Измерение динамических Скапулярий кинематики Использование кластера акромиального маркер, чтобы минимизировать смещение кожи Артефакт
10 февраля 2015 г.
В данном отчете представлены сведения о том, как принять акромион маркера кластерным методом получения кинематику образок при использовании пассивного устройства, маркер захвата движения. Как было описано в литературе, этот метод обеспечивает надежную, неинвазивным, трехмерный, динамический и правильное измерение кинематики лопаточной, сводя к минимуму движение кожи артефакт.
Целью данной процедуры является получение неинвазивных динамических измерений кинематики лопатки. Это достигается путем закрепления ретрорефлективных маркеров на грудной клетке и кластера маркеров на плоской части акромиона. На втором этапе с помощью калибровочного стержня определяют положение анатомических ориентиров лопатки относительно кластера маркеров.
После завершения калибровки участник выполняет движения по подъему и опусканию руки в соответствующих плоскостях движения. Заключительным этапом является определение положения анатомических ориентиров лопатки во время динамических движений на основе их известного расположения относительно кластера маркеров акромиона. В конечном итоге положение анатомических ориентиров лопатки используется для отображения ориентации лопатки относительно грудной клетки.
Данная методика позволяет ответить на ключевые вопросы в области биомеханики и реабилитации, например, определить паттерны движения лопатки, которые связаны с дисфункцией плечевого сустава. Она также позволяет оценить эффективность терапевтических вмешательств, направленных на лечение дисфункций плеча. Для начала попросите участника снять одежду с верхней части тела или надеть одежду, которая не будет препятствовать движению маркеров или закрывать их от системы захвата движений.
Соберите кластер маркеров акромиона (MC), состоящий из Г-образного пластикового элемента. Прикрепите три световозвращающих маркера — по одному на конце каждой стороны от места их соединения. С помощью двухстороннего клейкого скотча закрепите MC на задней части акромиона в месте его соединения с ости лопатки.
Один край пластины должен проходить вдоль ости лопатки, направляясь медиально. Другой край должен быть направлен вперед относительно плоскости лопатки. Следующий ремень.
Затем необходимо закрепить кластерный маркер на плече участника, а ретрорефлективные маркеры — на следующих анатомических ориентирах: яремная вырезка, мечевидный отросток, седьмой шейный позвонок (C7), восьмой грудной позвонок (T8), грудино-ключичный сустав, шиловидный отросток локтевой кости и шиловидный отросток лучевой кости. Для каждого участника необходимо провести калибровку анатомических ориентиров относительно AMC. Для этого соорудите калибровочный стержень, состоящий из четырех светоотражающих маркеров, расположенных в форме буквы Т.
Измерьте расстояние от кончика калибровочного стержня до первого маркера стержня. Для проведения измерения поместите кончик стержня на калибруемую ориентирную точку и запишите данные системы захвата движений в течение трех секунд, убедившись, что камеры видят все маркеры на стержне, A MC и кластере плеча.
Сначала найдите акромиально-ключичный сустав, поместив руку на ключицу и перемещая ее латерально до точки, где ключица соединяется с акромионом. Поместите кончик датчика в область сустава между ключицей и акромионом, чтобы измерить угол акромиона. Также проведите вдоль ости лопатки до самой латеральной точки.
Приложите кончик датчика к дорсальной поверхности акромиона в этой точке. Затем проведите АЛС вдоль ости лопатки до ее самой медиальной точки. Чтобы определить положение медиального края ости лопатки, поместите кончик датчика в точку, где ость соединяется с медиальным краем лопатки.
Для определения нижнего угла лопатки проведите пальпацию вниз вдоль медиального края лопатки и приложите кончик датчика к самой выступающей точке, когда локоть участника согнут под углом 90 градусов, а большой палец направлен вверх. Положите руку на медиальную сторону локтя, чтобы найти медиальный надмыщелок. Приложите кончик датчика к самой выступающей точке медиального надмыщелка.
В том же положении приложите руку к латеральной стороне локтя, чтобы найти латеральный надмыщелок, и поместите кончик датчика в самую выступающую точку. Чтобы определить центр плечевого сустава, попросите участника выполнить круговое движение плечом. При полностью вытянутом локте, при подъеме руки от 0° до примерно 40°, участник должен выполнять это движение, стараясь свести к минимуму протракцию, ретракцию, подъем или опускание плечевого пояса.
