Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

Meting van Dynamic scapulier Kinematica Met behulp van een Acromion Marker Cluster Skin Beweging Artefact Minimaliseer

doi: 10.3791/51717 Published: February 10, 2015

Summary

Dit rapport bevat informatie over hoe u het acromion marker cluster methode voor het verkrijgen scapulier kinematica bij het gebruik van een passieve marker motion capture-apparaat vast te stellen. Zoals beschreven in de literatuur, deze methode een krachtige, niet-invasieve, driedimensionaal, dynamische en geldige meting van scapulaire kinematica, minimaliseert beweging huid artefact.

Abstract

De meting van dynamische scapulaire kinematica is complex vanwege het schuivende karakter van het schouderblad onder het huidoppervlak. Het doel van de studie was om de methode acromion marker cluster (AMC) te bepalen scapulier kinematica bij het gebruik van een passieve marker motion capture systeem, met aandacht voor de oorzaken van fouten die de validiteit en betrouwbaarheid van de metingen kunnen beïnvloeden duidelijk te beschrijven. De AMC werkwijze omvat het plaatsen van een cluster van markers via achterste acromion en door kalibratie van anatomische oriëntatiepunten ten opzichte van de markering cluster is het mogelijk om geldige metingen van scapulaire kinematica verkrijgen. De betrouwbaarheid van de werkwijze werd twee dagen onderzocht in een groep van 15 gezonde personen (19-38 jaar, acht mannen) zij uitgevoerd arm elevatie, 120 °, en verlaging van de frontale, scapulier en sagittale vlakken. De resultaten toonden aan dat er tussen dag betrouwbaarheid was goed voor opwaartse scapulier rotatie (Coëfficiënt van MultIPLE Correlatie; CMC = 0,92) en posterieure tilt (CMC = 0,70), maar eerlijk voor interne rotatie (CMC = 0,53) tijdens de arm elevatie fase. De golfvorm fout was lager voor opwaartse rotatie (2,7 ° tot 4,4 °) en posterior tilt (1,3 ° tot 2,8 °), in vergelijking met interne rotatie (5,4 ° tot 7,3 °). De betrouwbaarheid tijdens het neerlaten fase was vergelijkbaar met resultaten die tijdens de elevatie fase. Als het protocol beschreven in deze studie wordt nageleefd, het AMC biedt een betrouwbare meting van de opwaartse rotatie en posterieure tilt tijdens de opstand en het verlagen fasen van armbeweging.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Objectieve, kwantitatieve meting van scapulaire kinematica kan een evaluatie van abnormale bewegingspatronen geassocieerd met schouder disfunctie 1, zoals verminderde opwaartse rotatie en posterieure tilt bieden tijdens arm elevatie waargenomen in de schouder impingement 2-8. Meting van scapulaire kinematica is echter moeilijk door het bot diepe positie en glijdende aard onder het huidoppervlak 1. Typische kinematische meettechnieken van het bevestigen van reflecterende markers dan anatomische oriëntatiepunten niet adequaat bijhouden van het schouderblad als het glijdt onder het huidoppervlak 9. Verschillende werkwijzen zijn gehele literatuur aangenomen om deze moeilijkheden te overwinnen, waaronder; beeldvorming (X-ray of magnetische resonantie) 10-14, goniometers 15,16, bot pinnen 17-22, manuele palpatie 23,24, en het acromion methode 3,5,19,25. Elke methode heeft echter zijn beperkingen waaronder: exbelichtingen straling, projectie fouten bij tweedimensionale beeld analyse, vereisen herhaalde subjectieve interpretatie van de locatie van de scapula, statisch van aard of sterk invasieve (bijv botpennen).

Een oplossing voor een aantal van deze problemen te overwinnen is het acromion werkwijze waarbij een elektromagnetische sensor op het vlakke gedeelte van het acromion 25, een vlak gedeelte van bot dat voren uitstrekt in de zijkant van de scapula die van de ruggengraat van bevestigd dienst het schouderblad. Het principe idee achter met het acromion methode beweging huid artefact verminderen, zoals het acromion is aangetoond dat de minste hoeveelheid verkeer huid artefact vergelijking met andere plaatsen op het schouderblad 26 hebben. Het acromion methode is niet-invasief en biedt dynamische driedimensionale meting van scapulier kinematica. Validatie studies hebben het acromion methode getoond geldig tot 120 ° te zijn tijdens de arm elevation fase bij het ​​gebruik van elektromagnetische sensoren 17,27. Bij het ​​gebruik van marker gebaseerd motion capture apparaten een reeks markeringen gerangschikt in een cluster, het acromion marker cluster (AMC), vereist is en is aangetoond dat geldig bij het ​​gebruik van een actieve-marker motion capture systeem 28 en tijdens het gebruik van een passieve-marker motion capture systeem tijdens elevatie en arm arm verlagen 29.

