Login processing...

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

Medicine

Måling af Dynamic skulderblad Kinematics Brug af en Acromion Marker Cluster til Minimer Skin Movement Artifact

doi: 10.3791/51717 Published: February 10, 2015

Summary

Denne rapport indeholder oplysninger om, hvordan at vedtage acromion markør klynge metode til at opnå skapular kinematik, når du bruger en passiv markør motion capture-enhed. Som det er blevet beskrevet i litteraturen, denne metode giver et robust, ikke-invasiv, tredimensionale, dynamiske og gyldig måling af skapular kinematik, hvilket minimerer hud bevægelse artefakt.

Abstract

Målingen af ​​dynamiske skapular kinematik er kompleks på grund af den glidende karakter af bovbladet under hudoverfladen. Formålet med undersøgelsen var tydeligt at beskrive acromion markør klynge (AMC) metode til bestemmelse skapular kinematik, når du bruger en passiv markør motion capture-system, med hensyn til de fejlkilder, som kan påvirke gyldigheden og pålideligheden af ​​målinger. AMC fremgangsmåde involverer at placere en klynge af markører over bageste acromion og gennem kalibrering af anatomiske kendetegn med hensyn til markøren klynge er det muligt at opnå gyldige målinger af skapular kinematik. Pålideligheden af ​​fremgangsmåden blev undersøgt mellem to dage i en gruppe af 15 raske individer (i alderen 19-38 år, otte mænd), da de udførte arm elevation, til 120 °, og sænkning i frontal, skulderblad og isseplanerne. Resultaterne viste, at mellem-dages pålidelighed var godt for opadgående skulderblad rotation (Koefficient af Multiple Korrelation; CMC = 0,92) og posterior tilt (CMC = 0,70), men fair til intern rotation (CMC = 0,53) under armen elevation fase. Den bølgeform fejl var lavere for opadgående rotation (2,7 ° til 4,4 °) og posterior tilt (1,3 ° til 2,8 °) i forhold til intern rotation (5,4 ° til 7,3 °). Pålideligheden i en sænkning fase var sammenlignelig med resultater observeret under elevation fase. Hvis proceduren skitseret i denne undersøgelse overholdes, AMC giver en pålidelig måling af opadgående rotation og posterior tilt under elevation og sænkning faser af arm bevægelse.

Introduction

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

Mål, kvantitativ måling af skapular kinematik kan give en vurdering af unormale bevægelsesmønstre forbundet med skulder dysfunktion 1, såsom reduceret opadgående rotation og posterior tilt under arm elevation observeret i skulder impingement 2-8. Måling af skapular kinematik er imidlertid vanskelig på grund af knoglen dybe position og glidende karakter under hudoverfladen 1. Typiske kinematiske målemetoder til fastgørelse reflekterende markører end anatomiske landemærker ikke i tilstrækkelig grad spore scapula som den glider under huden overflade 9. Der er vedtaget forskellige metoder i hele litteraturen at overvinde disse vanskeligheder, herunder; imaging (røntgen eller magnetisk resonans) 10-14, goniometre 15,16, knoglestifter 17-22, manuel palpering 23,24, og acromion metode 3,5,19,25. Hver metode har imidlertid sine begrænsninger, som omfatter: exeksponeres for stråling, projektion fejl i tilfælde af todimensionale billede baseret analyse, kræver gentagne subjektiv fortolkning af placeringen af scapula er statisk i naturen eller er meget invasive (f.eks knoglestifter).

En løsning til at overvinde nogle af disse vanskeligheder er at anvende acromion metode, hvor en elektromagnetisk sensor er fastgjort til den flade del af acromion 25, en flad del af ben, der strækker sig fortil på det mest laterale del af bovbladet fører fra ryggen af scapula. Princippet idé bag ved hjælp acromion metode er at reducere hudens bevægelse artefakt, som acromion har vist sig at have den mindste mængde af huden bevægelse artefakt i forhold til andre steder på scapula 26. Acromion metode er ikke-invasiv og giver dynamisk tredimensional måling af skapular kinematik. Validation undersøgelser har vist acromion metode til at være gyldige op til 120 ° under armen elevation fase ved brug af elektromagnetiske sensorer 17,27. Ved brug af markør baseret motion capture udstyr en række markører arrangeret i en klynge, acromion markør klynge (AMC), der kræves, og har vist sig at være gyldig, når du bruger en aktiv-markør motion capture-system 28 og samtidig at bruge en passiv-markør motion capture-system under arm elevation og arm sænkning 29.

