Messung der dynamischen Skapulier Kinematik Mit einem Acromion Markierung Cluster zu Haut Bewegung Artefakt Minimieren
10. Februar 2015
Dieser Bericht enthält Einzelheiten, wie das Schulterdach Marker Cluster Methode zur Gewinnung von Skapulier Kinematik bei Verwendung eines passiven Marker Motion-Capture-Gerät übernehmen. Wie in der Literatur beschrieben wurden, bietet dieses Verfahren einen robusten, nicht invasiven, dreidimensionalen, dynamischen und gültige Messung scapular Kinematik Minimierung Haut Bewegungsartefakte.
Ziel dieses Verfahrens ist es, nicht-invasive dynamische Messungen der Kinematik des Schulterblatts zu erhalten. Dies wird erreicht, indem retroreflektierende Marker am Thorax und ein Markercluster am flachen Teil des Schulterdachs angebracht werden. Der zweite Schritt besteht darin, die Position der anatomischen Orientierungspunkte des Schulterblatts in Bezug auf den Markercluster mit Hilfe eines Kalibrierstabs zu bestimmen.
Nach der Kalibrierung führt der Teilnehmer Armheber- und Senkbewegungen in relevanten Bewegungsebenen aus. Der letzte Schritt besteht darin, die Lage der anatomischen Orientierungspunkte des Schulterblatts während der dynamischen Bewegungen auf der Grundlage der bekannten Position in Bezug auf den Schulterdachmarkercluster zu bestimmen. Letztendlich wird die Lage der anatomischen Orientierungspunkte des Schulterblatts verwendet, um die Ausrichtung des Schulterblatts in Bezug auf den Thorax zu zeigen.
Diese Technik kann helfen, wichtige Fragen in den Bereichen Biomechanik und Rehabilitation zu beantworten, z. B. welche Bewegungsmuster des Schulterblatts mit einer soliden Dysfunktion verbunden sind. Es ermöglicht auch die Beurteilung von Behandlungsinterventionen, die auf die Behandlung von Schulterfunktionsstörungen abzielen. Bitten Sie den Teilnehmer zu Beginn, seine Oberkörperkleidung auszuziehen oder Kleidung zu tragen, die die Bewegung der Marker nicht beeinträchtigt oder sie aus dem Blickfeld des Motion-Capture-Systems verdeckt.
Konstruiere ein Akromium-Marker-Cluster oder einen MC, der aus einem L-förmigen Stück Kunststoff besteht. Bringen Sie drei retroflektive Marker an, einen am Ende jedes Aspekts von einem, an dem sie sich treffen. Befestigen Sie den A MC mit doppelseitigem Klebeband am hinteren Teil des Schulterdachs, wo er auf die Schulterblattwirbelsäule trifft.
Ein Aspekt der Platte sollte dem Rücken des Schulterblatts folgen und nach medial zeigen. Die andere sollte nach vorne zur Schulterblattebene zeigen. Nächster Gurt.
Ein Cluster-Marker, der auf die retroreflektierenden Marker des Oberarms des Teilnehmers gesetzt wird, sollte dann an den folgenden anatomischen Orientierungspunkten angebracht werden: der sternalen Kerbe, dem Xiphoid-Prozess, dem Wirbel C sieben, dem Wirbel T acht, dem Sternoclavicular, dem gelenkigen ulnaren Griffel und dem radialen Griffel. Anatomische Orientierungspunkte in Bezug auf den A MC müssen für jeden Teilnehmer kalibriert werden. Zu diesem Zweck wird ein Kalibrierstab konstruiert, der aus vier reflektierenden Markern besteht, die in einer T-Formation platziert sind.
Messen Sie den Abstand von der Spitze des Kalibrierstabs zum ersten Stabmarker. Um eine Messung vorzunehmen. Platzieren Sie die Spitze des Zauberstabs auf dem zu kalibrierenden Orientierungspunkt, um drei Sekunden Daten mit dem Motion-Capture-System zu erfassen, und stellen Sie sicher, dass die Markierungen auf dem Zauberstab, der A MC und der Oberarm-Cluster für die Kameras sichtbar sind.
Lokalisieren Sie zunächst das Schultereckgelenk, indem Sie eine Hand auf das Schlüsselbein legen und sich seitlich bis zu dem Punkt bewegen, an dem das Schlüsselbein das Schulterdach erreicht. Platzieren Sie die Spitze des Zauberstabs an der Verbindung zwischen Schlüsselbein und Schulterdach, um den Schulterdachwinkel zu messen. Entlang der Wirbelsäule des Schulterblatts bis zum äußersten seitlichen Punkt.
