Login processing...

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

Medicine

Måling av Dynamic scapular Kinematikk Bruke en acromion Marker Cluster å minimere Skin Bevegelsesartefakt

doi: 10.3791/51717 Published: February 10, 2015

Summary

Denne rapporten presenterer detaljer om hvordan å vedta acromion markør klynge metode for å skaffe scapulær kinematikk når du bruker en passiv markør motion capture enhet. Som det har blitt beskrevet i litteraturen, gir denne fremgangsmåten en sterk, ikke-invasiv, tredimensjonal, dynamisk og gyldig måling av scapulær kinematikk, minimere hud bevegelsesartefakter.

Abstract

Målingen av dynamiske scapulær kinematikk er komplisert på grunn av den glidende natur av skulderblad under hudens overflate. Målet med studien var å tydelig beskrive acromion markør klynge (AMC) metode for å bestemme scapulær kinematikk når du bruker en passiv markør motion capture-systemet, med hensyn til de feilkilder som kan påvirke gyldigheten og påliteligheten av målinger. AMC-metoden innebærer å plassere en klynge av markørene over bakre acromion, og gjennom kalibrering av anatomiske landemerker i forhold til markeringen klynge er det mulig å oppnå gyldige målinger av scapulær kinematikk. Påliteligheten av fremgangsmåten ble undersøkt mellom to dager i en gruppe på 15 friske individer (alder 19-38 år, åtte hanner) som de utførte arm høyde, til 120 °, og senking i frontal, scapulær og sagittale plan. Resultatene viste at mellom-dagers pålitelighet var bra for oppadgående scapulær rotasjon (Coefficient of Multiple Korrelasjon; CMC = 0,92) og posterior tilt (CMC = 0,70), men rettferdig for intern rotasjon (CMC = 0,53) under armen høyde fasen. Bølgeformen feilen var lavere for oppadgående rotasjon (2,7 ° til 4,4 °) og bakre vippe (1,3 ° til 2,8 °), i forhold til interne rotasjon (5,4 ° til 7,3 °). Påliteligheten under nedsenkingen fasen var sammenlignbare med resultatene som observeres under heving fase. Dersom protokollen skissert i denne studien er overholdt, gir AMC en pålitelig måling av oppover rotasjon og posterior tilt under heving og senking faser av armbevegelse.

Introduction

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

Objektiv, kvantitativ måling av scapulær kinematikk kan gi en vurdering av unormale bevegelsesmønstre knyttet til skulder dysfunksjon en, for eksempel redusert oppover rotasjon og posterior tilt under armen høyde observert i skulder impingement 2-8. Måling av scapulær kinematikk, er imidlertid vanskelig på grunn av benet dype stilling og glide natur under hudoverflaten 1. Typiske kinematiske måleteknikker for å feste refleksmarkører enn anatomiske landemerker ikke tilstrekkelig spore scapula som den glir under hudoverflaten 9. Forskjellige metoder er blitt tatt i bruk i løpet av litteraturen på å overvinne disse vanskeligheter, blant annet; imaging (X-ray eller magnetisk resonans) 10-14, goniometers 15,16, bein pins 17-22, manuell palperingsprosedyrer 23,24, og acromion metoden 3,5,19,25. Hver metode har imidlertid sine begrensninger som innbefatter: exsponeringen stråling, projeksjonsfeil i tilfelle av to-dimensjonalt bilde basert analyse, krever gjentatt subjektiv tolkning av plasseringen av skulderblad, er statisk i naturen eller er meget inngripende (f.eks bein pinner).

