Artykuł metodologiczny

Pomiar kinematyki barku in vivo in vivo za pomocą wideoradiografii dwupłaszczyznowej

DOI:

10.3791/62210

⸱

12 marca 2021

 ,  , 
1Bone and Joint Center, Department of Orthopaedic Surgery, Henry Ford Health System

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wideoradiografia dwupłaszczyznowa może określić ilościowo kinematykę barku z dużą dokładnością. Opisany w niniejszym dokumencie protokół został specjalnie zaprojektowany do śledzenia łopatki, kości ramiennej i żeber podczas płaskiego uniesienia kości ramiennej i określa procedury gromadzenia, przetwarzania i analizy danych. Opisano również unikatowe zagadnienia dotyczące zbierania danych.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ramię jest jednym z najbardziej złożonych układów stawowych ludzkiego ciała, z ruchem zachodzącym dzięki skoordynowanym działaniom czterech pojedynczych stawów, wielu więzadeł i około 20 mięśni. Niestety, patologie barku (np. zerwanie stożka rotatorów, zwichnięcia stawów, zapalenie stawów) są powszechne, powodując znaczny ból, niepełnosprawność i obniżoną jakość życia. Specyficzna etiologia wielu z tych patologicznych stanów nie jest w pełni zrozumiała, ale ogólnie przyjmuje się, że patologia barku jest często związana ze zmienionym ruchomością stawów. Niestety, pomiar ruchu barku z niezbędną dokładnością do zbadania hipotez opartych na ruchu nie jest trywialny. Jednak techniki pomiaru ruchu oparte na radiografice zapewniły postęp niezbędny do zbadania hipotez opartych na ruchu i zapewniają mechanistyczne zrozumienie funkcji barku. Dlatego celem tego artykułu jest opisanie podejść do pomiaru ruchu barku za pomocą niestandardowego dwupłaszczyznowego systemu wideoradiografii. Szczegółowymi celami tego artykułu jest opisanie protokołów pozyskiwania dwupłaszczyznowych obrazów wideoradiograficznych kompleksu barkowego, uzyskanie tomografii komputerowej, opracowanie modeli kości 3D, zlokalizowanie anatomicznych punktów orientacyjnych, śledzenie położenia i orientacji kości ramiennej, łopatki i tułowia na podstawie dwupłaszczyznowych obrazów radiograficznych oraz obliczenie kinematycznych miar wyniku. Ponadto w artykule zostaną opisane specjalne względy charakterystyczne dla barku podczas pomiaru kinematyki stawu przy użyciu tego podejścia.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ramię jest jednym z najbardziej złożonych układów stawowych ludzkiego ciała, z ruchem zachodzącym dzięki skoordynowanym działaniom czterech pojedynczych stawów, wielu więzadeł i około 20 mięśni. Ramię ma również największy zakres ruchu spośród głównych stawów ciała i jest często opisywane jako kompromis między mobilnością a stabilnością. Niestety, patologie barku są powszechne, powodując znaczny ból, niepełnosprawność i obniżoną jakość życia. Na przykład zerwanie stożka rotatorów dotyka około 40% populacji w wieku powyżej 60 lat1,2,3, przy około 250 000 napraw stożka rotatorów wykonywanych rocznie4, a szacowane obciążenie ekonomiczne wynosi 3-5 miliardów dolarów rocznie w Stanach Zjednoczonych5. Ponadto zwichnięcia barku są powszechne i często wiążą się z przewlekłą dysfunkcją6. Wreszcie, choroba zwyrodnieniowa stawu ramienno-ramiennego (OA) jest kolejnym istotnym problemem klinicznym związanym z ramieniem, a badania populacyjne wskazują, że około 15%-20% dorosłych w wieku powyżej 65 lat ma radiologiczne dowody choroby zwyrodnieniowej stawu ramienno-ramiennego7,8. Stany te są bolesne, upośledzają poziom aktywności i obniżają jakość życia.

Chociaż patogeneza tych schorzeń nie jest w pełni poznana, ogólnie przyjmuje się, że zmieniony ruch barku jest związany z wieloma patologiami barku9,10,11. W szczególności nieprawidłowy ruch stawu może przyczyniać się do patologii9,12, lub że patologia może prowadzić do nieprawidłowego ruchu stawu13,14. Relacje między ruchem stawu a patologią są prawdopodobnie złożone, a subtelne zmiany w ruchu stawu mogą być ważne w barku. Na przykład, chociaż ruch kątowy jest dominującym ruchem występującym w stawie ramienno-ramiennym, translacje stawów zachodzą również podczas ruchu barku. W normalnych warunkach tłumaczenia te prawdopodobnie nie przekraczają kilku milimetrów15,16,17,18,19, a zatem mogą być poniżej poziomu dokładności in vivo dla niektórych technik pomiarowych. Chociaż kuszące może być założenie, że niewielkie odchylenia w ruchomości stawów mogą mieć niewielki wpływ kliniczny, ważne jest również, aby zdać sobie sprawę, że skumulowany efekt subtelnych odchyleń przez lata aktywności barku może przekroczyć indywidualny próg gojenia i naprawy tkanek. Co więcej, siły in vivo w stawie ramienno-ramiennym nie są bez znaczenia. Poprzednie badania wykazały, że przy użyciu niestandardowych instrumentalnych implantów stawu ramienno-ramiennego podniesienie ciężaru o wadze 2 kg do wysokości głowy za pomocą wyciągniętego ramienia może powodować siły stawu ramienno-ramiennego, które mogą wynosić od 70% do 238% masy ciała20,21,22. W związku z tym połączenie subtelnych zmian w ruchomości stawu i dużych sił skoncentrowanych na małej powierzchni nośnej panewki może przyczynić się do rozwoju patologii zwyrodnieniowych barku.

Historycznie rzecz biorąc, pomiar ruchu ramion był realizowany za pomocą różnych eksperymentalnych podejść. Podejścia te obejmowały wykorzystanie złożonych systemów testowania zwłok zaprojektowanych do symulacji ruchu ramion23,24,25,26,27, systemy przechwytywania ruchu oparte na wideo ze znacznikami powierzchni28,29,31, natynkowe Czujniki elektromagnetyczne32,33,34,35, kościane szpilki z dołączonymi znacznikami odblaskowymi lub innymi czujnikami36,37,38, statyczne dwuwymiarowe obrazowanie medyczne (np. fluoroskopia39,40,41 i radiographs17,42,43,44,45), statyczne trójwymiarowe (3D) obrazowanie medyczne z wykorzystaniem MRI46,47, tomografia komputerowa48 oraz dynamiczne, jednopłaszczyznowe obrazowanie fluoroskopowe 3D49,50,51. Ostatnio czujniki ubieralne (np. inercyjne jednostki pomiarowe) zyskały popularność do pomiaru ruchu ramion poza warunkami laboratoryjnymi i w warunkach swobodnego życia52,53,54,55,56,57.

W ostatnich latach rozpowszechniły się dwupłatowe systemy radiograficzne lub fluoroskopowe przeznaczone do dokładnego pomiaru dynamicznych, 3D ruchów in vivo barku58,59,60,61,62. Celem niniejszego artykułu jest opisanie autorskiego podejścia do pomiaru ruchu barku za pomocą niestandardowego dwupłaszczyznowego systemu wideoradiografii. Szczegółowymi celami tego artykułu jest opisanie protokołów pozyskiwania dwupłaszczyznowych obrazów wideoradiograficznych kompleksu barkowego, uzyskanie tomografii komputerowej, opracowanie modeli kości 3D, zlokalizowanie anatomicznych punktów orientacyjnych, śledzenie położenia i orientacji kości ramiennej, łopatki i tułowia na podstawie dwupłaszczyznowych obrazów radiograficznych oraz obliczenie kinematycznych miar wyniku.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Przed zebraniem danych, uczestnik wyraził pisemną świadomą zgodę. Dochodzenie zostało zatwierdzone przez Instytucjonalną Komisję Rewizyjną Henry Ford Health System.