Anvendelsen af AMC med en passiv markør motion capture indretning til måling skapular kinematik er blevet anvendt til at vurdere ændringer i skapular kinematik efter en intervention for at løse skulder impingement 30. Den gyldige brug af denne metode, afhænger imidlertid af evnen til præcist at anvende den klynge af markører, der som vist i stand til at påvirke resultatet 31, kalibrere anatomiske landemærker 32 og sikrer armbevægelser er inden et gyldigt vifte af bevægelse (dvs. under 120 ° arm elevation) 29. Deter også blevet foreslået Genansøgningen af markøren klynge, ved anvendelse af en aktiv markør baseret motion capture system viste sig at være kilden til øget fejl for skulderblad posterior tilt 28. Det er derfor vigtigt at fastslå mellem dag pålidelighed acromion metode til at sikre, at den tilvejebringer en stabil måling af skapular kinematik. Sikring af, at målingerne er pålidelige vil give ændringer i skapular kinematik, på grund af en intervention, for eksempel, der skal måles og undersøges. De metoder, der anvendes til at måle skapular kinematik er blevet beskrevet andetsteds 29,33; formålet med denne undersøgelse var at give en trin-for-trin vejledning og reference værktøj for anvendelsen af ​​disse metoder ved hjælp af en passiv-markør motion capture-system, med hensyn til de potentielle fejlkilder, og at undersøge pålideligheden af ​​målemetoden .

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

BEMÆRK: Brugen af ​​menneskelige deltagere blev godkendt af Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet etiske komité ved University of Southampton. Alle deltagere underskrevet samtykke formularer før dataindsamlingen påbegyndes. For data i denne undersøgelse kinematik blev registreret ved hjælp af en passiv markør motion capture, der består af 12 kameraer; seks 4-megapixel kameraer og seks 16-megapixel kameraer, der opererer på frekvens på 120 Hz sampling.

1. Deltager Forberedelse

  1. Spørg emner til at fjerne deres overkroppen tøj eller til at bære en sports-bh, vest, eller stropløs top. Det er vigtigt, at tøj ikke forstyrrer bevægelsen af ​​markører eller okkludere markører fra visningen af ​​kameraerne.
  2. Konstruér en acromion markør klynge bestående af en L-formet stykke plastic 70 mm i længden langs hver aspekt. Fastgør tre retroreflekterende markører til AMC, en på enden af ​​hver ende af hvert aspekt, og en, hvor eACH aspekt mødes (figur 1).
  3. Fastgør acromion markør klynge (AMC) på den bageste del af acromion hvor acromion opfylder skulderblad rygsøjlen ved hjælp af dobbeltklæbende tape. Et aspekt af pladen skal følge rygsøjlen af bovbladet peger medialt, bør det andet punkt forreste til skulderblad plan (figur 1).
  4. Sæt en klynge markør indstillet til overarmen hjælp stropper (figur 2).
  5. Vedhæft retroreflekterende markører på følgende anatomiske landemærker på anbefalet af International Society of Biomechanics 33 (figur 1 og 2): Sternal hak (IJ; Dybeste fælles af brystbenet hak), formet som et sværd proces (PX; Mest caudale punkt på brystbenet), C7 (spinosus proces med C7 ryghvirvel), T8 (spinosus proces for T8 ryghvirvel), sternoclavicular joint (SC; Mest ventral punkt på sternoclavicular fælles), Radial styloid (Most caudale point på den radiale styloid), og Ulnar styloid (Most caudale punkt på ulnar styloid).

