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Messung der dynamischen Skapulier Kinematik Mit einem Acromion Markierung Cluster zu Haut Bewegung Artefakt Minimieren

Published: February 10, 2015 doi: 10.3791/51717
Automatic Translation
1, 2, 1
1Faculty of Health Sciences, University of Southampton, 2Electronics and Computer Sciences, University of Southampton

Summary

Dieser Bericht enthält Einzelheiten, wie das Schulterdach Marker Cluster Methode zur Gewinnung von Skapulier Kinematik bei Verwendung eines passiven Marker Motion-Capture-Gerät übernehmen. Wie in der Literatur beschrieben wurden, bietet dieses Verfahren einen robusten, nicht invasiven, dreidimensionalen, dynamischen und gültige Messung scapular Kinematik Minimierung Haut Bewegungsartefakte.

Abstract

Die Messung der dynamischen scapular Kinematik ist komplex aufgrund der gleitenden Art des Schulterblattes unter der Hautoberfläche. Das Ziel der Studie war es, klar beschreiben die Schulterdach Marker Cluster (AMC) Verfahren zur Bestimmung der Schulterblatt Kinematik bei Verwendung eines passiven Marker Motion-Capture-System, mit Rücksicht auf die Fehlerquellen, die die Gültigkeit und Zuverlässigkeit der Messungen beeinträchtigen könnten. Das AMC Verfahren beinhaltet das Anordnen einer Gruppe von Markierungen über die hintere Schulterhöhe, und durch Kalibrierung des anatomischen Landmarken in bezug auf die Marker-Cluster ist es möglich, gültige Messungen scapular Kinematik erzielen. Die Zuverlässigkeit des Verfahrens wird zwischen zwei Tage in einer Gruppe von 15 gesunden Individuen (im Alter von 19-38 Jahren, acht Männern), wie sie Arm Elevation durchsucht, bis 120 °, und Senken im frontalen Schulterblatt und Sagittalebene. Die Ergebnisse zeigten, dass zwischen Tages Zuverlässigkeit war gut für nach oben Schulterblattdrehung (Coefficient of Multiple Korrelation; CMC = 0,92) und posteriore Neigung (CMC = 0,70), aber Messe für Innenrotation (CMC = 0,53) während der Arm Anhebungsphase. Die Wellenform-Fehler niedriger Drehung nach oben (2,7 ° bis 4,4 °) und posteriore Neigung (1,3 ° bis 2,8 °) war im Vergleich zum Innenrotation (5,4 ° bis 7,3 °). Die Zuverlässigkeit beim Absenken Phase vergleichbar war während der Höhenphase beobachteten Ergebnisse. Wenn das Protokoll in dieser Studie beschriebenen eingehalten wird, sieht die AMC eine zuverlässige Messung der Drehung nach oben und posteriore Neigung während der Erhöhung und Senkung der Phasen der Armbewegung.

Introduction

Ziel, quantitative Messung der Schulterblatt Kinematik kann eine Bewertung der abnormen Bewegungsmustern mit Schulterfunktionsstörung 1 verbunden sind, wie etwa der Drehung nach oben und hinteren Schwenkarmes während Elevation in Schulter Impingement 2-8 beobachtet werden. Die Messung der Schulterblatt Kinematik ist jedoch schwierig, da die Knochen tiefen Position und gleitende Natur unter der Hautoberfläche 1. Typische kinematische Messverfahren des Anbringens reflektierenden Markierungen anatomischen Orientierungspunkten nicht ausreichend verfolgen das Schulterblatt, wie es unter der Hautoberfläche 9 gleitet. Verschiedene Verfahren sind in der gesamten Literatur angenommen worden, um diese Schwierigkeiten zu überwinden, einschließlich; Bildgebung (Röntgen oder Kernspin) 10-14, Winkelmesser 15,16, Knochenstifte 17-22, manuelle Palpation 23,24 und das Schulterdach Verfahren 3,5,19,25. Jede Methode hat jedoch ihre Grenzen, die einschließen: exExposition gegenüber Strahlung, Abbildungsfehler bei der zweidimensionalen Bildes basierend Analyse erfordern wiederholte subjektive Interpretation der Position des Schulterblattes, sind von Natur aus statisch oder sind hoch invasive (zB Knochenstiften).

Eine Lösung für einige dieser Probleme zu überwinden, ist das Verfahren acromion wo ein elektromagnetischer Sensor ist mit dem flachen Abschnitt der Schulterhöhe 25, einen flachen Teil des Knochens, der vorn am seitlichsten Teil des Schulterblatts, die von der Wirbelsäule erstreckt, befestigt beschäftigen das Schulterblatt. Das Prinzip Idee mit dem Schulterdach Methode ist es, die Haut Bewegungsartefakte zu reduzieren, da die Schulterdach wurde gezeigt, dass die geringste Menge an Haut Bewegungsartefakten im Vergleich zu anderen Seiten im Schulterblatt 26 haben. Das Schulterdach Methode ist nicht-invasiv und liefert dynamische dreidimensionale Messung des Schulterblatt Kinematik. Validierungsstudien haben den Schulterdach Verfahren gezeigt während der Arm el gültig bis 120 ° zu seinevation Phase bei der Verwendung von elektromagnetischen Sensoren 17,27. Bei der Verwendung von Marker-basierte Motion-Capture-Geräte eine Reihe von Markern in einem Cluster, das Schulterdach Marker Cluster (AMC) angeordnet ist, erforderlich ist, und hat sich gezeigt, um gültig zu sein, wenn Sie eine aktive Marker Motion-Capture-System 28 und gleichzeitig mit einem passiv-Marker Motion-Capture-System während der Arm Höhe und Arm senken 29.