Protokoły pozyskiwania, przetwarzania i analizowania danych radiograficznych dwupłatowców są w dużym stopniu zależne od systemów obrazowania, oprogramowania do przetwarzania danych i interesujących nas miar wyników. Poniższy protokół został specjalnie zaprojektowany do śledzenia łopatki, kości ramiennej oraz trzeciego i czwartego żebra podczas odwodzenia w płaszczyźnie łopatki lub koronalnej oraz do ilościowego określenia kinematyki łopatkowo-ramiennej, łopatkowo-piersiowej i ramienno-piersiowej.

1. Protokół obrazowania CT

  1. Poproś uczestnika, aby położył się na wznak na stole do badania TK z rękami po bokach. W zależności od wielkości uczestnika, umieść je poza środkiem na stole, tak aby cała półkula tułowia była dostępna do obrazowania.
  2. Aby uzyskać obrazy zwiadowcze, technolog upewnia się, że pole widzenia CT obejmuje obojczyk (powyżej), dystalne nadkłykcie kości ramiennej (dolnie), cały staw ramienny (boczny) oraz stawy żebrowo-żebrowe i mostkowo-żebrowe (przyśrodkowo) (Ryc. 1).
  3. Uzyskać tomografię komputerową o następujących parametrach: tryb skanowania = spiralny; napięcie rury = 120 kVp; prąd lampy: 200-400 mA (auto); grubość plastra = 0,66 mm; Pole widzenia = 34 cm.
  4. Sprawdź jakość skanowania i pole widzenia.
  5. Ponownie sformatuj akwizycję przy użyciu matrycy obrazów o rozmiarze 512 x 512 pikseli. Biorąc pod uwagę grubość warstwy i pole widzenia, akwizycja skutkuje izotropowym odstępem między wokselami wynoszącym około 0,66 mm.
  6. Wyeksportuj obrazy w formacie DICOM.

2. Protokół przechwytywania ruchu rentgenowskiego dwupłatowca

UWAGA: Niestandardowy dwupłaszczyznowy system rentgenowski używany w tym protokole jest opisany w Tabeli Materiałów. Procedury gromadzenia danych będą się prawdopodobnie różnić w zależności od różnych komponentów systemu. Systemy rentgenowskie są arbitralnie określane jako "zielone" i "czerwone" w celu rozróżnienia procedur i wynikowych sekwencji obrazów i są ustawione z kątem około 50° między wiązkami i odległością od źródła do obrazu (SID) wynoszącą około 183 cm (Rysunek 2). Do zbierania danych potrzebnych jest co najmniej dwóch pracowników naukowych; Jeden do obsługi systemu rentgenowskiego i komputera, a drugi do instruowania uczestnika badania.