Het gebruik van het AMC met een passieve marker motion capture-apparaat voor het meten van scapulier kinematica is gebruikt om veranderingen in de scapulaire kinematica na een ingreep aan de schouder impingement 30 pakken beoordelen. De geldige toepassing van deze methode is echter afhankelijk van het vermogen om de cluster van markers nauwkeurig passen, waarvan de positie is aangetoond resultaat 31 beïnvloeden, kalibreren anatomische oriëntatiepunten 32 en waarborgen armbewegingen binnen een geldig bereik van beweging (dwz beneden 120 ° arm elevatie) 29. Hetis ook voorgesteld het opnieuw aanbrengen van de markering cluster, bij het ​​gebruik van een actieve marker gebaseerde motion capture systeem, bleek de bron van verhoogde fout voor scapulier posterieure tilt 28 zijn. Het is daarom belangrijk om de tussen-dag betrouwbaarheid van de acromion methode vast te zorgen voor stabiele maat scapulaire kinematica. Ervoor te zorgen dat de metingen betrouwbaar zijn zullen veranderingen in scapulaire kinematica, als gevolg van een interventie mogelijk te maken, bijvoorbeeld, moet worden gemeten en onderzocht. De methoden die worden gebruikt om scapulier kinematica te meten zijn elders 29,33 beschreven; Het doel van deze studie was om een ​​stap-voor-stap handleiding en referentie-instrument voor het toepassen van deze methoden met behulp van een passief-marker motion capture systeem, met aandacht voor de potentiële bronnen van fouten, en om de betrouwbaarheid van de meetmethode te onderzoeken .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

LET OP: Het gebruik van menselijke deelnemers werd goedgekeurd door de Faculteit der Gezondheidswetenschappen Commissie Ethiek aan de Universiteit van Southampton. Alle deelnemers ondertekend toestemmingsformulieren voor het verzamelen van gegevens begonnen. Voor de in deze studie kinematica gegevens werden opgenomen met een passieve marker motion capture systeem dat bestaat uit 12 camera's; zes 4-megapixel camera's en zes 16-megapixel camera's die werken bij sampling frequentie van 120 Hz.

1. Deelnemer Voorbereiding

  1. Vraag onderwerpen aan hun bovenlichaam kleding te verwijderen of om een ​​sportbeha, vest, of strapless top te dragen. Het is belangrijk dat de kleding niet interfereert met de verplaatsing van de markers of af te sluiten markers uit het zicht van de camera's.
  2. Construct een acromion marker cluster bestaat uit een L-vormige stuk plastic 70 mm in de lengte langs elk aspect. Maak drie retroreflecterende markers om de AMC, een aan het uiteinde van elk uiteinde van elk aspect en een waar each aspect ontmoeten (figuur 1).
  3. Bevestig het acromion marker cluster (AMC) op het achterste deel van het acromion waar het acromion voldoet aan de scapulier wervelkolom, met behulp van dubbelzijdig plakband. Eén aspect van de plaat moet de rug van de scapula wijzen mediaal volgen, moet de ander voorste wijzen op de scapulaire vlak (figuur 1).
  4. Bevestig een cluster markering op de bovenarm behulp van riemen (figuur 2).
  5. Hechten retroreflecterende markeringen op de volgende anatomische oriëntatiepunten op aanbevolen door de International Society of Biomechanics 33 (figuren 1 & 2): borstbeen (IJ; Diepste gewricht van het borstbeen), zwaardvormig proces (PX; Meest caudale punt van het borstbeen), C7 (processus spinosus van de C7 wervel), T8 (doornuitsteeksels proces van de T8 wervel), sternoclaviculaire gezamenlijke (SC; Meest ventrale punt op de sternoclaviculaire gewricht), Radial styloideus (Meest caudale point op de radiale styloideus), en Ulnaire styloideus (Meest caudale punt op de nervus styloideus).

Figuur 1
Figuur 1:. Positie van het acromion marker cluster, C7 en T8 anatomische markeringen Dit cijfer is gewijzigd van Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ Meten scapulier kinematica tijdens arm laten zakken met behulp van het acromion marker cluster Hum.. Mov. Sci 31, 386-396, doi:. Http: //dx.doi.org/10.1016/j.humov.2011.07.004 (2012).

Figuur 2
Figuur 2: Marker locaties voor het borstbeen (IJ), zwaardvormig proces (PX), sternoclaviculaire (SC), bovenarm cluster, ulnaire styloideus (US), radiale styloideus (RS).

2. Participant Calibration

OPMERKING: Locaties van anatomische oriëntatiepunten het schouderblad's moeten worden vastgesteld met betrekking tot het acromion marker cluster. Kalibratie van de oriëntatiepunten is vereist voor elke deelnemer.

