Meting van Dynamic scapulier Kinematica Met behulp van een Acromion Marker Cluster Skin Beweging Artefact Minimaliseer
10 februari 2015
Dit rapport bevat informatie over hoe u het acromion marker cluster methode voor het verkrijgen scapulier kinematica bij het gebruik van een passieve marker motion capture-apparaat vast te stellen. Zoals beschreven in de literatuur, deze methode een krachtige, niet-invasieve, driedimensionaal, dynamische en geldige meting van scapulaire kinematica, minimaliseert beweging huid artefact.
Het doel van deze procedure is om niet-invasieve dynamische metingen van de scapulaire kinematica te verkrijgen. Dit wordt bereikt door retroreflecterende markers op de thorax en een markercluster op het platte gedeelte van het acromion te bevestigen. De tweede stap is het bepalen van de locatie van de anatomische referentiepunten van de scapula ten opzichte van de markercluster met behulp van een kalibratiestaaf.
Zodra de kalibratie is voltooid, voert de deelnemer bewegingen uit waarbij de arm wordt opgetild en neergelaten in de relevante bewegingsvlakken. De laatste stap is het bepalen van de locatie van de anatomische referentiepunten van de scapula tijdens de dynamische bewegingen, op basis van de bekende locatie ten opzichte van de markercluster op het acromion. Uiteindelijk wordt de locatie van de anatomische referentiepunten van de scapula gebruikt om de oriëntatie van de scapula ten opzichte van de thorax aan te tonen.
Deze techniek kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen op het gebied van biomechanica en rehabilitatie, zoals welke bewegingspatronen van de scapula geassocieerd zijn met solide dysfunctie. Het maakt daarnaast de beoordeling mogelijk van therapeutische interventies die gericht zijn op de behandeling van schouderdysfunctie. Vraag de deelnemer bij aanvang om de kleding van het bovenlichaam uit te trekken of om kleding te dragen die de beweging van de markers niet belemmert of deze niet onzichtbaar maakt voor het motion capture-systeem.
Construeer een acromion-markercluster of een MC bestaande uit een L-vormig stuk plastic. Bevestig drie retroreflecterende markers, één op het uiteinde van elk aspect vanaf het punt waar ze samenkomen. Gebruik dubbelzijdige plakband om de A MC op het posterieure gedeelte van het acromion te bevestigen, op de plek waar dit samenkomt met de scapula-spin.
Eén zijde van de plaat moet de spina scapulae volgen in mediale richting. De andere zijde moet anterieur ten opzichte van het scapulaire vlak wijzen. Volgende band.
Een cluster-marker set op de bovenarm van de deelnemer wordt vervolgens bevestigd aan de volgende anatomische referentiepunten: de sternale inkeping, het xiphoid-proces, de C7-wervel, de T8-wervel, het sternoclaviculaire gewricht, de processus styloideus ulnae en de processus styloideus radii. Anatomische referentiepunten ten opzichte van de AMC moeten voor elke deelnemer worden gekalibreerd. Hiervoor wordt een kalibratiestok geconstrueerd die bestaat uit vier reflecterende markers die in een T-vorm zijn geplaatst.
Meet de afstand van de punt van de kalibratiestok tot de eerste markering op de stok. Om een meting uit te voeren, plaatst u de punt van de stok op het te kalibreren referentiepunt en legt u drie seconden aan gegevens vast met het motion capture-systeem, waarbij u ervoor zorgt dat de markeringen op de stok, de A MC en de cluster van de bovenarm allemaal zichtbaar zijn voor de camera's.
Lokaliseer eerst het acromioclaviculair gewricht door een hand op het clavicula te plaatsen en deze lateraal te bewegen tot het punt waar het clavicula het acromion bereikt. Plaats de punt van de probe op het gewricht tussen het clavicula en het acromion om de acromionhoek te meten. Volg vervolgens de spina scapulae tot aan het meest laterale punt.
