Medição da dinâmica Escapulário Cinemática Usando um Cluster acrômio marcador para Minimizar Artefato Movimento Pele
10 de fevereiro de 2015
Este relatório apresenta detalhes de como adotar o método de cluster marcador acrômio de obtenção de cinemática escapular ao usar um dispositivo marcador de captura de movimento passivo. Como já foi descrito na literatura, este método proporciona uma medição robusto, não-invasiva, tridimensional, dinâmico e válida da cinemática escapular, minimizando artefato movimento pele.
O objetivo deste procedimento é obter medidas dinâmicas não invasivas da cinemática escapular. Isso é realizado fixando marcadores retrorefletivos no tórax e um conjunto de marcadores na porção plana do acrômio. O segundo passo é determinar a localização dos pontos anatômicos da escápula em relação ao conjunto de marcadores utilizando uma haste de calibração.
Uma vez calibrado, o participante realiza movimentos de elevação e abaixamento do braço nos planos de movimento relevantes. O passo final consiste em determinar a localização dos pontos anatômicos da escápula durante os movimentos dinâmicos, com base na localização conhecida em relação ao conjunto de marcadores do acrômio. Em última análise, a localização dos pontos anatômicos da escápula é utilizada para mostrar a orientação da escápula em relação ao tórax.
Essa técnica pode ajudar a responder perguntas fundamentais nas áreas de biomecânica e reabilitação, como quais são os padrões de movimento da escápula associados à disfunção escapular. Também permite a avaliação de intervenções terapêuticas direcionadas ao tratamento da disfunção do ombro. Para começar, peça ao participante que retire as roupas do tronco superior ou que use roupas que não interfiram no movimento dos marcadores nem os ocultem da visão do sistema de captura de movimento.
Construa um agrupamento de marcadores acromiais ou um MC consistindo em um pedaço de plástico em forma de L. Fixe três marcadores retrorefletivos, um em cada extremidade, a partir do ponto onde eles se encontram. Use fita adesiva dupla face para fixar o MC A na porção posterior do acrômio, onde este encontra a espinha da escápula.
Um aspecto da placa deve seguir a espinha da escápula, apontando medialmente. O outro deve apontar anterior ao plano escarpular. Próxima fita.
Um conjunto de marcadores de cluster deve ser fixado no braço superior do participante; então, marcadores retrorefletivos devem ser anexados aos seguintes pontos anatômicos: a incisura jugular, o processo xifoide, a sétima vértebra cervical (C7), a oitava vértebra torácica (T8), a articulação esternoclavicular, o estiloide ulnar e o estiloide radial. Os pontos anatômicos em relação ao MC devem ser calibrados individualmente para cada participante. Para isso, construa uma haste de calibração composta por quatro marcadores refletivos dispostos em formação de T.
Meça a distância desde a ponta da haste de calibração até a primeira marca da haste. Para realizar uma medição, posicione a ponta da haste sobre o ponto anatômico a ser calibrado e capture três segundos de dados com o sistema de captura de movimento, garantindo que os marcadores na haste, no MC A e no agrupamento do braço superior estejam todos visíveis para as câmeras.
Primeiro, localize a articulação acromioclavicular colocando uma mão sobre a clavícula e movendo-se lateralmente até o ponto onde a clavícula encontra o acrômio. Posicione a ponta do transdutor na articulação entre a clavícula e o acrômio para medir o ângulo do acrômio. Também ao longo da espinha da escápula até o ponto mais lateral.
Coloque a ponta da haste na face dorsal do acrômio neste ponto. Em seguida, siga ao longo da espinha da escápula até o ponto mais medial. Para localizar a espinha medial da escápula, posicione a ponta da haste no ponto onde a espinha encontra a borda medial da escápula.
Para localizar o ângulo inferior da escápula, palpe inferiormente ao longo da borda medial da escápula e posicione a ponta do transdutor no ponto mais caudal, com o cotovelo do participante flexionado em 90 graus e o polegar voltado para cima. Coloque uma mão no lado medial do cotovelo para localizar o epicôndilo medial. Posicione a ponta do transdutor no ponto mais caudal do epicôndilo medial.
No mesmo posicionamento, coloque uma mão no lado lateral do cotovelo para localizar o epicôndilo lateral e posicione a ponta do transdutor no ponto mais cordal. Para determinar o centro da articulação glenoumeral, peça ao participante que realize um movimento de circundução com o braço superior. Com o cotovelo totalmente estendido, desde a elevação do braço em zero graus até aproximadamente 40 graus, o participante deve realizar esse movimento tentando minimizar a protração-retração, elevação ou depressão do complexo do ombro.
O pesquisador pode prestar assistência, se necessário. Grave esse movimento por aproximadamente 30 segundos. Após a calibração, inicie a coleta de dados solicitando ao participante que realize elevações do braço de zero a 120 graus e, em seguida, que abaixe o braço de volta à posição de repouso ao lado do corpo.
