşılaştırmak için analizi ayarlayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Referans standart olarak çift floroskopi kullanılarak, kalça eklem merkezinin cilt işaretleyici bazlı tahminlerinin doğruluğu ve yumuşak doku yapıtının kinematik ve kinetik ölçümler üzerindeki etkisiölçülmektedir 22,23,24. Daha sonra fais ve asemptomatik kontrol katılımcıları arasında pelvik ve kalça eklem kinematiğinde ince farklılıkları belirlemek için çift floroskopinin üstün doğruluğu kullanılmıştır25. Çift floroskopi bazlı artrokinematik, kalça eklemi kapsamını, morfoloji ve kinematik arasındaki ilişkiyi ve dinamik hareketler sırasında kemikten kemiğe uzaklıkları ölçmek için analiz edildi26,27,28,29.

Ağırlık taşıyan kalça eklem kinematiklerini araştırmak için bir protokol geliştirmeden önce, sistem, supine klinik muayeneleri sırasında implante metal boncuklu kadavra örneklerinde 0,5 mm ve 0,6 °30arasında bir doğrulukta doğrulandı. Doğrulandıktan sonra FAIS'li hastalarda ve asemptomatik kontrol katılımcılarında klinik muayeneler sırasında kinematik çift floroskopi kullanılarak ölçüldü. Sonuçlar, hastaların hem iç rotasyonda hem de ek emiş31'dehareket değiştirdiğini göstermiştir.

Referans standart olarak ağırlık taşıyan çift floroskopi kullanılarak, kalça eklem merkezinin yerinin belirlenmesindeki hatanın yanı sıra yumuşak doku yapıtının neden olduğu hatalar doğrudan analiz edildi. Kalça eklem merkezini, yani yıldız ark hareketini tanımlamanın fonksiyonel yöntemlerinin, sırasıyla 11.0 ve 18.1 mm hataları olan tahmine dayalı, dönüm noktası tabanlı yöntemlerden daha doğru olduğubelirlendi, 32. Kalça eklem merkezindeki dinamik hatalar ayakta duranlara benzerdi; bununla birlikte, daha büyük trokanter işaretleyicisi 23 için dinamik hareket sırasında 5 cm'den fazla hata ile yumuşak doku yapıtına2,2mm daha sahte kalça eklem merkezi hareketi atfedildi.

Kalça eklem merkezinin tanımlanmasındaki hatalara ek olarak, eklem açıları iç-dış rotasyon pivotlarında 20 ° 'den fazla hafife alınmıştır23. Kinematiğin hafife alınması başlı başına endişeye neden olsa da, bu hatalar yürüme24gibi düşük bir hareket aktivitesi yelpazesi sırasında bile ölçülen hareket aralığını ve hesaplanan kinetik değişkenleri azalttı. Bununla birlikte, doğru çift floroskopi kinematik verilerin kas-iskelet sistemi modellerine dahil edilmesi zor olabilir. Özellikle, çift floroskopi tabanlı dönüm noktası konumları ile ters kinematik çalıştırılırken model işaret hataları yaklaşık 1 cm'ydi. Bu hata, cilt işaretleyici hareket yakalama verileri için bulunan yumuşak doku yapıtı nedeniyle 5 cm'lik hatalara kıyasla nispeten küçük olsa da, bu hata çift floroskopi ile ölçülen kemik pozisyonlarından daha büyük bir büyüklük sırasıdır.

Geleneksel cilt işaretleyici hareket yakalamadaki hataların nicelleştirilmesine ek olarak, çift floroskopinin arkasındaki doğruluk ve metodoloji, kohortlar arasındaki kinematikteki ince farklılıkları bile değerlendirme yeteneği sağlar, aksi takdirde ölçüm tekniğinin hataları tarafından gizlenebilir. Kam FAIS'li hastalar ile asemptomatik kontrol katılımcıları arasında kalça eklem kinematiğinde farklılıklar gözlenmezken, pelvik kinematikte yumuşak doku objesi varlığında tespiti zor olacak farklılıklar tespit edildi25. Bu değerlendirme, kohortlar arasında doğrudan karşılaştırma gerektiriyordı. Ayrıca, femoral anteversiyon gibi kinematik varyasyon ve kemik morfolojisi arasındaki potansiyel ilişki de araştırılmıştır27. Bu bulgular kalça patolojilerinin tanısında ve konservatif veya cerrahi tedavilerin planlanmasında hem morfolojinin hem de biyomekaniklerin göz önünde bulundurulması gereğini belirtmiştir.