Figur 1
Figur 1:. Placering af acromion markør klynge, C7 og T8 anatomiske markører Dette tal er blevet ændret fra Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ Måling skapular kinematik under armen sænkes ved hjælp af 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: markørplaceringer til brystbenet hak (IJ), formet som et sværd proces (PX), sternoclavicular (SC), overarm klynge, ulnar styloid (US), radial styloid (RS).

2. Participant Calibration

BEMÆRK: Steder af bovbladet anatomiske landmærker skal bestemmes med hensyn til acromion markør klynge. Kalibrering af landemærker er påkrævet for hver deltager.

  1. Der tegnes en kalibrering tryllestav, der består af fire reflekterende markører placeret i en 'T' dannelse (figur 3). Mål afstanden fra spidsen af ​​kalibreringen staven til den første wand markør.
  2. Palpere og find følgende anatomiske landemærker som anbefalet af International Society of Biomechanics 33. Placér spidsen af kalibreringen tryllestav på vartegn (figur 3). Capture tre sekunder data med motion capture system, der sikrer markører på staven, AMC og overarm klynge er alle synlige for kameraerne.
    1. Acromioclavicular fælles (AC) - Placer en hånd på kravebenet, derefter flytte til siden, indtil det punkt, hvor kravebenet når acromion.Placér spidsen af ​​staven ved samlingen mellem kravebenet og acromion.
    2. Acromion vinkel (AA) - palpere langs rygsøjlen af ​​bovbladet til de mest laterale punkt. Placér spidsen af staven på den dorsale aspekt af acromion på det mest laterale punkt (figur 3).
    3. Medial ryggen af ​​scapula (TS) - palpere langs rygsøjlen af ​​bovbladet til de mest mediale punkt. Placér spidsen af ​​staven på det punkt, hvor rygsøjlen opfylder den mediale grænse af bovbladet.
    4. Inferior vinkel af bovbladet (AI) - palpere inferiorly langs den mediale kant af scapula. Placér spidsen af ​​staven på den mest kaudale punkt af bovbladet.
    5. Medial epicondyle (EM) - Med deltagerens albue i 90 ° fleksion peger fremad, med deres tommelfinger opad, placere en hånd på den mediale side af albuen for at finde den mediale epicondyle. Placér spidsen af ​​staven på den mest kaudale punkt af den mediale epicondylus. Lateral epicondyles (EL) - med deltagerens albue i 90 ° fleksion peger fremad, med deres tommelfinger opad, placere en hånd på den laterale side af albuen for at finde den laterale epicondyle. Placér spidsen af ​​staven på den mest kaudale punkt af den laterale epicondylus.
  3. For at bestemme glenohumeral fælles center, bede deltageren at udføre en circumduction med deres overarm med albuen trukket helt ud, fra nul grader arm elevation til ca. 40 ° arm elevation. De skal udføre denne bevægelse, samtidig sigter mod at minimere forlængende / tilbagetrækning og elevation / depression af skulderen kompleks; investigator kan yde bistand, hvis det er nødvendigt. Optag denne bevægelse i ca. 30 sek.

Figur 3
Figur 3: Kalibrering tryllestav brugesat lokalisere anatomisk benede milepæl med hensyn acromion markør klynge (AMC).

3. Eksperiment Protocol

  1. Spørg deltager til at udføre arm elevation fra nul til 120 ° arm elevation, og sænk armen tilbage ned til hvile ved deres side i det sagittale, frontale og skulderblad fly. Skulderblad plan er cirka 40 ° forreste til det frontale plan.

4. Efterbehandling af Kinematisk data

BEMÆRK: Følgende trin detaljeret procedure er nødvendig for at beregne skapular kinematik under dynamisk bevægelse forsøg. Disse trin er blevet beskrevet og udforsket udførligt i litteraturen 21,33,34 og formålet med det følgende afsnit er at give en syntese og trin-for-trin guide til at gennemføre de modellering nødvendige skridt til at opnå skapular kinematik. Anvendelsen af ​​disse trin udføres i relevant kinematisk modellering software. Den software contakommandoer ins for at muliggøre etableringen af ​​lokale koordinatsystemer, konvertering af koordinater fra et globalt og lokalt koordinatsystem, konvertering af koordinater fra lokal til global koordinatsystemer og beregning af Euler vinkler rotationer. Disse skridt vil gøre det muligt scapula, humerus og brystkasse skal defineres som stive legemer. Efterfølgende rotation af bovbladet med hensyn thorax og humerus med hensyn thorax kan derefter bestemmes.