  1. Konfiguracja oprogramowania aparatu
    1. Ustaw przysłonę aparatu na ustawienie domyślne (f/5.6).
      UWAGA: Ta wartość zależy od kilku czynników, w tym aparatu, czasu ekspozycji, ISO i antropometrii uczestnika.
    2. Otwórz oprogramowanie aparatu i załaduj protokół badania do każdej kamery (częstotliwość próbkowania: 60 Hz, czas ekspozycji: 1 100 μs).
      UWAGA: Czas naświetlania aparatu może się różnić w zależności od kilku czynników, w tym aparatu, ustawienia przysłony i ekspozycji radiograficznej.
  2. Rozgrzewka systemu
    UWAGA: Anoda lampy rentgenowskiej może ulec uszkodzeniu, jeśli ekspozycje o dużej mocy są wytwarzane, gdy jest zimna. Dlatego lampy powinny być rozgrzane przez serię niskoenergetycznych ekspozycji w oparciu o zalecenia producenta.
    1. Na obu panelach sterowania generatora promieniowania rentgenowskiego wybierz opcję Ustawienie naczyniowe. Wstępnie zaprogramowane ustawienia naczyń krwionośnych wytwarzają niskie ekspozycje energetyczne odpowiednie do rozgrzewania systemu (w zależności od producenta systemu).
    2. Ustaw czas ekspozycji w generatorze impulsów na 0.25 s.
    3. Na panelach sterowania generatora promieniowania rentgenowskiego przytrzymaj przyciski PREP. Na ekranie pojawi się Opóźnienie przygotowania.
    4. Gdy na obu ekranach pojawi się komunikat Gotowy do naświetlania, jednocześnie naciśnij i przytrzymaj przyciski EXPOSE.
      UWAGA: Nie spowoduje to prześwietlenia rentgenowskiego, a jedynie uzbroi system. Wytwarzanie promieniowania rentgenowskiego odbywa się tylko poprzez naciśnięcie pedału nożnego lub ręcznych spustów.
    5. Naciśnij przyciski PREP i EXPOSE na obu panelach sterowania, a jednocześnie naciśnij i przytrzymaj pedał nożny (lub ręczny), aby uruchomić generator promieniowania rentgenowskiego w celu wytworzenia promieniowania rentgenowskiego.
      UWAGA: Promienie rentgenowskie są wytwarzane przez czas określony przez generator impulsów (krok 2.3.2) lub do momentu zwolnienia pedału, w zależności od tego, co nastąpi wcześniej.
    6. Powtarzaj kroki 2.2.2-2.2.5, aż jednostka grzewcza lampy rentgenowskiej (HU) przekroczy poziom wymagany przez producenta do uzyskania obrazów (5% HU dla naszego systemu).
  3. Sprawdź synchronizację aparatu i ostrość obrazu.
    UWAGA: Sprawdź synchronizację aparatu i ostrość, uzyskując zestaw obrazów testowych siatki korekcji zniekształceń (patrz Tabela materiałów). Każdy wzmacniacz obrazu zostanie przetestowany indywidualnie, wykonując czynności opisane poniżej.
    1. Umieść siatkę korekcji zniekształceń na wzmacniaczu obrazu.
    2. Na obu panelach sterowania generatora promieniowania rentgenowskiego wybierz ustawienie Serce, które jest zaprogramowane na domyślną technikę radiograficzną (70 kVp, 320 mA, 2 ms i ognisko = 1,0 mm).
      UWAGA: Ustawienia aparatu pozostają niezmienione (częstotliwość próbkowania: 60 Hz, czas ekspozycji: 1 100 μs).
    3. Ustaw generator impulsów na 0,25 s.
    4. Rozpocznij akwizycję kamery za pomocą oprogramowania kamery i uzyskaj obrazy rentgenowskie zgodnie z wcześniejszym opisem w krokach 2.2.3-2.2.5.
    5. Wyświetl podgląd wynikowych obrazów i określ czas, jaki upłynął od impulsu wyzwalającego dla każdego systemu. Jeśli różnica w czasie, który upłynął między kamerami, jest większa niż 2 μs, określ, która kamera uruchamia błysk z opóźnieniem, i określ opóźnienie klatki w oprogramowaniu aparatu, aby rozwiązać problem.
    6. Sprawdź wzrokowo ostrość obrazu, aby zweryfikować ostrość aparatu. Aby uzyskać obiektywną ocenę, przeanalizuj linię profilu narysowaną w poprzek ściegu w siatce korekcji zniekształceń za pomocą oprogramowania do przetwarzania obrazu (np. ImageJ). W szczególności należy sprawdzić nachylenie wartości szarości pikseli wzdłuż tej linii profilu. Bardziej ujemne nachylenie zapewnia ostrzejszy obraz (zakładając, że obraz radiologiczny jest odwrócony w taki sposób, że koralik jest ciemny). W razie potrzeby ponownie ustaw ostrość kamer i powtórz kroki 2.3.3-2.3.6.
  4. Konfiguracja i pozycjonowanie uczestnika badania
    UWAGA: Pozycja uczestnika badania jest w dużym stopniu zależna od śledzonych kości i badanego ruchu. Testowanie jest zwykle wykonywane, gdy uczestnik badania siedzi na stałym krześle (tj. Nie obraca się ani nie porusza na kółkach), aby zminimalizować możliwość zmian w ich pozycji, które mogą spowodować przesunięcie ramienia poza objętość obrazowania 3D.
    1. Ustawić krzesło w przestrzeni obrazowania dwupłaszczyznowego tak, aby badane ramię było wyśrodkowane w przybliżeniu w miejscu, w którym przecinają się dwupłaszczyznowe wiązki promieniowania rentgenowskiego. Jest to stanowisko wstępne. Dostosuj go w oparciu o antropometrię uczestnika, ruch, który ma być testowany, i kości, które mają być śledzone.
    2. Poproś uczestnika, aby usiadł w wygodnej, wyprostowanej pozycji z rękami opartymi o jego bok.
    3. Przymocuj kamizelkę ochronną z ołowianą podszewką na tułowiu uczestnika, aby zakryć jego brzuch oraz przeciwległe ramię i klatkę piersiową.
    4. Ustaw wstępną wysokość wzmacniaczy obrazu. Aby ułatwić przeprowadzenie tej procedury, włącz światło w źródle promieniowania rentgenowskiego systemu. Podnieś system, aż cień uczestnika rzucony na wzmacniacz obrazu znajdzie się na poziomie jego pachy.
      UWAGA: Źródło i wzmacniacz obrazu w każdym systemie są sprzężone tak, aby poruszały się razem. Odłączone systemy będą wymagały dodatkowych etapów wyrównywania, które nie zostały tutaj opisane.
    5. Ustal wstępną wysokość wzmacniaczy obrazu. Delikatnie przesuń uczestnika na krześle w obrębie dwupłatowego obrazu, obserwując jego cień padający na każdy wzmacniacz obrazu.
      UWAGA: Dobrym początkowym przypuszczeniem jest ustawienie uczestnika w taki sposób, aby staw barkowo-obojczykowy znajdował się w przybliżeniu w środku obu wzmacniaczy obrazu. Ta pozycja jest rozsądnym początkowym przypuszczeniem dla obecnego protokołu, który wymaga wizualizacji i śledzenia kości ramiennej, łopatki i dwóch żeber podczas unoszenia ramion.
    6. Gdy pozycja uczestnika wydaje się być rozsądna w obu systemach, pozostaw źródło światła włączone i poproś uczestnika o wykonanie ruchu, który ma być testowany. Upewnij się, że ramię uczestnika pozostaje w polu widzenia radiologicznego podczas całej próby ruchowej. Jeśli to możliwe, kolimuj wiązki promieniowania rentgenowskiego, aby zmniejszyć ekspozycję.
    7. Powtarzaj kroki 2.4.5-2.4.6, aż okaże się, że konfiguracja uczestnika w objętości obrazu jest odpowiednia.
    8. Badacz #1: Wróć do sterowni, aby uruchomić panele sterowania rentgenowskiego i kamery. Ustaw centralę rentgenowską w tryb fluoroskopii małej mocy (60 kVp, 3-4 mA), a generator impulsów na akwizycję 0.25 s.
    9. Badacz #2: Wyjaśnij uczestnikowi, że zostanie zrobione zdjęcie, aby można było zweryfikować jego pozycję na obrazach i opisać serię wydarzeń, które się wydarzą. Ostrzeż uczestnika o dźwiękach wydawanych przez system (np. kliknięcia, buczenia), aby zapobiec zatrzymaniu. Załóż kamizelkę ochronną z ołowianą podszewką, chwyć ręczny spust i odsuń się jak najdalej od źródeł promieniowania rentgenowskiego, aby zminimalizować ekspozycję, zachowując jednocześnie wyraźną linię wzroku i komunikację z uczestnikiem. Jeśli to możliwe, stań za wyłożoną ołowiem tarczą z oknem.