En løsning for å overvinne noen av disse problemer er å anvende acromion metode hvor en elektromagnetisk sensor er festet til den flate delen av acromion 25, et flatt parti av benet som strekker seg anteriort på det mest laterale delen av skulderblad som går fra ryggraden av scapula. Prinsippet ideen bak ved hjelp acromion metode er å redusere hudens bevegelse gjenstand, som acromion har vist seg å ha den minste mengde av huden bevegelsesartefakter i forhold til andre steder på skulderblad 26. Acromion metoden er ikke-invasiv og gir dynamisk tredimensjonal måling av skulderkammen kinematikk. Valideringsstudier har vist acromion metode for å være gyldig opp til 120 ° under armen elevation fase ved bruk av elektromagnetiske sensorer 17,27. Ved bruk av markør basert bevegelse digitaliseringsenheter en serie av markører som er anordnet i en klynge, acromion markør klyngen (AMC), er nødvendig, og har vist seg å være gyldig ved bruk av en aktiv-markør motion capture system 28 og samtidig ved hjelp av et passivt-markør motion capture system under armen høyde og arm senke 29.

Bruken av AMC med en passiv markør bevegelse opptaksenhet for måling scapulær kinematikk er blitt brukt for å vurdere endringer i scapulær kinematikk følgende en intervensjon for å løse skulder impingement 30. Den gjelder bruk av denne metode er imidlertid avhengig av evnen til å nøyaktig anvende klyngen av markører, hvis posisjon har blitt vist å påvirke resultatene 31, kalibrere anatomiske landemerker 32 og sikrer armbevegelser er innenfor et gyldig bevegelsesområdet (dvs. under 120 ° arm høyde) 29. Dethar også blitt foreslått reapplication av markør klyngen, når du bruker en aktiv markør basert motion capture-systemet, ble funnet å være kilden til økt feil for scapulær posterior tilt 28. Det er derfor viktig å etablere den mellom-dagers påliteligheten av acromion metode for å sikre at den gir en stabil grad av scapulær kinematikk. Å sikre at målingene er pålitelige vil muliggjøre endringer i scapulær kinematikk, på grunn av en intervensjon, for eksempel, å bli målt og undersøkt. Metodene som brukes for å måle scapulær kinematikk har blitt beskrevet andre steder 29,33; Målet med denne studien var å gi en steg-for-steg guide og referanseverktøy for å anvende disse metodene ved hjelp av en passiv-markør motion capture-systemet, med hensyn til de potensielle feilkilder, og å undersøke påliteligheten av målemetode .

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

MERK: Bruken av menneskelige deltakere ble godkjent av Det helsevitenskapelige fakultet etikkutvalg ved universitetet i Southampton. Alle deltakerne signerte samtykkeerklæringer før datainnsamlingen startet. For de data som presenteres i denne studien kinematikk ble registrert med en passiv markør motion capture system bestående av 12 kameraer; seks 4-megapiksel kamera og seks 16-megapiksel kamera som opererer på samplingfrekvens på 120 Hz.

1. Deltaker Forberedelse

  1. Spør fag for å fjerne overkroppen klær eller å bære en sports-BH, vest, eller stroppeløs topp. Det er viktig at klærne ikke kommer i konflikt med bevegelse av markørene eller tilstoppe markører fra visningen av kameraene.
  2. Konstruer en acromion markør klynge som består av en "L" formet stykke plast 70 mm i lengde langs hver aspekt. Fest tre tilbakereflektive markører til AMC, en på enden av hver ende av hvert aspekt og en hvor each aspekt møte (figur 1).
  3. Fest acromion markør klynge (AMC) på den bakre delen av acromion hvor acromion møter skulderkammen, ved hjelp av dobbeltsidig tape. Et aspekt av platen bør følge ryggraden i skulderblad pekende medialt, den andre skal peke anterior til skulderplanet (figur 1).
  4. Fest en klynge markør satt til overarmen ved hjelp av stropper (figur 2).
  5. Fest tilbakereflektive markører til følgende anatomiske landemerker ved anbefalt av International Society of Biomechanics 33 (figur 1 og 2): Sternal hakk (IJ; Deepest felles av sternummarkering), xiphoid prosess (PX; fleste hale punkt på brystbenet), C7 (spinous prosessen med C7 vertebra), T8 (spinous prosessen med T8 vertebra), sternoclavicular felles (SC; Most ventral punkt på sternoclavicular felles), Radial styloid (Most hale point på radial styloid), og Ulnar styloid (Most hale punkt på ulnar styloid).