При необходимости исследователь может оказать помощь. Записывайте данное движение в течение примерно 30 секунд. После калибровки начните сбор данных, попросив участника поднять руку от 0 до 120 градусов, а затем снова опустить ее в исходное положение вдоль туловища.
Попросите участника выполнить данное действие в сагиттальной, фронтальной и лопаточной плоскостях. Лопаточная плоскость расположена примерно на 40 градусов кпереди от фронтальной плоскости для расчета кинематики лопатки. Во время испытаний с динамическими движениями используется программное обеспечение для кинематического моделирования.
Программное обеспечение содержит команды для создания локальных систем координат, преобразования координат из локальных в глобальные системы координат и расчета вращений по углам Эйлера. Сначала используйте координаты маркеров на A MC для определения произвольной локальной системы координат. Затем рассчитайте положение одного наконечника в глобальной системе координат для каждого калибровочного испытания анатомических ориентиров лопатки.
Определите положение одного наконечника относительно локальной системы координат A MC. Затем определите положение медиального и латерального надмыщелков относительно кластера маркеров плечевой кости. Используйте известное положение анатомических ориентиров относительно A MC для определения их местоположения в глобальной системе координат для каждой временной точки во время динамического испытания.
Повторите эти действия для каждой анатомической точки: медиального и латерального надмыщелков. Используйте кластер плеча. Затем рассчитайте центр плечелопаточного сустава, используя точку вращения спиральной оси между плечевой костью и лопаткой.
Затем определите локальную систему координат для грудной клетки, лопатки и плечевой кости, вычислив единичные векторы между соответствующими маркерами согласно рекомендациям Международного общества биомеханики. Для определения ориентации лопатки относительно грудной клетки в каждый момент времени используйте метод разложения углов Эйлера с последовательностью вращения: внутренняя ротация, верхняя ротация, затем задний наклон. Далее определите ориентацию плечевой кости относительно грудной клетки, используя некардинальную последовательность вращения по плоскости подъема, затем подъем, и далее аксиальная ротация.
Выполните этапы обработки и анализа данных с помощью программного обеспечения для численного моделирования, такого как matlab. Разделите кинематические данные на фазы подъема и опускания плечевой кости. Нормализуйте время для каждой фазы движения и выразите кинематику лопатки относительно угла подъема плечевой кости.
В данном примере подъем и опускание плечевой кости, а также начало и конец каждой фазы, обозначены зелеными пунктирными линиями. Фазы подъема и опускания определяются по угловой скорости подъема плечевой кости. Верхняя красная штриховая линия представляет собой порог, используемый для определения начала и конца фазы подъема.
Нижняя красная штриховая линия представляет собой порог, используемый для определения начала и конца фазы опускания. Зеленые пунктирные линии обозначают точки, в которых угловая скорость превысила пороговые значения. На данном графике показано верхнее вращение лопатки при подъеме руки, интерполированное по более чем 101 точке данных.
Для нормализации по времени. Ротации лопатки при движении руки в сагиттальной плоскости представлены для верхней ротации в фазах подъема и опускания, а также для заднего наклона в фазах подъема и опускания и внутренней ротации в фазах подъема и опускания. При выполнении данной процедуры крайне важно помнить, что тщательное размещение маркеров и пальпация анатомических ориентиров имеют решающее значение для получения достоверных и надежных результатов.
Также важно помнить, что данный метод применим только при подъеме плеча до 120 градусов.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном отчете подробно описывается метод использования кластера маркеров на акромионе для получения кинематики лопатки с помощью системы захвата движений пассивных маркеров. Этот неинвазивный метод позволяет проводить надежные трехмерные измерения, сводя к минимуму артефакты смещения кожи.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронауки
- Биомеханика
- Технология захвата движений
Теоретические основы
- Кинематика лопатки имеет решающее значение для понимания механики плечевого сустава.
- Традиционные методы могут приводить к возникновению артефактов из-за смещения кожи.
- Метод кластера маркеров акромиона предназначен для обеспечения точности измерений.
- В клинической и исследовательской практике предпочтение отдается неинвазивным методам.
Цель исследования
- Для получения динамических показателей кинематики лопатки.
- Для повышения точности оценки ориентации лопатки.
- Для минимизации влияния артефактов смещения кожи при проведении измерений.
Используемые методы
- Закрепление ретрорефлективных маркеров на грудной клетке и акромионе.
- Использование калибровочного стержня для определения анатомических ориентиров лопатки.
- Участники выполняют движения по подъему и опусканию руки.
- Определение положения ориентиров лопатки во время динамических движений.