  1. Brug af koordinaterne for markører på AMC definere en vilkårlig lokal koordinatsystem til AMC (figur 4a). For hver skapularet anatomiske skelsættende kalibrering forsøg bestemme placeringen af ​​spidsen af ​​staven, som repræsenterer placeringen af ​​anatomiske lokalitet, med hensyn til den lokale koordinatsystem på AMC under anvendelse af de følgende trin.
    BEMÆRK: Kinematisk modellering software indeholder kommandoer til, at oprettelsen af ​​lokale koordinatsystemer og ombygning af koordinater fra et globalttil en lokal koordinater, se figur 4 for eksempel kommandoer.
    1. Brug markører på staven for at oprette et lokalt koordinatsystem for staven (figur 4a) ved hjælp af følgende kommando i den kinematiske modellering software: AMC = [AMCO, AMCA-AMCO, AMCO-AMCM, xyz], hvor AMCO, AMCA og AMCM er etiketterne givet til markeringer på AMC.
    2. Ved hjælp af kinematiske modeling software beregner placeringen af ​​spidsen af ​​staven i det globale koordinatsystem. I eksemplet er 83 mm fra markøren 1 (M1) langs X-aksen af staven (figur 4B); bruge kommandoen: Wand = [M1, M1-M2, M3-M4, xyz] og Wandtip = M1 + {83,0,0} * ATTITUDE (Wand) hvor M1, M2, M3 og M4 er etiketterne givet til markørerne på staven.
    3. Bestemme placeringen af spidsen af staven i forhold til den lokale koordinatsystem af AMC ($% AA) (figur 4c) med modellering kommandoer: $% AA = WandTip / AMC og PARAM ($% AA).
    4. Gentag trin 4.1.1 til 4.1.3 for hver skulderblad anatomiske vartegn.
    5. Bestemme placeringen af ​​den mediale og laterale epicondyles med hensyn til humerus markør klynge, i stedet for AMC, ved hjælp af anvendelse af de ovennævnte trin.
  2. Brug dynamisk kalibrering forsøg at beregne placeringen af ​​glenohumeral fælles center med hensyn til bovbladet. Beregne positionen af ​​glenohumeral fælles center, med hensyn til bovbladet, som drejepunkt den spiralformede akse mellem humerus og scapula. For flere detaljer om denne teknik henvises til Veeger 35.
  3. Beregn albueleddet centrum (ELJC) som midten af ​​afstanden mellem den laterale (EL) og mediale epicondyles (EM) af humerus; ELJC = (EM + EL) / 2.
  4. Ved de dynamiske forsøg bruge den kendte position af de anatomiske kendetegn med hensyn til AMC at bestemme placeringen af de anatomiske kendetegn i den globale koordinatsystem (figur 5).
    figur 5 for eksempel kommandoer.
    1. Der henvises til Figur 5a, som viser placeringen af acromion vinkel skelsættende med hensyn til AMC ($% AA), som beskrevet i punkt 4.1.
    2. Konverter placeringen af $% AA virtuel markør til det globale koordinatsystem for hvert tidspunkt under den dynamiske forsøg på at skabe acromion vinkel (AA) milepæl (figur 5B) ved hjælp af følgende kinematiske modellering kommando: AA = $% AA * AMC og OUTPUT (AA).
    3. Gentag trin 4.4.2 for hver anatomisk vartegn.
  5. Definer et lokalt koordinatsystem for brystkassen og skulderbladet ved at beregne enheden vektorer mellem de relevante markører til at repræsentere hver akse for en given stift legeme ved hjælp af følgende kinematisk modellering kommando: scapula = [AA, TS-AA, AA-AI, zxy] . Thorax = [IJ, MUTHX-MLTHX, IJ-C7, yzx], hvor MUTHX er midtpunktet mellem IJ og C7 vartegn og MLTHX er midtpunktet mellem vartegn PX og T8.
    BEMÆRK: Definitionen akser er baseret på International Society of Biomechanics '(ISB) henstillinger 33 (tabel 1 og figur 6).
    1. Ved hjælp af en lignende metode, definere en lokal koordinatsystem til humerus hjælp "Mulighed 2" som anbefalet af ISB 33.
      BEMÆRK: Mulighed 2 kræver en tilstrækkelig plan dannet af den gleohumeral fælles center, albue fælles center og ulna styloid, dvs. en vis albue flexion er påkrævet. Hvis deltageren nærmer fuld albue forlængelse, kan overarm akser blive ustabilt, og derfor bør anvendes "Mulighed 1" (tabel 1). Se Wu et al. (2005) for yderligere detaljer.
  6. Bestemme orienteringen af ​​bovbladet forhold til thorax for hvert tidspunkt under den dynamiske forsøgved brug af Euler vinkel nedbrydning metode med en rotation sekvens af intern rotation (Y), opadgående rotation (X) og posterior tilt (Z '') 33 ved hjælp af følgende kinematisk modellering kommando: ScapularKin = - <Thorax, skulderblad, yxz> ( figur 7).
  7. Bestemme orienteringen af humerus i forhold til thorax under den dynamiske forsøg under anvendelse af en ikke-kar- rotation sekvens af Y (plan elevation), X '(elevation), og Y' (aksial rotation) 36 under anvendelse af relevante kinematiske modeling software.
    BEMÆRK: En makro er tilgængelig til download fra producenten for at fastslå ikke-Kardankryds rotation sekvenser i den kinematiske modellering software, der anvendes i dette manuskript.

