使用肩峰标记簇测量动态肩胛骨运动学以最小化皮肤移动伪影

本实验的目的是获取肩胛骨运动学的无创动态测量数据。首先，在胸壁和肩峰平坦部位分别贴附反光标记点，并在肩峰处固定一个标记簇。第二步是使用校准探针确定肩胛骨解剖标志点相对于标记簇的位置。

校准完成后，受试者在相关的运动平面内执行上臂抬高和放低的动作。最后一步是根据已知的肩峰标记簇相对位置，确定在动态运动过程中肩胛骨解剖标志点的位置。最终，通过肩胛骨解剖标志点的位置来显示肩胛骨相对于胸壁的空间方位。

该技术有助于解答生物力学与康复领域中的关键问题，例如哪些肩胛骨运动模式与肩关节功能障碍相关。此外，该技术还可用于评估针对肩关节功能障碍治疗的干预措施。首先，请受试者脱去上身衣物，或穿着不会干扰标记物运动或遮挡动作捕捉系统视野的衣物。

构建一个肩峰标记簇（acromium marker cluster）或由一块L形塑料组成的MC。在L形两个分支的末端各粘贴一个反光标记，两个标记相交于一点。使用双面胶带将肩峰MC固定在肩峰后部与肩胛 spine 相交的位置。

钢板的一端应沿肩胛骨内侧缘放置，与脊柱方向一致。另一端应指向肩胛骨平面的前方。接下来使用固定带。

应将一个集群标记物组贴附于受试者的上臂，并将反光标记物贴在以下解剖标志点：胸骨切迹、剑突、第七颈椎（C7）棘突、第八胸椎（T8）棘突、胸锁关节、尺骨茎突和桡骨茎突。每位受试者均需针对AMC进行解剖标志点的校准。为此，需制作一个校准棒，其由四个反光标记物组成，呈T字形排列。

测量校准棒尖端到第一个棒状标记的距离。进行测量时，将校准棒的尖端放置在需要校准的解剖标志点上，并使用动作捕捉系统采集三秒钟的数据，确保校准棒上的标记、A MC以及上臂簇的所有标记均能被摄像头清晰捕捉到。

首先，用手触摸锁骨并沿其向外侧移动，直至找到锁骨与肩峰相接的部位，以定位肩锁关节。将探头尖端置于锁骨与肩峰之间的关节处，测量肩峰角，同时沿肩胛冈至最外侧点进行扫描。

将探头尖端置于肩峰背面的此位置。接着，沿肩胛冈向内侧最远点进行ALS测量。为定位肩胛冈内侧点，将探头尖端置于肩胛冈与肩胛骨内侧缘相交处。

为定位肩胛骨下角，需沿肩胛骨内侧缘向下触诊，并在受试者肘关节屈曲90度且拇指朝上的情况下，将探头尖端置于最靠尾侧的点。将手放在肘关节内侧以定位内上髁，并将探头尖端置于内上髁最靠尾侧的点。

保持相同体位，将一只手放在肘部外侧以定位外上髁，并将探头尖端置于最靠内侧的位置。为确定盂肱关节中心，要求受试者上臂做环转运动。在肘关节完全伸展的情况下，从手臂抬高0度到约40度，受试者需完成该动作，同时尽量减少肩复合体的前伸、后缩、上抬或下沉。

如有必要，研究人员可提供协助。记录此动作约30秒。校准完成后，开始采集数据，要求受试者将手臂从0度上举至120度，然后将手臂放回体侧休息位置。

指导受试者在矢状面、冠状面和肩胛平面内执行此动作。肩胛平面位于冠状面前方约40度，用于计算肩胛骨运动学参数。在动态运动试验期间，使用运动学建模软件。

该软件包含用于创建局部坐标系、将坐标从局部坐标系转换为全局坐标系，以及计算欧拉角旋转的命令。首先，利用肩胛骨标记点（A MC）上的标记物坐标定义一个任意的局部坐标系。然后，针对每一次肩胛骨解剖标志点校准试验，计算全局坐标系中单个探针尖端的位置。

确定单个标记点相对于肱骨远端标记簇（A MC）局部坐标系的位置。接着，确定内侧和外侧上髁相对于肱骨标记簇的位置。利用已知的解剖标志点相对于A MC的位置关系，计算在动态试验中每个时间点这些标志点在全局坐标系中的位置。

对每个解剖标志点，即内上髁和外上髁，重复上述步骤。使用上臂标记簇。接下来，利用肱骨与肩胛骨之间螺旋轴的旋转中心点，计算盂肱关节中心。

接下来，通过计算相关标记点之间的单位向量，为胸廓、肩胛骨和肱骨定义局部坐标系，遵循国际生物力学学会对每个刚体节段的建议。为确定每个时间点肩胛骨相对于胸廓的方向，采用欧拉角分解方法，旋转顺序为：内旋、上旋，然后后倾。接下来，确定肱骨相对于胸廓的方向，使用非卡尔丹旋转序列，依次为： elevation 平面、elevation 角，然后是轴向旋转。

使用 MATLAB 等数值建模软件执行数据降维和分析步骤。将运动学数据划分为肱骨运动的抬升相和下降相。对每个运动阶段的时间进行归一化处理，并以肱骨抬升角度为参考，表示肩胛骨运动学参数。

在此示例中，肱骨抬高和下降的每个阶段的起始与结束由绿色虚线标示。抬高和下降阶段是通过肱骨抬高角速度来确定的。最上方的红色虚线代表用于确定抬高阶段起始和结束的阈值。

最下方的红色虚线表示用于确定下降阶段起始和结束的阈值。绿色点状线表示角速度超过阈值的时间点。该图表显示了手臂上举过程中肩胛骨向上旋转的情况，数据已通过101个以上的数据点进行插值。

为了对时间进行归一化处理。图中显示了在矢状面臂部运动过程中肩胛骨的旋转情况，包括上旋在抬高和降低阶段的变化，后倾在抬高和降低阶段的变化，以及内旋在抬高和降低阶段的变化。在执行该操作时，必须牢记：标记物的精确放置以及解剖标志点的仔细触诊，对于获得有效且可靠的结果至关重要。

还需要注意的是，该技术仅在肱骨抬高不超过120度时有效。