La medición de la Dinámica Escapulario Cinemática El uso de un Cluster Acromion marcador para Minimizar Artefacto Movimiento Piel
10 de febrero de 2015
Este informe presenta los detalles de cómo adoptar el método de agrupación marcador acromion de la obtención de la cinemática escapular cuando se utiliza un dispositivo marcador de captura de movimiento pasivo. Como se ha descrito en la literatura, este método proporciona una medición robusto, no invasiva, en tres dimensiones, dinámica y válida de la cinemática escapular, minimizar el movimiento de la piel artefacto.
El objetivo de este procedimiento es obtener mediciones dinámicas no invasivas de la cinemática escapular. Esto se logra colocando marcadores retroreflectantes en el tórax y un grupo de marcadores en la porción plana del acromion. El segundo paso consiste en determinar la ubicación de los puntos anatómicos de referencia de la escápula con respecto al grupo de marcadores, utilizando una varilla de calibración.
Una vez calibrado, el participante realiza movimientos de elevación y descenso del brazo en los planos de movimiento relevantes. El paso final consiste en determinar la ubicación de los puntos anatómicos de referencia de la escápula durante los movimientos dinámicos, basándose en la ubicación conocida con respecto al grupo de marcadores del acromion. En última instancia, la ubicación de los puntos anatómicos de referencia de la escápula se utiliza para mostrar la orientación de la escápula respecto al tórax.
Esta técnica puede ayudar a responder preguntas clave en los campos de la biomecánica y la rehabilitación, como por ejemplo cuáles son los patrones de movimiento de la escápula asociados con disfunción escapular. También permite evaluar intervenciones terapéuticas dirigidas al tratamiento de la disfunción del hombro. Para comenzar, pida al participante que se quite la ropa de la parte superior del cuerpo o que use ropa que no interfiera con el movimiento de los marcadores ni los oculte de la vista del sistema de captura de movimiento.
Construya un grupo de marcadores acromiales o un MC compuesto por una pieza de plástico en forma de L. Coloque tres marcadores retroreflectantes, uno en el extremo de cada brazo de la L, en el punto donde se unen. Utilice cinta adhesiva de doble cara para fijar el MC acromial en la porción posterior del acromion, en el lugar donde se une con la espina escapular.
Un aspecto de la placa debe seguir la espina de la escápula apuntando medialmente. El otro debe apuntar anterior al plano escápular. Siguiente correa.
Un conjunto de marcadores en cluster debe colocarse en el brazo superior del participante; luego se deben colocar marcadores retroreflectantes en los siguientes puntos anatómicos: la escotadura yugular, el proceso xifoides, la vértebra C7, la vértebra T8, la articulación esternoclavicular, el estiloideo cubital y el estiloideo radial. Los puntos anatómicos con respecto al AMC deben calibrarse para cada participante. Para ello, construya una varilla de calibración compuesta por cuatro marcadores reflectantes colocados en forma de T.
Mida la distancia desde la punta de la varilla de calibración hasta la primera marca de la varilla. Para tomar una medición, coloque la punta de la varilla sobre el punto anatómico que se va a calibrar y capture tres segundos de datos con el sistema de captura de movimiento, asegurándose de que las marcas sobre la varilla, la MC y el grupo de marcadores del brazo superior sean todas visibles para las cámaras.
Primero, localice la articulación acromioclavicular colocando una mano sobre la clavícula y moviéndose lateralmente hasta el punto donde la clavícula alcanza el acromion. Coloque la punta del transductor en la articulación entre la clavícula y el acromion para medir el ángulo del acromion. También a lo largo de la espina de la escápula hasta el punto más lateral.
Coloque la punta del dispositivo sobre la cara dorsal del acromion en este punto. A continuación, mida siguiendo la espina de la escápula hasta el punto más medial. Para localizar la espina medial de la escápula, coloque la punta del dispositivo en el punto donde la espina se encuentra con el borde medial de la escápula.
Para localizar el ángulo inferior de la escápula, palpe inferiormente a lo largo del borde medial de la escápula y coloque la punta del transductor en el punto más caudal con el codo del participante flexionado a 90 grados y el pulgar orientado hacia arriba. Coloque una mano en el lado medial del codo para localizar el epicóndilo medial. Coloque la punta del transductor en el punto más caudal del epicóndilo medial.
En la misma posición, coloque una mano en el lado lateral del codo para localizar el epicóndilo lateral y coloque la punta del transductor en el punto más cordal. Para determinar el centro de la articulación glenohumeral, pida al participante que realice un movimiento de circunducción con su brazo superior. Con el codo completamente extendido, desde una elevación del brazo de cero grados hasta aproximadamente 40 grados, el participante debe realizar este movimiento intentando minimizar la protracción-retracción, elevación o depresión del complejo del hombro.