Die Verwendung des AMC mit einem passiven Marker Motion-Capture-Gerät zur Messung Skapulier Kinematik wurde genutzt, um Veränderungen in der Schulterblattkinematik nach einem Eingriff an der Schulter Impingement 30 ansprechen zu bewerten. Der gültige Anwendung dieses Verfahrens hängt jedoch von der Fähigkeit ab, den Cluster von Markierungen genau anzuwenden, deren Position ist gezeigt worden, um Ergebnisse 31 beeinflussen, anatomischen Landmarken 32 und Gewährleistung Armbewegungen in einem gültigen Bereich der Bewegung zu kalibrieren (dh unter 120 ° Arm Elevation) 29. Eswurde auch die erneute Anwendung des Markers Cluster vorgeschlagen, bei Einsatz eines aktiven Marker basierte Motion-Capture-System, wurde festgestellt, dass die Quelle der erhöhten Fehler für Skapulier hinteren Neigung 28 sein. Es ist daher wichtig, die zwischen Tages Zuverlässigkeit des acromion Verfahren herzustellen, um sicherzustellen, dass es ein stabiles Maß scapular Kinematik. Sicherzustellen, dass die Messungen zuverlässig werden Veränderungen in scapular Kinematik aufgrund eines Eingriffs zu ermöglichen, beispielsweise gemessen und untersucht werden. Die zur Skapulier Kinematik messen Verfahren wurden an anderer Stelle beschrieben, 29,33; Das Ziel der vorliegenden Studie war es, eine Schritt-für-Schritt-Anleitung und Nachschlagewerk für die Anwendung dieser Verfahren, die eine passive Marker Motion-Capture-System, unter Berücksichtigung der möglichen Fehlerquellen bieten, und die Zuverlässigkeit des Messverfahrens zu prüfen .

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Protocol

HINWEIS: Die Verwendung von menschlichen Teilnehmern wurde von der Fakultät für Gesundheitswissenschaften Ethikkommission an der Universität von Southampton zugelassen. Alle Teilnehmer unterzeichnete Einverständniserklärungen vor Datensammlung begonnen. Für die in dieser Studie präsentierten Daten Kinematik wurden mit einem passiven Marker Motion-Capture-System, bestehend aus 12 Kameras aufgezeichnet; sechs 4-Megapixel-Kameras und sechs 16-Megapixel-Kameras, die bei Abtastfrequenz von 120 Hz.

1. Vorbereitung der Teilnehmer

  1. Fragen Sie Themen, um ihre Bekleidung Oberkörper zu entfernen oder einen Sport-BH, Weste oder schulterfreies Top tragen. Wichtig ist, dass Kleidung nicht mit der Bewegung der Markierungen stören oder zu verschließen Marker aus der Sicht der Kameras.
  2. Konstruieren Sie einen Schulterdach Marker Cluster, bestehend aus einem L-förmigen Stück Plastik 70 mm in der Länge entlang jeder Aspekt. Befestigen drei retroreflektierenden Markern an den AMC, einer auf dem Ende jedes Ende jeder Aspekt und eine, each Aspekt treffen (Abbildung 1).
  3. Bringen Sie den Schulterdach Marker Cluster (AMC) auf den hinteren Teil des Akromions, wo die Schulterdach trifft Spina scapulae, mit doppelseitigem Klebeband. Ein Aspekt der Platte sollte die Spina scapulae zeigt medial zu folgen, die andere sollte anterior der Schulterblattebene (Abbildung 1) zeigen.
  4. Bringen Sie einen Cluster-Marker, um den Oberarm mit Riemen (Bild 2) einstellen.
  5. Bringen retroreflektierende Markierungen auf die folgenden anatomischen Landmarken auf von der Internationalen Gesellschaft für Biomechanik 33 (Abbildungen 1 und 2) zu empfehlen: Sternal Kerbe (IJ; Deepest Gelenk des sternalen Kerbe), Schwertfortsatz (PX; Die meisten Schwanzpunkt auf dem Brustbein), C7 (Dornfortsatz des C7 Wirbels), T8 (Dornfortsatz des Wirbels T8), Sternoklavikulargelenk (SC; Die meisten Bauch Punkt auf der Sternoklavikulargelenk), Radial styloid (Am Schwanz point auf dem Processus styloideus radii) und Processus styloideus ulnae (Am Schwanzpunkt auf dem Processus styloideus ulnae).