Tabel 1
MUTHX = midtpunktet mellem IJ og C7. MLTHX = midtpunktet mellem PX og T8. GH = glenohumeral fælles center. ELJC = albueleddet center.

Matematiske operatorer:

^ = Cross produkt af to vektorer

|| = Absolutte værdi af en vektor

Tabel 1: Local koordinatsystem for hvert stift segment.

5. databehandling og analyse

Bemærk: Følgende reduktion af data og analyse trin udføres i numerisk modellering software (såsom Matlab), der tillader manipulation af data matricer. Den kinematiske data er opdelt i højden og sænkning faser af overarm bevægelse, tid normaliseret for hver fase af bevægelse, så skapular kinematik udtrykkes i forhold til overarm elevation vinkel.

  1. Bestem elevation og sænkning fase overarm elevation som beskrevet nedenfor (figur 8). Disse faser bestemmes ud fra vinkelhastigheden af overarm elevation vinkel (figur 8). Se ElevationLoweringPhases.m funktionfil.
    1. Bestem starten af ​​humeral elevation når vinkelhastigheden af ​​humerus overstiger en tærskel 2% af den maksimale overarm vinkelhastighed.
    2. Bestemme slutningen af ​​elevation fase som det punkt, hvor overarm vinkelhastighed falder under 2% af den maksimale overarm vinkelhastighed, eller når overarm elevation overstiger 120 °.
    3. Bestem starten af ​​overarm sænkning fase, hvor vinkelhastigheden falder under 2% af den minimale vinkelhastighed, eller det tidspunkt, hvor overarm elevation falder under 120 ° C.
    4. Bestemme slutningen af ​​sænkningen fase, hvor vinkelhastigheden overstiger 2% af den mindste vinkelhastighed.
  2. Normalisere data ved at interpolere de kinematiske data i hver fase af bevægelsen til 101 datapunkter (figur 9). Se Time_normalisation.m funktion fil.
  3. Hurtig skapular kinematik i forbindelse med humeral elevation ved at plotte armen vinkel (grader) vs. opad rotation (grader) (figur 10). Se PlotScapHumRhythm.m funktion 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 deltagere, der ikke havde kendt historie skulder, nakke eller arm skader blev rekrutteret på undersøgelsen (tabel 2). For at vurdere intra-rater (mellem-dag) pålidelighed, deltagerne deltog to dataindsamling sessioner adskilt af mindst 24 timer og højst 7 dage. Under hver dataindsamling session, den samme investigator udførte protokollen til fastgørelse reflekterende markører, acromion markør klynge og anatomiske skelsættende kalibreringer, som beskrevet ovenfor. Pålideligheden af den kinematiske bølgeform opnået fra dynamiske forsøg blev vurderet ved anvendelse koefficient af multipel korrelation (CMC) 37. Waveform målefejl blev anvendt til at vurdere mængden af fejl mellem dage (σ b) 38.