  1. Construct kalibratie wand met vier reflecterende markers geplaatst in een T-formatie (figuur 3). Meet de afstand tussen het uiteinde van de kalibratie wand aan de eerste wand marker.
  2. Palperen en zoek de volgende anatomische oriëntatiepunten, zoals aanbevolen door de International Society of Biomechanics 33. Plaats het uiteinde van de kalibratie wand van de landmark (figuur 3). Leg drie seconden van gegevens met de motion capture systeem dat de markeringen op de staf, het AMC en bovenarm cluster zijn allemaal zichtbaar voor de camera's.
    1. Acromioclaviculaire gewricht (AC) - Plaats een hand op het sleutelbeen, dan bewegen zijwaarts tot het punt waar het sleutelbeen het acromion bereikt.Plaats de punt van de staf bij de verbinding tussen het sleutelbeen en acromion.
    2. Acromion hoek (AA) - Palpeer langs de ruggengraat van het schouderblad aan de meest laterale punt. Plaats het uiteinde van de wand van het dorsale aspect van het acromion in de laterale punt (figuur 3).
    3. Mediale rug van de scapula (TS) - Palpeer langs de ruggengraat van het schouderblad aan de mediale punt. Plaats het uiteinde van de wand op het punt waar de wervelkolom aan de mediale rand van de scapula.
    4. Inferieure hoek van het schouderblad (AI) - Palpeer inferiorly langs de mediale rand van het schouderblad. Plaats de punt van de staf van de meest caudale punt van het schouderblad.
    5. Mediale epicondyl (EM) - Met de elleboog van de deelnemer in 90 ° flexie naar voren wijzen, met hun duim naar boven, leg een hand op de mediale zijde van de elleboog aan de mediale epicondylus lokaliseren. Plaats de punt van de staf van de meest caudale punt van de mediale epicondylus. Laterale epicondyles (EL) - Met de elleboog van de deelnemer in 90 ° flexie erop vooruit, met hun duim naar boven, leg een hand op de laterale zijde van de elleboog tot de laterale epicondylus lokaliseren. Plaats het uiteinde van de wand voor de caudale punt van de laterale epicondyl.
  3. Om vast te stellen het glenohumerale gewricht centrum, vraag de deelnemer aan een circumductiebeweging voeren met hun bovenarm met de elleboog volledig gestrekt, van nul graden arm verheffing tot ongeveer 40 ° hoogte arm. Zij moeten deze beweging uit te voeren, terwijl gericht op protractie / retractie en elevatie / depressie van de schouder complex minimum te beperken; de onderzoeker kan bijstand te verlenen indien nodig. Noteer deze beweging voor ongeveer 30 sec.

Figuur 3
Figuur 3: Calibration toverstaf gebruiktanatomische benige mijlpaal lokaliseren ten opzichte van de acromion marker cluster (AMC).

3. Experiment Protocol

  1. Vraag deelnemer aan arm elevatie voeren van nul tot 120 ° arm elevatie, en laat hun arm terug naar beneden om uit te rusten van hun kant in het sagittale, frontale en scapulier vliegtuig. Het scapulier vliegtuig is ongeveer 40 ° juist voor de frontale vlak.

4. Post-processing van kinematische gegevens

OPMERKING: De volgende stappen van de procedure die nodig is om scapulier kinematica te berekenen tijdens de dynamische beweging proeven. Deze stappen zijn beschreven en uitvoerig onderzocht binnen de literatuur 21,33,34 en het doel van de volgende paragraaf is om een synthese te bieden en stap-voor-stap handleiding voor de uitvoering van het modelleren stappen die nodig zijn om scapulier kinematica te verkrijgen. De toepassing van deze stappen wordt uitgevoerd in relevante kinematische modeling software. De software contains commando's om het creëren van lokale coördinatie van systemen mogelijk te maken, de omzetting van de coördinaten van een globaal naar lokaal assenstelsel, de omzetting van de coördinaten van lokaal tot mondiaal gecoördineerde systemen en de berekening van Euler hoek rotaties. Deze stappen zullen het schouderblad, opperarmbeen en thorax laten worden gedefinieerd als starre lichamen. Vervolgens wordt rotatie van de scapula ten opzichte van de thorax en de humerus ten opzichte thorax kan dan worden bepaald.