Figur 1
Figur 1:. Plassering av acromion markør klynge, C7 og T8 anatomiske markører Dette tallet har blitt forandret fra Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ Måling scapulær kinematikk under armen senke hjelp acromion markør klynge Hum.. Mov. Sci 31, 386-396, doi:. Http: //dx.doi.org/10.1016/j.humov.2011.07.004 (2012).

Figur 2
Figur 2: Marker steder for sternummarkering (IJ), xifoid prosess (PX), sternoclavicular (SC), overarm klynge, ulnar styloid (US), radial styloid (RS).

2. Participant Kalibrering

MERK: Plassering av scapula anatomiske landemerker må være bestemt med hensyn til acromion markør klynge. Kalibrering av landemerkene er nødvendig for hver deltaker.

  1. Konstruere en kalibreringsstav som består av fire reflekterende markører plassert i en "T" dannelse (figur 3). Mål avstanden fra spissen av kalibreringsstaven til den første staven markør.
  2. Palpate og finne følgende anatomiske landemerker som anbefalt av International Society of Biomechanics 33. Plasser tuppen av kalibreringstryllestaven på landemerket (figur 3). Fange tre sekunder av data med motion capture system som sikrer markørene på tryllestav, AMC og overarm klyngen er alle synlige for kameraene.
    1. Acromioclavicular felles (AC) - Plasser en hånd på krageben, og deretter flytte sidelengs inntil det punktet hvor krageben når acromion.Plasser tuppen av staven ved skjøten mellom kragebenet og acromion.
    2. Acromion vinkel (AA) - Palpate langs ryggraden av skulderblad til de laterale punkt. Plassere spissen av staven på dorsal aspekt av acromion på det mest lateral punkt (figur 3).
    3. Mediale ryggen av skulderblad (TS) - Palpate langs ryggraden av skulderblad til de mediale punkt. Plassere spissen av staven på det punktet der ryggraden møter den mediale kant av skulderblad.
    4. Dårligere vinkel av scapula (AI) - Palpate inferiorly langs mediale grensen av scapula. Plassere spissen av staven på den mest kaudal punkt av skulderblad.
    5. Medial epicondyle (EM) - Med deltakerens albue i 90 ° av fleksjon peker fremover, med tommelen pekende oppover, legge en hånd på den mediale side av albuen for å finne den mediale epikondyl. Plassere spissen av staven på den mest kaudal punktet for den mediale epikondyl. Laterale epicondyles (EL) - Med deltakerens albue i 90 ° av fleksjon peker fremover, med tommelen pekende oppover, legge en hånd på den laterale side av albuen for å finne den laterale epicondyle. Plassere spissen av staven på den mest kaudal punktet for det laterale epicondyle.
  3. For å bestemme glenohumeral felles senter, spør deltakeren til å utføre en sirkumduksjon bevegelse med sin overarmen med albuen helt ut, fra null grader arm høyde til ca 40 ° arm høyde. De må utføre denne bevegelsen mens sikte på å minimere protraction / tilbaketrekking og heving / depresjon av skulderkomplekset; etterforskeren kan yte bistand ved behov. Spill denne bevegelsen for ca 30 sek.

Figur 3
Figur 3: Kalibrering stav brukeså finne anatomisk benete landemerke med respekt acromion markør klynge (AMC).

3. Eksperimenter Protocol

  1. Be deltaker å utføre arm høyde fra null til 120 ° arm høyde, og deretter senke armen ned igjen til resten av deres side i sagittal, frontal og scapular flyet. Den scapulær flyet er ca 40 ° anterior til frontal plan.