Oriente o participante a realizar esta ação nos planos sagital, frontal e escapular. O plano escapular está localizado aproximadamente 40 graus à frente do plano frontal, para o cálculo da cinemática escapular. Durante os ensaios de movimento dinâmico, utiliza-se um software de modelagem cinemática.
O software contém comandos para permitir a criação de sistemas de coordenadas locais, a conversão de coordenadas de sistemas locais para globais e o cálculo das rotações dos ângulos de Euler. Primeiro, utilize as coordenadas dos marcadores no A MC para definir um sistema de coordenadas locais arbitrário. Em seguida, calcule a localização da ponta em um sistema de coordenadas global para cada ensaio de calibração dos marcos anatômicos da escápula.
Determine a localização da ponta única em relação ao sistema de coordenadas locais do A MC. Em seguida, determine a localização dos epicôndilos medial e lateral em relação ao agrupamento de marcadores do úmero. Utilize a posição conhecida dos pontos anatômicos em relação ao A MC para determinar a localização dentro do sistema de coordenadas global para cada ponto temporal durante o teste dinâmico.
Repita esses passos para cada marco anatômico, os epicôndilos medial e lateral. Utilize o cluster do braço superior. Em seguida, calcule o centro da articulação glenoumeral usando o ponto de pivô do eixo helicoidal entre o úmero e a escápula.
Em seguida, defina um sistema de coordenadas local para o tórax, a escápula e o úmero calculando os vetores unitários entre os marcadores relevantes, seguindo as recomendações da Sociedade Internacional de Biomecânica para cada segmento rígido. Para determinar a orientação da escápula em relação ao tórax em cada ponto temporal, utilize o método de decomposição de ângulos de Euler com uma sequência de rotação de rotação interna, rotação superior e, em seguida, inclinação posterior. Em seguida, determine a orientação do úmero em relação ao tórax, utilizando uma sequência de rotação não cardan de plano de elevação, elevação e, depois, rotação axial.
Realize os passos de redução e análise de dados utilizando um software de modelagem numérica, como o matlab. Divida os dados cinemáticos nas fases de elevação e abaixamento do movimento umeral. Normalize o tempo para cada fase do movimento e expresse a cinemática escapular em relação ao ângulo de elevação umeral.
Neste exemplo, a elevação e abaixamento do úmero com o início e fim de cada fase são indicados pelas linhas pontilhadas verdes. As fases de elevação e abaixamento são determinadas utilizando a velocidade angular da elevação do úmero. A linha tracejada vermelha superior representa o limiar utilizado para determinar o início e fim da fase de elevação.
A linha tracejada vermelha mais baixa representa um limite usado para determinar o início e o fim da fase de abaixamento. As linhas pontilhadas verdes representam os pontos nos quais a velocidade angular excedeu os limites. Este gráfico mostra a rotação ascendente da escápula durante a elevação do braço, interpolada com mais de 101 pontos de dados.
Para normalizar em relação ao tempo. As rotações escapulares durante o movimento do braço no plano sagital são apresentadas para a rotação para cima nas fases de elevação e abaixamento, bem como para a inclinação posterior nas fases de elevação e abaixamento e rotação interna nas fases de elevação e abaixamento. Ao realizar este procedimento, é muito importante lembrar que a colocação cuidadosa dos marcadores e a palpação dos pontos anatômicos de referência são fundamentais para obter resultados válidos e confiáveis.
É importante lembrar também que esta técnica é válida apenas até 120 graus de elevação umeral.
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Visão Geral
Este relato descreve o método do agrupamento de marcadores no acrômio para obtenção da cinemática escapular utilizando um dispositivo passivo de captura de movimento com marcadores. Essa técnica não invasiva permite medições tridimensionais robustas, minimizando artefatos provocados pelo movimento da pele.
Principais Componentes do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Biomecânica
- Tecnologia de Captura de Movimento
Contexto
- A cinemática escapular é fundamental para compreender a mecânica do ombro.
- Métodos tradicionais podem introduzir artefatos devido ao movimento da pele.
- O método do agrupamento de marcadores no acrômio tem como objetivo fornecer medições precisas.
- Técnicas não invasivas são preferidas em ambientes clínicos e de pesquisa.
Objetivo do Estudo
- Obter medidas dinâmicas da cinemática escapular.
- Aprimorar a precisão das avaliações da orientação escapular.
- Minimizar o impacto dos artefatos de movimento da pele durante as medições.
Métodos Utilizados
- Fixar marcadores retrorefletivos no tórax e no acrômio.
- Utilizar uma haste de calibração para localizar pontos anatômicos do escápula.
- Os participantes realizam movimentos de elevação e abaixamento do braço.