Figur 1
Abb. 1: Position des Akromions Marker Cluster, C7 und T8 anatomischen Marker Diese Zahl hat sich von Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ verändert wurden Mess Skapulier Kinematik beim Arm senken mit dem Schulterdach Marker Cluster Hum.. Mov. Sci 31, 386-396, doi:. Http: //dx.doi.org/10.1016/j.humov.2011.07.004 (2012).

Abbildung 2
Abbildung 2: Markierung Standorte für die Brustbeinkerbe (IJ), Schwertfortsatz (PX), Sternoklavikulargelenk (SC), Oberarm Cluster, Processus styloideus ulnae (US), Processus styloideus radii (RS).

2. TEILNEHMERt-Kalibrierung

HINWEIS: Position der anatomischen Landmarken des Schulterblattes zu müssen, in Bezug auf das Schulterdach Marker Cluster bestimmt werden. Kalibrierung der Wahrzeichen wird für jeden Teilnehmer erforderlich.

  1. Einer Eichstab bestehend aus vier reflektierenden Markierungen in ein 'T' Bildung (Abbildung 3) platziert. Den Abstand von der Spitze des Eichstab, um den ersten Stab-Marker.
  2. Tasten Sie und suchen Sie die folgenden anatomischen Landmarken, wie von der Internationalen Gesellschaft für Biomechanik 33 empfohlen. Setzen Sie die Spitze des Eichstab auf dem Wahrzeichen (Abbildung 3). Nehmen Sie 3 Sekunden von Daten mit dem Motion-Capture-System zu errichten, die Markierungen auf der Wand, sind die AMC und Oberarm-Cluster alle auf die Kameras sichtbar.
    1. AC-Gelenk (AC) - Legen Sie eine Hand auf das Schlüsselbein, dann seitlich bewegen, bis zu dem Punkt, wo das Schlüsselbein das Schulterdach erreicht.Setzen Sie die Spitze des Stiftes an der Verbindung zwischen dem Schlüsselbein und Schulterdach.
    2. Acromion Winkel (AA) - Tasten Sie entlang der Spina scapulae auf die meisten seitlichen Punkt. Setzen Sie die Spitze des Stiftes auf der Dorsalseite des Akromions am meisten seitlichen Punkt (Abbildung 3).
    3. Medial Spina scapulae (TS) - Tasten Sie entlang der Spina scapulae mit dem meisten medialen Punkt. Setzen Sie die Spitze des Stiftes an der Stelle, an der Wirbelsäule entspricht dem medialen Rand des Schulterblattes.
    4. Unteren Winkel des Schulterblattes (AI) - inferior Tasten Sie entlang der medialen Rand des Schulterblattes. Setzen Sie die Spitze des Stiftes auf dem kaudalste Punkt des Schulterblattes.
    5. Epicondylus medialis (EM) - Mit Ellenbogen des Teilnehmers in 90 ° Beugung nach vorne gerichtet, mit dem Daumen nach oben, legen Sie eine Hand auf der Innenseite des Ellenbogens, um den Epicondylus medialis zu lokalisieren. Setzen Sie die Spitze des Stiftes auf dem kaudalste Punkt des Epicondylus medialis. Seitliche Epikondylen (EL) - Mit Ellenbogen des Teilnehmers in 90 ° Beugung nach vorne gerichtet, mit dem Daumen nach oben, legen Sie eine Hand auf der lateralen Seite des Ellenbogens, den Epicondylus lateralis zu lokalisieren. Setzen Sie die Spitze des Stiftes auf dem kaudalste Punkt des Epicondylus lateralis.
  3. Zur Bestimmung der Schultergelenk Zentrum, fragen Sie die Teilnehmer, um eine kreisenden Gelenkbewegungen mit ihren Oberarm mit dem Ellenbogen voll ausgefahren von null Grad Arm Höhe auf ca. 40 ° Arm Erhebung durchzuführen,. Sie müssen diese Bewegung, während dem Ziel, protraction / Abfahren und Elevation / Depression des Schulterkomplex minimieren durchzuführen; der Ermittler kann Hilfe leisten, wenn nötig. Notieren Sie sich diese Bewegung für ca. 30 sec.

Figur 3
Abbildung 3: Kalibrierung Stab verwendetanatomische Knochenmarkstein in Bezug das Schulterdach Marker Cluster (AMC) zu lokalisieren.

3. Experiment Protocol

  1. Fragen Sie Teilnehmer Arm Höhe von null auf 120 ° Arm Erhebung durchzuführen, und senken Sie dann den Arm wieder zur Ruhe an ihrer Seite in der sagittalen, frontalen und Schulterblattebene. Die Schulterblattebene ist ungefähr 40 ° anterior der Frontalebene.