Lege die Spitze des Zauberstabs an dieser Stelle auf die dorsale Seite des Schulterdachs. Als nächstes ALS entlang der Wirbelsäule des Schulterblatts bis zum medialsten Punkt. Um die mediale Wirbelsäule des Schulterblatts zu lokalisieren, platzieren Sie die Spitze des Stabs an der Stelle, an der die Wirbelsäule auf den medialen Rand des Schulterblatts trifft.
Um den unteren Winkel des Schulterblatts zu lokalisieren, tasten Sie nach unten entlang des medialen Randes des Schulterblatts und platzieren Sie die Spitze des Zauberstabs auf den cordalsten Punkt, wobei der Ellbogen des Teilnehmers um 90 Grad gebeugt ist und der Daumen nach oben zeigt. Legen Sie eine Hand auf die mediale Seite des Ellenbogens, um den medialen Epicondylus zu lokalisieren. Platzieren Sie die Spitze des Zauberstabs auf dem cordalsten Punkt des medialen Epicondylus.
Legen Sie in der gleichen Position eine Hand auf die seitliche Seite des Ellbogens, um den lateralen Epicondylus zu lokalisieren, und platzieren Sie die Spitze des Zauberstabs auf den herzlichsten Punkt. Um das Zentrum des Glenohumeralgelenks zu bestimmen, bitten Sie den Teilnehmer, mit dem Oberarm eine Zirkumduktionsbewegung auszuführen. Wenn der Ellbogen von null Grad Armerhöhung auf etwa 40 Grad vollständig gestreckt ist, muss ein Teilnehmer diese Bewegung ausführen, wobei er darauf abzielt, die Retraktion, Erhöhung oder Senkung des Schulterkomplexes zu minimieren.
Der Prüfer kann bei Bedarf Hilfestellung leisten. Nehmen Sie diese Bewegung ca. 30 Sekunden lang auf. Beginnen Sie nach der Kalibrierung mit der Datenerfassung, indem Sie den Teilnehmer bitten, den Arm von null bis 120 Grad zu erhöhen und dann den Arm wieder nach unten zu senken, um an seiner Seite zu ruhen.
Weisen Sie den Teilnehmer an, diese Aktion in der sagittalen Frontal- und Schulterblattebene auszuführen. Die Schulterblattebene liegt etwa 40 Grad vor der Frontebene, um die Kinematik des Schulterblatts zu berechnen. Bei den Versuchen mit dynamischen Bewegungen wird eine kinematische Modellierungssoftware verwendet.
Die Software enthält Befehle zur Erstellung lokaler Koordinatensysteme, zur Konvertierung von Koordinaten von lokalen in globale Koordinatensysteme und zur Berechnung von Ölwinkelrotationen. Verwenden Sie zunächst die Koordinaten der Marker auf dem A MC, um ein beliebiges lokales Koordinatensystem zu definieren. Berechnen Sie als Nächstes die Position der einen Spitze im globalen Koordinatensystem für jeden Kalibrierungsversuch eines anatomischen Orientierungspunkts des Schulterblatts.
Bestimmen Sie die Position der einen Spitze in Bezug auf das lokale Koordinatensystem A MC. Bestimmen Sie als Nächstes die Position der medialen und lateralen epischen Kondylen in Bezug auf den Humerusmarker-Cluster. Verwenden Sie die bekannte Position der anatomischen Landmarken in Bezug auf den A MC, um die Position innerhalb des globalen Koordinatensystems für jeden Zeitpunkt während des dynamischen Versuchs zu bestimmen.
Wiederholen Sie diese Schritte für jeden anatomischen Orientierungspunkt, die medialen und lateralen epischen Kondylen. Verwenden Sie den oberen Armcluster. Berechnen Sie als Nächstes das Zentrum des Glenohumeralgelenks anhand des Drehpunkts der Helikachse zwischen Humerus und Schulterblatt.
Definieren Sie als Nächstes ein lokales Koordinatensystem für Thorax, Schulterblatt und Humerus, indem Sie die Einheitsvektoren zwischen den relevanten Markern berechnen, gemäß den Empfehlungen der International Society of Biomechanics für jedes Starrkörpersegment, um die Ausrichtung des Schulterblatts relativ zum Thorax für jeden Zeitpunkt zu bestimmen, verwenden Sie die Methode der Zerlegungsmethode des Ölwinkels mit einer Rotationssequenz der Innenrotation. Obere Drehung, dann hintere Neigung. Bestimmen Sie als Nächstes die Ausrichtung des Humerus in Bezug auf den Thorax mit einer nicht kardinischen Rotationssequenz der Höhenebene. Erhebung. Dann axiale Rotation.