  1. De coördinaten van markeringen op het AMC, definieert een willekeurig lokaal coördinatensysteem voor AMC (figuur 4a). Voor elke scapular anatomische kalibratie landmark proef, bepalen de locatie van de punt van de wand, die de locatie van de anatomische landmark vertegenwoordigt ten opzichte van de lokale coördinatensysteem van het AMC met de volgende stappen.
    OPMERKING: Kinematisch modeling software bevatten commando's te activeren het creëren van lokale coördinatenstelsels en omzetting van de coördinaten van een globaleeen lokale coördinaten, zie figuur 4 bijvoorbeeld opdrachten.
    1. Gebruik de markeringen op de wand om een lokaal assenstelsel voor de staf (figuur 4a) te creëren met behulp van de volgende opdracht in het kinematische modeling software: AMC = [AMCO, AMCA-AMCO, AMCO-AMCM, xyz] waar AMCO, AMCA en AMCM zijn de labels aan de markeringen op het AMC.
    2. De kinematische modelleersoftware, bereken de plaats van de punt van de wand in het globale coördinatensysteem. In het voorbeeld hierin voorzien is 83 mm van de marker 1 (M1) langs de X-as van de wand (figuur 4b); gebruikt u de opdracht: Wand = [M1, M1-M2, M3-M4, xyz] en Wandtip = M1 + {83,0,0} * HOUDING (Wand) waar M1, M2, M3 en M4 zijn de labels die u aan de markers op de wand.
    3. Bepaal de locatie van de punt van de wand ten opzichte van het lokale coördinatensysteem van het AMC ($% AA) (figuur 4c) met de modellering commando: $% AA = WandTip / AMC en PARAM ($% AA).
    4. Herhaal de stappen 4.1.1 tot en met 4.1.3 voor elke scapulier anatomische mijlpaal.
    5. Bepaal de locatie van de mediale en laterale epicondyles ten opzichte van de humerus marker cluster, in plaats van het AMC, met behulp van de bovenstaande stappen.
  2. Gebruik de dynamische kalibratie proces naar de locatie van het glenohumerale gewricht centrum te berekenen met betrekking tot het schouderblad. Bereken de positie van het schoudergewricht centrum ten opzichte van de scapula, het scharnierpunt van de schroeflijnvormige as tussen de humerus en scapula. Voor meer informatie over deze techniek verwijzen naar Veeger 35.
  3. Bereken het ellebooggewricht centrum (ELJC) als het midden van de afstand tussen de laterale (EL) en mediale epicondyles (EM) van het opperarmbeen; ELJC = (EM + EL) / 2.
  4. Tijdens de dynamische proeven, gebruikt de bekende positie van de anatomische oriëntatiepunten met betrekking tot de AMC de locatie van de anatomische oriëntatiepunten bepalen binnen het globale coördinatensysteem (figuur 5).
    figuur 5 bijvoorbeeld commando's.
    1. Zie Figuur 5a dat de locatie van het acromion hoek landmark toont ten opzichte van de AMC ($% AA) zoals beschreven in punt 4.1.
    2. Zet de lokatie $% AA virtuele marker om het globale coördinatensysteem voor elk tijdstip tijdens de dynamische proef om het acromion hoek maken (AA) landmark (figuur 5b) wordt het kinematische modellering opdracht: AA = $% AA * AMC en OUTPUT (AA).
    3. Herhaal de stappen 4.4.2 voor elke anatomische mijlpaal.
  5. Definieer een lokaal assenstelsel voor de thorax en schouderblad door het berekenen van de eenheid vectoren tussen de relevante markers om elke as vertegenwoordigen voor een gegeven star lichaam met behulp van de volgende kinematische modellering commando: Scapula = [AA, TS-AA, AA-AI, ZXY] . Thorax = [IJ, MUTHX-MLTHX, IJ-C7, YZx], waar MUTHX is het middelpunt tussen het IJ en C7 bezienswaardigheid en MLTHX is het middelpunt tussen de PX en T8 bezienswaardigheden.
    LET OP: De assen definitie zijn gebaseerd op de International Society of Biomechanics '(ISB) aanbevelingen 33 (tabel 1 en figuur 6).
    1. Met een soortgelijke werkwijze, definieert een lokaal coördinatensysteem voor de humerus met optie 2 'zoals aanbevolen door de ISB 33.
      OPMERKING: Optie 2 vereist een voldoende vlak gevormd door de gleohumeral gezamenlijke centrum, elleboog gezamenlijke centrum en de ellepijp styloideus, dat wil zeggen een zekere mate van flexie elleboog is vereist. Indien de deelnemer benadert volledige extensie van de elleboog, kan de humeral assen instabiel worden en dus 'optie 1' moet worden gebruikt (tabel 1). Zie Wu et al. (2005) voor meer informatie.
  6. Bepaal de oriëntatie van de scapula ten opzichte van de thorax voor elk tijdstip tijdens de dynamische proefhet gebruik van de Euler hoek decompositiemethode met een rotatie reeks van interne rotatie (Y), opwaartse rotatie (X ') en posterieure tilt (Z' ') 33 met behulp van de volgende kinematische modellering commando: ScapularKin = - <Thorax, schouderblad, yxz> ( Figuur 7).
  7. Bepaal de oriëntatie van de humerus ten opzichte van de thorax tijdens de dynamische proef een niet-cardan rotatie sequentie Y (vlak van elevatie), X (hoogte) en Y '(axiaal rotatie) 36 met desbetreffende kinematische modelleringssoftware.
    OPMERKING: Een macro is beschikbaar om te downloaden van de fabrikant om niet-cardan rotatie sequenties te bepalen binnen het kinematische modeling software die wordt gebruikt in dit manuscript.

Tabel 1
MUTHX = middelpunt tussen IJ en C7. MLTHX = middelpunt tussen PX en T8. GH = glenohumeral gezamenlijke centrum. ELJC = ellebooggewricht centrum.

Rekenkundige operatoren:

^ = Kruis product van twee vectoren

|| = Absolute waarde van de vector

Tabel 1: Lokaal coördinatensysteem voor elk star segment.

5. datareductie en analyse

OPMERKING: De volgende data-reductie en analyse stappen worden uitgevoerd in numerieke modellering software (zoals MATLAB) dat manipulatie van data matrices toelaat. De kinematische data is onderverdeeld in de hoogte en het verlagen fasen van humeral beweging, tijd genormaliseerd voor elke fase van de beweging, dan scapulier kinematica worden uitgedrukt ten opzichte van humeral elevatiehoek.