4. Nachbearbeitung kinematische Daten

HINWEIS: Die folgenden Schritte beschreiben die Vorgehensweise notwendig, um Skapulier Kinematik während der dynamischen Bewegung Studien zu berechnen. Diese Schritte wurden beschrieben und eingehend untersucht in der Literatur 21,33,34 und der Zweck der folgende Abschnitt ist eine Synthese liefern und Schritt-für-Schritt-Anleitung für die Umsetzung der Modellierungsschritte erforderlich, um Skapulier Kinematik zu erhalten. Die Anwendung dieser Schritte wird in den relevanten kinematischen Modellierungs-Software durchgeführt. Die Software contaIns Befehle, um die Schaffung von lokalen Koordinatensystemen zu ermöglichen, die Umwandlung von Koordinaten aus einer globalen zu lokalen Koordinatensystem, die Umwandlung von Koordinaten von lokalen zu globalen Koordinatensysteme und die Berechnung der Euler-Winkel Umdrehungen. Diese Schritte werden das Schulterblatt, Oberarmknochen und Brustkorb zu ermöglichen, als starre Körper definiert werden. Anschließend Rotation des Schulterblattes bezüglich der Brustkorb und der Humerus bezüglich Thorax kann dann bestimmt werden.

  1. Verwendung der Koordinaten der Markierungen auf der AMC, definieren eine beliebige lokale Koordinatensystem für das AMC (Abbildung 4a). Für jede Skapulier anatomischer Stützpunkt Abdrehprobe, bestimmen die Lage der Spitze des Zauberstabs, der die Position der anatomischen Landmarke darstellt, in Bezug die lokalen Koordinatensystem auf der AMC mit den folgenden Schritten.
    HINWEIS: Die kinematische Modellierungssoftware enthalten Befehle zum Aktivieren der Erstellung von lokalen Koordinatensystemen und die Umwandlung von Koordinaten aus einer globalenzu einer lokalen Koordinaten, siehe Abbildung 4 beispielsweise Befehle.
    1. Verwenden Sie die Markierungen auf der Zauberstab, um einen lokalen Koordinatensystems für den Zauberstab (Abbildung 4a) zu erstellen mit dem folgenden Befehl in der kinematischen Modellierungssoftware: AMC = [AMCO, AMCA-AMCO, AMCO-AMCM, xyz] wobei AMCO, AMCA und AMCM sind die Etiketten auf die Markierungen auf der AMC gegeben.
    2. Mit der kinematischen Modellierungssoftware, die Berechnung der Position der Spitze des Zauberstabs in das globale Koordinatensystem. In dem gegebenen Beispiel ist diese 83 mm von dem Marker 1 (M1) in der Achse X des Stifts (4b); verwenden Sie den Befehl: Wand = [M1, M1-M2, M3-M4, xyz] und Wandtip = M1 + {83,0,0} * HALTUNG (Zauberstab), wobei M1, M2, M3 und M4 sind die Etiketten an den Marker gegeben auf dem Zauberstab.
    3. Bestimmen Sie die Position der Spitze des Zauberstabs in Bezug auf das lokale Koordinatensystem des AMC ($% AA) (4c) mit Hilfe der Modellierungsbefehle: $% AA = WandTip / AMC und PARAM ($% AA).
    4. Wiederholen Sie die Schritte 4.1.1 für jede Skapulier anatomischer Stützpunkt 4.1.3.
    5. Bestimmen die Lage der medialen und lateralen Epikondyle bezüglich des Humerus Marker Cluster statt des AMC, mit dem unter Verwendung der oben beschriebenen Schritte.
  2. Verwenden Sie die dynamische Kalibrierung Versuch, die Position des Schultergelenkes Zentrum in Bezug auf das Schulterblatt zu berechnen. Berechnen der Position des Schultergelenkzentrum in Bezug auf das Schulterblatt, als Drehpunkt der Schraubenachse zwischen dem Oberarm und Schulterblatt. Weitere Details zu diesem Verfahren finden Sie in Veeger 35.
  3. Berechnen des Ellbogen entfernt (ELJC) als Mittenabstand zwischen dem seitlichen (EL) und mediale Epikondyle (EM) des Humerus; ELJC = (EM + EL) / 2.
  4. Während der dynamischen Prüfungen Verwenden der bekannten Position der anatomischen Landmarken in Bezug auf die AMC, um die Position der anatomischen Landmarken in dem globalen Koordinatensystem (5) zu bestimmen.
    Abbildung 5 beispielsweise Befehle.
    1. Siehe 5a, die die Position des Akromions Winkel Meilenstein in Bezug auf die AMC ($% AA) zeigt Abbildung wie in Punkt 4.1 beschrieben.
    2. Während der dynamischen Studie Konvertieren Sie die Lage von $% AA virtuelle Markierung, um das globale Koordinatensystem für jeden Zeitpunkt, um das Schulterdach Winkel erstellen (AA) Wahrzeichen (5b) mit dem folgenden kinematischen Modellierung Befehl: AA = $% AA * AMC und OUTPUT (AA).
    3. Wiederholen Sie die Schritte 4.4.2 für jede anatomische Landmarke.
  5. Definieren eines lokalen Koordinatensystems für den Brustkorb und Schulterblatt durch Berechnen der Einheitsvektoren zwischen den entsprechenden Markierungen, um jede Achse für eine gegebene starre Körper mit dem folgenden kinematischen Modellbefehls darstellen: Scapula = [AA, TS-AA, AA-AI, ZXY] . Thorax = [IJ, MUTHX-MLTHX, IJ-C7, yzx], MUTHX ist, wo der Mittelpunkt zwischen dem IJ und C7 Wahrzeichen und MLTHX ist die Mitte zwischen den PX und T8 Sehenswürdigkeiten.
    HINWEIS: Die Achsen Definition auf International Society of Biomechanics "(ISB) Empfehlungen 33 (Tabelle 1 und Abbildung 6) basiert.
    1. Mit einem ähnlichen Verfahren, definieren Sie eine lokale Koordinatensystem für die Humerus mit "Option 2" wie von der ISB 33 empfohlen.
      HINWEIS: Option 2 erfordert eine ausreichende Ebene durch die gleohumeral gemeinsames Zentrum gebildet, Ellenbogengelenk-Center und die Ulna styloid, dh eine gewisse Ellbogenflexion erforderlich. Wenn der Teilnehmer nähert volle Ellenbogenstreckung können die Oberarm Achsen instabil werden und daher "Option 1" verwendet werden (Tabelle 1). Siehe Wu et al. (2005) für weitere Details.
  6. Bestimmung der Orientierung des Schulterblattes relativ zum Thorax für jeden Zeitpunkt während der dynamischen Studiemit Hilfe der Euler-Winkel-Zersetzungsverfahren mit einer Drehfolge der Innenrotation (Y), Drehung nach oben (X ') und hinteren Neigung (Z' ') 33 mit dem folgenden kinematischen Modellierung Befehl: ScapularKin = - <Thorax, Schulterblatt, yxz> ( Abbildung 7).
  7. Bestimmung der Orientierung des Oberarms in Bezug auf den Brustkorb während der dynamischen Studie unter Verwendung eines nicht-Gelenkdrehfolge Y (Ebene der Elevation), X '(Elevation) und Y' '(axiale Rotation) 36 mit kinematischen Modellierungssoftware.
    HINWEIS: Ein Makro ist verfügbar, um vom Hersteller, um nicht-Gelenkdreh Sequenzen innerhalb der kinematischen Modellierungssoftware in diesem Manuskript verwendet festzustellen, herunterladen.

