Medición de la cinemática del hombro 3D in vivo mediante videorradiografía biplanar

Resumen

La videorradiografía biplana puede cuantificar la cinemática del hombro con un alto grado de precisión. El protocolo descrito en este documento fue diseñado específicamente para rastrear la escápula, el húmero y las costillas durante la elevación humeral plana, y describe los procedimientos para la recopilación, el procesamiento y el análisis de datos. También se describen consideraciones únicas para la recopilación de datos.

Resumen

El hombro es uno de los sistemas articulares más complejos del cuerpo humano, con movimiento que ocurre a través de las acciones coordinadas de cuatro articulaciones individuales, múltiples ligamentos y aproximadamente 20 músculos. Desafortunadamente, las patologías del hombro (por ejemplo, desgarros del manguito rotador, dislocaciones articulares, artritis) son comunes, lo que resulta en dolor sustancial, discapacidad y disminución de la calidad de vida. La etiología específica para muchas de estas condiciones patológicas no se entiende completamente, pero generalmente se acepta que la patología del hombro a menudo se asocia con un movimiento articular alterado. Desafortunadamente, medir el movimiento del hombro con el nivel necesario de precisión para investigar hipótesis basadas en el movimiento no es trivial. Sin embargo, las técnicas de medición de movimiento basadas en radiografía han proporcionado el avance necesario para investigar hipótesis basadas en el movimiento y proporcionar una comprensión mecanicista de la función del hombro. Por lo tanto, el propósito de este artículo es describir los enfoques para medir el movimiento del hombro utilizando un sistema de videorradiografía biplanar personalizado. Los objetivos específicos de este artículo son describir los protocolos para adquirir imágenes videorradiográficas biplanares del complejo del hombro, adquirir tomografías computarizadas, desarrollar modelos óseos en 3D, localizar puntos de referencia anatómicos, rastrear la posición y orientación del húmero, la escápula y el torso a partir de las imágenes radiográficas biplanares, y calcular las medidas de resultado cinemáticas. Además, el artículo describirá consideraciones especiales exclusivas del hombro al medir la cinemática articular utilizando este enfoque.

Introducción

El hombro es uno de los sistemas articulares más complejos del cuerpo humano, con movimiento que ocurre a través de las acciones coordinadas de cuatro articulaciones individuales, múltiples ligamentos y aproximadamente 20 músculos. El hombro también tiene el mayor rango de movimiento de las principales articulaciones del cuerpo y a menudo se describe como un compromiso entre la movilidad y la estabilidad. Desafortunadamente, las patologías del hombro son comunes, lo que resulta en dolor sustancial, discapacidad y disminución de la calidad de vida. Por ejemplo, los desgarros del manguito rotador afectan a aproximadamente el 40% de la población mayor de 601,2,3 años, co....

Protocolo

Antes de la recopilación de datos, el participante proporcionó su consentimiento informado por escrito. La investigación fue aprobada por la Junta de Revisión Institucional del Sistema de Salud Henry Ford.

Los protocolos para adquirir, procesar y analizar datos de movimiento radiográfico biplano dependen en gran medida de los sistemas de imágenes, el software de procesamiento de datos y las medidas de resultado de interés. El siguiente protocolo fue diseñado específicamente para rastrear la escápula, el húmero y la tercera y cuarta costillas durante la abducción del plano escapular o del plano coronal y para cuantificar la cinemática glenoh....

Resultados

Una mujer asintomática de 52 años (IMC = 23,6 kg/^m2) fue reclutada como parte de una investigación previa y se sometió a pruebas de movimiento (abducción del plano coronal) en su hombro dominante (derecho)⁶⁵. Antes de la recopilación de datos, el participante proporcionó su consentimiento informado por escrito. La investigación fue aprobada por la Junta de Revisión Institucional del Sistema de Salud Henry Ford. La recolección de datos se realizó utilizando el protocolo descrito anterior.......

Discusión

La técnica descrita aquí supera varias desventajas asociadas con las técnicas convencionales para evaluar el movimiento del hombro (es decir, simulaciones cadavéricas, imágenes 2D, imágenes 3D estáticas, sistemas de captura de movimiento basados en video, sensores portátiles, etc.) al proporcionar medidas precisas del movimiento articular 3D durante las actividades dinámicas. La precisión del protocolo aquí descrito se estableció para que la articulación glenohumeral contra el estándar de oro del análisis radioestereomét.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Cubo de calibración	Construido internamente	N/A	Caja de Lucite de 10 cm con una cuenta de tantalio en cada esquina y cuatro cuentas adicionales a mitad de la caja. s bordes verticales (12 cuentas en total). Las posiciones de cada cuenta se conocen con precisión en relación con una esquina de la caja que sirve como origen del sistema de coordenadas del laboratorio.
Rejilla de corrección de distorsión Lámina	de	N/A	internamente que cubre toda la cara del intensificador de imagen de 16 pulgadas y contiene una matriz ortogonal de perlas de tantalio espaciadas a 1 cm.
ImageJ	National Institutes of Health	N/A	Software de procesamiento de imágenes utilizado para preparar la pila TIFF de volúmenes óseos.
Un		banco de trabajo de software personalizado que se utiliza para digitalizar puntos de referencia anatómicos en modelos óseos 3D, construye sistemas de coordenadas anatómicas, utiliza el registro de imágenes basado en la intensidad para realizar un seguimiento sin marcadores y calcula y visualiza medidas de resultados cinemáticos.
MATLAB	Mathworks, Inc	N/A	Software de programación informática. Se utiliza para realizar el procesamiento y análisis de datos.
Mimics (version 20)	Materialise, Inc	N/A	Software de procesamiento de imágenes utilizado para segmentar el húmero, la escápula y las costillas a partir de una tomografía computarizada.
Open Inventor	Thermo Fisher Scientific	N/A	Programa de gráficos 3D utilizado para visualizar huesos
Software Phantom Camera Control (PCC) (versión 3.4)		N/A	Software para especificar los parámetros de la cámara y adquirir y guardar imágenes radiográficas
Generador de pulsos (Modelo 9514)	Quantum Composers, Inc.	N/A	Sincroniza los sistemas de rayos X y de cámaras y especifica el tiempo
de exposición Dos generadores de rayos X pulsados de 100 kW (Modelo CPX 3100CV)	EMD Technologies	N/A	Genera los rayos X utilizados para producir imágenes radiográficas
Dos intensificadores de imagen de 40 cm (Modelo P9447H110)	North American Imaging	N/A	Convierte los rayos X en fotones para producir imágenes visibles
Dos cámaras Phantom VEO 340	Investigación de la visión	N/A Las	cámaras de alta velocidad graban la imagen visible creada por el sistema de rayos X