В городе Vivo Количественная оценка артрокинематики тазобедренного сустава во время динамической несущей деятельности с использованием двойной рентгеноскопии
2 июля 2021 г.
Двойная рентгеноскопия точно фиксирует in vivo динамическое движение суставов человека, которое может быть визуализировано относительно реконструированной анатомии (например, артрокинематики). Здесь представлен подробный протокол количественной оценки артрокинематики тазобедренного сустава во время несущей деятельности повседневной жизни, включая интеграцию двойной рентгеноскопии с традиционным захватом движения маркеров кожи.
Этот протокол сочетает в себе измерение кинематики бедра in vivo с захватом движения всего тела, чтобы потерять роль биомеханики в дегенерации тазобедренного сустава. По сравнению с традиционными методами отслеживания движения бедра, двойная рентгеноскопия имеет улучшенную точность, которая позволяет и исследование тонкой взаимосвязи между формой бедра и моделями движения. Для поворотных упражнений попроведите участника поворотом или переведите ноги так, чтобы таз был обращен вперед на беговой дорожке.
А бедро интереса находится в середине комбинированного поля зрения на флюороскопах в конце шарнира. После того, как позиция оптимизирована, попросить участника выполнить поворот во время двойной рентгеноскопии. И сохраните все кадры, где бедренная комть и таз видны в обоих видах рентгеноскопии.
Захват как можно большей части разворота. О тренировках по ходьбе информируйте участника перед началом ремня беговой дорожки. Разгонная скорость беговой дорожки до соответствующей скорости ходьбы.
И пусть походка участников нормализуется перед сбором изображений. Для наклонной ходьбы попрошайки заготовите участников сойти с беговой дорожки. Разблокируйте беговую дорожку, установите наклон на пять градусов и перезапустите беговую дорожку.
Прежде чем участник вернется на беговую дорожку, чтобы выполнить упражнение. Для аддукционной деятельности по похищению, заставь участника стоять в поле зрения флюороскопов. И поднимите интересующей ноги примерно на 45 градусов вверх и наружу в сторону, не двигая туловищем.
Для динамической активности центра тазобедренного сустава или звездной дуги предложите участнику встать в поле зрения двойной рентгеноскопической системы и поднять, а затем опустить ногу с передним ногами с шагом 45 градусов до 180 градусов. Прежде чем положить ногу обратно на землю, положите участнику обойти ногу и вернуться в положение стоя. Для размещения маркера нанесите спрей-клей на сторону кожи тканевого ремешка каждой из пяти маркерных пластин.
И плотно обернуть их вокруг участника. Уточните у участника, что ремни ощущаются тугими, но не неудобными. Затем поместите маркерные пластины на полоски ткани.
После мытья рук для удаления лишнего спрея клея и надевания перчаток для защиты маркеров нанесите пять маркеров, используемых только для калибровки, на ключицы медиальной колени и медиальной маллеолярной. Затем нанесите 16 маркеров для отслеживания верхних подвздошных шипов, задних верхних подвздошных шипов, большего трохантера бедренной кости, плеч, грудины, боковых коленей, боковых маллеолярных и стоп. Для ориентировой идентификации системы координат откройте проксимальную бедренную комюру в качестве файла модели, а затем откройте панель инструментов post и панель данных, чтобы добавить стандартное поле кривизны первого принципа.
Выберите плавность 10 и нажмите кнопку Применить. Далее над выделением лиц головки бедренной кости. На панели редактирования щелкните выбрать диапазон, чтобы включить только отрицательную кривизну.
Определите центр головки бедренной кости с помощью этого сферного подгонки инструмента из измерить инструмент. Экспортируйте эту поверхность головки бедренной кости в виде поверхностной сетки в формате k. Аналогично примените первый принцип искривления к дистальной бедренной кости ложкой этого пяти.
Нажмите кнопку Выбрать диапазон еще раз, чтобы включить только грани с отрицательной кривизной. Экспортируйте эту поверхность мыщелка бедренной кости для цилиндра, подходящего для определения медиаальной боковой оси. Далее применяют второй принцип искривления к дистальной бедренной кости, используя гладкость трех.
Выделите гребни эпикондика и нажмите выбрать диапазон. Применение верхней отсечки отрицательной 0,1. Экспортируйте эти грани, чтобы создать плоскость и использовать ее для изоляции граней заднего мыщелка для посадки цилиндра.