El investigador puede brindar asistencia si es necesario. Registre este movimiento durante aproximadamente 30 segundos. Una vez calibrado, comience la recolección de datos pidiendo al participante que eleve el brazo desde cero hasta 120 grados y luego lo baje nuevamente hasta la posición de reposo a su lado.
Oriente al participante para que realice esta acción en el plano sagital, frontal y escapular. El plano escapular se encuentra aproximadamente 40 grados anterior al plano frontal, para calcular la cinemática escapular. Durante los ensayos de movimiento dinámico, se utiliza un software de modelado cinemático.
El software contiene comandos para permitir la creación de sistemas de coordenadas locales, la conversión de coordenadas de sistemas de coordenadas locales a globales, y el cálculo de rotaciones de ángulos de Euler. Primero, utilice las coordenadas de los marcadores en la A MC para definir un sistema de coordenadas locales arbitrario. A continuación, calcule la ubicación de la punta en el sistema de coordenadas globales para cada ensayo de calibración del punto anatómico escapular.
Determine la ubicación de la punta única con respecto al sistema de coordenadas locales del A MC. A continuación, determine la ubicación de los epicóndilos medial y lateral con respecto al grupo de marcadores del húmero. Utilice la posición conocida de los puntos anatómicos de referencia con respecto al A MC para determinar la ubicación dentro del sistema de coordenadas global para cada punto temporal durante el ensayo dinámico.
Repita estos pasos para cada punto anatómico, los epicóndilos medial y lateral. Utilice el grupo del brazo superior. A continuación, calcule el centro de la articulación glenohumeral utilizando el punto de pivote del eje helicoidal entre el húmero y la escápula.
A continuación, defina un sistema de coordenadas local para el tórax, la escápula y el húmero calculando los vectores unitarios entre los marcadores relevantes, siguiendo las recomendaciones de la Sociedad Internacional de Biomecánica para cada segmento rígido. Para determinar la orientación de la escápula respecto al tórax en cada punto temporal, utilice el método de descomposición de ángulos de Euler con una secuencia de rotación de rotación interna, rotación superior y luego inclinación posterior. A continuación, determine la orientación del húmero con respecto al tórax, utilizando una secuencia de rotación no cardánica compuesta por el plano de elevación, elevación y luego rotación axial.
Realice los pasos de reducción y análisis de datos utilizando software de modelado numérico como matlab. Divida los datos cinemáticos en las fases de elevación y descenso del movimiento del húmero. Normalice el tiempo para cada fase del movimiento y exprese la cinemática escapular en relación con el ángulo de elevación del húmero.
En este ejemplo, la elevación y descenso del húmero, junto con el inicio y final de cada fase, se indican mediante líneas verdes punteadas. Las fases de elevación y descenso se determinan utilizando la velocidad angular de la elevación del húmero. La línea roja punteada superior representa el umbral utilizado para determinar el inicio y final de la fase de elevación.
La línea discontinua roja más baja representa un umbral utilizado para determinar el inicio y el final de la fase de descenso. Las líneas punteadas verdes representan los puntos en los que la velocidad angular superó los umbrales. Este gráfico muestra la rotación ascendente del omóplato durante la elevación del brazo, que ha sido interpolada con más de 101 puntos de datos.
Para normalizar con respecto al tiempo. Se muestran las rotaciones escapulares durante el movimiento del brazo en el plano sagital, correspondientes a la rotación hacia arriba durante las fases de elevación y descenso, así como la inclinación posterior durante las fases de elevación y descenso y la rotación interna durante las fases de elevación y descenso. Al realizar este procedimiento, es muy importante recordar que la colocación cuidadosa de los marcadores y la palpación de los puntos anatómicos de referencia son fundamentales para obtener resultados válidos y confiables.
También es importante recordar que esta técnica solo es válida hasta 120 grados de elevación humeral.
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Descripción general
Este informe describe el método del grupo de marcadores acromiales para obtener la cinemática escapular mediante un dispositivo pasivo de captura de movimiento con marcadores. Esta técnica no invasiva permite mediciones tridimensionales robustas, minimizando los artefactos por movimiento de la piel.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Biomecánica
- Tecnología de captura de movimiento
Antecedentes
- La cinemática escapular es fundamental para comprender la mecánica del hombro.
- Los métodos tradicionales pueden introducir artefactos debido al movimiento de la piel.
- El método del grupo de marcadores del acromion busca proporcionar mediciones precisas.
- Las técnicas no invasivas son preferidas en entornos clínicos e investigativos.
Objetivo del estudio
- Obtener mediciones dinámicas de la cinemática escapular.
- Mejorar la precisión de las evaluaciones de la orientación escapular.
- Minimizar el impacto de los artefactos por movimiento de la piel durante las mediciones.
Métodos Utilizados
- Colocar marcadores retroreflectantes en el tórax y el acromion.
- Utilizar una varilla de calibración para localizar los puntos anatómicos de la escápula.