Tabelle 1
MUTHX = Mitte zwischen IJ und C7. MLTHX = Mitte zwischen PX und T8. GH = glenohumeral Gelenkzentrum. ELJC = Ellenbogengelenk Zentrum.

Mathematische Operatoren:

^ = Kreuzprodukt zweier Vektoren

|| = Absolutwert eines Vektors

Tabelle 1: Lokale Koordinatensystem für jeden starren Segments.

5. Datenreduktion und Analyse

HINWEIS: Die folgenden Datenreduktion und Analyse Schritte werden in der numerischen Modellierung Software (wie zB MATLAB), die Manipulation von Datenmatrizen können durchgeführt werden. Die kinematische Daten in die Höhe und senkt Phasen humeralen Bewegungszeit für jede Phase der Bewegung normalisierten unterteilt, dann scapular Kinematik relativ humeralen Elevationswinkel ausgedrückt.

  1. Bestimmung der Elevation und Absenkphase des Oberarm Höhe wie unten (Figur 8) beschrieben. Diese Phasen sind von der Winkelgeschwindigkeit des Oberarmelevationswinkel (8) ermittelt. Siehe ElevationLoweringPhases.m FunktionDatei.
    1. Bestimmen den Beginn des Oberarmelevations wenn die Winkelgeschwindigkeit des Humerus eine Schwelle 2% der maximalen Oberarmwinkelgeschwindigkeit überschreitet.
    2. Bestimmen das Ende des Anhebungsphase als der Punkt, an dem die Oberarmwinkelgeschwindigkeit unter 2% der maximalen Oberarmwinkelgeschwindigkeit oder bei Oberarm Erhebung 120 ° überschreitet.
    3. Bestimmen den Beginn des Oberarm Absenkphase wenn die Winkelgeschwindigkeit unter 2% des minimalen Winkelgeschwindigkeit oder der Punkt, an dem Oberarmelevations fällt unter 120 °.
    4. Bestimmen das Ende der Absenkphase wenn die Winkelgeschwindigkeit von mehr als 2% der minimalen Winkelgeschwindigkeit.
  2. Normalisieren der Daten durch Interpolieren der kinematischen Daten in jeder Phase der Bewegung, um 101 Datenpunkte (Abbildung 9). Siehe Time_normalisation.m Funktion Datei.
  3. Auszudrücken scapular Kinematik in Bezug auf Oberarmelevations durch Auftragen der Arm Winkel (Grad) nach oben gegen rFlotation (Grad) (Abbildung 10). Siehe PlotScapHumRhythm.m Funktion Datei.

