皮膚の動きのアーティファクトを最小化するために肩峰マーカークラスタを使用して、動的な肩甲骨運動学の測定

この手順の目的は、肩甲骨キネマティクスの非侵襲的な動的測定を行うことです。これは、胸郭にレトロリフレクティブマーカーを、肩峰の平坦な部分にマーカークラスターを装着することで達成されます。次のステップでは、キャリブレーションワンドを用いて、マーカークラスターに対する肩甲骨の解剖学的ランドマークの位置を決定します。

キャリブレーション後、被験者は関連する運動面において腕の挙上および下降動作を行います。最終ステップでは、肩峰マーカークラスターに対する既知の位置に基づき、動的動作中の肩甲骨の解剖学的指標の位置を決定します。最終的に、これらの肩甲骨の解剖学的指標の位置を用いて、胸郭に対する肩甲骨の方向を提示します。

この手法は、肩甲骨のどのような運動パターンが肩関節機能不全に関連しているかなど、バイオメカニクスおよびリハビリテーション分野における重要な疑問への回答に役立ちます。また、肩関節機能不全の治療を目的とした治療的介入の評価も可能です。まず、被験者に上半身の衣服を脱ぐか、マーカーの動きを妨げたりモーションキャプチャシステムの視界を遮ったりしない服装を着用するように依頼してください。

L字型のプラスチック片で構成される肩峰マーカークラスター（MC）を作成します。合流点から各方向の端に、計3つの再帰反射マーカーを貼り付けます。両面テープを使用して、肩峰の肩甲棘と接する後方にこの肩峰MCを固定します。

プレートの一辺は、肩甲骨棘に沿って内側に向くように配置します。もう一辺は、肩甲骨面に対して前方に向けます。次のストラップへ進みます。

次に、参加者の上腕再帰反射マーカーに設定されたクラスターマーカーセットを、胸骨切痕、剣状突起、第7頸椎（C7）、第8胸椎（T8）、胸鎖関節、尺骨茎状突起、および橈骨茎状突起の各解剖学的指標に装着します。AMCに対する解剖学的指標は、参加者ごとにキャリブレーションを行う必要があります。そのためには、4つの反射マーカーをT字型に配置したキャリブレーションワンドを作成してください。

キャリブレーションワンドの先端から最初のワンドマーカーまでの距離を測定します。測定を行う際は、ワンドの先端をキャリブレーション対象のランドマークに当て、モーションキャプチャシステムで3秒間のデータをキャプチャしてください。その際、ワンド上のマーカー、AMC、および上腕クラスターがすべてカメラから見えるようにしてください。

まず、鎖骨の上に手を置き、鎖骨が肩峰に達する点まで外側に移動させて、肩鎖関節の位置を特定します。鎖骨と肩峰の間の関節にプローブの先端を当て、肩峰角を測定します。同様に、肩甲棘に沿って最も外側の点まで測定します。

この時点で、プローブの先端を肩峰の背側に当てます。次に、肩甲棘に沿って最も内側までALSを行います。肩甲棘の内側端を特定するには、肩甲棘が肩甲骨の内側縁と交わる点にプローブの先端を当ててください。

肩甲骨の下角を特定するには、肩甲骨の内側縁に沿って下方へ触診し、被験者の肘を90度に曲げ、親指を上に向けた状態で、最も突出した点にプローブの先端を当てます。次に、内側上顆を特定するために、肘の内側に手を置きます。内側上顆の最も突出した点にプローブの先端を当てます。

同じ位置で、肘の外側に手を置いて外側上顆を確認し、プローブの先端を最も突出した点に当てます。肩甲上腕関節の中心を決定するために、参加者に上腕で外転・内転を伴う回旋運動（circumduction movement）を行ってもらいます。肘を完全に伸ばした状態で、腕の挙上角度を0度から約40度まで動かし、参加者は肩甲帯の前方突出・後退、挙上、または下制を最小限に抑えるように意識してこの動作を行います。

必要に応じて、調査者が補助を行うことができます。この動作を約30秒間記録してください。キャリブレーションが完了したら、参加者に腕を0度から120度まで上げ、その後、腕を脇に下ろして安静にするよう指示し、データ収集を開始します。

被験者に、正中面、前額面、および肩甲骨面でこの動作を行うよう指示します。肩甲骨運動学を算出するため、肩甲骨面は前額面から前方におよそ40度の位置に設定します。動的動作試行の間は、キネマティクス・モデリング・ソフトウェアを使用します。

このソフトウェアには、局所座標系の作成、局所座標系から全体座標系への座標変換、およびオイラー角回転の計算を可能にするコマンドが含まれています。まず、A MC上のマーカーの座標を使用して、任意の局所座標系を定義します。次に、肩甲骨の各解剖学的ランドマークのキャリブレーション試行において、1つのチップの全体座標系における位置を算出します。

A MC局所座標系に対する1つのチップの位置を決定します。次に、上腕骨マーカークラスターに対する内側上顆および外側上顆の位置を決定します。A MCに対する解剖学的ランドマークの既知の位置を用いて、ダイナミック試験中の各タイムポイントにおけるグローバル座標系内の位置を決定します。

これらの手順を、内側および外側上顆という各解剖学的指標について繰り返します。上腕クラスターを使用してください。次に、上腕骨と肩甲骨の間のヘリコ軸のピボットポイントを用いて、肩甲上腕関節の中心を算出します。

次に、各剛体セグメントに関する国際バイオメカニクス学会（International Society of Biomechanics）の推奨に従い、関連するマーカー間の単位ベクトルを算出することで、胸郭、肩甲骨、および上腕の局所座標系を定義します。各時点における胸郭に対する肩甲骨の方向を決定するために、内旋、上方回旋、後傾の回転シーケンスを用いたオイラー角分解法を使用します。次に、挙上面の非カルダン回転シーケンスを用いて、胸郭に対する上腕の方向を決定します。その後、挙上および軸回旋を決定します。

Matlabなどの数値モデリングソフトウェアを用いて、データの簡略化および解析を行います。上腕の運動における挙上相と下降相に、運動学的データを分割します。各運動相の時間を正規化し、上腕の挙上角に対する肩甲骨の運動学を算出します。

この例では、上腕の挙上および下降、ならびに各相の開始点と終了点が緑色の点線で示されています。挙上相と下降相は、上腕挙上の角速度を用いて判定されます。一番上の赤い破線は、挙上相の開始と終了を判定するために使用されるしきい値を表しています。

一番下の赤い破線は、下降相の開始点と終了点を決定するためのしきい値を示しています。緑色の点線は、角速度がしきい値を超えた時点を示しています。このグラフは、101点以上のデータポイントで補間された、腕の挙上時における肩甲骨の上方回旋を示しています。

時間的に正規化します。矢状面での腕の動作における肩甲骨の回旋として、挙上相および下降相における上方回旋、挙上相および下降相における後傾、ならびに挙上相および下降相における内旋を示します。この手順を行う際は、妥当で信頼性の高い結果を得るために、マーカーの慎重な配置と解剖学的指標の触診が極めて重要であることを忘れないでください。

また、この手法は肩関節の外転角度が120度までである場合にのみ有効であることに留意することが重要です。