Biyomekanik verilerin klinik bakım ortamında kullanılmasında önemli bir engel, biyomekanikçiler ve klinisyenler tarafından kullanılan koordinat sistemlerindeki farktır. Bir biyomekanik laboratuvarında, uyluk kemiği ve pelvisin koordinat sistemlerini tanımlamak için kullanılan simge yapılar, dinamik hareket sırasında cilt yüzeyindeki simge yapıları tanımlama ve izleme yeteneği ile yönlendirilir. Buna karşılık, cerrahi koordinat sistemleri, ameliyat sırasında bir hasta sırtüstü veya eğilimli ile tanımlanabilen kemikli yer işaretleri kullanılarak tanımlanır. Çift floroskopide femur ve pelvisin doğrudan takibi, çeşitli koordinat sistemi tanımlarının kinematik çıkış üzerindeki etkisinin değerlendirilmesini sağladı29. Koordinat sistemi tanımları arasındaki farklar 5°'den büyük kinematik uzaklıklara neden oldu. Bununla birlikte, bu ofsetler hareket sırasında nispeten tutarlıydı ve kemikli dönüm noktası tanımlaması ile hesaba katılabilirdi.

Konuya özgü kemik morfolojisi ve kinematiğin kombinasyonu - arthrokinematics - form ve fonksiyonun eklem düzeyinde değerlendirilmesini sağlar. DDH'li hastalar için femoral az kapsama alanının dejenerasyon nedeni olduğu düşünülmekte ve bu nedenle tanı ve cerrahi planlamada kapsam ölçümleri yoğun olarak kullanılmaktadır. Ne yazık ki, bu ölçümler genellikle tek bir destekle elde edilen statik görüntülerle sınırlıdır ve sadece iki boyuttadır. Dinamik faaliyetler sırasında femoral kapsamadaki değişkenliği doğrudan ölçmek için çift floroskopi türevi artrokinematik kullanılmıştır26. Daha da önemlisi, bütünüyle değerlendirildiğinde ayakta durmada kapsama ve yürüyüş sırasında kapsama alanı arasında güçlü korelasyonlar bulunmuştur. Yine de, bölgeselleştirilmiş kapsama alanı, yürüyüşün duruş aşamasında bile femoral başın hem ön hem de arka bölgeleri için farklılık gösterdi.

Ekstra eklem impingement kalça ve çevresindeki bölgede ağrı nedenidir ve femur ile asetatülum dışındaki pelvis bölgeleri arasında ischium ve ön inferior iliak omurga da dahil olmak üzere anormal teması tanımlar. ischiofemoral impingement'in dinamik doğası, ischiofemoral uzayın klinik MRI tabanlı ölçümleri ile dinamik faaliyetler sırasında yapılan ölçümlerin karşılaştırılması ile değerlendirilmiş28. Burada standart klinik önlemlere göre dinamik olarak alan azalması gözlenmiştir; kinematik farklılıklara atfedilemeyen cinsiyete dayalı farklılıklar da tespit edildi. Bu yöntemler eklem uzayını dinamik olarak değerlendirmek için de uygulanabilir, asetatülum içindeki femoral başın konumunun değişkenliği ve hasta kohortları arasında değişkenlik hakkında fikir verebilir (Şekil 8).