Для отслеживания без маркеров выберите кадр в нужном диапазоне с хорошей визуализацией кости. И вручную ориентируйте цифровую реконструированную рентгенограмму интересуемой кости на основе КТ, используя шесть степеней свободы, доступных в программном обеспечении. Как только цифровая рентгенограмма кости будет хорошо выровнена в обоих видах, сохраните решение, нажав на кнопку вручную на панели решений.
Далее на панели решений нажмите кнопку DHS, чтобы применить шаг оптимизации поиска по диагонали и просмотреть результат. Если оптимизированный результат предпочтительнее, перейдите к следующему кадру, в противном случае внесите необходимые коррективы и повторно сохранить, нажав кнопку вручную на панели решений. Чтобы завершить первый проход отслеживания, используйте кнопку диапазона LP плюс DHS на панели решений.
В окне введите набор кадров для отслеживания и два кадра, которые будут использоваться для справки. Просмотрите и уточните каждый кадр испытания, используя как ручные, так и основанные на DHS решения. Используйте график параметров, чтобы убедиться, что коэффициент корреляции достаточно высок, и чтобы ориентация кости не имели резких скачков ни в одном параметре.
Чтобы визуализировать движение, откройте бедренную и тазовую поверхности в программном обеспечении для кинематической визуализации. При необходимости с помощью функции convert to mesh преобразуйте поверхности в сетки. Выберите обе поверхности и экспортируйте их в виде поверхностной сетки в формате k.
Используя выходные данные отслеживания, создайте текстовый файл с преобразованиями координат для каждой кости и фрейма. Затем с помощью кинематического инструмента и поверхностных сетчатых и текстовых файлов, сгенерированных ранее, анимируйте кинематику. Используя полупрозрачную поверхность, убедитесь, что анимированная кинематика выглядит разумно.
В качестве альтернативы, используя инструмент «Расстояние до поверхности», запустите анимированную кинематику и убедитесь, что поверхности имеют соответствующее расстояние между ними. Здесь показана кинематика для 100 кадров, окружающих максимальный поворот внешних и внутренних поворотов поворотов для репрезентативного участника. На этом рисунке показано измерение расстояния поверхности между левым тазом и бедренной кистью.
При максимальном вращении внешнего и внутреннего вращения шарнир по отношению к костным моделям используют двойную рентгеноскопию. Внимание к деталям важно для точного отслеживания артрокинематики. Крайне важно, чтобы каждый шаг сбора и обработки данных выполнялся намеренно.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
Данный протокол сочетает измерение кинематики тазобедренного сустава in vivo с захватом движений всего тела для изучения биомеханики при дегенерации тазобедренного сустава. Двойная флюороскопия повышает точность отслеживания движений в тазобедренном суставе, выявляя тонкие взаимосвязи между формой сустава и паттернами движения.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Биомеханика
- Захват движений
- Ортопедия
Введение
- Понимание кинематики тазобедренного сустава имеет решающее значение для изучения его дегенерации.
- Традиционным методам отслеживания движений может не хватать точности.
- Двухпроекционная флюороскопия обеспечивает повышенную точность для исследований in vivo.
- Изучение взаимосвязи между формой тазобедренного сустава и паттернами его движения является необходимым.
Цель исследования
- Для количественной оценки артрокинематики тазобедренного сустава во время нагрузочных aktivitivities.
- Для интеграции двухпроекционной флюороскопии с традиционными методами захвата движений.
- Для углубления понимания биомеханики повседневной деятельности.
Используемые методы
- Участники выполняют повороты корпуса под наблюдением.
- С помощью флюороскопии получаются изображения бедренной кости и таза.
- Данные собираются во время выполнения задач с нагрузкой на конечности.
- Анализ сосредоточен на взаимосвязи между формой тазобедренного сустава и движением.
Основные результаты
- Повышенная точность регистрации движений тазобедренного сустава по сравнению с традиционными методами.
- Выявление тонких паттернов движения, связанных с формой тазобедренного сустава.
- Успешная интеграция двухплоскостной флюороскопии с системой захвата движений.
- Понимание биомеханики в ходе повседневной деятельности.
Выводы
- Двойная флюороскопия является ценным инструментом для изучения кинематики тазобедренного сустава.
- Усовершенствованные методы могут способствовать лучшему пониманию процессов дегенерации тазобедренного сустава.