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Representative Results

Fünfzehn Teilnehmer, die keine bekannte Geschichte der Schulter, Hals oder Arm Verletzungen hatten, wurden in die Studie (Tabelle 2) rekrutiert. Den inner Rater (zwischen-Tag) Zuverlässigkeit zu bewerten, nahmen die Teilnehmer zwei Datenerfassungseinheiten von mindestens 24 Stunden und höchstens 7 Tage getrennt. Bei jedem Datenerfassungssitzung, die gleiche Ermittler durchgeführt das Protokoll zur Befestigung reflektierenden Markierungen, die Schulterdach Marker Cluster und anatomischer Stützpunkt Kalibrierungen, wie oben beschrieben. Die Zuverlässigkeit der kinematischen Wellenform von dynamischen Versuchen wurde unter Verwendung des multiplen Korrelationskoeffizienten (CMC) 37 beurteilt. Wellenformmessfehlers wurde verwendet, um die Menge der Fehler zwischen den Tagen (σ b) 38 zu beurteilen.

Alter (Jahre) Gewicht (kg) Eright (m) Body Mass Index (kg / m²)
Gruppe (n = 15) 24,9 ± 4,4 65,8 ± 11,7 1,7 ± 0,1 22,6 ± 2,3
19-38 48-86 1,5-1,9 18,3-36,5
Männliche (n = 8) 25,1 ± 1,5 73,4 ± 9,9 1,8 ± 0,06 23,2 ± 2,4
23-27 62-86 1,7-1,9 19,8-26,4
Frauen (n = 7) 24,6 ± 1,5 57 ± 6,3 1,6 ± 0,06 </ Td> 21,9 ± 2,2
23-27 48-68,5 154-170 18,3-24,2

Tabelle 2. Teilnehmer Demografie, Mittelwert ± Standardabweichung (SD) und Reichweite.

Die Intra-Rater (zwischen-Tag) Zuverlässigkeit produziert Hoch CMC (> 0,92) für die Drehung nach oben und hinteren Neigung (> 0,69) bei Oberarm Erhebung und Senken in allen Ebenen der Armbewegung. Innenrotation zeigten niedrigere CMC-Werten (0,44 bis 0,76) in allen Ebenen der Arm Elevation und Senken (Tabelle 3). Dies wurde auch in der Wellenform-Messfehler reflektiert allgemein niedrigere Fehlerwerte für die Aufwärtsdrehung (σ b = 2,7 ° bis 4,4 °) und posteriore Neigung (σ b = 1,3 ° bis 2,8 °), was auf eine gute Zuverlässigkeit im Vergleich zum inneren Drehpunkt ( σ b = 3,9 ° bis 7,3 °;) (Tabelle 3). Es schien nicht zu einem Bias zwischen Tagen mit ähnlichen Wellenformmuster für Drehung nach oben, hintere Neigung und Innenrotation sowohl bei der Erhöhung und Senkung der Phasen (Abbildung 10) erhalten wird.

4
Abbildung 4. A) Lokale Koordinatensystem des Akromions Marker Cluster (AMC), wie durch die drei Markierungen auf der AMC (AMCO, AMCA, AMCM). B bestimmt) Lokale Koordinatensystem der Zauberstab mit den vier Marken auf den Zauberstab befestigt ( M1, M2, M3 und M4). Die Spitze des Zauberstabs wird anschließend 83 mm berechnet als einem Punkt von der M1 Marker auf der X-Achse der Zauberstab. C) Die Lage der Spitze des Zauberstabs, der die Position der anatomischen Landmarke innerhalb des globalen Koordinatensystems gibt, wird mit Bezug auf die lokale bestimmtKoordinatensystem des AMC. Beispiel kinematische Modellierung Befehle werden für jeden Schritt gegeben. Diese Zahl hat sich von Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ verändert wurden Mess Skapulier Kinematik beim Arm senken mit dem Schulterdach Marker Cluster. Hum. Mov. Sci 31, 386-396, doi:. Http: //dx.doi.org/10.1016/j.humov.2011.07.004 (2012).

Abbildung 5
Abbildung 5 A) Die Lage des Akromions Winkel Wahrzeichen in Bezug auf das lokale Koordinatensystem des Akromions Marker Cluster. B) Die Umwandlung von dem Schulterdach Winkel (AA) Wahrzeichen von der lokalen bis zur globalen Koordinatensystem (schwarze Achsen).

Figur 6
Abbildung 6. Lokale Koordinatensystemder von den Standorten des Akromions Winkel (AA) definierten Schulterblatt, medialen Spina scapulae (TS) und dem unteren Winkel (AI) nach International Society of Biomechanics Empfehlungen. Beispiel kinematische Modellierung Befehle werden zur Verfügung gestellt. Diese Zahl hat sich von Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ verändert wurden Mess Skapulier Kinematik beim Arm senken mit dem Schulterdach Marker Cluster. Hum. Mov. Sci 31, 386-396, doi:. Http: //dx.doi.org/10.1016/j.humov.2011.07.004 (2012).

7
Abbildung 7 Euler Drehungen der Scapula um jede Achse in Bezug auf den Thorax nach einer Drehfolge der internen Rotation (Y), Aufwärtsdrehung (X ') und hintere Neigung (Z "). Diese Zahl hat sich von Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ Messschulterblatt modifiziert wurde r Kinematik beim Arm senken mit dem Schulterdach Marker Cluster. Hum. Mov. Sci 31, 386-396, doi:. Http: //dx.doi.org/10.1016/j.humov.2011.07.004 (2012).