Figure 1
Şekil 1: Sol kalça için aletli koşu bandının üzerine yerleştirilmiş çift floroskopi sisteminin tepegöz görünümü. Sistem, dağılım etkisini en aza indirmek ve görüş alanını en üst düzeye çıkarmak için konumlandırılmıştır. Görüntü yoğunlaştırıcılar yayıcının kaynağından yaklaşık 100-110 cm uzakta ve bir birinden 50° açılıdır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: Dinamik faaliyetler sırasında katılımcının kontralteral (sağ) tarafından görüntüleyin. Katılımcı, çift floroskopi sisteminin görüş alanının sol kalça eklemi üzerinde ortalanmış olması için iki görüntü yoğunlaştırıcı (II) arasında konumlandırılmıştır. Seviye ve eğimli yürüyüş, iç ve dış dönüş pivotları ve hareket aktiviteleri yelpazesi koşu bandı platformunda gerçekleştirilir. Kısaltma: FHJC = fonksiyonel kalça eklem merkezi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: Hareket yakalama sisteminin çift floroskopi sistemine göre tepegöz görünümü. Optik hareket yakalama sistemi 10 kızılötesi kamera ve tek bir video tabanlı kamera içerir ve tavandan sarkan bir çerçeveye yerleştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: Cilt işaretleyici hareket yakalama için kullanılan işaretleyici setinin ön ve arka görünümü. Katılımcıların sırtına, uyluklarına ve saplarına yerleştirilmiş her biri dört işaretleyicili beş plaka vardır; diğer tüm belirteçler doğrudan cilde uygulanır. Kalibrasyon işaretleyicileri dinamik hareket yakalama için kaldırılır. R veya L ile önsözlenmiş işaret etiketleri, gövdenin sağ veya sol tarafındaki işaretleyicileri gösterir; S, L, R, I, A veya P ile son eklenmiş işaret etiketleri, işaret plakasındaki işaretleyici konumlarını gösterir, özellikle üst, sol, sağ, alt, ön veya arka. Kısaltmalar: *SHO = omuz; CLAV = köprücük kemiği merkezi; STRN = sternumun dibi; BACK_* = alt sırta yerleştirilen plaka işaretleri; *ILC = iliak arması; *ASI = ön üstün iliak omurga; *PSI = arka üstün iliak omurga; GRT_TRO = daha büyük trokanter; *THI_* = uyluğa yerleştirilen ilgili plakaların işaretleyicileri; *KNE_M = medial femoral kondyle (diz); *KNE_L = lateral femoral kondyle (diz); *TIB_* = şaftın üzerine yerleştirilen ilgili plakaların işaretleyicileri (kaval kemiği); *ANK_M = medial malleolus (ayak bileği); *ANK_L = lateral malleolus; *5TH = beşinci metatarsophalangeal eklem; *TOE = ilk metatarsofalangeal eklem; *HEE = calcaneus (topuk). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 5
Şekil 5: Uyluk kemiği ve pelvisin yer işaretleri ve koordinat sistemleri. Pelvisin koordinat sistemini tanımlamak için bilateral ön üstün iliak omurga (ASIS; macenta) ve arka üstün iliak omurga (PSIS; siyan) ve orta noktalarının yer işaretleri kullanılır. Femoral başın merkezi (turuncu) ve bilateral femoral kondyles (yeşil), orta noktası ve kondilenlerin silindir uyumu, uyluk kemiğinin koordinat sistemini tanımlamak için kullanılır (sol uyluk kemiği için gösterilir). Her kemiğin üçüncü ekseni, görüntülenen iki eksenin çapraz ürününden belirlenir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 6
Şekil 6: Çift floroskopi görüntüleri ve sol kalçanın ilişkili işaretsiz takibi. Görüntüler, ön floroskop (solda) ve arka floroskoptan (sağda) görüntü ile dış ve iç döndürme pivotlarının (ortada) maksimum dönüşü için gösterilir. Her çift floroskopi görüntüsü için pelvis (üst) ve femur (alt) için markersiz izleme çözümleri. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 7
Şekil 7: Çift floroskopi ölçülen kinematiktir. Temsili bir katılımcı için dış ve iç döndürme pivotlarının maksimum dönüşünü (dikey noktalı çizgi) çevreleyen 100 kare için kinematik. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 8
Şekil 8: Sol hemi-pelvis ve uyluk kemiği arasındaki arthrokinematics tabanlı yüzey mesafesi. Arthrokinematics, çift floroskopi (dış) ile ölçülen ilgili kemik modelleri ile dış ve iç dönme pivotunun (ortada) maksimum dönüşü için gösterilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Çift floroskopi, özellikle geleneksel optik hareket yakalama kullanarak doğru bir şekilde ölçülebilen kalça için in vivo kinematiğin araştırılması için güçlü bir araçtır. Bununla birlikte, floroskopi ekipmanı uzmanlaşmıştır, burada insan vücudunun diğer eklemlerini görüntülerken benzersiz bir sistem kurulumu gerekebilir. Örneğin, ayak bileği kinematiği 32 , 33 ,34,35çalışmasına çift floroskopi uygulamasında görüntü yoğunlaştırıcılarınınmontajında, sistemin konumlandırılmasında ve ışın enerjisinin ayarlarında çeşitli değişiklikler yapılmıştır. Önemli bir çalışma hazırlığı gerektirmenin yanı sıra, çift floroskopi, tüm vücut kinematiklerini izlemek için 3D tıbbi görüntüleme ve potansiyel olarak geleneksel cilt işaretleyici hareket yakalama dahil olmak üzere ek verilerin elde edilmesi ve CT görüntü segmentasyonu ve elde edilen görüntülerin işaretsiz takibi de dahil olmak üzere uzun işlem sonrası işleme gerektirir. Neyse ki, çift floroskopiden elde edilen tamamen işlenmiş veriler, geleneksel hareket yakalama ile mevcut olanların çok ötesine ulaşan yeteneklere sahip çeşitli uygulamalarda kullanılabilir.