4. Post-prosessering av kinematiske data

MERK: Følgende trinn detalj prosedyren for å beregne scapulær kinematikk i løpet av de dynamiske bevegelses prøvelser. Disse trinnene har blitt beskrevet og utforsket omfattende innenfor litteraturen 21,33,34 og formålet med den følgende delen er å gi en syntese og steg-for-steg guide til å implementere modellerings trinnene som kreves for å få scapulær kinematikk. Anvendelsen av disse trinnene er gjennomført i relevant kinematisk modellering programvare. Programvaren Contains kommandoer for å muliggjøre at det dannes lokale koordinatsystemer, omdannelse av koordinatene fra et globalt til lokalt koordinatsystem, omdannelse av koordinatene fra lokalt til globalt koordinatsystem og beregning av Euler vinkelrotasjoner. Disse trinnene vil tillate scapula, humerus og thorax for å bli definert som stive kropper. Deretter rotasjon av skulderblad med hensyn på brystkassen, og humerus med hensyn thorax kan deretter bestemmes.

  1. Ved hjelp av koordinatene markører på AMC, definerer en vilkårlig lokale koordinatsystem for AMC (figur 4a). For hver scapulær anatomisk landemerke kalibrering rettssaken, bestemme plasseringen av tuppen av tryllestav, som representerer plasseringen av den anatomiske landemerke, med respekt det lokale koordinatsystemet på AMC ved å gjøre følgende.
    MERK: Kinetisk modellering programvare inneholde kommandoer for å muliggjøre etableringen av lokale koordinatsystemer og konvertering av koordinater fra en globaltil en lokal koordinater, se figur 4 for eksempel kommandoer.
    1. Bruk markørene på tryllestaven for å skape et lokalt koordinatsystem for tryllestaven (figur 4a) ved hjelp av følgende kommando i kinematisk modellering programvare: AMC = [AMCO, AMCA-AMCO, AMCO-AMCM, xyz] hvor AMCO, AMCA og AMCM er etiketter gitt til markører på AMC.
    2. Ved hjelp av den kinematiske modelleringsprogramvare, beregne beliggenheten av toppen av staven i det globale koordinatsystemet. I eksemplet forutsatt at denne er 83 mm fra en markør (M1) langs X-aksen av staven (figur 4b); bruke kommandoen: Wand = [M1, M1-M2, M3-M4, xyz] og Wandtip = M1 + {83,0,0} * ATTITUDE (Wand) hvor M1, M2, M3 og M4 er etiketter gitt til markørene på tryllestaven.
    3. Bestemme plasseringen av spissen av staven i forhold til det lokale koordinatsystem av AMC ($% AA) (figur 4c) ved hjelp av modellering av kommandoer: $% AA = WandTip / AMC og PARAM ($% AA).
    4. Gjenta trinn 4.1.1 til 4.1.3 for hver scapulær anatomisk landemerke.
    5. Bestemme plasseringen av de mediale og laterale epicondyles med hensyn til humerus markør klyngen, i stedet for AMC, ved hjelp av ved hjelp av fremgangsmåten ovenfor.
  2. Bruke den dynamiske kalibrering prøve å beregne beliggenheten av glenohumeral felles senter med hensyn til skulderblad. Beregne posisjonen til glenohumeral felles senter, med hensyn til skulderblad, som dreiepunkt for den skruelinjeformede aksen mellom humerus og skulderblad. For mer informasjon om denne teknikken viser til Veeger 35.
  3. Beregne albueleddet sentrum (ELJC) som midt avstanden mellom den laterale (EL) og mediale epicondyles (EM) av humerus; ELJC = (EM + EL) / 2.
  4. I løpet av de dynamiske forsøk, bruker den kjente posisjonen til de anatomiske landemerker i forhold til AMC å bestemme plasseringen av de anatomiske landemerker i det globale koordinatsystemet (figur 5).
    figur 5 for eksempel på kommandoer.
    1. Se figur 5a som viser plasseringen av acromion vinkel fjell med hensyn til AMC ($% AA), som beskrevet i punkt 4.1.
    2. Konvertere plasseringen av $% AA virtuell markør til det globale koordinatsystemet for hvert tidspunkt i løpet av den dynamiske prøve å skape acromion vinkel (AA) landemerke (figur 5b) med følgende kinematisk modellering kommando: AA = $% AA * AMC og UTGANG (AA).
    3. Gjenta trinn 4.4.2 for hver anatomisk landemerke.
  5. Definere et lokalt koordinatsystem for thorax og skulderblad ved å beregne enhetsvektorene mellom de aktuelle markører for å representere hver akse for en gitt stiv kropp ved hjelp av følgende kinematisk modellering kommando: Scapula = [AA, TS-AA, AA-AI, ZXY] . Thorax = [IJ, MUTHX-MLTHX, IJ-C7, yzx], hvor MUTHX er midtpunktet mellom IJ og C7 landemerke og MLTHX er midtpunktet mellom PX og T8 landemerker.
    MERK: akser Definisjonen er basert på International Society of Biomechanics '(ISB) anbefalinger 33 (Tabell 1 og Figur 6).
    1. Ved hjelp av en lignende metode, definere et lokalt koordinatsystem for humerus bruke "Alternativ 2" som anbefalt av ISB 33.
      MERK: Alternativ 2 krever en tilstrekkelig plan som dannes av gleohumeral felles senter, albue felles senter og ulna styloid, dvs. en grad av albue fleksjon er nødvendig. Dersom deltakeren nærmer fulle albuen, kan leddakser bli ustabil og derfor "Alternativ 1" bør (tabell 1) som brukes. Se Wu et al. (2005) for ytterligere detaljer.
  6. Bestemme orienteringen av skulderblad i forhold til brystkassen for hvert tidspunkt i løpet av den dynamiske prøvehjelp av Euler vinkel dekomponeringsmetoden med en rotasjon sekvens av intern rotasjon (Y), oppover rotasjon (X ') og posterior tilt (Z' ') 33 ved hjelp av følgende kinematisk modellering kommando: ScapularKin = - <Thorax, Scapula, yxz> ( Figur 7).
  7. Bestemme orienteringen av humerus med hensyn til brystkassen under den dynamiske prøving ved hjelp av en ikke-kardangopphengte rotasjon sekvens av Y (planet høyde), X '(høyde) og Y' '(aksial rotasjon) 36 ved hjelp av relevante kinematisk modelleringsprogramvare.
    MERK: En makro er tilgjengelig for nedlasting fra produsenten for å finne ut ikke-drivrotasjons sekvenser innenfor den kinematiske modellering programvare som brukes i dette manuskriptet.

