מדידה דינמי הגלימה קינמטיקה באמצעות Cluster acromion מרקר למזעור Artifact תנועת עור
10 בפברואר 2015
דוח זה מציג את הפרטים של איך לאמץ את שיטת אשכול סמן acromion קבלת קינמטיקה גלימה בעת שימוש במכשיר לכידה תנועת סמן פסיבי. כפי שכבר תואר בספרות, בשיטה זו מספקת מדידה חזקה, לא פולשנית, תלת ממדים, דינמית ותקפה של קינמטיקה גלימה, מזעור חפץ תנועת עור.
מטרת פרוצדורה זו היא להשיג מדידות דינמיות לא פולשניות של קינמטיקת השכמה. דבר זה מושג על ידי הצמדת סמני רפלקציה (retroreflective markers) לבית החזה וצביר סמנים לחלק השטוח של האקרומיון. השלב השני הוא קביעת מיקומם של נקודות ציון אנטומיות של השכמה ביחס לצביר הסמנים באמצעות מוט כיול (calibration wand).
לאחר הכיול, המשתתף מבצע תנועות הרמה והורדה של הזרוע במישורי התנועה הרלוונטיים. השלב הסופי הוא קביעת מיקומם של נקודות הציון האנטומיות של השכמה במהלך התנועות הדינמיות, בהתבסס על המיקום הידוע ביחס לצבירת המארקרים של האקרומיון. בסופו של דבר, מיקומן של נקודות הציון האנטומיות של השכמה משמש להצגת אוריינטציית השכמה ביחס לבית החזה.
טכניקה זו יכולה לסייע במתן תשובה לשאלות מפתח בתחומי הביומכניקה והשיקום, כגון מהם דפוסי התנועה של השכמה הקשורים לתפקוד לקוי. היא מאפשרת גם להעריך התערבויות טיפוליות המיועדות לטיפול בתפקוד לקוי של הכתף. לתחילת התהליך, בקש מהמשתתף להסיר את בגדי פלג הגוף העליון או ללבוש בגדים שאינם מפריעים לתנועת המארקרים או חוסמים אותם משדה הראייה של מערכת לכידת התנועה.
בנו צביר סמני אקרומיום (acromium marker cluster) או MC המורכב מחתיכת פלסטיק בצורת L. הצמד שלושה סמנים רפלקטיביים, אחד בקצה של כל צד, החל מהנקודה שבה הם נפגשים. השתמש בסרט דביק דו-צדדי כדי להצמיד את ה-A MC לחלק האחורי של האקרומיום בנקודה שבה הוא נפגש עם קוץ השכמה (scapular spine).
היבט אחד של הפלטה צריך לעקוב אחר השוקה של ה-scapula לכיוון מדיאלי. ההיבט השני צריך להפנות קדימה (anterior) ביחס למישור ה-scapula. רצועה הבאה.
יש להצמיד סט סממני אשכול (cluster marker) לזרוע העליונה של המשתתף, ולאחר מכן להצמיד סממנים רפלקטיביים לנקודות האנטומיות הבאות: השקע הסטרנלי (sternal notch), תהליכי החרב (xiphoid process), חוליה C7, חוליה T8, המפרק הסטרנו-קלוויקולרי (sternoclavicular joint), העשן האולנרי (ulnar styloid) והעשן הרדיאלי (radial styloid). יש לבצע כיול של הנקודות האנטומיות ביחס ל-A MC עבור כל משתתף. לצורך כך, יש להרכיב מוט כיול המורכב מארבעה סממנים רפלקטיביים המסודרים בצורת T.
מדדו את המרחק מקצה מוט הכיול לסמן הראשון שעל המוט. כדי לבצע מדידה, הניחו את קצה המוט על נקודת הייחוס (landmark) המיועדת לכיול והקליטו נתונים במשך שלוש שניות באמצעות מערכת לכידת התנועה, תוך וידוי כי כל הסמנים שעל המוט, ה-A MC ואשכול הזרוע העליונה גלויים למצלמות.
ראשית, אתרו את המפרק האקרומיקלוויקולרי על ידי הנחת יד על הבלוקיקלה והזזתה לטרלית עד לנקודה שבה הבלוקיקלה פוגשת את האקרומיון. הניחו את קצה המוט במפרק שבין הבלוקיקלה לאקרומיון כדי למדוד את זווית האקרומיון. כמו כן, התקדמו לאורך קושת השכמה עד לנקודה הלטרלית ביותר.