Optik hareket yakalama, vücut segmenti pozisyonlarını tahmin etmek için ciltteki belirteçlerin hareketini kullanırken, radyasyon bazlı çift floroskopi sadece kemik konumlarının doğrudan ölçülenini sağlar. Kemik hareketi36,37'yegöre yumuşak doku dinamiklerini ölçmeye önemli çaba ayrılmış olsa da, cildin dış tabakası ile kemikler arasındaki büyük yumuşak doku kütlesinin hareket kalıplarını ölçmek doğası gereği zordur. Bununla birlikte, kalçanın kıkırdak ve labrum gibi kemiklerle doğrudan temas eden daha ince dokular için çift floroskopi ve BT artrogram görüntüleme kombinasyonu mekansal ilişkilerini dinamik olarak değerlendirme olanağı sağlar. Supine klinik muayeneleri sırasında toplanan veriler, supine impingement sınavları sırasında femur ve labrum arasındaki temas pozisyonu ile uyumlu asetabuler labrumda klinik olarak gözlenen hasarın yerini göstermek için kullanılmıştır38. Daha da önemlisi, bu analiz, uyluk kemiği ve labrum arasındaki ilk ve en büyük temas bölgesinin kemikler arasındaki en küçük mesafenin konumuyla uyuşmadığını belirledi.

Kalça patoanatomy'si olan bireyler kıkırdak ve labrumda hasar görme riski altındadır. Bununla birlikte, kondrolabral yaralanmalardan sorumlu mekanizmalar iyi anlaşılamamıştır. Muhtemelen, BT artrogram verilerinden oluşturulan arthrokinematics verileri kıkırdak ve labrum mekaniğini incelemek için analiz edilebilir. Örneğin, yumuşak dokuyu (örneğin labrum, kıkırdak) ve kemiği temsil eden yüzey rekonstrüksiyonları arasındaki gözlenen penetrasyon analiz edilebilir ve bu dokuların yaşadığı suşu yaklaşık olarak yorumlanabilir. Bununla birlikte, kinematiğin izlenmesinde veya yüzeylerin yeniden inşasında küçük hatalar bile tahmini suşlarda ve eklem yüklerinde büyük farklılıklara neden olabilir. Bu nedenle, kalçadaki kondrolabral mekaniği kapsamlı bir şekilde değerlendirmek için FE yöntemi gibi daha gelişmiş modelleme yöntemleri gerekebilir. Çift floroskopiden elde edilen veriler, tüm vücut kinematiklerinin geleneksel cilt işaretleyici hareket yakalaması ve aletli koşu bandı, kas kuvvetlerini ve eklem reaksiyon yüklerini ve torklarını tahmin eden modeller için giriş görevi görebilirsiniz. Bu kinetik veriler daha sonra kondrolabral gerilmeleri ve suşları tahmin eden FE modellerine yükleme koşulları olarak hizmet edebilir.

Protokolde yer alan belirli adımlara ek olarak, çalışmanın farklı yönlerinin planlanarak başarılı veri toplama ile de ilgilidir. İlk olarak, kalça kapsülüne kontrast enjeksiyonu nedeniyle doğası gereği invaziv olan artrogram görüntülemenin kullanılması yapılan çalışmalarda, artrogram, hasta hareket kalıpları üzerinde herhangi bir etkiyi önlemek için hareket yakalama deneylerinin tamamlanmasından birkaç gün önce veya herhangi bir zamanda yapılmalıdır. İkinci olarak, sistem yapılandırmasının kalibrasyon ve görüntü alımı arasında değiştirilmemesini sağlamak için tüm kalibrasyon, katılımcının gelişinden önce, ancak hemen önce yapılmalıdır. Üçüncü olarak, katılımcıya, sıralamanın görevlerin performansı üzerindeki herhangi bir etkisini ortadan kaldırmak için rastgele bir sırada dinamik denemeler yapması talimatı verilmelidir.