Tabell 1
MUTHX = midtpunktet mellom IJ og C7. MLTHX = midtpunktet mellom PX og T8. GH = glenohumeral felles senter. ELJC = albueleddet sentrum.

Matematiske operatorer:

^ = Kryssproduktet av to vektorer

|| = Absolutt verdi av en vektor

Tabell 1: Lokalt koordinatsystem for hvert stivt segment.

5. datareduksjons- og analyse

MERK: Følgende data reduksjon og analyse trinnene er utført i numerisk modellering programvare (for eksempel MATLAB) som tillater manipulering av data matriser. Den kinematiske data er delt i høyden og senkefaser leddbevegelse, tid normalisert for hver fase av bevegelsen, og deretter scapulær kinematikk er uttrykt i forhold til ledd elevasjonsvinkel.

  1. Bestem heving og senking fase i ledd høyde som beskrevet nedenfor (figur 8). Disse fasene blir bestemt fra vinkelhastigheten i ledd elevasjonsvinkel (figur 8). Se ElevationLoweringPhases.m funksjonfil.
    1. Bestemme starten av ledd høyde når vinkelhastigheten av humerus overskrider en terskel 2% av den maksimale leddvinkelhastighet.
    2. Bestemme enden av høyde fase som det punkt ved hvilket leddvinkelhastigheten synker til under 2% av den maksimale leddvinkelhastighet, eller når ledd høyde overstiger 120 °.
    3. Bestemme starten av leddsenkefasen når vinkelhastigheten synker til under 2% av den minste vinkelhastighet, eller i det punkt hvor ledd høyde faller under 120 °.
    4. Bestemme slutten av senkefasen når vinkelhastigheten overstiger 2% av den minste vinkelhastighet.
  2. Normaliserer dataene ved å interpolere de kinematiske data i hver fase av bevegelsen til 101 datapunkter (figur 9). Se Time_normalisation.m funksjon fil.
  3. Uttrykke scapulær kinematikk i forhold til ledd høyde ved å plotte arm vinkel (grader) vs. oppover rotation (grader) (Figur 10). Se PlotScapHumRhythm.m funksjon fil.