- Determinar as posições dos pontos anatômicos do escápula durante movimentos dinâmicos.
Resultados Principais
- Calibração bem-sucedida dos marcos da escápula em relação ao acrômio.
- Rastreamento preciso do movimento da escápula durante movimentos do braço.
- Validade demonstrada do método de agrupamento de marcadores no acrômio.
- Redução de artefatos provocados pelo movimento da pele em comparação com métodos tradicionais.
Conclusões
- O método do cluster de marcadores acromiais é eficaz para a medição da cinemática escapular.
- Este método aumenta a confiabilidade dos dados de captura de movimento.
- Ele fornece uma ferramenta valiosa para pesquisadores e clínicos em biomecânica.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A medição precisa da cinemática dinâmica da escápula é essencial para compreender a biomecânica do ombro em modelos pré-clínicos de distúrbios musculoesqueléticos. O método do agrupamento de marcadores no acrômio reduz os artefatos provocados pelo movimento da pele, melhorando a confiabilidade dos dados para a validação de alvos em pesquisas de reabilitação. Isso contribui para a redução de riscos mecanicistas ao permitir a avaliação quantitativa das alterações na orientação da escápula durante o movimento do braço nas fases de elevação e abaixamento.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia e Farmacêuticos
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite a investigação da mecânica escapulotorácica em modelos de doenças, fornecendo medições confiáveis de rotação para cima e inclinação posterior.
- Valor Operacional: Reduz a variabilidade das medições devido ao artefato cutâneo, aumentando a confiança nas avaliações do engajamento do alvo.
Desenvolvimento de Triagem e Ensaio
- Valor Científico: Fornece saídas cinemáticas padronizadas e reprodutíveis da escápula para prontidão de ensaio em modelos de disfunção do ombro.
- Valor Operacional: Apoia a reutilização da plataforma em diversos estudos por meio de protocolos definidos de calibração e coleta de dados.
Pesquisa Translacional e Pré-Clinica
- Valor Científico: Facilita a continuidade translacional ao vincular padrões de movimento escapular na fase de descoberta à validação pré-clínica de intervenções.
- Valor Operacional: Permite decisões de avanço ajustadas ao risco por meio de métricas confiáveis de erro de forma de onda (por exemplo, 2,7°–4,4° para rotação para cima).
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método se integra aos fluxos de trabalho da biologia de descoberta ao permitir testes de hipóteses sobre as contribuições escapulotorácicas na disfunção do ombro, apoiando a identificação de alvos principais por meio de fenotipagem biomecânica quantitativa.
- Biologia da Descoberta: Apoia a clarificação de vias ao medir a orientação escapular em relação ao tórax durante a elevação e abaixamento do braço em múltiplos planos.
- Triagem: Fornece dados cinemáticos normalizados e prontos para ensaio, expressos em relação ao ângulo de elevação umeral, para comparação entre condições.
- Análises: Gera o Coeficiente de Correlação Múltipla (CMC) e métricas de erro de forma de onda para quantificar a confiabilidade e orientar decisões de continuidade ou interrupção.
- Pesquisa Translacional: Conecta padrões escapulares dinâmicos à continuidade pré-clínica ao validar a consistência das medições ao longo das fases de elevação e abaixamento.
- Reutilização Empresarial: Estabelece uma capacidade reutilizável de avaliação biomecânica por meio de posicionamento padronizado de marcadores, uso de bastão de calibração e fluxos de trabalho de modelagem numérica.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Confiança preditiva na mecânica escapulotorácica, redução da ambiguidade mecanicista em modelos de disfunção do ombro.
- Valor Operacional: Padronização, reprodutibilidade e escalabilidade da medição da cinemática escapular entre laboratórios.
- Valor Estratégico: Tomadas de decisão mais eficazes de prosseguir ou não prosseguir, eficiência no uso de capital e redução de riscos biológicos em estágios avançados em programas musculoesqueléticos.
- Impacto no Portfólio: Priorização e decisões de avanço ajustadas ao risco, com base em dados confiáveis de confiabilidade da rotação para cima (CMC = 0,92) e inclinação posterior (CMC = 0,70).
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência em biomecânica, sistemas de captura de movimento e palpação de marcos anatômicos.
- Depende de câmeras de captura de movimento, marcadores retrorefletivos, bastão de calibração e software de modelagem numérica (por exemplo, MATLAB).
- Necessita padronização entre equipes quanto ao posicionamento dos marcadores, procedimentos de calibração e segmentação de fases (elevação/baixamento) usando limiares de velocidade angular.
- Considerações de adaptação incluem validação além de 120° de elevação umeral e em diferentes morfologias escapulares.
- Limitações práticas incluem confiabilidade moderada para rotação interna (CMC = 0,53) e erro maior na forma de onda (5,4°–7,3°), restringindo o uso para certos eixos rotacionais.