  1. Bepaal de hoogte en verlaging fase van de humerus hoogte zoals hieronder beschreven (figuur 8). Deze fasen worden bepaald uit de hoeksnelheid van het opperarmbeen elevatiehoek (figuur 8). Zie ElevationLoweringPhases.m functiefile.
    1. Bepaal de start van humerus hoogte wanneer de hoeksnelheid van de humerus een drempelwaarde 2% van de maximale humerus hoeksnelheid.
    2. Bepaal het einde van de hoogte fase als het punt waarop de humerus hoeksnelheid beneden 2% van de maximale humerus hoeksnelheid of bij humerus hoogte boven 120 °.
    3. Bepaal de start van de humerus verlagingsfase wanneer de hoeksnelheid beneden 2% van de minimum hoeksnelheid of het punt waarop humerus hoogte beneden 120 °.
    4. Bepaal het einde van de verlaging fase waarin de hoeksnelheid dan 2% van de minimum hoeksnelheid.
  2. Normaliseren van de gegevens door interpoleren van de kinematische gegevens in elke fase van de beweging tot 101 datapunten (figuur 9). Zie Time_normalisation.m functie bestand.
  3. Versneld scapulier kinematica in relatie tot humeral hoogte door het plotten van de arm (graden) vs. opwaartse rotation (graden) (figuur 10). Zie PlotScapHumRhythm.m functie bestand.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Vijftien deelnemers die geen geschiedenis van de schouder, nek of arm verwondingen had geweten werden gerekruteerd op de studie (tabel 2). Intra-rater (tussen-dag) betrouwbaarheid beoordelen, deelnemers woonden twee dataverzameling sessies gescheiden door ten minste 24 uur en een maximum van 7 dagen. Tijdens elke dataverzameling sessie, dezelfde onderzoeker verricht het protocol voor het bevestigen van reflecterende markers, het acromion marker cluster en anatomische mijlpaal kalibraties, zoals hierboven beschreven. De betrouwbaarheid van de kinematische golfvorm verkregen dynamische studies werd beoordeeld met behulp van meervoudige correlatie coëfficiënt (CMC) 37. Golfvorm meetfout werd gebruikt om de hoeveelheid fout tussen dagen (σ b) 38 te beoordelen.

Leeftijd (jaar) Gewicht (kg) Hijechts (m) Body mass index (kg / m²)
Groep (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
Mannen (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
Vrouwtjes (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

Tabel 2. Deelnemer demografie, gemiddelde ± standaarddeviatie (SD) en het bereik.

De intra-rater (tussen-dag) betrouwbaarheid geproduceerd hoge CMC (> 0,92) voor de opwaartse rotatie en posterieure tilt (> 0,69) tijdens humerale elevatie en het verlagen in alle vlakken van de armbeweging. Endorotatie aangetoond lager CMC-waarden (0,44-0,76) gedurende alle vlakken van elevatie arm en verlagen (Tabel 3). Dit kwam ook tot uiting in de golfvorm meetfout met over het algemeen lagere fout waarden voor opwaartse rotatie (σ b = 2,7 ° tot 4,4 °) en posterieure tilt (σ b = 1,3 ° tot 2,8 °), met vermelding van een goede betrouwbaarheid, in vergelijking met interne rotatie ( σ b = 3,9 ° tot 7,3 °;) (Tabel 3). Er leek niet te worden eventuele afwijking tussen de dagen, met dezelfde golfvorm patronen verkregen voor opwaartse rotatie, posterieure tilt en interne rotatie tijdens zowel de hoogte en het verlagen van de fasen (figuur 10) zijn.

Figuur 4
Figuur 4. A) locale coördinatensysteem van het acromion marker cluster (AMC) zoals bepaald door de drie markeringen op het AMC (AMCO, AMCA, AMCM). B) locale coördinatensysteem van de staaf met de vier markers aan de wand ( M1, M2, M3 en M4). De punt van de staaf wordt vervolgens berekend als een punt 83 mm vanaf de M1 markering langs de X-as van de staaf. C) De locatie van het uiteinde van de wand, die de locatie van de anatomische landmark vertegenwoordigt binnen het globale coördinatensysteem, wordt bepaald ten opzichte van de plaatselijkecoördinatensysteem van het AMC. Bijvoorbeeld kinematische modelleren opdrachten worden gegeven voor elke stap. Dit cijfer is gewijzigd van Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ Meten scapulier kinematica tijdens arm laten zakken met behulp van het acromion marker cluster. Hum. Mov. Sci 31, 386-396, doi:. Http: //dx.doi.org/10.1016/j.humov.2011.07.004 (2012).

Figuur 5
Figuur 5. A) De locatie van het acromion hoek mijlpaal met betrekking tot het lokaal assenstelsel van het acromion marker cluster. B) De omzetting van het acromion hoek (AA) mijlpaal van het lokale tot het globale assenstelsel (zwarte assen).

Figuur 6
Figuur 6. Lokaal coördinatensysteemvan de scapula gedefinieerd door de locaties van de acromion hoek (AA), mediale rug van de scapula (TS) en de onderste hoek (AI) volgend International Society of Biomechanics aanbevelingen. Voorbeeld kinematische modellen opdrachten uitvoeren. Dit cijfer is gewijzigd van Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ Meten scapulier kinematica tijdens arm laten zakken met behulp van het acromion marker cluster. Hum. Mov. Sci 31, 386-396, doi:. Http: //dx.doi.org/10.1016/j.humov.2011.07.004 (2012).

Figuur 7
Figuur 7. Euler hoek rotatie van de scapula rond elke as ten opzichte van de thorax, na een rotatie reeks interne rotatie (Y), opwaarts rotatie (X) en posterior tilt (Z "). Dit cijfer is gewijzigd van Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ Meten schouderblad r kinematica tijdens arm laten zakken met behulp van het acromion marker cluster. Hum. Mov. Sci 31, 386-396, doi:. Http: //dx.doi.org/10.1016/j.humov.2011.07.004 (2012).