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

Femten deltakere som hadde ingen kjente historie skulder, nakke eller arm skader ble rekruttert til studien (tabell 2). For å vurdere intra-rater (mellom-dag) pålitelighet, deltok deltakerne to datainnsamlings økter atskilt med minst 24 timer og maksimalt 7 dager. Under hver datainnsamling økt, det samme etterforsker utført protokollen for å feste reflekterende markører, acromion markør klyngen og anatomiske landemerke kalibreringer, som beskrevet ovenfor. Påliteligheten av den kinematiske bølgeform oppnådd fra dynamiske studier ble vurdert ved hjelp av koeffisienten av multippel korrelasjon (CMC) 37. Waveform målefeil ble brukt for å vurdere hvor mye feil mellom dager (σ b) 38.

Alder (år) Vekt (kg) Hanight (m) Kroppsmasseindeks (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 01.05 til 01.09 18,3 til 36,5
Menn (n = 8) 25.1 ± 1.5 73.4 ± 9.9 1.8 ± 0.06 23.2 ± 2.4
23-27 62-86 01.07 til 01.09 19,8 til 26,4
Kvinner (n = 7) 24,6 ± 1,5 57 ± 6.3 1.6 ± 0.06 </ Td> 21.9 ± 2.2
23-27 48 til 68,5 154-170 18,3 til 24,2

Tabell 2. Deltaker demografi, gjennomsnitt ± standardavvik (SD) og rekkevidde.

Intra-rater (mellom-dag) pålitelighet produsert høy CMC (> 0,92) for oppover rotasjon og posterior tilt (> 0,69) under humeral heving og senking i alle plan av armbevegelse. Intern rotasjon demonstrert lavere CMC-verdier (0,44 til 0,76) i løpet av alle fly av armen høyde og senking (Tabell 3). Dette ble også reflektert i bølgeform målefeil med generelt lavere feilverdier for oppover rotasjon (σ b = 2,7 ° til 4,4 °) og posterior tilt (σ b = 1,3 ° til 2,8 °), noe som indikerer god pålitelighet, sammenlignet med intern rotasjon ( σ b = 3,9 ° til 7,3 °;) (Tabell 3). Det synes ikke å være noen skjevhet mellom dager, med tilsvarende bølgeform mønstre innhentet for oppover rotasjon, posterior tilt og intern rotasjon under både heving og senking faser (figur 10).

Figur 4
Figur 4. A) Lokal koordinatsystem av acromion markør klynge (AMC) som bestemmes av de tre markører på AMC (AMCO, AMCA, AMCM). B) Lokal koordinatsystem av tryllestaven med de fire markører festet til staven ( M1, M2, M3 og M4). Spissen på staven blir deretter beregnet som et punkt 83 mm fra M1 markør langs X-aksen av staven. C) plasseringen av spissen av staven, som representerer plassering av den anatomiske fjell innenfor det globale koordinatsystem, er bestemt med hensyn til den lokalekoordinatsystemet av AMC. Eksempel kinematiske modellerings kommandoer er gitt for hvert trinn. Dette tallet har blitt forandret fra Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ Måling scapulær kinematikk under armen senke hjelp acromion markør klynge. Hum. Mov. Sci 31, 386-396, doi:. Http: //dx.doi.org/10.1016/j.humov.2011.07.004 (2012).

Figur 5
Figur 5. A) Plasseringen av acromion vinkel fjell med hensyn til det lokale koordinatsystemet til acromion markør klyngen. B) Omdannelsen av acromion vinkel (AA) fjell fra lokalt til det globale koordinatsystemet (svarte akser).