    10. Badacz #1 (w sterowni rentgenowskiej): Uruchom kamery i zalej panel sterowania rentgenowskiego zgodnie z wcześniejszym opisem (kroki 2.2.3-2.2.5). Gdy system będzie gotowy do naświetlania, powiadom badacza #2.
    11. Badacz #2 (w laboratorium): Wskaż uczestnikowi o pozyskiwaniu obrazu. Uruchom akwizycję obrazu radiograficznego za pomocą ręcznego spustu zdalnego. Poinformuj uczestnika, że zdjęcie zostało zrobione i udaj się do dyspozytorni.
    12. Badacz #1 i #2 (w sterowni rentgenowskiej): Przyjrzyj się obrazom. Skoncentruj się tylko na pozycji uczestnika i widoczności wszystkich kości, które mają być śledzone. W razie potrzeby powtarzaj kroki 2.4.5-2.4.12, aż pozycja uczestnika będzie zadowalająca.
    13. Po skonfigurowaniu i ustawieniu systemu rentgenowskiego nie należy nim przesuwać podczas sesji zbierania danych, chyba że dla każdej konfiguracji zostaną zebrane nowe obrazy kalibracji i korekcji zniekształceń. Poinstruuj również uczestnika, aby poruszał się jak najmniej przez cały czas trwania sesji zbierania danych, aby uniknąć konieczności powtarzania procedur konfiguracji.
  5. Gromadzenie danych: Akwizycja obrazu statycznego
    1. Badacz #1 (w sterowni rentgenowskiej): Ustaw zoptymalizowaną technikę radiograficzną na panelu sterowania rentgenowskiego (na podstawie wstępnych testów). Zastosowany tutaj protokół radiograficzny to 70 kVp, 320 mA, 2 ms, a ogniskowa = 1,0 mm, przy czym kamera zbiera dane z częstotliwością 60 Hz i czasem naświetlania 1 100 μs. Ustaw generator impulsów na 0.25 s.
      UWAGA: Poinformuj uczestnika, że następny obraz będzie formalnym pozyskaniem obrazu.
    2. Badacz #2 (w laboratorium): Poinformuj uczestnika, aby siedział prosto z ręką opartą na jego boku.
    3. Uzyskaj obraz zgodnie z wcześniejszym opisem (kroki 2.4.8-2.4.11).
    4. Badacze #1 i #2 (w sterowni rentgenowskiej): Przyjrzyj się obrazom. Skoncentruj się na jakości obrazu (tj. jasności i kontraście) oraz widoczności wszystkich niezbędnych kości. Jeśli konieczna jest korekta jakości obrazu, określ parametr, który ma zostać zmodyfikowany (np. przysłona, czas ekspozycji aparatu, kVp, mA) i ponownie uzyskaj obraz statyczny.
      UWAGA: Bardzo ważne jest, aby zawsze zwracać uwagę na to, w jaki sposób parametry radiologiczne wpływają na dawkę.
    5. Powtarzać kroki 2.5.1-2.5.4 aż do momentu, gdy jakość obrazu stanie się akceptowalna, w granicach oszacowanych dawek zatwierdzonych przez IRB.
    6. Gdy jakość obrazu jest akceptowalna, sprawdź obrazy pod kątem jakości technicznej (np. uszkodzonych klatek).
    7. Po uzyskaniu akceptowalnego statycznego obrazu próbnego zapisz próbę z każdej kamery (np. "green_still.cine", "red_still.cine").
  6. Gromadzenie danych: Dynamiczna akwizycja obrazu
    1. Badacz #1 (w sterowni rentgenowskiej): Zachowaj te same parametry radiograficzne z statycznego obrazu próbnego. Ustaw generator impulsów na ekspozycję 2.0 s.
    2. Badacz #2 (w laboratorium): Naucz uczestnika ruchu, który ma być wykonany, w tym płaszczyzny i czasu ruchu. Sprawdź, czy krzesło i ubranie uczestnika i/lub kamizelka wyściełana ołowiem nie przeszkadzają w ruchu ramion. Przećwicz próbę ruchu z uczestnikiem. Użyj słownej wskazówki "Gotowy... i...i...i..." w tempie tak, aby zajęło to 2 sekundy (tj. czas trwania próby ruchu), aby pomóc uczestnikowi w ustaleniu tempa inicjacji i zakończenia ruchu.
      UWAGA: Bardzo ważne jest, aby uczestnik rozumiał procedury i mógł konsekwentnie wykonywać próbę ruchu, aby uniknąć niepotrzebnego narażenia związanego z nieudanym badaniem.
    3. Badacz #2 (w laboratorium): Po odpowiedniej praktyce odzyskaj ręczny spust zdalnego sterowania. Przenieś się w bezpieczne miejsce w laboratorium z wyraźną linią wzroku i komunikacją z uczestnikiem badania.
    4. Badacz #1 (w sterowni rentgenowskiej): Zresetuj generator impulsów do 2.0 s, uruchom kamery i zalej panel sterowania rentgenowskiego zgodnie z wcześniejszym opisem (kroki 2.3.4-2.3.5). Gdy system będzie gotowy do naświetlania, powiadom badacza #2.
    5. Badacz #2 (w laboratorium): Zapytaj uczestnika badania: "Czy jesteś gotowy?" [poczekaj na odpowiedź twierdzącą] "Gotowy... i... i... i..." (w tempie, jak poprzednio, tak aby zajęło to 2 sekundy).
    6. Badacz #2 (w laboratorium): Ręcznie uruchom system rentgenowski, gdy uczestnik zainicjuje ruch ramienia.
      UWAGA: Chociaż ręczne wyzwalanie na podstawie ruchu wzrokowego grozi pominięciem początku próby ruchowej, zapobiega nadmiernemu narażeniu uczestnika badania w przypadku nieporozumienia lub opóźnionego startu.). Po zakończeniu badania poinformuj uczestnika, że zdjęcie zostało zrobione i udaj się do dyspozytorni, aby sprawdzić obrazy.
    7. Badacze #1 i #2 (w sterowni rentgenowskiej): Sprawdź obrazy próbne pod kątem jakości (tj. jasności i kontrastu) oraz stanu technicznego (tj. wszelkich uszkodzonych klatek) (Rysunek 3). Zapisz próby ruchu z każdej kamery (np. "green_scapab1.cine", "red_scapab1.cine").
    8. Powtórzyć kroki 2.6.1-2.6.7, aby zebrać wszystkie próby ruchu w ramach zatwierdzonego protokołu bezpieczeństwa radiologicznego.
  7. Zbierz obrazy kalibracyjne
    UWAGA: Kalibracja obrazu radiograficznego skutkuje zdefiniowaniem laboratoryjnego układu współrzędnych, położenia i orientacji każdego rentgenowskiego układu radiograficznego względem laboratoryjnego układu współrzędnych oraz parametrów wewnętrznych, które pozwalają na generowanie cyfrowo zrekonstruowanych radiogramów (DRR), które są wykorzystywane w procesie śledzenia bez znaczników. Obliczenia kalibracyjne opisano w kroku 3.4.1.
    1. Należy zachować te same ustawienia kamery i ustawienia techniki radiograficznej, które były używane podczas zbierania danych.
    2. Ustaw generator impulsów na ekspozycję 0.5 s.
    3. Umieść kostkę kalibracyjną (patrz Tabela materiałów) na środku objętości obrazowania.
    4. Pobierz i zapisz obrazy sześcianu (np. "green_cube.cine", "red_cube.cine").
  8. Zbierz obrazy do korekcji zniekształceń i korekcji niejednorodności.
    UWAGA: Na obraz radiograficzny zebrany za pomocą wzmacniacza obrazu ma wpływ intensywność, niejednorodność63 i zniekształcenia. W związku z tym w każdym systemie radiograficznym rejestrowane są obrazy siatki korekcji pola białego i zniekształceń w celu określenia potrzebnych korekcji. Ogólnie rzecz biorąc, rozsądne jest zbieranie obrazów kalibracyjnych przed obrazami korekcji zniekształceń i niejednorodności w przypadku, gdy wzmacniacze obrazu zostaną wypukłe podczas ustawiania siatki zniekształceń.
    1. Usuń wszystkie obiekty z pola widzenia radiologicznego.
    2. Należy zachować te same ustawienia kamery i ustawienia techniki radiograficznej, które były używane podczas zbierania danych. Ustaw generator impulsów na ekspozycję 0.5 s.
    3. Przymocuj siatkę korekcji zniekształceń (patrz Tabela materiałów) do powierzchni wzmacniacza obrazu w kolorze zielonym.
    4. Zdobądź obrazy siatki i białego pola.
    5. Zapisz obrazy (np. "green_grid.cine", "red_white.cine").
    6. Przesuń siatkę do czerwonego wzmacniacza obrazu i powtórz kroki 2.7.2-2.7.5, modyfikując odpowiednio nazwy plików obrazów.