Figuur 8
Figuur 8. A) Humeral verhoging en verlaging van het begin en einde van elke aangeduid met groene stippellijnen. B) Humeral hoeksnelheid gebruikt om het begin en eind van elke fase te bepalen. De bovenste rode gestippelde lijn vertegenwoordigt de drempel gebruikt om het begin en einde van de hoogte fase bepalen. De onderste rode gestippelde lijn vertegenwoordigt de drempel gebruikt om het begin en einde van de verlagingsfase bepalen. Groene gestippelde lijnen geven de punten waar de hoeksnelheid overschreden de drempels.

ig9highres.jpg "/>
Figuur 9. Scapular opwaartse rotatie tijdens arm elevatie die is geïnterpoleerd op 101 datapunten te normaliseren naar de tijd.

Figuur 10
Figuur 10. kinematische golfvormen van het schouderblad voor dag één (zwart) en dag twee (grijs). Scapulier rotaties tijdens sagittale vlak armbeweging getoond zijn; opwaartse rotatie tijdens de elevatie (A) en verlaging fase (B), posterior tilt tijdens de elevatie (C) en verlagingsfase (D) en interne rotatie in de hoogte (E) en verlagingsfase (F). Gestippelde lijnen geven ± 1 standaarddeviatie.

Scapulier rotatie Sagittale vlak Scapulier vliegtuig Frontale vlak
CMC Golfvorm fout CMC Golfvorm fout CMC Golfvorm fout
Endorotatie Elevatie 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
Posterieure tilt 0,69 ± 0,2 2.3 ° ± 0.9 0,78 ± 0,2 1.4 ° ± 0.5 0,82 ± 0,2 1.3 ° ± 0.3
Endorotatie Verlagen 0.53 ± 0.3 7.0 ° ± 1.4 0,45 ± 0,2 7.2 ° ± 1.1 0,76 ± 0,2 5.4 ° ± 2.9
Opwaartse rotatie 0,94 ± 0.0 4.4 ° ± 1.0 0,92 ± 0,1 4.3 ° ±1.1 0,94 ± 0,1 3.9 ° ± 1.7
Posterieure tilt 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 = Coëfficiënt van meervoudige correlatie.

Tabel 3. Intra-rater (tussen-dagen) betrouwbaarheid van het acromion marker cluster zoals bepaald door de coëfficiënt van meervoudige correlatie en golfvorm fouten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

De keuze van de methode voor het bepalen van scapulier kinematica is cruciaal, en overweging van de validiteit, betrouwbaarheid en de geschiktheid voor het onderzoek moet worden gegeven. Verschillende werkwijzen zijn gehele literatuur vastgesteld, maar elke methode heeft zijn beperkingen. De Acromion marker cluster overwint een aantal van deze beperkingen, zoals projectie fouten van 2D imaging of waarbij herhaalde uitleg van de locatie van de scapula door niet-invasieve dynamische kinematische meting van de scapula. Echter, het AMC methode is nog steeds gevoelig voor beweging huid artefact, vooral bij hogere arm elevatiehoeken en brengt de geldigheid van de methode bij deze hogere arm posities. Een eerdere studie die de geldigheid van de in deze studie werkwijze onderzocht, is gebleken dat ten arm hoogte boven 120 graden de meetfout te groot en de werkwijze niet langer geldig 29. De nagely ook aangetoond dat wanneer de arm terug naar een positie onder 120 graden volgende arm hoge arm elevatie het acromion marker cluster methode blijft geldig 29. Het is mogelijk om de fouten bij hogere arm elevatiehoeken verminderen door het uitvoeren van de kalibratie van de anatomische oriëntatiepunten met de arm 32 verhoogd. Dit vergroot echter de fout in onderarm elevatiehoeken. Daarom is het belangrijk om de doelstellingen van de studie waarvoor scapulier kinematica worden bepaald en beslissing in optimale arm elevatie positie waarmee de anatomische oriëntatiepunten kalibreren.

Opdat een meettechniek worden als een waardevol instrument is het belangrijk om de betrouwbaarheid te vestigen. De in de huidige papieren gegevens hebben aangetoond dat het acromion marker cluster kan worden aangemerkt als het hebben van een uitstekende goede tussen-dag betrouwbaarheid voor scapulier opwaartse rotatie en posterieure tilt respectievelijk. Deze bevinding werd waargenomen wanneerhet onderzoeken van de gehele kinematische golfvorm tijdens de opstand en het verlagen van fasen, waaruit blijkt dat het acromion marker cluster is een betrouwbare meetmethode tijdens beide fasen van armbeweging. In een eerdere studie, had de herpositionering van het acromion marker cluster is aangetoond dat negatieve invloed hebben op de betrouwbaarheid 27,28, in het bijzonder de betrouwbaarheid van scapulier posterieure tilt bij het ​​vergelijken van verschillende onderzoekers. 28 De resultaten van de huidige studie is echter aantonen dat posterior tilt was een betrouwbare meting tussen dagen. Verschillen in methodiek tussen de studie van Van Andel (2008) en de huidige studie, die de aard van de motion capture systeem (actieve marker vs. Passieve marker) omvatten, en het ontwerp en de aanhechtingsplaats van het acromion marker cluster kan verantwoordelijk zijn voor de waargenomen verschillen . Bovendien is het bekend dat de plaatsing van de acromion marker cluster op verschillende gebieden van het acromion kan de nauwkeurigheid van de measurement 31. Hoewel de huidige studie aangetoond goed tussen dag betrouwbaarheid, is voorzichtigheid geboden bij het bevestigen van het acromion marker cluster aan de deelnemer om te zorgen valide en betrouwbare resultaten worden verkregen.