8
Abbildung 8. A) Humerus Erhebung und Senken mit dem Beginn und am Ende jedes von den grünen gestrichelten Linien. B) Oberarmwinkelgeschwindigkeit verwendet werden, um den Beginn und das Ende jeder Phase zu bestimmen, bezeichnet Phase. Die oberste rote gestrichelte Linie stellt den Schwellenwert verwendet, um den Beginn und das Ende des Anhebungsphase bestimmen. Die unterste rote gestrichelte Linie stellt den Schwellenwert verwendet, um den Beginn und das Ende der Absenkungsphase bestimmen. Grün gepunkteten Linien repräsentieren die Punkte, an denen die Winkelgeschwindigkeit die Schwellen.

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Abbildung 9. Scapular Aufwärtsdrehung während Arm Elevation, die über 101 Datenpunkten interpoliert worden ist, mit Bezug auf die Zeit zu normalisieren.

10
Abbildung 10. kinematische Wellenformen des Schulterblattes für Tag an (schwarz) und am zweiten Tag (grau). Skapulier Umdrehungen während Sagittalebene Armbewegung gezeigt sind; Aufwärtsdrehung während der Erhebung (A) und Absenkungsphase (B), posteriore Neigung während der Erhöhung (C) und Absenkungsphase (D) und innere Rotation während die Erhebung (E) und Absenkungsphase (F). Gestrichelten Linien ± 1 Standardabweichung.

Skapulier Dreh Sagittalebene Skapulier Flugzeug Frontalebene
CMC Waveform-Fehler CMC Waveform-Fehler CMC Waveform-Fehler
Innenrotation Höhe 0,44 ± 0,3 7,3 ° ± 1,6 0,50 ± 0,2 6,7 ° ± 0,8 0,44 ± 0,3 3,9 ° ± 1,5
0,93 ± 0,1 3,1 ° ± 1,6 0,94 ± 0,1 3,4 ° ± 1,0 0,93 ± 0,1 2,7 ° ± 1,5
Hinteren Neigungs 0,69 ± 0,2 2,3 ° ± 0,9 0,78 ± 0,2 1,4 ° ± 0,5 0,82 ± 0,2 1,3 ° ± 0,3
Innenrotation Senkung 0,53 ± 0,3 7,0 ° ± 1,4 0,45 ± 0,2 7,2 ° ± 1,1 0,76 ± 0,2 5,4 ° ± 2,9
Drehung nach oben 0,94 ± 0,0 4,4 ° ± 1,0 0,92 ± 0,1 4.3 ° ±1.1 0,94 ± 0,1 3,9 ° ± 1,7
Hinteren Neigungs 0,70 ± 0,2 2,5 ° ± 1,4 0,77 ± 0,2 1,8 ° ± 0,9 0,87 ± 0,1 2,8 ° ± 0,8

CMC = Coefficient of multiple Korrelation.

Tabelle 3. Intra-Rater (zwischen-Tage) Zuverlässigkeit des Akromions Marker Cluster als mit dem Koeffizienten des multiplen Korrelationswellenform und Fehler bestimmt.

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Discussion

Die Wahl der Methode für die Ermittlung Skapulier Kinematik ist von entscheidender Bedeutung, und die Prüfung der Gültigkeit, Zuverlässigkeit und deren Eignung für die Studie gegeben werden sollte. Verschiedene Verfahren sind in der gesamten Literatur angenommen worden, aber jedes Verfahren hat seine Grenzen. Das Schulterdach Marker Cluster überwindet eine Anzahl von diesen Einschränkungen wie Abbildungsfehler von 2D-Bildgebung oder wiederholter Interpretation der Lage des Schulterblattes verlangen, indem sie nicht-invasive dynamische kinematische Messung des Schulterblattes. Allerdings ist die AMC-Methode immer noch anfällig für Hautbewegungsartefakte, insbesondere bei höheren Arm Elevationswinkel und bringt die Frage nach der Gültigkeit der Verfahren bei diesen höheren Arm Positionen. Eine frühere Studie, die die Gültigkeit des Verfahrens in der vorliegenden Studie dargelegt beurteilt hat am Arm Höhe über 120 Grad der Messfehler zu groß wird und die Methode ist nicht mehr gültig, 29 gezeigt, dass. Doch das Gestüty auch gezeigt, dass, wenn der Arm wieder in eine Stellung unterhalb 120º folgenden Arm Hochschenkels Aufriss die acromion Marker Haufen-Verfahren bleibt gültig 29. Es ist möglich, die Fehler bei höheren Arm Elevationswinkel durch Ausführen der Kalibrierung der anatomischen Landmarken mit dem Arm angehoben 32 zu reduzieren. Dies erhöht jedoch den Fehler am Unterarm Elevationswinkeln. Daher ist es wichtig, dass die Ziele der Untersuchung für die Schulterblatt Kinematik ermittelt und entscheidet die optimale Arm Höhenposition, mit der die anatomische Landmarken zu kalibrieren.