הנח את קצה המתמיר על ההיבט הדורסלי של האקרומיון בנקודה זו. לאחר מכן, בצע ALS לאורך קוץ השכמה עד לנקודה המדיאלית ביותר. כדי לאתר את קוץ השכמה המדיאלי, הנח את קצה המתמיר בנקודה שבה הקוץ פוגש את הגבול המדיאלי של השכמה.
כדי לאתר את הזווית התחתונה של השכמה, בצעו מישוש לכיוון תחתון לאורך הגבול המדיאלי של השכמה והניחו את קצה המתמקל בנקודה הבולטת ביותר, כאשר מרפק המשתתף כפוף בזווית של 90 מעלות ואגודלו פונה כלפי מעלה. הניחו יד בצד המדיאלי של המרפק כדי לאתר את האפיקונדיל המדיאלי. הניחו את קצה המתמקל בנקודה הבולטת ביותר של האפיקונדיל המדיאלי.
באותה תנוחה, הנח יד בצד הלטרלי של המרפק כדי לאתר את ה-lateral epicondyle והנח את קצה המוט בנקודה הבולטת ביותר. כדי לקבוע את מרכז המפרק הגלנוהומראלי, בקש מהמשתתף לבצע תנועת סיבוביות (circumduction) עם הזרוע העליונה. כאשר המרפק פשוט לחלוטין, מהגבהה של אפס מעלות של הזרוע ועד לכ-40 מעלות, על המשתתף לבצע תנועה זו תוך שאיפה למזער פרוטרקציה, רטרקציה, הגבהה או הנמכה של קומפלקס הכתף.
החוקר יכול לסייע במידת הצורך. הקליטו תנועה זו למשך כ-30 שניות. לאחר הכיול, התחילו באיסוף הנתונים על ידי בקשה מהמשתתף לבצע הרמות זרוע מ-0 עד 120 מעלות, ולאחר מכן להוריד את זרועו חזרה למצב מנוחה לצד הגוף.
הנח את המשתתף לבצע פעולה זו במישור הסגיטלי, הפרונטלי ובמישור הסקפולרי. המישור הסקפולרי נמצא בזווית של כ-40 מעלות קדמה למישור הפרונטלי לצורך חישוב קינמטיקה סקפולרית. במהלך ניסויי התנועה הדינמיים, נעשה שימוש בתוכנה למידול קינמטי.
התוכנה כוללת פקודות המאפשרות יצירת מערכות קואורדינטות מקומיות, המרת קואורדינטות ממערכות קואורדינטות מקומיות למערכות קואורדינטות גלובליות, וחישוב סיבובים לפי זוויות אוילר (Euler angles). ראשית, השתמש בקואורדינטות של הסמנים ב-A MC כדי להגדיר מערכת קואורדינטות מקומית שרירותית. לאחר מכן, חשב את מיקומו של הקצה האחד במערכת הקואורדינטות הגלובלית עבור כל ניסוי כיול של נקודות ציון אנטומיות של השכמה.
קבע את מיקומו של הקצה היחיד ביחס למערכת הקואורדינטות המקומית של ה-A MC. לאחר מכן, קבע את מיקומם של האפיקונדילים המדיאליים והלטרליים ביחס לצבר הסימונים של ההומרוס. השתמש במיקומם הידוע של נקודות הציון האנטומיות ביחס ל-A MC כדי לקבוע את המיקום בתוך מערכת הקואורדינטות הגלובלית עבור כל נקודת זמן במהלך הניסוי הדינמי.
חזור על שלבים אלה עבור כל נקודת ציון אנטומית, האפיקונדילים המדיאליים והלטרליים. השתמש בצבר הזרוע העליונה. לאחר מכן, חשב את מרכז המפרק הגלנוהומרלי באמצעות נקודת הציר של ציר ההליקו (helico axis) בין ההומרוס לסקפולה.
בשלב הבא, הגדירו מערכת קואורדינאטות מקומית עבור בית החזה, השכמה והזרוע על ידי חישוב וקטורי היחידה בין המארקרים הרלוונטיים, בהתאם להמלצות של ה-International Society of Biomechanics עבור כל מקטע גוף קשיח. כדי לקבוע את אוריינטציית השכמה ביחס לבית החזה עבור כל נקודת זמן, השתמשו בשיטת פירוק זוויות אוילר (Euler angle decomposition) עם רצף סיבוב של סיבוב פנימי, סיבוב עליון ולאחר מכן נטייה אחורית. לאחר מכן, קבעו את אוריינטציית הזרוע ביחס לבית החזה, תוך שימוש ברצף סיבוב שאינו קרדינלי של מישור ההרמה, הרמה, ולאחר מכן סיבוב צירי.