Führen Sie die Schritte zur Datenreduktion und -analyse mit numerischer Modellierungssoftware wie Matlab durch. Unterteilen Sie die kinematischen Daten in die Hebungs- und Senkphasen der Humerusbewegung. Normalisieren Sie die Zeit für jede Bewegungsphase und drücken Sie die Kinematik des Schulterblatts relativ zum Humerus-Höhenwinkel aus.
In diesem Beispiel wird die Hebung und Senkung des Oberarmknochens mit dem Beginn und dem Ende jeder Phase durch die grünen gestrichelten Linien gekennzeichnet. Die Hebungs- und Senkphasen werden anhand der Winkelgeschwindigkeit der Humerushebung bestimmt. Die oberste rote Strichlinie stellt den Schwellenwert dar, der zum Bestimmen des Beginns und des Endes der Höhenphase verwendet wird.
Die unterste rote Strichlinie stellt einen Schwellenwert dar, der verwendet wird, um den Beginn und das Ende der Absenkphase zu bestimmen. Grün gestrichelte Linien stellen die Punkte dar, an denen die Winkelgeschwindigkeit die Schwellenwerte überschritten hat. Dieses Diagramm zeigt die Aufwärtsdrehung des Schulterblatts während der Armhebung, die mit über 101 Datenpunkten interpoliert wurde.
In Bezug auf die Zeit zu normalisieren. Die Scapular-Rotationen während der Armbewegung in der sagittalen Ebene sind sowohl für die Aufwärtsrotation während der Hebungs- und Senkphase als auch für die hintere Neigung während der Hebungs- und Senkphase und die Innenrotation während der Hebungs- und Senkphase dargestellt. Wenn Sie dieses Verfahren versuchen, ist es wirklich wichtig, sich daran zu erinnern, dass die sorgfältige Platzierung der Marker und das Abtasten der anatomischen Orientierungspunkte entscheidend sind, um gültige und zuverlässige Ergebnisse zu erhalten.
Es ist auch wichtig, sich daran zu erinnern, dass diese Technik nur bis zu einer Humeruserhöhung von 120 Grad gültig ist.
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Übersicht
Dieser Bericht beschreibt die Methode des Akromion-Marker-Clusters zur Erfassung der skapulären Kinematik mithilfe eines passiven Marker-basierten Bewegungserfassungssystems. Diese nichtinvasive Technik ermöglicht robuste dreidimensionale Messungen und minimiert Artefakte durch Hautbewegungen.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Biomechanik
- Bewegungsaufnahmetechnologie
Hintergrund
- Die Skapulakinematik ist entscheidend für das Verständnis der Schultermechanik.
- Herkömmliche Methoden können Artefakte aufgrund von Hautbewegungen verursachen.
- Die Akromion-Marker-Cluster-Methode zielt darauf ab, genaue Messungen bereitzustellen.
- Nichtinvasive Techniken werden in klinischen und Forschungsumgebungen bevorzugt.
Zweck der Studie
- Um dynamische Messungen der skapulären Kinematik zu erhalten.
- Um die Genauigkeit der Bewertung der Skapulaorientierung zu verbessern.
- Um den Einfluss von Hautbewegungsartefakten während der Messungen zu minimieren.
Verwendete Methoden
- Anbringen von retroreflektierenden Markern am Thorax und am Akromion.
- Verwendung eines Kalibrierstabes zur Lokalisierung skapulärer anatomischer Landmarken.
- Die Probanden führen Hebe- und Senkbewegungen des Arms aus.
- Bestimmung der Positionen skapulärer Landmarken während dynamischer Bewegungen.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche Kalibrierung der skapulären Landmarken in Bezug auf das Akromion.
- Präzise Verfolgung der skapulären Bewegung während Armbewegungen.
- Nachgewiesene Validität der Akromion-Markerkonfigurations-Methode.
- Reduzierte Bewegungsartefakte des Hautgewebes im Vergleich zu herkömmlichen Methoden.
Schlussfolgerungen
- Die Akromion-Marker-Cluster-Methode eignet sich zur Messung der skapulären Kinematik.
- Diese Methode verbessert die Zuverlässigkeit von Bewegungserfassungsdaten.