Основные результаты
- Успешная калибровка ориентиров лопатки относительно акромиона.
- Точное отслеживание движения лопатки при движениях руки.
- Подтвержденная валидность метода кластера маркеров акромиона.
- Снижение артефактов смещения кожи по сравнению с традиционными методами.
Выводы
- Метод использования кластера маркеров на акромионе эффективен для измерения кинематики лопатки.
- Данный метод повышает достоверность данных захвата движения.
- Он представляет собой ценный инструмент для исследователей и клиницистов в области биомеханики.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Точное измерение динамической кинематики лопатки имеет важное значение для понимания биомеханики плечевого сустава в доклинических моделях скелетно-мышечных заболеваний. Метод использования кластера маркеров на акромионе позволяет снизить влияние артефактов смещения кожи, повышая достоверность данных для валидации целей в исследованиях по реабилитации. Это способствует снижению механистических рисков, обеспечивая количественную оценку изменений ориентации лопатки при движении руки в фазах подъема и опускания.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет исследовать лопаточно-грудную механику в моделях заболеваний, обеспечивая надежное измерение верхней ротации и заднего наклона.
- Практическая ценность: снижает вариабельность измерений, вызванную артефактами кожи, что повышает достоверность оценки воздействия на целевые структуры.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Обеспечивает стандартизированные, воспроизводимые показатели кинематики лопатки для подготовки анализа в моделях дисфункции плечевого сустава.
- Практическая ценность: Поддерживает повторное использование платформы в различных исследованиях благодаря определенным протоколам калибровки и сбора данных.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: Обеспечивает трансляционную преемственность путем установления связи между паттернами движения лопатки на этапе открытия и доклинической валидацией вмешательств.
- Практическая ценность: Позволяет принимать обоснованные с учетом рисков решения о дальнейшем продвижении благодаря надежным метрикам погрешности формы сигнала (например, 2,7°–4,4° для ротации вверх).
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод интегрируется в рабочие процессы по поиску новых биологических мишеней, позволяя проверять гипотезы о влиянии лопаточно-грудного сочленения на дисфункцию плеча, что способствует идентификации ключевых факторов посредством количественного биомеханического фенотипирования.
- Открытия в биологии: способствует уточнению механизмов взаимодействия путем измерения ориентации лопатки относительно грудной клетки при подъеме и опускании руки в нескольких плоскостях.
- Скрининг: предоставляет нормализованные кинематические данные, готовые для анализа и выраженные относительно угла подъема плечевой кости, что позволяет проводить сравнение различных условий.
- Аналитика: генерирует коэффициент множественной корреляции (CMC) и показатели ошибки формы волны для количественной оценки надежности и принятия решений о целесообразности дальнейшего исследования.
- Трансляционные исследования: связывает динамические паттерны движения лопатки с доклинической непрерывностью, подтверждая согласованность измерений на фазах подъема и опускания.
- Корпоративное повторное использование: создает возможность повторного использования биомеханической оценки за счет стандартизированного размещения маркеров, использования калибровочного стержня и рабочих процессов численного моделирования.
Влияние на операционную деятельность и предприятие
- Научная ценность: Повышение прогностической достоверности механики лопаточно-грудной области, устранение механистической неоднозначности в моделях дисфункции плечевого сустава.
- Операционная ценность: Стандартизация, воспроизводимость и масштабируемость измерений кинематики лопатки в различных лабораториях.
- Стратегическая ценность: Более эффективный прием решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go), оптимизация использования капитала и снижение биологических рисков на поздних стадиях в программах по опорно-двигательному аппарату.
- Влияние на портфель: Приоритизация и принятие решений по продвижению проектов с учетом рисков на основе надежных данных о воспроизводимости верхней ротации (CMC = 0.92) и заднего наклона (CMC = 0.70).
Особенности реализации
- Требуется экспертными знаниями в области биомеханики, систем захвата движения и пальпации анатомических ориентиров.
- Зависит от камер захвата движения, световозвращающих маркеров, калибровочного жезла и программного обеспечения для численного моделирования (например, MATLAB).
- Необходима межкомандная стандартизация размещения маркеров, процедур калибровки и сегментации фаз (подъема/опускания) с использованием порогов угловой скорости.
- Вопросы адаптации включают валидацию при подъеме плеча выше 120° и для различных морфологических типов лопатки.
- Практические ограничения включают умеренную надежность для внутренней ротации (CMC = 0,53) и более высокую погрешность формы волны (5,4°–7,3°), что ограничивает применение для некоторых осей вращения.