3. Protokół przetwarzania danych

UWAGA: Procedury przygotowania geometrii kostnej, wstępnego przetwarzania obrazu (tj. korekcji zniekształceń i niejednorodności oraz kalibracji obrazu) oraz śledzenia bez znaczników są bardzo zmienne i zależą od używanego oprogramowania. Procedury opisane w niniejszym dokumencie są specyficzne dla oprogramowania własnościowego. Jednak główne etapy przetwarzania danych można prawdopodobnie przełożyć na dowolny pakiet oprogramowania do przechwytywania ruchu rentgenowskiego.

  1. Przetwarzanie tomografii komputerowej
    UWAGA: Opatentowane oprogramowanie do śledzenia bez znaczników używane przez laboratorium autorów optymalizuje pozycję i orientację DRR. W związku z tym procedury przetwarzania skanu CT skutkują utworzeniem 16-bitowego stosu obrazów TIFF. Inne pakiety oprogramowania mogą wymagać, aby geometria kostna była odwzorowana w różnych formatach lub specyfikacjach.
    1. Otwórz program do przetwarzania obrazów (np. Mimika, FIDŻI) i zaimportuj obrazy CT.
    2. Oddziel kość ramienną od otaczających tkanek miękkich. W przypadku żeber utwórz przedłużenie, które łączy przednią część żebra z manubrium, aby zdigitalizować staw mostkowo-żebrowy w dalszej części kroku 3.2.6.
    3. Wykonaj operację logiczną na gotowej masce z czarną maską (tzn. wszystkie piksele są pokolorowane na czarno) (operacja: minus kość). Powoduje to odwróconą maskę kości, w której wszystkie piksele są czarne, z wyjątkiem tych odpowiadających kości, które pozostają w skali szarości CT.
    4. Przytnij stos obrazów wzdłuż wszystkich trzech osi, aby wyeliminować czarne (tj. niekostne) piksele. Pozostaw kilka czarnych pikseli na krawędziach tej obwiedni 3D.
    5. Zapisz zmodyfikowany stos obrazów w formacie TIFF.
    6. Powtórz kroki 3.1.1-3.1.5 dla wszystkich pozostałych kości.
  2. Definiowanie anatomicznych układów współrzędnych i obszarów zainteresowania (ROI)
    UWAGA: Protokół ten orientuje anatomiczne układy współrzędnych w następujący sposób. W przypadku prawego ramienia oś +X jest zorientowana bocznie, oś +Y jest zorientowana nadrzędnie, a oś +Z jest zorientowana do tyłu. W przypadku lewego ramienia oś +X jest zorientowana bocznie, oś +Y jest zorientowana nadrzędnie, a oś +Z jest zorientowana do przodu.
    1. Zaimportuj stos obrazów TIFF dla kości, która ma zostać przetworzona. Przekonwertuj stos TIFF na plik . RAW i wyrenderuj model kości 3D na podstawie znanych wymiarów pikseli i odstępów między obrazami za pomocą zastrzeżonego oprogramowania.
      UWAGA: Rozdzielczość modelu opiera się na próbkowaniu objętości CT (tj. odstępach między wokselami). W związku z tym średnia powierzchnia trójkątów siatki wynosi około 1,02 mm2 (±0,2 mm2) (krok 1.3).
    2. Zdigitalizuj anatomiczne punkty orientacyjne na kości ramiennej w następujący sposób (Ryc. 4A).
      1. Geometryczny środek głowy kości ramiennej: Określ wymiary i położenie kuli, która minimalizuje odległość między powierzchnią kuli a powierzchnią stawową kości ramiennej za pomocą algorytmu najmniejszych kwadratów. Zdefiniuj geometryczny środek głowy kości ramiennej jako współrzędne środka zoptymalizowanej sfery.
      2. Nadkłykcie przyśrodkowe i boczne: Znajduje się w najszerszym odcinku dystalnej części kości ramiennej.
    3. Zdefiniuj zwrot z inwestycji w głowę kości ramiennej w następujący sposób (Rysunek 5A).
      1. Cała powierzchnia stawowa kości ramiennej i większa guzowatość.
    4. Zdigitalizuj anatomiczne punkty orientacyjne na łopatce w następujący sposób (Ryc. 4B).
      1. Korzeń kręgosłupa łopatkowego: Znajduje się na przyśrodkowej granicy wzdłuż kręgosłupa łopatkowego.
      2. Tylny staw barkowo-obojczykowy: Znajduje się w tylnej części obojczyka na wyrostku łopatkowym
        3. .
      3. Kąt dolny: Znajduje się w najniższym punkcie łopatki.
    5. Zdefiniuj ROI szkaplerza w następujący sposób (Rysunek 5B).
      1. Wyrostek barkowy: Spodnia powierzchnia wyrostka barkowego boczna w stosunku do kręgosłupa łopatki.
      2. Glenoid: Cała powierzchnia przegubowa panewki glenoidu.
    6. Zdigitalizuj anatomiczne punkty orientacyjne na żebrach w następujący sposób (Rysunek 4C).
      1. Żebro przednie: Znajduje się w najbardziej środkowej części przedłużenia żebra.
      2. Żebro tylne: Znajduje się w górnym/dolnym punkcie środkowym tylnej części fasety na głowie żebra.
      3. Żebro boczne: Znajduje się w najbardziej bocznej części żebra, gdy przednie i tylne punkty żeber są wyrównane pionowo na ekranie.
  3. Wstępne przetwarzanie obrazu
    UWAGA: Wstępne przetwarzanie obrazu odbywa się przy użyciu zastrzeżonego oprogramowania i polega na konwersji plików obrazów filmowych do stosów TIFF i korekcji obrazów pod kątem niejednorodności zniekształceń.
    1. Wykonaj korekcję niejednorodności: Oprogramowanie uśrednia około 30 klatek (tj. 0,5 s danych), aby uzyskać pojedynczy, wysokiej jakości obraz w jasnym polu, aby zminimalizować efekt szumu w każdej pojedynczej klatce. Obraz w jasnym polu służy do obliczania rzeczywistej gęstości radiograficznej wzdłuż promienia od źródła promieniowania rentgenowskiego do każdego piksela każdej klatki danych. Suma gęstości radiograficznej całej materii penetrowanej przez promień każdego piksela jest proporcjonalna do logarytmu jasnego pola dla tego piksela pomniejszonego o logarytm obrazu obserwacyjnego dla tego piksela (tj. przetwarzanie logarytmiczne).
    2. Wykonaj korekcję zniekształceń: Oprogramowanie uśrednia około 30 klatek (tj. 0,5 sekundy danych), aby uzyskać pojedynczy obraz i redukuje efekt szumu na dowolnym pojedynczym obrazie. Oprogramowanie do korekcji zniekształceń tworzy mapę afiniczną od każdej trójki sąsiednich pozycji koralików na obrazie siatki zniekształceń do znanej (prawdziwej) pozycji tych trzech koralików w siatce korekcji zniekształceń Lucite. Ten zbiór małych map afinicznych jest następnie używany do ponownego próbkowania każdej obserwowanej klatki próby ruchu na prawdziwe współrzędne reprezentowane przez ortogonalny układ koralików.
    3. Zastosuj korekcje zniekształceń i niejednorodności do wszystkich klatek każdej próby.
  4. Kalibracja objętości obrazowania dwupłaszczyznowego.
    UWAGA: Kalibracja obrazu została przeprowadzona przy użyciu zastrzeżonego oprogramowania. Oprogramowanie wykorzystuje nieliniowy algorytm optymalizacji w celu dostosowania obserwowanych lokalizacji ściegów obiektu kalibracyjnego do ich znanych lokalizacji 3D. Proces ten jest przeprowadzany dla każdego zestawu dwupłaszczyznowych obrazów kalibracyjnych. Rezultatem jest system, który może cyfrowo wyświetlać dwa widoki objętości kości i rejestrować je na obrazach radiologicznych tej samej kości zebranych podczas zbierania danych.
  5. Śledzenie bez znaczników
    UWAGA: Śledzenie bez znaczników odbywa się przy użyciu zastrzeżonego oprogramowania. Do wykonania tego procesu można również użyć oprogramowania takiego jak Autoscoper i C-Motion.
    1. Na pierwszej klatce próby ruchu obróć i przesuń DRR za pomocą elementów sterujących oprogramowania, aż okaże się, że dobrze pasuje do dwupłatowych obrazów rentgenowskich (Rysunek 6).
    2. Zapisz rozwiązanie ręczne.
    3. Zastosuj algorytm optymalizacji.
    4. Sprawdź wzrokowo rozwiązanie uznane za optymalne przez algorytm na podstawie początkowego rozwiązania ręcznego. W razie potrzeby dostosuj roztwór i powtarzaj kroki 3.5.2-3.5.3, aż do uzyskania optymalnego roztworu.
    5. Powtórz kroki 3.5.1-3.5.4 dla każdej 10klatki w próbie ruchu.
      UWAGA: Ten interwał zależy od kilku czynników, w tym liczby klatek na sekundę, szybkości ruchu i jakości obrazu. Mogą być wymagane krótsze odstępy czasu.
    6. Gdy co 10 klatka jest śledzona, wykonaj optymalizację, aby utworzyć interpolowane rozwiązania wstępne, które są następnie optymalizowane.
    7. Kontynuuj udoskonalanie rozwiązań, aż wszystkie klatki próby ruchu będą dobrze śledzone.

4. Protokół analizy danych

UWAGA: Zastrzeżone oprogramowanie do śledzenia bez znaczników używane w tym protokole skutkuje surowymi i przefiltrowanymi trajektoriami anatomicznych punktów orientacyjnych, które zostaną użyte do budowy anatomicznych układów współrzędnych. Współrzędne te są wyrażone w odniesieniu do laboratoryjnego układu współrzędnych zdefiniowanego przez obiekt kalibracyjny podczas procedury kalibracji. Poniższy protokół opisuje, w ogólnych warunkach, procedury obliczania kinematycznych miar wyników na podstawie tych przełomowych trajektorii, tak aby można je było obliczyć w dowolnym języku programowania (np. MATLAB). Drugie zastrzeżone oprogramowanie służy do obliczania kinematyki i statystyk bliskości.

  1. Obliczanie kinematyki i statystyki bliskości
    UWAGA: Podstawowe miary wyników kinematycznych obejmują obroty stawów (tj. kąty Eulera) i pozycje. Podstawowe statystyki dotyczące bliskości obejmują minimalną przerwę, średnią przerwę i średnią ważoną centrum kontaktowego, które są obliczane dla każdej klatki danych. Łącznie miary te opisują artrokinematykę stawów lub interakcje powierzchniowe podczas ruchu. Zbliżenia anatomiczne, które są agregowane w całym badaniu ruchu, obejmują średnie centrum kontaktu, ścieżkę kontaktu i długość ścieżki kontaktu.
    1. Dla każdej kości i klatki ruchu użyj przefiltrowanych współrzędnych anatomicznego punktu orientacyjnego (tj. danych wyjściowych z oprogramowania do śledzenia bez znaczników), aby skonstruować 16-elementową macierz transformacji reprezentującą anatomiczny układ współrzędnych kości względem laboratoryjnego układu współrzędnych.
    2. Oblicz kinematykę względną, odnosząc anatomiczne układy współrzędnych między odpowiednimi kośćmi za pomocą oprogramowania.
    3. Wyodrębnij kąty i pozycje połączeń przy użyciu konwencjonalnych metod64. Biorąc pod uwagę orientację anatomicznych układów współrzędnych, wyodrębnij kinematykę ramienno-ramienną za pomocą sekwencji rotacji Z-X'-Y'', wyodrębnij kinematykę łopatkowo-piersiową za pomocą sekwencji rotacji Y-Z'-X'' i wyodrębnij kinematykę ramienno-piersiową za pomocą sekwencji rotacji Y-Z'-Y''.
    4. Minimalna przerwa: Oblicz najmniejszą przerwę (tj. odległość) między środkami ciężkości najbliższego sąsiedniego trójkąta na przeciwległej kości za pomocą oprogramowania.
    5. Średnia przerwa: Oblicz średnią ważoną powierzchnią minimalnej przerwy za pomocą trójkątów, które mają najmniejszą przerwę w stosunku do najbliższego sąsiada w określonym obszarze pomiarowym za pomocą oprogramowania. Zdefiniuj obszar pomiaru jako trójkąty znajdujące się najbliżej przeciwległej kości, których pola sumują się do 200 mm2. Uwzględnij ten obszar pomiarowy w obliczeniach, aby upewnić się, że w obliczeniach średniej szczeliny uwzględniona jest tylko powierzchnia, która znajduje się w rozsądnej odległości od przeciwległej kości.
      UWAGA: Rozmiary obszaru pomiarowego (tj. 200 mm2) zostały wybrane podczas początkowego opracowywania algorytmu po tym, jak stwierdzono, że konsekwentnie odzwierciedla on przestrzeń podbarkową i bliskość stawu ramienno-ramiennego bez nadmiernego odchylania od odległych powierzchni. Zastosowanie tej miary do szerszych interakcji powierzchniowych (np. piszczelowo-udowych) może wymagać większego obszaru pomiaru.
    6. Uśrednione ważone centrum kontaktu (tj. środek ciężkości): Oblicz punkt na powierzchni ROI, który minimalizuje ważoną odległość do wszystkich innych trójkątów w obszarze pomiaru (tj. trójkątów znajdujących się najbliżej przeciwległej kości, których pola sumują siędo 200 mm 2) za pomocą oprogramowania. Współczynnik wagowy dla każdego trójkąta w obszarze pomiaru oblicza się jako: pole trójkąta / kwadrat odległości do środka ciężkości najbliższego sąsiada (tj. ważenie odwrotne kwadratowe). W ten sposób trójkąty, które są ważone mocniej, są większe (o współczynnik 1) i bliżej przeciwległej kości (o współczynnik kwadratu minimalnej odległości).
    7. Średnie centrum kontaktowe: Oblicz średnią pozycję centrum kontaktowego (tj. centroidu) w poprzek próby ruchu za pomocą oprogramowania. Biorąc pod uwagę, że centra kontaktowe reprezentują artrokinematykę stawów, przeciętne centrum kontaktowe reprezentuje centrum interakcji powierzchniowych podczas ruchu.
    8. Ścieżka kontaktu: Zdefiniuj, łącząc współrzędne centrum kontaktowego ze średnią ważoną w poprzek próby ruchu za pomocą oprogramowania.
    9. Długość ścieżki kontaktu: Oblicz długość ścieżki kontaktu w poprzek próby ruchu za pomocą oprogramowania.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