Hoewel goed en uitstekende betrouwbaarheid werd waargenomen voor opwaartse rotatie en posterieure tilt, interne rotatie van het schouderblad aangetoond arme om eerlijke betrouwbaarheid bij het onderzoek van het gehele kinematische golfvorm. Dit is in overeenstemming met eerdere studies die ook lager CMC resultaten voor interne rotatie (0,82) en een grotere fout (4,3 °) hebben gevonden wanneer respectievelijk in vergelijking met opwaartse rotatie en posterieure tilt (CMC = 0,94 en 0,85, fout = 3.3 ° en 3.4 ° ) 39,40. Endorotatie is derhalve het minst betrouwbaar van de scapulaire rotaties. De reden waarom de interne rotatie heeft armere betrouwbaarheid kan te wijten zijn aan de lagere bereik van de beweging (~ 5 °) waargenomen in vergelijking met andere scapulier rotaties. De gerapporteerde fouten in de kinematic golfvormen variëren van 3,9 ° tot 7,3 ° betekent dat de fouten in sommige gevallen groter dan de beweging plaatsvindt. Bovendien, binnen deelnemer variabiliteit is inherent groot 3,18,41. De slechte betrouwbaarheid kan derhalve niet als gevolg van de meettechniek, maar de inherente variabiliteit in combinatie met een klein bewegingsbereik. Voorzichtigheid is geboden bij de behandeling van herhaalde metingen van interne scapulier rotaties.