Um für jeden Messtechnik, um als brauchbares Werkzeug sein ist es wichtig, die Zuverlässigkeit zu schaffen. Die in der vorliegenden Arbeit vorgestellten Daten zeigen, dass die Schulterdach Marker Cluster kann als mit ausgezeichnet bis gut zwischen Tages Zuverlässigkeit Schulterblatt aufwärts rotiert und hinteren Neigung bzw. klassifiziert werden. Diese Befunde wurden beobachtet, wennUntersuchen der gesamten kinematischen Wellenform während der Erhöhung und Absenkung Phasen, was zeigt, dass die Schulterhöhe Marker Cluster ist eine zuverlässige Methode zur Messung während der beiden Phasen des Armbewegung. In früheren Studien, die Neupositionierung des Akromions Marker Cluster hatte gezeigt, dass sie sich negativ auf die Zuverlässigkeit 27,28, vor allem die Zuverlässigkeit der hinteren Schulterblattneigung beim Vergleich von verschiedenen Forschern. 28 Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen jedoch, dass die hintere Neigungs war eine zuverlässige Messung zwischen den Tagen. Unterschiede in der Methodik zwischen der Studie von van Andel (2008) und der vorliegenden Studie, die die Art der Motion-Capture-System (aktiven Marker vs. Passive Marker) enthalten, und die Gestaltung und die Befestigungsstelle des Akromions Marker Cluster kann für die beobachteten Unterschiede zu berücksichtigen . Darüber hinaus ist es bekannt, dass die Positionierung des Marker acromion Cluster auf verschiedene Bereiche der Schulterhöhe beeinflusst die Genauigkeit des measusung 31. Obwohl die vorliegende Studie zeigte gute zwischen Tag Zuverlässigkeit muss darauf beim Anbringen des Schulterdaches Marker Cluster an den Teilnehmer, um sicherzustellen, gültige und zuverlässige Ergebnisse erzielt werden, berücksichtigt werden.

Obwohl gute und sehr gute Zuverlässigkeit wurde für Aufwärtsdrehung und hinteren Neigung beobachtet, Innenrotation des Schulterblattes gezeigt geringe bis mäßige Zuverlässigkeit bei der Prüfung der gesamten kinematischen Wellenform. Dies steht im Einklang mit früheren Studien, die auch gefunden haben niedrigere CMC Ergebnisse für Innenrotation (0,82) und eine größere Fehler (4,3 °) im Vergleich zu Aufwärtsdrehung und hinteren Neigung (CMC = 0,94 und 0,85, Fehler = 3,3 ° und 3,4 ° bzw. ) 39,40. Innenrotation ist daher die am wenigsten zuverlässigen der Skapulier Umdrehungen. Der Grund, warum die Innenrotation schlechtere Zuverlässigkeit möglicherweise aufgrund der niedrigeren Bewegungsbereich (~ 5 °) werden beobachtet, um andere scapular Umdrehungen verglichen. Die aufgetretenen Fehler in der kinematic Wellenformen reichen von 3,9 ° bis 7,3 ° bedeutet, dass die Fehler in einigen Fällen größer als die Bewegung stattfindet. Darüber hinaus innerhalb Teilnehmer Variabilität ist von Natur aus große 3,18,41. Die schlechte Zuverlässigkeit kann daher nicht als ein Ergebnis der Messung Technik, sondern vielmehr die inhärente individuelle Variabilität mit einem kleinen Bereich der Bewegung gekoppelt ist. Vorsicht ist geboten bei der Prüfung wiederholte Messungen der internen Skapulier Umdrehungen genommen werden.

Das Ziel der Messung scapular Kinematik ist scapular Dyskinesie, die häufig bei Patienten mit klinisch Schulterimpingement 1 beobachtet wird quantifiziert und anschließend beurteilen die Änderungen in scapular Kinematik folgende Behandlungsmaßnahmen, um die Auswirkungen Schulterimpingement 30 zu reduzieren. Die in der vorliegenden Studie beschriebene Technik verwendet wurde, um Veränderungen in der Schulterblatt Kinematik in einer Gruppe von Personen mit Schulter Impingement nach einem moto zeigenr Kontroll Umschulung Übung 30 und hat sich gezeigt, gültig 29 und zuverlässig.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Passive marker capture system Vicon Motion Systems N/A
Nexus Vicon Motion Systems N/A Data capture software
Bodybuilder Vicon Motion Systems N/A Modeling software
14 mm retro reflective markers Vicon Motion Systems VACC-V162B
6.5 mm retro reflective markers Vicon Motion Systems VACC-V166
Calibration wand Vicon Motion Systems N/A
Plastic base N/A N/A Constructed 'in-house'
Matlab Mathworks N/A Numerical modelling software

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Warner, M. B., Chappell, P. H., Stokes, M. J. Measurement of Dynamic Scapular Kinematics Using an Acromion Marker Cluster to Minimize Skin Movement Artifact. J. Vis. Exp. (96), e51717, doi:10.3791/51717 (2015).

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