Alder (år) Vægt (kg) Hanight (m) Body mass index (kg / m²)
(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
Hanner (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
Hunner (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. DELTAGER demografi, gennemsnit ± standardafvigelse (SD) og rækkevidde.

Den intra-Rater (mellem-dag) pålidelighed produceret høj CMC (> 0,92) for opadgående rotation og posterior tilt (> 0,69) under overarm elevation og sænkning i alle planer arm bevægelse. Intern rotation påvist lavere CMC-værdier (0,44 til 0,76) i alle planer arm elevation og sænkning (tabel 3). Dette kom også til udtryk i bølgeform målefejl med generelt lavere fejl værdier for opadgående rotation (σ B = 2,7 ° til 4,4 °) og posterior tilt (σ b = 1,3 ° til 2,8 °), hvilket indikerer god pålidelighed, sammenlignet med intern rotation ( σ b = 3,9 ° til 7,3 °;) (Tabel 3). Der syntes ikke at være nogen skævhed mellem dage, med lignende bølgeform mønstre opnået for opadgående rotation, posterior tilt og intern rotation både under elevation og sænkning faser (figur 10).

Figur 4
Figur 4. A) Lokalt koordinatsystem af acromion markør klynge (AMC), bestemt ved de tre markører på AMC (AMCO, AMCA, AMCM). B) lokale koordinatsystem af staven ved hjælp af de fire markører knyttet til staven ( M1, M2, M3, og M4). Spidsen af staven efterfølgende beregnes som et punkt 83 mm fra M1 markør langs X-aksen af staven. C) Placeringen af spidsen af staven, som repræsenterer placeringen af anatomiske lokalitet i den globale koordinatsystem, er bestemt med hensyn til den lokalekoordinatsystem af AMC. Eksempel kinematiske modellering kommandoer gives for hvert trin. Dette tal er blevet ændret fra Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ Måling skapular kinematik under armen sænkes ved hjælp af 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) Placeringen af acromion vinkel skelsættende i forhold til det lokale koordinatsystem af acromion markør klynge. B) Omdannelsen af acromion vinkel (AA) milepæl fra det lokale til det globale koordinatsystem (sorte akser).

Figur 6
Figur 6. Lokalt koordinatsystemaf bovbladet defineret af placeringerne af acromion vinkel (AA), mediale ryggen af ​​scapula (TS) og ringere vinkel (AI) efter International Society of Biomechanics anbefalinger. Eksempel kinematiske modellering kommandoer leveres. Dette tal er blevet ændret fra Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ Måling skapular kinematik under armen sænkes ved hjælp af 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 rotationer af bovbladet omkring hver akse, med hensyn til brystkassen, efter en rotation sekvens af intern rotation (Y), opadgående rotation (X) og posterior tilt (Z "). Dette tal er blevet ændret fra Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ Måling scapula r kinematik under armen sænkes ved hjælp af 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) humerale elevation og sænkning med starten og slutningen af hver fase angivet ved det grønne stiplede linjer. B) humerale vinkelhastighed anvendes til at bestemme begyndelsen og slutningen af hver fase. Den øverste røde stiplede linje repræsenterer den tærskelværdi, der anvendes til at bestemme begyndelsen og slutningen af ​​elevation fase. Den nederste røde stiplede linje repræsenterer den tærskelværdi, der anvendes til at bestemme begyndelsen og slutningen af ​​sænkningen fase. Green stiplede linjer repræsenterer de punkter, hvor vinkelhastigheden overskredet tærskelværdierne.

ig9highres.jpg "/>
Figur 9. skulderblad opadgående drejning under arm elevation, der er interpoleret på 101 datapunkter at normalisere med hensyn til tid.