Plaats de punt van de transducer op dit punt op de dorsale zijde van het acromion. Volg vervolgens via ALS de spina scapulae naar het meest mediale punt. Om de mediale spina scapulae te lokaliseren, plaatst u de punt van de transducer op het punt waar de spina de mediale rand van de scapula raakt.
Om de inferieure hoek van de scapula te lokaliseren, palpeert u inferieur langs de mediale rand van de scapula en plaatst u de punt van de sonde op het meest proximale punt, terwijl de elleboog van de deelnemer in een hoek van 90 graden is gebogen en de duim naar boven wijst. Plaats een hand aan de mediale zijde van de elleboog om de mediale epicondylus te lokaliseren. Plaats de punt van de sonde op het meest proximale punt van de mediale epicondylus.
Plaats in dezelfde positie een hand aan de laterale zijde van de elleboog om de laterale epicondylus te lokaliseren en plaats de punt van de sonde op het meest caudale punt. Om het centrum van het glenohumeraal gewricht te bepalen, wordt de deelnemer gevraagd een circumductiebeweging met de bovenarm uit te voeren. Met de elleboog volledig gestrekt, van nul graden armelevatie tot ongeveer 40 graden, moet de deelnemer deze beweging uitvoeren met als doel protractie, retractie, elevatie of depressie van het schoudercomplex te minimaliseren.
De onderzoeker kan indien nodig assistentie verlenen. Registreer deze beweging gedurende ongeveer 30 seconden. Begin na de kalibratie met de gegevensverzameling door de deelnemer te vragen de arm te heffen van 0 tot 120 graden, om de arm vervolgens weer te laten zakken tot in rustpositie langs het lichaam.
Instrueer de deelnemer om deze handeling uit te voeren in het sagittale, frontale en scapulaire vlak. Het scapulaire vlak ligt ongeveer 40 graden anterieur ten opzichte van het frontale vlak om de scapulaire kinematica te berekenen. Tijdens de dynamische bewegingstests wordt kinematische modelleringssoftware gebruikt.
De software bevat commando's om de creatie van lokale coördinatensystemen mogelijk te maken, de conversie van coördinaten van lokale naar globale coördinatensystemen, en de berekening van Euler-hoekrotaties. Gebruik eerst de coördinaten van de markers op de A MC om een willekeurig lokaal coördinatensysteem te definiëren. Bereken vervolgens de locatie van de ene tip in het globale coördinatensysteem voor elke kalibratieproef van de anatomische landmarks van het schouderblad.
Bepaal de locatie van de ene tip ten opzichte van het A MC lokale coördinatensysteem. Bepaal vervolgens de locatie van de mediale en laterale epicondylen ten opzichte van de markercluster van de humerus. Gebruik de bekende positie van de anatomische oriëntatiepunten ten opzichte van de A MC om de locatie binnen het globale coördinatensysteem te bepalen voor elk tijdstip tijdens de dynamische proef.
Herhaal deze stappen voor elk anatomisch herkenningspunt, de mediale en laterale epicondylen. Gebruik de cluster van de bovenarm. Bereken vervolgens het centrum van het glenohumerale gewricht met behulp van het draaipunt van de helico-as tussen de humerus en de scapula.
Definieer vervolgens een lokaal coördinatensysteem voor de thorax, scapula en humerus door de eenheidsvectoren tussen de relevante markers te berekenen, volgens de aanbevelingen van de International Society of Biomechanics voor elk star lichaamsegment. Om de oriëntatie van de scapula ten opzichte van de thorax voor elk tijdstip te bepalen, wordt de methode van Euler-hoekdecompositie gebruikt met een rotatiesequentie van interne rotatie, opwaartse rotatie en vervolgens posterieure kanteling. Bepaal vervolgens de oriëntatie van de humerus ten opzichte van de thorax met behulp van een niet-cardinale rotatiesequentie van het elevatievlak, gevolgd door axiale rotatie.
Voer de stappen voor datareductie en analyse uit met behulp van numerieke modelleringssoftware zoals matlab. Verdeel de kinematische gegevens in de elevatie- en verlagingsfasen van de beweging van de humerus. Normaliseer de tijd voor elke bewegingsfase en druk de scapulaire kinematica uit relatief aan de elevatiehoek van de humerus.