52-letnia bezobjawowa kobieta (BMI = 23,6 kg/m2) została zrekrutowana w ramach poprzedniego badania i przeszła testy ruchowe (odwiedzenie w płaszczyźnie koronalnej) na swoim dominującym (prawym) ramieniu65. Przed zebraniem danych uczestnik wyraził pisemną świadomą zgodę. Dochodzenie zostało zatwierdzone przez Instytucjonalną Komisję Rewizyjną Henry Ford Health System. Zbieranie danych odbyło się przy użyciu wcześniej opisanego protokołu (Rysunek 3).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opisana tutaj technika przezwycięża kilka wad związanych z konwencjonalnymi technikami oceny ruchu barku (tj. symulacje zwłok, obrazowanie 2D, statyczne obrazowanie 3D, systemy przechwytywania ruchu oparte na wideo, czujniki do noszenia itp.), zapewniając dokładne pomiary ruchu stawów 3D podczas dynamicznych czynności. Dokładność opisanego w niniejszym dokumencie protokołu została ustalona dla stawu ramiennego w stosunku do złotego standardu analizy radiostereometrycznej (RSA) na poziomie ±0,5° i ±0,4 mm

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie pozostają w konflikcie interesów.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Badania opisane w tej publikacji były wspierane przez National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases pod numerem nagrody R01AR051912. Wyłączną odpowiedzialność za treść ponoszą autorzy i niekoniecznie reprezentują one oficjalne poglądy National Institutes of Health (NIH).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Kostka kalibracyjnaZbudowane we własnym zakresieN/A10 cm z koralikiem tantalowym w każdym rogu i czterema dodatkowymi koralikami w połowie długości pudełka. s pionowe krawędzie (w sumie 12 koralików). Pozycje każdego ściegu są dokładnie znane względem rogu pudełka, które służy jako początek laboratoryjnego układu współrzędnych.
Siatka korekcji zniekształceńZbudowany we własnymN/A, który pokrywa całą powierzchnię 16-calowego wzmacniacza obrazu i zawiera ortogonalny układ koralików tantalowych rozmieszczonych co 1 cm.
ImageJNational Institutes of HealthN/AOprogramowanie do przetwarzania obrazów używane do przygotowania stosu TIFF objętości kości.
Markerless Tracking WorkbenchCustom, oprogramowanie wewnętrzneNie dotyczyŚrodowisko pracy z niestandardowym oprogramowaniem służącym do digitalizacji anatomicznych punktów orientacyjnych na modelach kości 3D, konstruowania anatomicznych układów współrzędnych, wykorzystywania rejestracji obrazu na podstawie intensywności do śledzenia bez znaczników oraz obliczania i wizualizacji pomiarów wyników kinematycznych.
MATLABMathworks, IncNie dotyczyOprogramowanie do programowania komputerowego. Służy do przetwarzania i analizy danych.
Mimika (wersja 20)Materialise, IncN/AOprogramowanie do przetwarzania obrazów używane do segmentacji kości ramiennej, łopatki i żeber z tomografii komputerowej.
Open InventorThermo Fisher Scientific/AProgram graficzny 3D służący do wizualizacji kości
Oprogramowanie Phantom Camera Control (PCC) (wersja 3.4)N/AOprogramowanie do określania parametrów kamery oraz pozyskiwania i zapisywania obrazów radiograficznych
Generator impulsów (Model 9514)Quantum Composers, Inc.Nie dotyczySynchronizuje systemy rentgenowskie i kamerowe oraz określa czas naświetlania
Dwa impulsowe generatory promieniowania rentgenowskiego o mocy 100 kW (model CPX 3100CV)EMD TechnologiesNie dotyczyGeneruje promieniowanie rentgenowskie używane do tworzenia obrazów radiograficznych
Dwa 40-centymetrowe wzmacniacze obrazu (Model P9447H110)North American ImagingN/APrzekształca promieniowanie rentgenowskie w fotony w celu uzyskania widzialnego obrazu
Dwie kamery Phantom VEO 340Badania nad widzeniemNie dotyczy Szybkiekamery rejestrują widzialny obraz utworzony przez system rentgenowski
pudełko Lucite zakresie arkusz Lucite N