Figur 6
Figur 6. Lokal koordinatsystemav scapula definert av plasseringene av acromion vinkel (AA), medial ryggrad av scapula (TS) og dårligere vinkel (AI) etter International Society of Biomekanikk Anbefalinger. Eksempel kinematiske modellering kommandoer er gitt. Dette tallet har blitt forandret fra Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ Måling scapulær kinematikk under armen senke hjelp acromion markør klynge. Hum. Mov. Sci 31, 386-396, doi:. Http: //dx.doi.org/10.1016/j.humov.2011.07.004 (2012).

Figur 7
Figur 7. Euler vinkel rotasjoner av skulderblad rundt hver akse, med hensyn på brystkassen, etter en rotasjonssekvens for intern dreie (Y), oppadgående rotasjon (X ') og bakre vippe (Z "). Dette tallet har blitt forandret fra Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ Måling scapula r kinematikk under armen senke hjelp av acromion markør klynge. Hum. Mov. Sci 31, 386-396, doi:. Http: //dx.doi.org/10.1016/j.humov.2011.07.004 (2012).

Figur 8
Figur 8. A) ledd heving og senking med starten og slutten av hver fase merket med de grønne stiplede linjene. B) leddvinkelhastighet som brukes til å bestemme starten og slutten av hver fase. Den øverste røde stiplede linjen representerer terskelen anvendes for å bestemme begynnelsen og slutten av høyde fase. Den nederste røde stiplede linjen representerer terskelen anvendes for å bestemme begynnelsen og slutten av senkefasen. Grønne stiplede linjer representerer de punkter hvor vinkelhastigheten overskredet grensene.

ig9highres.jpg "/>
Figur 9. scapular oppover rotasjon under armen høyde som er blitt interpolert over 101 datapunkter for å normalisere med hensyn til tid.

Figur 10
Figur 10. Kinematisk bølgeformer av scapula for dag én (svart) og dag to (grå). Scapulær rotasjoner under sagittal bevegelsesplanet arm vises er; oppadgående bevegelse i elevasjon (A) og redusere fase (B), posterior tilt i elevasjon (C) og senkefasen (D) og intern rotasjon i elevasjon (E) og senking fase (F). Stiplede linjer representerer ± 1 standard avvik.

Scapulær rotasjon Sagittal plan Scapulær planet Frontal plan
CMC Waveform feil CMC Waveform feil CMC Waveform feil
Intern rotasjon Elevation 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
Posterior 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
Intern rotasjon Senking 0,53 ± 0,3 7.0 ° ± 1.4 0,45 ± 0,2 7.2 ° ± 1,1 0,76 ± 0,2 5.4 ° ± 2,9
Oppover rotasjon 0.94 ± 0.0 4.4 ° ± 1,0 0,92 ± 0,1 4,3 ° ±1.1 0,94 ± 0,1 3,9 ° ± 1,7
Posterior 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 = Coefficient av multippel korrelasjon.

Tabell 3. Intra-rater (mellom-dager) påliteligheten av acromion markør klyngen som bestemmes av koeffisienten for multippel korrelasjon og bølgeformfeil.

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

Valg av metode for fastsettelse scapulær kinematikk er avgjørende, og vurdering av gyldigheten, pålitelighet og er egnet til forskningsstudien bør gis. Ulike metoder har blitt tatt i bruk i løpet av litteratur, men hver metode har sine begrensninger. Acromion markør klyngen overvinner en rekke av disse begrensningene, som projeksjonsfeil fra 2D-avbildning, eller som krever gjentatt tolkning av plasseringen av skulderblad ved å gi ikke-invasiv kinematisk dynamisk måling av skulderblad. Imidlertid er AMC-metoden fortsatt utsatt for huden bevegelse gjenstand, spesielt ved høyere arm elevasjonsvinkler og bringer inn spørsmål om gyldigheten av fremgangsmåten ved disse høyere lenestillinger. En tidligere studie som vurderte gyldigheten av metoden skissert i denne studien, har vist at ved arm høyde over 120 grader målefeilen blir for stor, og metoden er ikke lenger gyldig 29. Imidlertid piggeny viste også at når armen går tilbake til en stilling under 120 grader følgende arm høy arm høyde acromion markør klynge metoden er fortsatt gyldig 29. Det er mulig å redusere feilene ved høyere arm elevasjonsvinkler ved å utføre kalibreringen av de anatomiske landemerker med armen 32 hevet. Dette øker imidlertid feilen ved lavere arm elevasjonsvinkler. Derfor er det viktig å vurdere målene med studien som scapulær kinematikk blir bestemt og bestemme den optimale arm høyde posisjon med å kalibrere de anatomiske landemerker.