בצע את שלבי צמצום הנתונים והניתוח באמצעות תוכנה למידול מספרי כגון matlab. חלק את הנתונים קינמטיים לשלבי ההגבהה וההורדה של תנועת הזרוע (humeral movement). נרמל את הזמן עבור כל שלב של התנועה והצג את הקינמטיקה של השכמה ביחס לזווית הגבהת הזרוע.
בדוגמה זו, הרמה והורדה של הזרוע (humeral elevation and lowering), יחד עם תחילתו וסיומו של כל שלב, מסומנים בקוים מקווקווים ירוקים. שלבי ההרמה וההורדה נקבעים באמצעות המהירות הזוויתית של הרמת הזרוע. הקו המקווקו האדום העליון ביותר מייצג את סף הרגישות המשמש לקביעת תחילתו וסיומו של שלב ההרמה.
קו המקף האדום התחתון ביותר מייצג סף המשמש לקביעת תחילתה וסיומה של שלב ההורדה. קווים מקווקווים בירוק מייצגים את הנקודות שבהן המהירות הזוויתית עלתה על הספים. גרף זה מציג סיבוב עליון של השכמה במהלך הרמת זרוע, אשר עבר אינטרפולציה עם למעלה מ-101 נקודות נתונים.
כדי לבצע נורמליזציה ביחס לזמן. סיבובים של השכמה במהלך תנועת זרוע במישור הסגיטלי מוצגים עבור סיבוב כלפי מעלה במהלך שלבי ההרמה וההורדה, וכן עבור נטייה אחורית במהלך שלבי ההרמה וההורדה וסיבוב פנימה במהלך שלבי ההרמה וההורדה. בעת ביצוע פרוצדורה זו, חשוב מאוד לזכור כי מיקום מדויק של הסמנים ומישוש של נקודות ציון אנטומיות הם חיוניים להשגת תוצאות תקפות ואמינות.
חשוב לזכור כי טכניקה זו תקפה רק עד להרמה של ההומרוס (humeral elevation) של 120 מעלות.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
דו"ח זה מפרט את שיטת צבר סמני האקרומיון לקבלת קינמטיקה של השכמה באמצעות מכשיר ללכידת תנועה של סמנים פסיביים. טכניקה לא פולשנית זו מאפשרת מדידות תלת-ממדיות חסונות, תוך מזעור ארטיפקטים של תנועת העור.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- ביומכניקה
- טכנולוגיית לכידת תנועה
רקע
- קינמטיקת השכמה חיונית להבנת המכניקה של הכתף.
- שיטות מסורתיות עלולות להחדיר ארטיפקטים עקב תנועת העור.
- שיטת צבירי הסימנים של האקרומיון שואפת לספק מדידות מדויקות.
- טכניקות לא פולשניות מועדפות במסגרות קליניות ומחקריות.
מטרת המחקר
- לקבלת מדידות דינמיות של קינמטיקת השכמה.
- לשיפור הדיוק של הערכות אוריינטציית השכמה.
- לצמצום ההשפעה של ארטיפקטים של תנועת עור במהלך המדידות.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הצמדת סמנים רפלקטיביים לחזה ולאקרומיון.
- שימוש במוט כיול לאיתור נקודות ציון אנטומיות של השכמה.
- המשתתפים מבצעים תנועות של הרמה והורדה של הזרוע.
- קביעת מיקומי נקודות הציון של השכמה במהלך תנועות דינמיות.
תוצאות עיקריות
- כיול מוצלח של נקודות ייחוס של השכמה ביחס לאקרומיון.
- מעקב מדויק אחר תנועת השכמה במהלך תנועות הזרוע.
- תיקוף מוכח של שיטת צביר המרקרים על האקרומיון.
- הפחתה בארטיפקטים של תנועת עור בהשוואה לשיטות מסורתיות.
מסקנות
- שיטת צבר הסימונים של האקרומיון יעילה למדידת קינמטיקת השכמה.
- שיטה זו משפרת את מהימנות נתוני לכידת התנועה.
- היא מספקת כלי בעל ערך לחוקרים ולקלינאים בתחום הביומכניקה.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית מרכזית
מדידה מדויקת של קינמטיקה סקפולרית דינמית חיונית להבנת ביומכניקת הכתף במודלים פרה-קליניים של הפרעות של השלד והשרירים. שיטת צבר הסימנים על האקרומיון מפחיתה ארטיפקטים של תנועת עור, ובכך משפרת את מהימנות הנתונים עבור תיקוף של יעדים במחקר שיקומי. דבר זה תומך בהפחתת סיכונים מכניסטית על ידי מתן אפשרות להערכה כמותית של שינויים באוריינטציה של הסקפולה במהלך תנועת הזרוע בשלבי ההרמה וההורדה.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח ביו-פרמצבטיים
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של המכניקה הסקפולותורקלית במודלים של מחלות על ידי אספקת מדידות מהימנות של רוטציה כלפי מעלה והטיה אחורית.