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Milgrom, C., Schaffler, M., Gilbert, S., van Holsbeeck, M. Rotator-cuff changes in asymptomatic adults. The effect of age, hand dominance and gender. Journal of Bone and Joint Surgery (British volume). 77 (2), 296-298 (1995).
  2. Kim, H. M., et al. Location and initiation of degenerative rotator cuff tears: an analysis of three hundred and sixty shoulders. Journal of Bone and Joint Surgery (American Volume). 92 (5), 1088-1096 (2010).
  3. Yamamoto, A., et al. Prevalence and risk factors of a rotator cuff tear in the general population. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 19 (1), 116-120 (2010).
  4. Colvin, A. C., Egorova, N., Harrison, A. K., Moskowitz, A., Flatow, E. L. National trends in rotator cuff repair. Journal of Bone and Joint Surgery (American Volume). 94 (3), 227-233 (2012).
  5. Vitale, M. A., et al. Rotator cuff repair: an analysis of utility scores and cost-effectiveness. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 16 (2), 181-187 (2007).
  6. Zacchilli, M. A., Owens, B. D. Epidemiology of shoulder dislocations presenting to emergency departments in the United States. Journal of Bone and Joint Surgery (American Volume). 92 (3), 542-549 (2010).
  7. Oh, J. H., et al. The prevalence of shoulder osteoarthritis in the elderly Korean population: association with risk factors and function. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 20 (5), 756-763 (2011).
  8. Kobayashi, T., et al. Prevalence of and risk factors for shoulder osteoarthritis in Japanese middle-aged and elderly populations. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 23 (5), 613-619 (2014).
  9. Ludewig, P. M., Reynolds, J. F. The association of scapular kinematics and glenohumeral joint pathologies. Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 39 (2), 90-104 (2009).
  10. Michener, L. A., McClure, P. W., Karduna, A. R. Anatomical and biomechanical mechanisms of subacromial impingement syndrome. Clinical Biomechanics. 18 (5), Bristol, Avon. 369-379 (2003).
  11. Seitz, A. L., McClure, P. W., Finucane, S., Boardman, N. D., Michener, L. A. Mechanisms of rotator cuff tendinopathy: intrinsic, extrinsic, or both. Clinical Biomechanics. 26 (1), Bristol, Avon. 1-12 (2011).
  12. Lawrence, R. L., Braman, J. P., Ludewig, P. M. Shoulder kinematics impact subacromial proximities: a review of the literature. Brazilian Journal of Physical Therapy. 24 (3), 219-230 (2019).
  13. McClure, P. W., Michener, L. A., Karduna, A. R. Shoulder function and 3-dimensional scapular kinematics in people with and without shoulder impingement syndrome. Physical Therapy. 86 (8), 1075-1090 (2006).
  14. Rundquist, P. J. Alterations in scapular kinematics in subjects with idiopathic loss of shoulder range of motion. Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 37 (1), 19-25 (2007).
  15. Graichen, H., et al. Effect of abducting and adducting muscle activity on glenohumeral translation, scapular kinematics and subacromial space width in vivo. Journal of Biomechanics. 38 (4), 755-760 (2005).
  16. Bey, M. J., Kline, S. K., Zauel, R., Lock, T. R., Kolowich, P. A. Measuring dynamic in-vivo glenohumeral joint kinematics: technique and preliminary results. Journal of Biomechanics. 41 (3), 711-714 (2008).
  17. Poppen, N. K., Walker, P. S. Normal and abnormal motion of the shoulder. Journal of Bone and Joint Surgery (American Volume). 58 (2), 195-201 (1976).
  18. Graichen, H., et al. Magnetic resonance-based motion analysis of the shoulder during elevation. Clinical Orthopaedics and Related Research. 370 (370), 154-163 (2000).
  19. Howell, S. M., Galinat, B. J., Renzi, A. J., Marone, P. J. Normal and abnormal mechanics of the glenohumeral joint in the horizontal plane. Journal of Bone and Joint Surgery (American Volume). 70 (2), 227-232 (1988).
  20. Bergmann, G., et al. In vivo glenohumeral contact forces--measurements in the first patient 7 months postoperatively. Journal of Biomechanics. 40 (10), 2139-2149 (2007).
  21. Westerhoff, P., et al. In vivo measurement of shoulder joint loads during activities of daily living. Journal of Biomechanics. 42 (12), 1840-1849 (2009).
  22. Bergmann, G., et al. In vivo gleno-humeral joint loads during forward flexion and abduction. Journal of Biomechanics. 44 (8), 1543-1552 (2011).
  23. Halder, A. M., Zhao, K. D., Odriscoll, S. W., Morrey, B. F., An, K. N. Dynamic contributions to superior shoulder stability. Journal of Orthopaedic Research. 19 (2), 206-212 (2001).
  24. Debski, R. E., et al. A new dynamic testing apparatus to study glenohumeral joint motion. Journal of Biomechanics. 28 (7), 869-874 (1995).
  25. Malicky, D. M., Soslowsky, L. J., Blasier, R. B., Shyr, Y. Anterior glenohumeral stabilization factors: progressive effects in a biomechanical model. Journal of Orthopaedic Research. 14 (2), 282-288 (1996).
  26. Payne, L. Z., Deng, X. H., Craig, E. V., Torzilli, P. A., Warren, R. F. The combined dynamic and static contributions to subacromial impingement. A biomechanical analysis. American Journal of Sports Medicine. 25 (6), 801-808 (1997).
  27. Wuelker, N., Wirth, C. J., Plitz, W., Roetman, B. A dynamic shoulder model: reliability testing and muscle force study. Journal of Biomechanics. 28 (5), 489-499 (1995).
  28. Dillman, C. J., Fleisig, G. S., Andrews, J. R. Biomechanics of pitching with emphasis upon shoulder kinematics. Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 18 (2), 402-408 (1993).
  29. Fleisig, G. S., Andrews, J. R., Dillman, C. J., Escamilla, R. F. Kinetics of baseball pitching with implications about injury mechanisms. American Journal of Sports Medicine. 23 (2), 233-239 (1995).
  30. Fleisig, G. S., Barrentine, S. W., Zheng, N., Escamilla, R. F., Andrews, J. R. Kinematic and kinetic comparison of baseball pitching among various levels of development. Journal of Biomechanics. 32 (12), 1371-1375 (1999).
  31. Werner, S. L., Gill, T. J., Murray, T. A., Cook, T. D., Hawkins, R. J. Relationships between throwing mechanics and shoulder distraction in professional baseball pitchers. American Journal of Sports Medicine. 29 (3), 354-358 (2001).
  32. An, K. N., Browne, A. O., Korinek, S., Tanaka, S., Morrey, B. F. Three-dimensional kinematics of glenohumeral elevation. Journal of Orthopaedic Research. 9 (1), 143-149 (1991).
  33. Johnson, M. P., McClure, P. W., Karduna, A. R. New method to assess scapular upward rotation in subjects with shoulder pathology. Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 31 (2), 81-89 (2001).
  34. Borstad, J. D., Ludewig, P. M. Comparison of scapular kinematics between elevation and lowering of the arm in the scapular plane. Clinical Biomechanics. 17 (9-10), Bristol, Avon. 650-659 (2002).
  35. Meskers, C. G., vander Helm, F. C., Rozendaal, L. A., Rozing, P. M. In vivo estimation of the glenohumeral joint rotation center from scapular bony landmarks by linear regression. Journal of Biomechanics. 31 (1), 93-96 (1998).
  36. McClure, P. W., Michener, L. A., Sennett, B. J., Karduna, A. R. Direct 3-dimensional measurement of scapular kinematics during dynamic movements in vivo. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 10 (3), 269-277 (2001).
  37. Lawrence, R. L., Braman, J. P., LaPrade, R. F., Ludewig, P. M. Comparison of 3-dimensional shoulder complex kinematics in individuals with and without shoulder pain, part 1: sternoclavicular, acromioclavicular, and scapulothoracic joints. Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 44 (9), 636-645 (2014).
  38. Lawrence, R. L., Braman, J. P., Staker, J. L., LaPrade, R. F., Ludewig, P. M. Comparison of 3-dimensional shoulder complex kinematics in individuals with and without shoulder pain, part 2: glenohumeral joint. Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 44 (9), 646-655 (2014).
  39. Burkhart, S. S. Fluoroscopic comparison of kinematic patterns in massive rotator cuff tears. A suspension bridge model. Clinical Orthopaedics and Related Research. 284, 144-152 (1992).
  40. Mandalidis, D. G., Mc Glone, B. S., Quigley, R. F., McInerney, D., O'Brien, M. Digital fluoroscopic assessment of the scapulohumeral rhythm. Surgical and Radiologic Anatomy. 21 (4), 241-246 (1999).
  41. Pfirrmann, C. W., Huser, M., Szekely, G., Hodler, J., Gerber, C. Evaluation of complex joint motion with computer-based analysis of fluoroscopic sequences. Investigative Radiology. 37 (2), 73-76 (2002).
  42. Deutsch, A., Altchek, D. W., Schwartz, E., Otis, J. C., Warren, R. F. Radiologic measurement of superior displacement of the humeral head in the impingement syndrome. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 5 (3), 186-193 (1996).
  43. Hawkins, R. J., Schutte, J. P., Janda, D. H., Huckell, G. H. Translation of the glenohumeral joint with the patient under anesthesia. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 5 (4), 286-292 (1996).