For en hvilken som helst måleteknikk ansees å være en levedyktig verktøy er det viktig å etablere dens pålitelighet. Dataene som presenteres i denne artikkelen har vist at acromion markør klyngen kan klassifiseres som å ha utmerket til gode mellom-dagers pålitelighet for scapulær oppover rotasjon og posterior tilt hhv. Disse funnene ble observert nårundersøke hele kinematisk bølgeform under heving og senking faser, noe som viser at acromion markør klyngen er en pålitelig metode for måling under begge faser av armbevegelse. I en tidligere studier, hadde den reposisjonering av acromion markør klynge blitt vist å påvirke pålitelighet 27,28, spesielt påliteligheten av scapulær posterior tilt når man sammenligner forskjellige etterforskere. 28 Resultatene fra denne studien viser imidlertid at posterior tilt var en pålitelig måling mellom dager. Forskjeller i metodikk mellom studiet av van Andel (2008) og denne studien som inkluderer type motion capture system (aktiv markør vs. Passiv markør), og design og festested av acromion markør klyngen kan forklare forskjellene observert . I tillegg er det kjent at plasseringen av acromion markør klynge på forskjellige områder av acromion påvirker nøyaktigheten av måleREMENT 31. Selv om denne studien viste god mellom dag pålitelighet, må man være forsiktig når du fester acromion markør klynge til deltakeren å sikre gyldige og pålitelige resultater oppnås.

Selv om god og utmerket pålitelighet ble observert for oppover rotasjon og posterior tilt, intern rotasjon av scapula demonstrerte dårlig å rettferdig pålitelighet når undersøke hele kinematisk bølgeform. Dette er i samsvar med tidligere studier som har også funnet lavere CMC resultater for intern rotasjon (0,82) og større feil (4,3 °) sammenlignet med oppover rotasjon og posterior tilt (CMC = 0.94 og 0.85, feil = 3,3 ° og 3,4 ° henholdsvis ) 39,40. Intern rotasjon er derfor den minst pålitelige av skulderkammen rotasjoner. Grunnen til at intern rotasjon har dårligere pålitelighet kan skyldes den nedre bevegelsesområde (~ 5 °) observert, sammenlignet med andre scapulær rotasjoner. De rapporterte feil i kinematic bølgeformer varierer fra 3,9 ° til 7,3 ° betyr at feilene er i noen tilfeller større enn bevegelsen finner sted. I tillegg, innen deltager variabilitet er iboende stor 3,18,41. Den dårlige pålitelighet kan derfor ikke være et resultat av måleteknikken, men snarere den iboende individuelle variasjon kombinert med et lite bevegelsesområde. Forsiktighet bør utvises ved å undersøke gjentatte målinger av interne scapulær rotasjoner.

Hensikten med måle scapulær kinematikk er å kvantifisere scapulær dyskinesis, som ofte observeres hos pasienter med klinisk skulder impingement en, og deretter vurdere forandringene i scapulær kinematikk følgende behandlingstiltak for å redusere virkningene av anslagsskulderen 30.. Den teknikk som er beskrevet i den foreliggende studie har blitt brukt til å vise forandringer i scapulær kinematikk i en gruppe av individer med anslagsskulderen etter en motor styre opptrening øvelse 30 og har vist seg å være gyldig 29 og pålitelig.

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).
Måling av Dynamic scapular Kinematikk Bruke en acromion Marker Cluster å minimere Skin Bevegelsesartefakt
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