In dit voorbeeld worden de elevatie en het laten zakken van de humerus, inclusief het begin en einde van elke fase, aangeduid door de groene stippellijnen. De elevatie- en dalingfasen worden bepaald op basis van de hoeksnelheid van de humeruselevatie. De bovenste rode streepjeslijn representeert de drempelwaarde die wordt gebruikt om het begin en einde van de elevatiefase te bepalen.
De onderste rode stippellijn geeft de drempelwaarde aan die wordt gebruikt om het begin en het einde van de neerwaartse fase te bepalen. Groene stippellijnen vertegenwoordigen de punten waarop de hoeksnelheid de drempelwaarden overschreed. Deze grafiek toont de opwaartse rotatie van de scapula tijdens armelevatie, geïnterpoleerd met meer dan 101 datapunten.
Om te normaliseren met betrekking tot de tijd. Scapulaire rotaties tijdens armbewegingen in het sagittale vlak worden getoond voor de opwaartse rotatie tijdens de heffings- en neerlaagfase, evenals de posterieure kanteling tijdens de heffings- en neerlaagfase en de interne rotatie tijdens de heffings- en neerlaagfase. Bij het uitvoeren van deze procedure is het zeer belangrijk om te onthouden dat de nauwkeurige plaatsing van de markers en de palpatie van de anatomische oriëntatiepunten essentieel zijn voor het verkrijgen van valide en betrouwbare resultaten.
Het is ook belangrijk om te onthouden dat deze techniek slechts geldig is tot een humeruselevatie van 120 graden.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit rapport beschrijft de acromion-markcluster-methode voor het verkrijgen van scapulaire kinematica met behulp van een passief marker-motion-capture-apparaat. Deze niet-invasieve techniek maakt robuuste driedimensionale metingen mogelijk, waarbij huidbewegingsartefacten tot een minimum worden beperkt.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschappen
- Biomechanica
- Motion Capture-technologie
Achtergrond
- Scapulaire kinematica zijn essentieel voor het begrijpen van de schoudermechanica.
- Traditionele methoden kunnen artefacten introduceren door huidverschuiving.
- De acromion-markerclustermethode is erop gericht nauwkeurige metingen te leveren.
- Niet-invasieve technieken hebben de voorkeur in klinische en onderzoeksomgevingen.
Doel van de studie
- Om dynamische metingen van de scapulaire kinematica te verkrijgen.
- Om de nauwkeurigheid van beoordelingen van de scapulaire oriëntatie te verbeteren.
- Om de impact van huidbewegingsartefacten tijdens metingen te minimaliseren.
Gebruikte methoden
- Het bevestigen van retroreflecterende markers op de thorax en het acromion.
- Het gebruiken van een kalibratiestok om scapulaire anatomische referentiepunten te lokaliseren.
- Deelnemers voeren bewegingen uit waarbij de arm wordt geheven en neergelaten.
- Het bepalen van de locaties van de scapulaire referentiepunten tijdens dynamische bewegingen.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle kalibratie van scapulaire referentiepunten ten opzichte van het acromion.
- Nauwkeurige tracking van de scapulaire beweging tijdens armbewegingen.
- Aangetoonde validiteit van de acromion-markclustermethode.
- Verminderde artefacten door huidverschuiving in vergelijking met traditionele methoden.
Conclusies
- De acromion-markeerclustermethode is effectief voor het meten van de scapulaire kinematica.
- Deze methode verbetert de betrouwbaarheid van motion capture-gegevens.
- Het biedt een waardevol instrument voor onderzoekers en clinici in de biomechanica.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de Industrie
Nauwkeurige meting van de dynamische scapula-kinematica is essentieel voor het begrijpen van de schouderbiomechanica in preklinische modellen van musculoskeletale aandoeningen. De markercluster-methode voor het acromion vermindert artefacten door huidbeweging, wat de betrouwbaarheid van de gegevens voor doelvalidatie in rehabilitatieonderzoek verbetert. Dit ondersteunt mechanistische risicoreductie door een kwantitatieve beoordeling mogelijk te maken van veranderingen in de oriëntatie van de scapula tijdens armbewegingen over de fasen van elevatie en verlaging.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het mogelijk om de scapulothoracale mechanica in ziektestudies te onderzoeken door betrouwbare metingen van de opwaartse rotatie en posterior tilt te leveren.