  44. Yamaguchi, K., et al. Glenohumeral motion in patients with rotator cuff tears: a comparison of asymptomatic and symptomatic shoulders. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 9 (1), 6-11 (2000).
  45. Paletta, G. A. Jr, Warner, J. J., Warren, R. F., Deutsch, A., Altchek, D. W. Shoulder kinematics with two-plane x-ray evaluation in patients with anterior instability or rotator cuff tearing. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 6 (6), 516-527 (1997).
  46. Graichen, H., et al. Three-dimensional analysis of the width of the subacromial space in healthy subjects and patients with impingement syndrome. AJR: American Journal of Roentgenology. 172 (4), 1081-1086 (1999).
  47. Rhoad, R. C., et al. A new in vivo technique for three-dimensional shoulder kinematics analysis. Skeletal Radiology. 27 (2), 92-97 (1998).
  48. Baeyens, J. P., Van Roy, P., De Schepper, A., Declercq, G., Clarijs, J. P. Glenohumeral joint kinematics related to minor anterior instability of the shoulder at the end of the late preparatory phase of throwing. Clinical Biomechanics. 16 (9), Bristol, Avon. 752-757 (2001).
  49. Lawrence, R. L., Braman, J. P., Keefe, D. F., Ludewig, P. M. The Coupled Kinematics of Scapulothoracic Upward Rotation. Physical Therapy. 100 (2), 283-294 (2020).
  50. Lawrence, R. L., Braman, J. P., Ludewig, P. M. The impact of decreased scapulothoracic upward rotation on subacromial proximities. Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 49 (3), 180-191 (2019).
  51. Matsuki, K., et al. Dynamic in vivo glenohumeral kinematics during scapular plane abduction in healthy shoulders. Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 42 (2), 96-104 (2012).
  52. Chapman, R. M., Torchia, M. T., Bell, J. E., Van Citters, D. W. Assessing shoulder biomechanics of healthy elderly individuals during activities of daily living using inertial measurement units: High maximum elevation Is achievable but rarely used. Journal of Biomechanical Engineering. 141 (4), (2019).
  53. De Baets, L., vander Straaten, R., Matheve, T., Timmermans, A. Shoulder assessment according to the international classification of functioning by means of inertial sensor technologies: A systematic review. Gait and Posture. 57, 278-294 (2017).
  54. Dowling, B., McNally, M. P., Laughlin, W. A., Onate, J. A. Changes in throwing arm mechanics at increased throwing distances during structured long-toss. American Journal of Sports Medicine. 46 (12), 3002-3006 (2018).
  55. Kirking, B., El-Gohary, M., Kwon, Y. The feasibility of shoulder motion tracking during activities of daily living using inertial measurement units. Gait and Posture. 49, 47-53 (2016).
  56. Morrow, M. M. B., Lowndes, B., Fortune, E., Kaufman, K. R., Hallbeck, M. S. Validation of inertial measurement units for upper body kinematics. Journal of Applied Biomechanics. 33 (3), 227-232 (2017).
  57. Rawashdeh, S. A., Rafeldt, D. A., Uhl, T. L. Wearable IMU for shoulder injury prevention in overhead sports. Sensors (Basel). 16 (11), (2016).
  58. Baumer, T. G., et al. Effects of asymptomatic rotator cuff pathology on in vivo shoulder motion and clinical outcomes. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 26 (6), 1064-1072 (2017).
  59. Bey, M. J., et al. In vivo measurement of subacromial space width during shoulder elevation: technique and preliminary results in patients following unilateral rotator cuff repair. Clinical Biomechanics. 22 (7), Bristol, Avon. 767-773 (2007).
  60. Peltz, C. D., et al. Differences in glenohumeral joint morphology between patients with anterior shoulder instability and healthy, uninjured volunteers. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 24 (7), 1014-1020 (2015).
  61. Coats-Thomas, M. S., Massimini, D. F., Warner, J. J. P., Seitz, A. L. In vivo evaluation of subacromial and internal impingement risk in asymptomatic individuals. American Journal of Physical Medicine and Rehabilitation. 97 (9), 659-665 (2018).
  62. Millett, P. J., Giphart, J. E., Wilson, K. J., Kagnes, K., Greenspoon, J. A. Alterations in glenohumeral kinematics in patients with rotator cuff tears measured with biplane fluoroscopy. Arthroscopy. 32 (3), 446-451 (2016).
  63. Li, W., Hou, Q. Analysis and correction of the nonuniformity of light field in the high resolution X-ray digital radiography. Sixth International Conference on Natural Computation. 7, 3803-3807 (2010).
  64. Wu, G., et al. ISB recommendation on definitions of joint coordinate systems of various joints for the reporting of human joint motion--Part II: shoulder, elbow, wrist and hand. Journal of Biomechanics. 38 (5), 981-992 (2005).
  65. Baumer, T. G., et al. Effects of rotator cuff pathology and physical therapy on in vivo shoulder motion and clinical outcomes in patients with a symptomatic full-thickness rotator cuff tear. Orthopaedic Journal of Sports Medicine. 4 (9), 2325967116666506(2016).
  66. Ludewig, P. M., et al. Motion of the shoulder complex during multiplanar humeral elevation. Journal of Bone and Joint Surgery (American Volume). 91 (2), 378-389 (2009).
  67. Bey, M. J., Zauel, R., Brock, S. K., Tashman, S. Validation of a new model-based tracking technique for measuring three-dimensional, in vivo glenohumeral joint kinematics. Journal of Biomechanical Engineering. 128 (4), 604-609 (2006).
  68. Tashman, S., Anderst, W. In-vivo measurement of dynamic joint motion using high speed biplane radiography and CT: application to canine ACL deficiency. Journal of Biomechanical Engineering. 125 (2), 238-245 (2003).
  69. Anderst, W., Zauel, R., Bishop, J., Demps, E., Tashman, S. Validation of three-dimensional model-based tibio-femoral tracking during running. Medical Engineering and Physics. 31 (1), 10-16 (2009).
  70. Kage, C. C., et al. Validation of an automated shape-matching algorithm for biplane radiographic spine osteokinematics and radiostereometric analysis error quantification. PloS One. 15 (2), 0228594(2020).
  71. Pitcairn, S., Kromka, J., Hogan, M., Anderst, W. Validation and application of dynamic biplane radiography to study in vivo ankle joint kinematics during high-demand activities. Journal of Biomechanics. 103, 109696(2020).
  72. Bey, M. J., et al. In vivo shoulder function after surgical repair of a torn rotator cuff: glenohumeral joint mechanics, shoulder strength, clinical outcomes, and their interaction. American Journal of Sports Medicine. 39 (10), 2117-2129 (2011).
  73. Peltz, C. D., et al. Associations between in-vivo glenohumeral joint motion and morphology. Journal of Biomechanics. 48 (12), 3252-3257 (2015).
  74. Massimini, D. F., Warner, J. J., Li, G. Glenohumeral joint cartilage contact in the healthy adult during scapular plane elevation depression with external humeral rotation. Journal of Biomechanics. 47 (12), 3100-3106 (2014).
  75. Miller, R. M., et al. Effects of exercise therapy for the treatment of symptomatic full-thickness supraspinatus tears on in vivo glenohumeral kinematics. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 25 (4), 641-649 (2016).
  76. Lawrence, R. L., Ruder, M. C., Zauel, R., Bey, M. J. Instantaneous helical axis estimation of glenohumeral kinematics: The impact of rotator cuff pathology. Journal of Biomechanics. 109, 109924(2020).
  77. National Council on Radiation Protection and Measurements. Evaluating and communicating radiation risks for studies involving human subjects: guidance for researchers and institutional review boards: recommendations of the National Council on Radiation Protection and Measurements. National Council on Radiation Protection and Measurements. , (2020).
  78. Akbari-Shandiz, M., et al. MRI vs CT-based 2D-3D auto-registration accuracy for quantifying shoulder motion using biplane video-radiography. Journal of Biomechanics. 82, 30385001(2019).
  79. Breighner, R. E., et al. Technical developments: Zero echo time imaging of the shoulder: enhanced osseous detail by using MR imaging. Radiology. 286 (3), 960-966 (2018).
  80. Fox, A. M., et al. The effect of decreasing computed tomography dosage on radiostereometric analysis (RSA) accuracy at the glenohumeral joint. Journal of Biomechanics. 44 (16), 2847-2850 (2011).
  81. Lawrence, R. L., et al. Effect of glenohumeral elevation on subacromial supraspinatus compression risk during simulated reaching. Journal of Orthopaedic Research. 35 (10), 2329-2337 (2017).
  82. Peltz, C. D., et al. Associations among shoulder strength, glenohumeral joint motion, and clinical outcome after rotator cuff repair. American Journal of Orthopedics. 43 (5), Belle Mead, N.J. 220-226 (2014).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Tr jwymiarowe modele ko ciruch barkukinematyka staw wobrazowanie tomografii komputerowejobrazowanie radiograficzneruch stawu ramiennegoruchy opatkowo klatkoweprzestrze podbarkowa

Powiązane artykuły