Kalça kinematiği ölçümü için çift floroskopi kullanımı için bir diğer önemli husus radyasyona maruz kalmadır. Bununla birlikte, açıklanan protokoldeki tahmini radyasyon doz eşdeğerinin% 80'inin BT taramasından olduğunu belirtmek önemlidir. Maruziyeti azaltmak için bir çözüm, BT görüntüleme için manyetik rezonans görüntülemenin (MRG) ikame olmasıdır. MRI yüzey rekonstrüksiyonu için kullanılabilirken, çift floroskopi görüntülerinin izlenmesi, dijital olarak yeniden yapılandırılmış radyografilerden kemik yoğunluklarının projeksiyonuna da dayanır. MRI kemik yoğunluğunu doğrudan ölçemese de, çift yankı sabit durumu (DESS) gibi belirli diziler, daha yoğun kortikal kemik ile daha az yoğun iptal edilen kemik arasında bazı farklılaşma sağlar. Bu görüntüler BT görüntülerine benzer bir görünüme sahip olacak şekilde dönüştürülebilir ve çift floroskopi çalışmalarına katılanların radyasyona maruz kalmalarını potansiyel olarak azaltabilir.

Kalça eklemini çevreleyen çok miktarda yumuşak doku nedeniyle, X-ışını saçılmasını azaltmak için çift floroskopi sisteminin spesifik konumlandırılması optimize edilmelidir. Katılımcının X-ışını yayıcılarına göre konumu ve görüntü yoğunlaştırıcılar arasındaki açının önemli faktörler olduğu bulunmuştur. Bu protokol, ağırlık taşıma faaliyetleri sırasında katılımcılarda kalça hareketini incelemek için kullanılan çift floroskopi sisteminin konumlandırılmasını gösterir. Bununla birlikte, katılımcı kohortun 30 kg / m2'denaz VKİ'ye sahip kişilerle sınırlı olduğunu belirtmek de önemlidir. Büyük yumuşak doku kütleleri ile çevrili eklemlerin çift floroskopi görüntülerini yakalarken benzer bir BMI sınırı önerilir.

Burada açıklanan protokol, sırtüstü ve ağırlık taşıyan kalça kinematikleri, hem koşu bandı hem de yerüstü ağırlık taşıyan ayak bileği kinematikleri ve oturan omuz kinematikleri16 , 17 , 18 , 19, 20 , 21 , 22 , 23, 24 , 25, dahil olmak üzere çeşitli çift floroskopi sistemi konfigürasyonlarına ve eklemlerine uygulanabilir.  26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35. Koşu bandı yürüyüşü sırasında kalça ekleminin minimum küresel hareketi nedeniyle, kalça ekleminin ağırlık taşıyan kinematiğin değerlendirilmesi için aletli bir koşu bandı kullanılmıştır. Koşu bandı veya hareketli bir floroskop sistemi olmadan, kalça eklemini sadece sınırlı bir görüş alanında gerçekleştirilen aktiviteler sırasında yakalamak mümkün olurdu. Bununla birlikte, bir koşu bandının kullanımı tüm eklemler için uygun değildir. Örnek olarak, bu protokolün koşu bandı yürüyüşü sırasında ayak bileği kinematiği araştırmasına uygulanması, koşu bandı32,35'in doğal hareketi nedeniyle yürüyüşün sadece küçük bir kısmını yakalarken, yerüstü yürüyüşü, topuk çarpmasından önce33, 40,41'ekadar uzanan yürüyüşün daha büyük bir bölümünü yakalayabildi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarların çıkar çatışması yoktur.

Acknowledgments

Bu araştırma Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) tarafından S10 RR026565, R21 AR063844, F32 AR067075, R01 R077636, R56 AR074416, R01 GM083925 hibe numaraları altında desteklendi. İçerik sadece yazarların sorumluluğundadır ve NIH'nin resmi görüşlerini temsil etmek zorunda değildir.

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

Tıp Sayı 173 Çift floroskopi çift kanatlı videoradiyografi kinematik arthrokinematics kalça markersiz izleme
<em>In Vivo</em> Çift Floroskopi Kullanılarak Dinamik Ağırlık Taşıyan Faaliyetler Sırasında Kalça Arthrokinematics Nicelliği
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