- ערך תפעולי: מפחית את השונות במדידה הנובעת מארטיפקטים של העור, ובכך מגביר את הביטחון בהערכות של מעורבות המטרה.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: מספק פלטים קינמטיים סטנדרטיים וניתנים לשחזור של השכמה לצורך מוכנות לבדיקה במודלים של תפקוד לקוי בכתף.
- ערך תפעולי: תומך בשימוש חוזר בפלטפורמה במחקרי שונים באמצעות פרוטוקולים מוגדרים לכיול ולאיסוף נתונים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: מקדם רציפות תרגומית על ידי קישור דפוסי תנועת השכמה בשלב הגילוי לאימות פרה-קליני של התערבויות.
- ערך תפעולי: מאפשר קבלת החלטות על קידום מבוסס התאמה לסיכונים באמצעות מדדי שגיאה אמינים של צורת הגל (למשל, 2.7°–4.4° עבור סיבוב כלפי מעלה).
שילוב תהליכי עבודה וצינורות עיבוד
השיטה משתלבת בתהליכי עבודה של ביולוגיה גילויית על ידי מתן אפשרות לבדיקת היפותזות בנוגע לתרומתם של המבנים הסקפולו-טוראקיים לתפקוד לקוי של הכתף, ובכך תומכת בזיהוי מועמדים פוטנציאליים באמצעות פנוטיפיקה ביומכנית כמותית.
- ביולוגיה של הגילוי: תומך בבירור מסלולים באמצעות מדידת אוריינטציה של השכמה ביחס לבית החזה במהלך הרמה והורדה של הזרוע במישורים מרובים.
- סריקה: מספק נתונים קינמטיים מנורמלים ומוכנים לבדיקה, המבוטאים ביחס לזווית הרמת ההומרוס לצורך השוואה בין תנאים שונים.
- אנליטיקה: מייצר מדדי מקדם מתאם מרובה (CMC) ושגיאות צורת גל כדי לכמת מהימנות ולהנחות החלטות של המשך או הפסקה (go/no-go).
- מחקר תרגומי: מקשר דפוסי שכמה דינמיים לרצף פרה-קליני על ידי תיקוף עקביות המדידה לאורך שלבי ההרמה וההורדה.
- שימוש חוזר ארגוני: מבסס יכולת הערכה ביומכנית הניתנת לשימוש חוזר באמצעות מיקום סמנים סטנדרטי, שימוש במוט כיול ותהליכי מידול נומרי.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: ביטחון חיזוי במכניקה של השכמה-בית החזה, הפחתת עמימות מכניסטית במודלים של תפקוד לקוי בכתף.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה, הדירות ויכולת הרחבה של מדידת קינמטיקה של השכמה בין מעבדות שונות.
- ערך אסטרטגי: קבלת החלטות משופרת לגבי המשך או הפסקת הפיתוח (go/no-go), יעילות הונית והפחתת סיכון ביולוגי בשלבים מאוחרים בתוכניות למערכת השלד והשרירים.
- השפעה על הפורטפוליו: תעדוף והחלטות קידום מותאמות סיכון, המבוססות על נתוני מהימנות אמינים של סיבוב עליון (CMC = 0.92) והטיה אחורית (CMC = 0.70).
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בביומכניקה, במערכות ללכידת תנועה ובמישוש נקודות ציון אנטומיות.
- תלוי במצלמות ללכידת תנועה, במסמני רפלקטורים (retroreflective markers), במוט כיול ובתוכנה למידול מספרי (למשל, MATLAB).
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית של מיקום המסמנים, נהלי כיול ופסיגמנטציה של השלבים (הרמה/הורדה) באמצעות ספי מעסיק של מהירות זוויתית.
- שיקולי התאמה כוללים תיקוף מעבר ל-120° של הרמת הזרוע (humeral elevation) ובקרב מורפולוגיות שונות של השכמה (scapula).
- מגבלות מעשיות כוללות מהימנות בינונית עבור סיבוב פנימי (CMC = 0.53) ושגיאת צורת גל גבוהה יותר (5.4°–7.3°), המגבילות את השימוש עבור צירי סיבוב מסוימים.