Doel meten scapulaire kinematica is scapulaire dyskinesie, die vaak klinisch waargenomen bij patiënten met schouder impingement 1 kwantificeren, en vervolgens de veranderingen in scapulaire kinematica na behandeling interventies om de effecten van schouder impingement 30 verminderen beoordelen. De in deze studie beschreven techniek is gebruikt om veranderingen in scapulaire kinematica na een moto te demonstreren in een groep van personen met schouder impingementr control herhalingsoefening 30 en is aangetoond geldig 29 en betrouwbaar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kibler, W. B., et al. Clinical implications of scapular dyskinesis in shoulder injury: the 2013 consensus statement from the 'scapular summit'. British Journal of Sports Medicine. 47, 877-885 (2013).
  2. Luckasiewicz, A. C., McClure, P. W., Michener, L. A., Pratt, N., Sennett, B. Comparison of 3-dimensional scapular position and orientation between subjects with and without shoulder impingement. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. 29, 574-586 (1999).
  3. Ludewig, P. M., Cook, T. M. Alterations in shoulder kinematics and associated muscle activity in people with symptoms of shoulder impingement. Physical Therapy. 80, 276-291 (2000).
  4. McClure, P. W., Bialker, J., Neff, N., Williams, G., Karduna, A. R. Shoulder function and 3-dimensional kinematics in people with shoulder impingement syndrome before and after a 6-week exercise program. Physical Therapy. 84, 832-848 (2004).
  5. Lin, J. J., et al. Functional activity characteristics of individuals with shoulder dysfunctions. Journal of Electromyography and Kinesiology. 15, 576-586 (2005).
  6. Tate, A. R., McClure, P. W., Kareha, S., Irwin, D., Barbe, M. F. A clinical method for identifying scapular dykinesis, Part 2: Validity. Journal of Athletic Training. 44, 165-173 (2009).
  7. Timmons, M. K., et al. Scapular kinematics and subacromial-impingement syndrome: a meta-analysis. Journal of Sports Rehabilitation. 21, 354-370 (2012).
  8. Endo, K. Y. K., Yasui, N. Influence of age on scapulo-thoracic orientation. Clinical Biomechanics. 16, 1009-1013 (2004).
  9. Lovern, B., Stroud, L. A., Evans, R. O., Evans, S. L., Holt, C. A. Dynamic tracking of the scapula using skin-mounted markers. Proceedings of the Institute of Mechanical Engineers. 223, 823-831 (2009).
  10. Inman, V. T., Sanders, J. B., Abbott, L. C. Observations on the function of the shoulder joint. Journal of Bone and Joint Surgery (Am). 26, 1-30 (1944).
  11. Saha, A. K. Mechanics of elevation of the glenohumeral joint. Acta Orthopaedica Scandanavia. 44, 668 (1973).
  12. Freedman, L., Munro, R. R. Abduction of the arm in the scapular plane: scapular and glenohumeral movements. A roentgenographic study. Journal of Bone and Joint Surgery (Am). 48, 1503-1510 (1966).
  13. Poppen, N. K., Walker, P. S. Normal and abnormal motion of the shoulder. Journal of Bone and Joint Surgery (Am). 58, 195-201 (1976).
  14. Graichen, H., et al. Magnetic resonance-based motion analysis of the shoulder during elevation). Clinical Orthopedic Related Research. 370, 154-163 (2000).
  15. Youdas, J. W., Carey, J. R., Garrett, T. R., Suman, V. J. Reliability of goniometric measurements of active arm elevation in the scapula plane obtained in a clinical setting. Arch. Phys. Med. Rehabil. 75, 1137-1144 (1994).
  16. Doody, S. G., Freedman, L., Waterland, J. C. Shoudler movement during abduction in the scapula plane. Arch. Phys. Med. Rehabil. 51, 595-604 (1970).
  17. Karduna, A. R., McClure, P. W., Michener, L. A., Sennett, B. Dynamic measurements of three-dimensional scapular kinematics: a validation study. Journal of Biomechanical Engineering. 123, 184-191 (2001).
  18. McClure, P. W., Michener, L. A., Sennett, B., Karduna, A. R. Direct 3-dimensional measurement of scapular kinematics during dynamic movements in vivo. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 10, 269-277 (2001).
  19. Bourne, D. A., Choo, A. M. T., Regan, W. D., MacIntyre, D. L., Oxland, T. R. Three-dimensional rotation of the scapula during functional movements: an in vivo study in healthy volunteers. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 16, 150-162 (2007).
  20. Braman, J. P., Engel, S. C., LaPrade, R. F., Ludewig, P. M. In vivo assessment of scapulohumeral rhythm during unconstrained overhead reaching in asymptomatic subjects. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 16, 960-967 (2009).
  21. Ludewig, P. M., Hassett, D. R., LaPrade, R. F., Camargo, J. A., Braman, J. P. Comparison of scapular local coordinate systems. Clinical Biomechanics. 25, 415-421 (2010).
  22. Ludewig, P. M., et al. Motion of the shoulder complex during multiplanar humeral elevation. The Journal of Bone and Joint Surgery. 91, 378-389 (2009).
  23. Johnson, G. R., Stuart, P. R., Mitchell, S. A method for the measurement of three-dimensional scapular movement. Clinical Biomechanics. 8, 269-274 (1993).
  24. Helm, F. C., Pronk, G. M. Three-dimensional recording and description of motions of the shoulder mechanism. Journal of Biomechanical Engineering. 117, 27-40 (1995).
  25. McQuade, K. J., Smidt, G. L. Dynamic Scapulohumeral rhythm: The effects of external resistance during elevation of the arm in the scapular plane. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. 27, 9 (1998).
  26. Matsui, K., Shimada, K., Andrew, P. D. Deviation of skin marker from bone target during movement of the scapula. Journal of Orthopaedic Science. 11, 180-184 (2006).
  27. Meskers, C. G. M., Jvan de Sande, M. A., de Groot, J. H. Comparison between tripod and skin-fixed recording of scapular motion. J. Biomech. 40, 941-948 (2007).
  28. Andel, C. J., van Hutten, K., Eversdijk, M., Veeger, D. J., Harlaar, J. Recording scapular motion using an acromion marker cluster. Gait and Posture. 29, 123-128 (2009).
  29. Warner, M. B., Chappell, P. H., Stokes, M. J. Measuring scapular kinematics during arm lowering using the acromion marker cluster. Hum. Mov. Sci. 31, 386-396 (2012).
  30. Worsley, P., et al. Motor control retraining exercises for shoulder impingement: effects on function, muscle activation, and biomechanics in young adults. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 22, e11-e19 (2013).
  31. Shaheen, A. F., Alexander, C. M., Bull, A. M. J. Effects of attachment position and shoulder orientation during calibration on the accuracy of the acromial tracker. J. Biomech. 44, 1410-1413 (2011).
  32. Prinold, J. A. I., Shaheen, A. F., Bull, A. M. J. Skin-fixed scapula trackers: A comparison of two dynamic methods across a range of calibration positions. J. Biomech. 44, 2004-2007 (2011).
  33. Wu, G., et al. ISB recommendation on definitions of joint coordinate systems of the various joints for the reporting of human joint motion - Part II: shoulder, elbow, wrist and hand. J. Biomech. 38, 981-992 (2005).
  34. Karduna, A. R., McClure, P. W., Michener, L. A. Scapular kinematics: effects of altering the Euler angle sequence of rotations. J. Biomech. 33, 1063-1068 (2000).
  35. Veeger, H. E. J. The position of the rotation center of the glenohumeral joint. J. Biomech. 33, 1711-1715 (2000).
  36. Doorenbosch, C. A. M., Harlaar, J., Veeger, H. E. J. The globe system: an unambiguous description of shoulder positions in daily life movements. J. Rehabil. Res. Dev. 40, 147-156 (2003).
  37. Kadaba, M. P., et al. Repeatability of kinematic, kinetic, and electromyographic data in normal adult gait. Journal of Orthopaedic Research. 7, 849-860 (1989).
  38. Schwartz, M. H., Trost, J. P., Wervey, R. A. Measurement and management of errors in quantitative gait data. Gait and Posture. 20, 196-203 (2004).
  39. Jaspers, E., et al. The reliability of upper limb kinematics in children with hemiplegic cerebral palsy. Gait and Posture. 33, 568-575 (2011).
  40. Thigpen, C. A., Gross, M. T., Karas, S. G., Garrett, W. E., Yu, B. The repeatability of scapular rotations across three planes of humeral elevation. Research in Sports Medicine. 13, 181-198 (2005).
  41. Groot, J. H. The variability of shoulder motions recorded by means of palpation. Clinical Biomechanics. 12, 461-472 (1997).
Meting van Dynamic scapulier Kinematica Met behulp van een Acromion Marker Cluster Skin Beweging Artefact Minimaliseer
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter