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HINWEIS: Die Verwendung von menschlichen Teilnehmern wurde von der Fakultät für Gesundheitswissenschaften Ethikkommission an der Universität von Southampton zugelassen. Alle Teilnehmer unterzeichnete Einverständniserklärungen vor Datensammlung begonnen. Für die in dieser Studie präsentierten Daten Kinematik wurden mit einem passiven Marker Motion-Capture-System, bestehend aus 12 Kameras aufgezeichnet; sechs 4-Megapixel-Kameras und sechs 16-Megapixel-Kameras, die bei Abtastfrequenz von 120 Hz.
1. Vorbereitung der Teilnehmer
- Fragen Sie Themen, um ihre Bekleidung Oberkörper zu entfernen oder einen Sport-BH, Weste oder schulterfreies Top tragen. Wichtig ist, dass Kleidung nicht mit der Bewegung der Markierungen stören oder zu verschließen Marker aus der Sicht der Kameras.
- Konstruieren Sie einen Schulterdach Marker Cluster, bestehend aus einem L-förmigen Stück Plastik 70 mm in der Länge entlang jeder Aspekt. Befestigen drei retroreflektierenden Markern an den AMC, einer auf dem Ende jedes Ende jeder Aspekt und eine, each Aspekt treffen (Abbildung 1).
- Bringen Sie den Schulterdach Marker Cluster (AMC) auf den hinteren Teil des Akromions, wo die Schulterdach trifft Spina scapulae, mit doppelseitigem Klebeband. Ein Aspekt der Platte sollte die Spina scapulae zeigt medial zu folgen, die andere sollte anterior der Schulterblattebene (Abbildung 1) zeigen.
- Bringen Sie einen Cluster-Marker, um den Oberarm mit Riemen (Bild 2) einstellen.
- Bringen retroreflektierende Markierungen auf die folgenden anatomischen Landmarken auf von der Internationalen Gesellschaft für Biomechanik 33 (Abbildungen 1 und 2) zu empfehlen: Sternal Kerbe (IJ; Deepest Gelenk des sternalen Kerbe), Schwertfortsatz (PX; Die meisten Schwanzpunkt auf dem Brustbein), C7 (Dornfortsatz des C7 Wirbels), T8 (Dornfortsatz des Wirbels T8), Sternoklavikulargelenk (SC; Die meisten Bauch Punkt auf der Sternoklavikulargelenk), Radial styloid (Am Schwanz point auf dem Processus styloideus radii) und Processus styloideus ulnae (Am Schwanzpunkt auf dem Processus styloideus ulnae).

Abb. 1: Position des Akromions Marker Cluster, C7 und T8 anatomischen Marker Diese Zahl hat sich von Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ verändert wurden Mess Skapulier Kinematik beim Arm senken mit dem Schulterdach Marker Cluster Hum.. Mov. Sci 31, 386-396, doi:. Http: //dx.doi.org/10.1016/j.humov.2011.07.004 (2012).

Abbildung 2: Markierung Standorte für die Brustbeinkerbe (IJ), Schwertfortsatz (PX), Sternoklavikulargelenk (SC), Oberarm Cluster, Processus styloideus ulnae (US), Processus styloideus radii (RS).
2. TEILNEHMERt-Kalibrierung
HINWEIS: Position der anatomischen Landmarken des Schulterblattes zu müssen, in Bezug auf das Schulterdach Marker Cluster bestimmt werden. Kalibrierung der Wahrzeichen wird für jeden Teilnehmer erforderlich.
- Einer Eichstab bestehend aus vier reflektierenden Markierungen in ein 'T' Bildung (Abbildung 3) platziert. Den Abstand von der Spitze des Eichstab, um den ersten Stab-Marker.
- Tasten Sie und suchen Sie die folgenden anatomischen Landmarken, wie von der Internationalen Gesellschaft für Biomechanik 33 empfohlen. Setzen Sie die Spitze des Eichstab auf dem Wahrzeichen (Abbildung 3). Nehmen Sie 3 Sekunden von Daten mit dem Motion-Capture-System zu errichten, die Markierungen auf der Wand, sind die AMC und Oberarm-Cluster alle auf die Kameras sichtbar.
- AC-Gelenk (AC) - Legen Sie eine Hand auf das Schlüsselbein, dann seitlich bewegen, bis zu dem Punkt, wo das Schlüsselbein das Schulterdach erreicht.Setzen Sie die Spitze des Stiftes an der Verbindung zwischen dem Schlüsselbein und Schulterdach.
- Acromion Winkel (AA) - Tasten Sie entlang der Spina scapulae auf die meisten seitlichen Punkt. Setzen Sie die Spitze des Stiftes auf der Dorsalseite des Akromions am meisten seitlichen Punkt (Abbildung 3).
- Medial Spina scapulae (TS) - Tasten Sie entlang der Spina scapulae mit dem meisten medialen Punkt. Setzen Sie die Spitze des Stiftes an der Stelle, an der Wirbelsäule entspricht dem medialen Rand des Schulterblattes.
- Unteren Winkel des Schulterblattes (AI) - inferior Tasten Sie entlang der medialen Rand des Schulterblattes. Setzen Sie die Spitze des Stiftes auf dem kaudalste Punkt des Schulterblattes.
- Epicondylus medialis (EM) - Mit Ellenbogen des Teilnehmers in 90 ° Beugung nach vorne gerichtet, mit dem Daumen nach oben, legen Sie eine Hand auf der Innenseite des Ellenbogens, um den Epicondylus medialis zu lokalisieren. Setzen Sie die Spitze des Stiftes auf dem kaudalste Punkt des Epicondylus medialis.
- Seitliche Epikondylen (EL) - Mit Ellenbogen des Teilnehmers in 90 ° Beugung nach vorne gerichtet, mit dem Daumen nach oben, legen Sie eine Hand auf der lateralen Seite des Ellenbogens, den Epicondylus lateralis zu lokalisieren. Setzen Sie die Spitze des Stiftes auf dem kaudalste Punkt des Epicondylus lateralis.
- Zur Bestimmung der Schultergelenk Zentrum, fragen Sie die Teilnehmer, um eine kreisenden Gelenkbewegungen mit ihren Oberarm mit dem Ellenbogen voll ausgefahren von null Grad Arm Höhe auf ca. 40 ° Arm Erhebung durchzuführen,. Sie müssen diese Bewegung, während dem Ziel, protraction / Abfahren und Elevation / Depression des Schulterkomplex minimieren durchzuführen; der Ermittler kann Hilfe leisten, wenn nötig. Notieren Sie sich diese Bewegung für ca. 30 sec.

Abbildung 3: Kalibrierung Stab verwendetanatomische Knochenmarkstein in Bezug das Schulterdach Marker Cluster (AMC) zu lokalisieren.
3. Experiment Protocol
- Fragen Sie Teilnehmer Arm Höhe von null auf 120 ° Arm Erhebung durchzuführen, und senken Sie dann den Arm wieder zur Ruhe an ihrer Seite in der sagittalen, frontalen und Schulterblattebene. Die Schulterblattebene ist ungefähr 40 ° anterior der Frontalebene.
4. Nachbearbeitung kinematische Daten
HINWEIS: Die folgenden Schritte beschreiben die Vorgehensweise notwendig, um Skapulier Kinematik während der dynamischen Bewegung Studien zu berechnen. Diese Schritte wurden beschrieben und eingehend untersucht in der Literatur 21,33,34 und der Zweck der folgende Abschnitt ist eine Synthese liefern und Schritt-für-Schritt-Anleitung für die Umsetzung der Modellierungsschritte erforderlich, um Skapulier Kinematik zu erhalten. Die Anwendung dieser Schritte wird in den relevanten kinematischen Modellierungs-Software durchgeführt. Die Software contaIns Befehle, um die Schaffung von lokalen Koordinatensystemen zu ermöglichen, die Umwandlung von Koordinaten aus einer globalen zu lokalen Koordinatensystem, die Umwandlung von Koordinaten von lokalen zu globalen Koordinatensysteme und die Berechnung der Euler-Winkel Umdrehungen. Diese Schritte werden das Schulterblatt, Oberarmknochen und Brustkorb zu ermöglichen, als starre Körper definiert werden. Anschließend Rotation des Schulterblattes bezüglich der Brustkorb und der Humerus bezüglich Thorax kann dann bestimmt werden.
- Verwendung der Koordinaten der Markierungen auf der AMC, definieren eine beliebige lokale Koordinatensystem für das AMC (Abbildung 4a). Für jede Skapulier anatomischer Stützpunkt Abdrehprobe, bestimmen die Lage der Spitze des Zauberstabs, der die Position der anatomischen Landmarke darstellt, in Bezug die lokalen Koordinatensystem auf der AMC mit den folgenden Schritten.
HINWEIS: Die kinematische Modellierungssoftware enthalten Befehle zum Aktivieren der Erstellung von lokalen Koordinatensystemen und die Umwandlung von Koordinaten aus einer globalenzu einer lokalen Koordinaten, siehe Abbildung 4 beispielsweise Befehle. - Verwenden Sie die Markierungen auf der Zauberstab, um einen lokalen Koordinatensystems für den Zauberstab (Abbildung 4a) zu erstellen mit dem folgenden Befehl in der kinematischen Modellierungssoftware: AMC = [AMCO, AMCA-AMCO, AMCO-AMCM, xyz] wobei AMCO, AMCA und AMCM sind die Etiketten auf die Markierungen auf der AMC gegeben.
- Mit der kinematischen Modellierungssoftware, die Berechnung der Position der Spitze des Zauberstabs in das globale Koordinatensystem. In dem gegebenen Beispiel ist diese 83 mm von dem Marker 1 (M1) in der Achse X des Stifts (4b); verwenden Sie den Befehl: Wand = [M1, M1-M2, M3-M4, xyz] und Wandtip = M1 + {83,0,0} * HALTUNG (Zauberstab), wobei M1, M2, M3 und M4 sind die Etiketten an den Marker gegeben auf dem Zauberstab.
- Bestimmen Sie die Position der Spitze des Zauberstabs in Bezug auf das lokale Koordinatensystem des AMC ($% AA) (4c) mit Hilfe der Modellierungsbefehle: $% AA = WandTip / AMC und PARAM ($% AA).
- Wiederholen Sie die Schritte 4.1.1 für jede Skapulier anatomischer Stützpunkt 4.1.3.
- Bestimmen die Lage der medialen und lateralen Epikondyle bezüglich des Humerus Marker Cluster statt des AMC, mit dem unter Verwendung der oben beschriebenen Schritte.
- Verwenden Sie die dynamische Kalibrierung Versuch, die Position des Schultergelenkes Zentrum in Bezug auf das Schulterblatt zu berechnen. Berechnen der Position des Schultergelenkzentrum in Bezug auf das Schulterblatt, als Drehpunkt der Schraubenachse zwischen dem Oberarm und Schulterblatt. Weitere Details zu diesem Verfahren finden Sie in Veeger 35.
- Berechnen des Ellbogen entfernt (ELJC) als Mittenabstand zwischen dem seitlichen (EL) und mediale Epikondyle (EM) des Humerus; ELJC = (EM + EL) / 2.
- Während der dynamischen Prüfungen Verwenden der bekannten Position der anatomischen Landmarken in Bezug auf die AMC, um die Position der anatomischen Landmarken in dem globalen Koordinatensystem (5) zu bestimmen.
Hinweis: Modeling-Software enthalten Befehle zur Umwandlung von Koordinaten von lokalen Koordinatensystemen zu ermöglichen, um globale Koordinatensysteme, siehe Abbildung 5 beispielsweise Befehle. - Siehe 5a, die die Position des Akromions Winkel Meilenstein in Bezug auf die AMC ($% AA) zeigt Abbildung wie in Punkt 4.1 beschrieben.
- Während der dynamischen Studie Konvertieren Sie die Lage von $% AA virtuelle Markierung, um das globale Koordinatensystem für jeden Zeitpunkt, um das Schulterdach Winkel erstellen (AA) Wahrzeichen (5b) mit dem folgenden kinematischen Modellierung Befehl: AA = $% AA * AMC und OUTPUT (AA).
- Wiederholen Sie die Schritte 4.4.2 für jede anatomische Landmarke.
- Definieren eines lokalen Koordinatensystems für den Brustkorb und Schulterblatt durch Berechnen der Einheitsvektoren zwischen den entsprechenden Markierungen, um jede Achse für eine gegebene starre Körper mit dem folgenden kinematischen Modellbefehls darstellen: Scapula = [AA, TS-AA, AA-AI, ZXY] . Thorax = [IJ, MUTHX-MLTHX, IJ-C7, yzx], MUTHX ist, wo der Mittelpunkt zwischen dem IJ und C7 Wahrzeichen und MLTHX ist die Mitte zwischen den PX und T8 Sehenswürdigkeiten.
HINWEIS: Die Achsen Definition auf International Society of Biomechanics "(ISB) Empfehlungen 33 (Tabelle 1 und Abbildung 6) basiert. - Mit einem ähnlichen Verfahren, definieren Sie eine lokale Koordinatensystem für die Humerus mit "Option 2" wie von der ISB 33 empfohlen.
HINWEIS: Option 2 erfordert eine ausreichende Ebene durch die gleohumeral gemeinsames Zentrum gebildet, Ellenbogengelenk-Center und die Ulna styloid, dh eine gewisse Ellbogenflexion erforderlich. Wenn der Teilnehmer nähert volle Ellenbogenstreckung können die Oberarm Achsen instabil werden und daher "Option 1" verwendet werden (Tabelle 1). Siehe Wu et al. (2005) für weitere Details.
- Bestimmung der Orientierung des Schulterblattes relativ zum Thorax für jeden Zeitpunkt während der dynamischen Studiemit Hilfe der Euler-Winkel-Zersetzungsverfahren mit einer Drehfolge der Innenrotation (Y), Drehung nach oben (X ') und hinteren Neigung (Z' ') 33 mit dem folgenden kinematischen Modellierung Befehl: ScapularKin = - ( Abbildung 7).
- Bestimmung der Orientierung des Oberarms in Bezug auf den Brustkorb während der dynamischen Studie unter Verwendung eines nicht-Gelenkdrehfolge Y (Ebene der Elevation), X '(Elevation) und Y' '(axiale Rotation) 36 mit kinematischen Modellierungssoftware.
HINWEIS: Ein Makro ist verfügbar, um vom Hersteller, um nicht-Gelenkdreh Sequenzen innerhalb der kinematischen Modellierungssoftware in diesem Manuskript verwendet festzustellen, herunterladen.

MUTHX = Mitte zwischen IJ und C7. MLTHX = Mitte zwischen PX und T8. GH = glenohumeral Gelenkzentrum. ELJC = Ellenbogengelenk Zentrum.
Mathematische Operatoren:
^ = Kreuzprodukt zweier Vektoren
|| = Absolutwert eines Vektors
Tabelle 1: Lokale Koordinatensystem für jeden starren Segments.
5. Datenreduktion und Analyse
HINWEIS: Die folgenden Datenreduktion und Analyse Schritte werden in der numerischen Modellierung Software (wie zB MATLAB), die Manipulation von Datenmatrizen können durchgeführt werden. Die kinematische Daten in die Höhe und senkt Phasen humeralen Bewegungszeit für jede Phase der Bewegung normalisierten unterteilt, dann scapular Kinematik relativ humeralen Elevationswinkel ausgedrückt.
- Bestimmung der Elevation und Absenkphase des Oberarm Höhe wie unten (Figur 8) beschrieben. Diese Phasen sind von der Winkelgeschwindigkeit des Oberarmelevationswinkel (8) ermittelt. Siehe ElevationLoweringPhases.m FunktionDatei.
- Bestimmen den Beginn des Oberarmelevations wenn die Winkelgeschwindigkeit des Humerus eine Schwelle 2% der maximalen Oberarmwinkelgeschwindigkeit überschreitet.
- Bestimmen das Ende des Anhebungsphase als der Punkt, an dem die Oberarmwinkelgeschwindigkeit unter 2% der maximalen Oberarmwinkelgeschwindigkeit oder bei Oberarm Erhebung 120 ° überschreitet.
- Bestimmen den Beginn des Oberarm Absenkphase wenn die Winkelgeschwindigkeit unter 2% des minimalen Winkelgeschwindigkeit oder der Punkt, an dem Oberarmelevations fällt unter 120 °.
- Bestimmen das Ende der Absenkphase wenn die Winkelgeschwindigkeit von mehr als 2% der minimalen Winkelgeschwindigkeit.
- Normalisieren der Daten durch Interpolieren der kinematischen Daten in jeder Phase der Bewegung, um 101 Datenpunkte (Abbildung 9). Siehe Time_normalisation.m Funktion Datei.
- Auszudrücken scapular Kinematik in Bezug auf Oberarmelevations durch Auftragen der Arm Winkel (Grad) nach oben gegen rFlotation (Grad) (Abbildung 10). Siehe PlotScapHumRhythm.m Funktion Datei.