- Sie stellt ein wertvolles Werkzeug für Forscher und Kliniker in der Biomechanik dar.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die genaue Messung der dynamischen Skapula-Kinematik ist entscheidend für das Verständnis der Schulterbiomechanik in präklinischen Modellen von muskuloskelettalen Erkrankungen. Die Methode des Akromion-Marker-Clusters verringert Artefakte durch Hautbewegung und verbessert die Datenzuverlässigkeit für die Zielvalidierung in der Rehabilitationsforschung. Dies unterstützt die mechanistische Risikominderung, indem quantitative Bewertung von Veränderungen der Skapula-Orientierung während der Armbewegung in den Phasen Hebung und Absenkung ermöglicht wird.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Untersuchung der skapulothorakalen Mechanik in Krankheitsmodellen, indem zuverlässige Messungen der Aufwärtsrotation und der posterioren Kippung bereitgestellt werden.
- Operativer Wert: Verringert die Messvariabilität aufgrund von Hautartefakten und erhöht somit das Vertrauen in die Beurteilung der Zielstrukturen.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Liefert standardisierte, reproduzierbare kinematische Ausgabewerte des Schulterblatts für die Einsatzbereitschaft in Modellen von Schulterfunktionsstörungen.
- Operationaler Wert: Unterstützt die Wiederverwendung der Plattform über verschiedene Studien hinweg durch definierte Kalibrierungs- und Datenerfassungsprotokolle.
Translationale und präklinische Forschung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht eine translationale Kontinuität, indem entdeckungsphasenbezogene Bewegungsmuster der Schulterblattregion mit der präklinischen Validierung von Interventionen verknüpft werden.
- Operationaler Wert: Ermöglicht risikoadjustierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung anhand zuverlässiger Wellenform-Fehlermetriken (z. B. 2,7°–4,4° für die Aufwärtsrotation).
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Methode integriert sich in Entdeckungsbiologie-Arbeitsabläufe, indem sie die Hypothesenprüfung zum Beitrag des skapulothorakalen Bereichs an Schulterfunktionsstörungen ermöglicht und die Identifizierung aussichtsreicher Kandidaten durch quantitative biomechanische Phänotypisierung unterstützt.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Aufklärung von Wegen, indem die Skapulaorientierung relativ zum Thorax während der Armhebung und -absenkung in mehreren Ebenen gemessen wird.
- Screening: Liefert assaysbereite, normalisierte kinematische Daten, ausgedrückt bezogen auf den humeralen Hebewinkel, zur vergleichenden Analyse über verschiedene Bedingungen hinweg.
- Analytik: Erzeugt den Korrelationskoeffizienten für multiple Korrelation (CMC) sowie Wellenformfehlermetriken, um die Zuverlässigkeit zu quantifizieren und Entscheidungen über Fortführung oder Abbruch zu unterstützen.
- Translationale Forschung: Verbindet dynamische Skapulamuster mit präklinischer Kontinuität, indem die Konsistenz der Messungen über Hebe- und Absenkbewegungen hinweg validiert wird.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare biomechanische Bewertungsmöglichkeit durch standardisierte Markerplatzierung, Nutzung eines Kalibrierstabes und standardisierte numerische Modellierungsabläufe.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Vorhersagegenauigkeit bei skapulothorakalen Mechaniken, Verringerung mechanistischer Unschärfen in Modellen von Schulterdysfunktionen.
- Operationaler Wert: Standardisierung, Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit der Messung skapulärer Kinematik über verschiedene Labore hinweg.
- Strategischer Wert: Bessere Go/No-Go-Entscheidungen, Kapital-Effizienz und verringertes biologisches Risiko in fortgeschrittenen Phasen bei muskuloskelettalen Programmen.
- Portfolio-Wirkung: Risikoadjustierte Priorisierungs- und Voranbringungsentscheidungen basierend auf zuverlässigen Daten zur Aufwärtsrotation (CMC = 0.92) und posterioren Neigung (CMC = 0.70).
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in Biomechanik, Bewegungserfassungssystemen und der Palpation anatomischer Landmarken.
- Abhängig von Bewegungserfassungskameras, retroreflektiven Markern, Kalibrierstab und numerischer Modellierungssoftware (z. B. MATLAB).
- Benötigt eine standardisierte Vorgehensweise innerhalb des Teams hinsichtlich Markerplatzierung, Kalibrierungsverfahren und Phasensegmentierung (Heben/Senken) anhand von Schwellenwerten der Winkelgeschwindigkeit.
- Zu berücksichtigende Anpassungen umfassen die Validierung über 120° humerale Hebung hinaus sowie bei unterschiedlichen skapulären Morphologien.
- Praktische Einschränkungen bestehen in einer mäßigen Reliabilität für die innere Rotation (CMC = 0,53) und einem höheren Wellenformfehler (5,4°–7,3°), was die Anwendung für bestimmte Rotationsachsen einschränkt.