- Operationele waarde: Vermindert de variabiliteit in metingen als gevolg van huidartefacten, waardoor het vertrouwen in beoordelingen van de target engagement toeneemt.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Levert gestandaardiseerde, reproduceerbare scapulaire kinematische resultaten voor assay-gereedheid in modellen van schouderdisfunctie.
- Operationele waarde: Ondersteunt hergebruik van het platform over verschillende studies heen via gedefinieerde kalibratie- en gegevensverzamelingsprotocollen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Faciliteert translationele continuïteit door bewegingspatronen van de schouderblad in de ontdekkingsfase te koppelen aan de preklinische validatie van interventies.
- Operationele waarde: Maakt risico-gecorrigeerde beslissingen over voortgang mogelijk via betrouwbare foutmetingen van de golfvorm (bijv. 2,7°–4,4° voor opwaartse rotatie).
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode wordt geïntegreerd in workflows voor ontdekkingsbiologie door hypothesetoetsing mogelijk te maken van scapulothoracale bijdragen aan schouderdisfunctie, wat de identificatie van lead-candidates ondersteunt via kwantitatieve biomechanische fenotypering.
- Ontdekkingsbiologie: Ondersteunt de verduidelijking van mechanismen door de oriëntatie van de scapula ten opzichte van de thorax te meten tijdens het heffen en laten zakken van de arm in meerdere vlakken.
- Screening: Levert assay-klare, genormaliseerde kinematische gegevens uitgedrukt ten opzichte van de elevatiehoek van de humerus voor vergelijking tussen verschillende condities.
- Analytica: Genereert de Coëfficiënt van Meervoudige Correlatie (CMC) en waveform-foutmetriek om de betrouwbaarheid te kwantificeren en go/no-go-beslissingen te sturen.
- Translationeel onderzoek: Verbindt dynamische scapulaire patronen met preklinische continuïteit door de consistentie van metingen over de heffings- en dalingfasen te valideren.
- Herbruikbaarheid binnen de organisatie: Vestigt een herbruikbare biomechanische beoordelingscapaciteit via gestandaardiseerde markerplaatsing, het gebruik van een kalibratiestaaf en numerieke modelleringsworkflows.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellende betrouwbaarheid van scapulothoracale mechanica, vermindering van mechanistische ambiguïteit in modellen van schouderdysfunctie.
- Operationele waarde: Standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van scapulaire kinematische metingen tussen laboratoria.
- Strategische waarde: Betere go/no-go-beslissingen, kapitaalefficiëntie en verminderd biologisch risico in een laat stadium binnen musculoskeletale programma's.
- Impact op de portefeuille: Risico-gecorrigeerde prioritering en voortgangsbeslissingen op basis van betrouwbare gegevens over de betrouwbaarheid van superieure rotatie (CMC = 0.92) en posterieure kanteling (CMC = 0.70).
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in biomechanica, motion capture-systemen en palpatie van anatomische referentiepunten.
- Afhankelijk van motion capture-camera's, retroreflectieve markers, een kalibratiestaf en numerieke modelleringssoftware (bijv. MATLAB).
- Necessiteert standaardisatie tussen teams voor markerplaatsing, kalibratieprocedures en fasesegmentatie (elevatie/neerlaten) met behulp van hoeksnelheidsdrempelwaarden.
- Overwegingen voor adaptatie omvatten validatie voorbij 120° humerale elevatie en over diverse scapulaire morfologieën.
- Praktische beperkingen omvatten een matige betrouwbaarheid voor interne rotatie (CMC = 0,53) en een hogere waveform-fout (5,4°–7,3°), wat het gebruik voor bepaalde rotatieassen beperkt.