- Будущие исследования могут опираться на эти результаты для улучшения клинических исходов.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Точный количественный анализ кинематики суставов in vivo имеет важное значение для снижения рисков при валидации мишеней в разработке препаратов для лечения заболеваний опорно-двигательного аппарата. Двойная флюороскопия позволяет точно измерять артрокинематику тазобедренного сустава во время динамических нагрузок с опорой на конечности, что способствует механистическому пониманию взаимосвязи между структурой и функцией. Эта возможность повышает прогностическую достоверность доклинических моделей за счет уменьшения биомеханической неопределенности в исследованиях взаимодействия с мишенью.
Стратегическое применение в исследованиях и разработках биофармацевтики
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет проверять терапевтические гипотезы, связывающие морфологию кости с биомеханикой суставов при путях дегенерации тазобедренного сустава.
- Операционная ценность: предоставляет количественные, воспроизводимые данные о движении для функциональной валидации мишеней, участвующих в механике тазобедренного сустава.
- Прогностическая ценность: помогает в приоритизации портфеля препаратов, выясняя, являются ли наблюдаемые фенотипические эффекты следствием направленной биомеханической модуляции.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Обеспечивает получение валидированных кинематических показателей, имеющих значение для патологии, что необходимо для стандартизации анализа в каскадах доклинического скрининга.
- Операционная ценность: Предоставляет высокоточные количественные данные, позволяющие проводить надежную оценку соединений в ходе повторных сессий тестирования.
- Ценность масштабируемости: Способствует повторному использованию платформы для лонгитюдных исследований по оценке влияния модуляции мишени на механику суставов с течением времени.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: Обеспечивает достоверность системы в контексте заболевания за счет фиксации естественного движения сустава в условиях физиологической нагрузки.
- Практическая ценность: Обеспечивает трансляционную преемственность от этапа поиска до доклинической валидации посредством последовательного биомеханически обоснованного фенотипирования.
- Снижение рисков: Поддерживает принятие решений о дальнейшем продвижении с учетом рисков за счет раннего выявления побочных биомеханических эффектов на этапе разработки.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Данный метод связывает биологические исследования с доклинической валидацией, обеспечивая биомеханически точное фенотипирование, которое служит основой для выбора мишеней и принятия решений по оптимизации ведущих соединений.
- Открытия в биологии: Обеспечивает проверку гипотез и уточнение сигнальных путей путем количественной оценки того, как генетические или фармакологические воздействия изменяют кинематику суставов.
- Скрининг: Обеспечивает готовность метода анализа за счет стандартизированного, воспроизводимого захвата движений в контролируемых условиях с нагрузкой на конечности.
- Аналитика: Предоставляет данные трансформации координат и показатели расстояния по поверхности, что позволяет сравнивать фенотипы движения между экспериментальными группами.
- Трансляционные исследования: Обеспечивает преемственность с доклиническими исследованиями, предоставляя биомеханически обоснованные конечные точки, которые позволяют прогнозировать результаты клинического функционирования суставов.
- Корпоративное повторное использование: Служит многократно используемым инструментом для итеративной валидации мишеней в рамках нескольких программ по изучению опорно-двигательного аппарата.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает точность прогнозирования за счет снижения механистической неопределенности в зависимостях «структура-функция» в тканях сустава.
- Операционная ценность: Улучшает стандартизацию и воспроизводимость кинематических измерений в различных центрах и исследованиях.
- Стратегическая ценность: Повышает качество принятия решений о целесообразности дальнейшей разработки (go/no-go) за счет возможности раннего выявления биомеханических рисков.
- Влияние на портфель: Обеспечивает приоритизацию с учетом рисков на основе количественного биомеханического анализа рисков для потенциальных кандидатов.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области биомеханики, медицинской визуализации и 3D-кинематического моделирования для точной интерпретации данных.
- Зависит от систем двухплоскостной флуороскопии, программного обеспечения для реконструкции КТ-изображений и синхронизированной инфраструктуры захвата движений.
- Необходима межгрупповая стандартизация размещения маркеров, протоколов калибровки и параметров отслеживания для обеспечения сопоставимости данных.
- Требуются адаптационные корректировки при применении метода к различным типам суставов или анатомическим особенностям конкретных видов.
- Ограничено влиянием артефактов мягких тканей при экстремальных движениях и необходимостью точной синхронизации между системами визуализации и захвата движений.