- Los participantes realizan movimientos de elevación y descenso del brazo.
- Determinar la ubicación de los puntos anatómicos de la escápula durante movimientos dinámicos.
Resultados principales
- Calibración exitosa de los puntos anatómicos de la escápula con respecto al acromion.
- Seguimiento preciso del movimiento de la escápula durante los movimientos del brazo.
- Validez demostrada del método del grupo de marcadores acromiales.
- Reducción de los artefactos por movimiento de la piel en comparación con los métodos tradicionales.
Conclusiones
- El método del grupo de marcadores acromiales es efectivo para la medición de la cinemática escapular.
- Este método mejora la fiabilidad de los datos de captura de movimiento.
- Proporciona una herramienta valiosa para investigadores y clínicos en biomecánica.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La medición precisa de la cinemática escapular dinámica es esencial para comprender la biomecánica del hombro en modelos preclínicos de trastornos musculoesqueléticos. El método del grupo de marcadores acromiales reduce los artefactos por movimiento de la piel, mejorando la fiabilidad de los datos para la validación de objetivos en la investigación de rehabilitación. Esto favorece la reducción de riesgos mecanicistas al permitir la evaluación cuantitativa de los cambios en la orientación escapular durante el movimiento del brazo en las fases de elevación y descenso.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite investigar la mecánica escápulotorácica en modelos de enfermedad al proporcionar mediciones fiables de la rotación hacia arriba y la inclinación posterior.
- Valor operativo: Reduce la variabilidad de las mediciones debida al artefacto cutáneo, aumentando la confianza en las evaluaciones de participación del objetivo.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Valor científico: Proporciona salidas cinemáticas estandarizadas y reproducibles del omóplato para la preparación del ensayo en modelos de disfunción del hombro.
- Valor operativo: Facilita la reutilización de la plataforma en diversos estudios mediante protocolos definidos de calibración y recopilación de datos.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Valor científico: Facilita la continuidad traslacional al vincular los patrones de movimiento escapular en fase de descubrimiento con la validación preclínica de intervenciones.
- Valor operativo: Permite decisiones de avance ajustadas por riesgo mediante métricas fiables de error en ondas (por ejemplo, 2,7°–4,4° para la rotación ascendente).
Integración de la Línea de Procesamiento y del Flujo de Trabajo
El método se integra en los flujos de trabajo de biología del descubrimiento al permitir la prueba de hipótesis sobre las contribuciones escapulotorácicas a la disfunción del hombro, apoyando la identificación de candidatos principales mediante fenotipado biomecánico cuantitativo.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la aclaración de vías al medir la orientación escapular respecto al tórax durante la elevación y descenso del brazo en múltiples planos.
- Detección: Proporciona datos cinemáticos normalizados y listos para ensayos, expresados respecto al ángulo de elevación humeral, para comparaciones entre condiciones.
- Análisis: Genera el Coeficiente de Correlación Múltiple (CMC) y métricas de error de forma de onda para cuantificar la fiabilidad y orientar decisiones de avance o no.
- Investigación Traducional: Conecta los patrones escapulares dinámicos con la continuidad preclínica mediante la validación de la consistencia de las mediciones a lo largo de las fases de elevación y descenso.
- Reutilización Empresarial: Establece una capacidad de evaluación biomecánica reutilizable mediante la colocación estandarizada de marcadores, el uso de varillas de calibración y flujos de trabajo de modelado numérico.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Confianza predictiva en la mecánica escápulotorácica, reducción de la ambigüedad mecanicista en los modelos de disfunción del hombro.
- Valor operativo: Normalización, reproducibilidad y escalabilidad de la medición de la cinemática escapular entre diferentes laboratorios.
- Valor estratégico: Mejores decisiones de continuar/no continuar, mayor eficiencia en el uso del capital y reducción del riesgo biológico en fases avanzadas en programas del sistema músculo-esquelético.
- Impacto en la cartera: Priorización ajustada al riesgo y decisiones de avance basadas en datos fiables de confiabilidad de la rotación superior (CMC = 0.92) y la inclinación posterior (CMC = 0.70).
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en biomecánica, sistemas de captura de movimiento y palpación de puntos anatómicos.
- Depende de cámaras de captura de movimiento, marcadores retroreflectantes, una varilla de calibración y software de modelado numérico (por ejemplo, MATLAB).
- Necesita la estandarización entre equipos en la colocación de marcadores, los procedimientos de calibración y la segmentación de fases (elevación/bajada) mediante umbrales de velocidad angular.
- Las consideraciones para la adaptación incluyen la validación más allá de los 120° de elevación humeral y en diversas morfologías escapulares.
- Las limitaciones prácticas incluyen una fiabilidad moderada para la rotación interna (CMC = 0.53) y un error mayor en las formas de onda (5,4°–7,3°), lo que restringe su uso en ciertos ejes de rotación.