Figur 10
Figur 10. Kinematisk bølgeformer af bovbladet for dag (sort) og dag to (grå). Skulderblad rotationer under sagittalplan arm bevægelse viste er; opadgående rotation i højden (A) og sænke fase (B), posterior tilt i højden (C) og sænke fase (D) og det indre rotation under elevation (E) og sænke fase (F). Stiplede linjer repræsenterer ± 1 standardafvigelse.

Skulderblad rotation Sagittalplan Skulderblad plan Frontalplanet
CMC Waveform fejl CMC Waveform fejl CMC Waveform fejl
Intern rotation 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 rotation Sænkning 0,53 ± 0,3 7,0 ° ± 1,4 0,45 ± 0,2 7,2 ° ± 1,1 0,76 ± 0,2 5,4 ° ± 2,9
Opadgående rotation 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 = koefficient for multiple korrelation.

Tabel 3. Intra-rater (mellem-dage) pålideligheden af acromion markør klynge som bestemt ved koefficienten af multipel korrelation og bølgeform fejl.

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

Valget af metode til bestemmelse skapular kinematik er afgørende, og der bør overvejes af gyldigheden, pålideligheden og dens relevans for forskningsundersøgelse. Er blevet vedtaget Forskellige fremgangsmåder hele litteraturen, men hver metode har sine begrænsninger. Acromion markør klynge overvinder en række af disse begrænsninger, såsom projektion fejl fra 2D eller kræver gentagen fortolkning af placeringen af ​​bovbladet ved at tilvejebringe ikke-invasiv dynamisk kinematiske måling af scapula. , AMC-metoden er dog stadig modtagelige for huden bevægelse artefakt, især ved højere arm elevation vinkler og bringer tvivl om gyldigheden af ​​metoden på disse højere arm positioner. En tidligere undersøgelse, der vurderede gyldigheden af den metode, der er skitseret i nærværende undersøgelse har vist, at der på arm elevation over 120 grader målingen fejl bliver for stor, og den metode ikke længere er gyldig 29. Imidlertid tappeny viste også, at når armen vender tilbage til en stilling under 120 grader efter arm høj arm elevation acromion markør klynge metode fortsat gyldig 29. Det er muligt at reducere fejl ved større arm elevation vinkler ved at udføre kalibrering af de anatomiske vartegn med armen hævet 32. Men det øger fejl ved lavere arm elevation vinkler. Derfor er det vigtigt at overveje målene for undersøgelsen, hvortil skapular kinematik bliver bestemt, og beslutte den optimale arm elevation position med til at kalibrere de anatomiske vartegn.

For at en måleteknik til at blive betragtet som en levedygtig værktøj er det vigtigt at fastslå dens pålidelighed. Dataene i den nuværende papir har vist, at acromion markør klynge kan klassificeres som havende fremragende til god mellem-dages pålidelighed for skulderblad opadgående rotation og posterior tilt hhv. Disse fund blev observeret, nårundersøge hele kinematiske bølgeform under elevation og sænkning faser, hvilket viser, at acromion markør klynge er en pålidelig målemetode under begge faser af arm bevægelse. I et tidligere undersøgelser havde repositionering af acromion markør klynge vist sig at påvirke pålideligheden 27,28, især pålideligheden af skulderblad posterior tilt, når man sammenligner forskellige undersøgere. 28 Resultaterne fra denne undersøgelse imidlertid vise, at bageste tilt var en pålidelig måling mellem dage. Forskelle i metodologi mellem studiet af van Andel (2008) og den nuværende undersøgelse, som omfatter den type motion capture-system (aktiv markør vs. Passiv markør), og designet og bindingssted af acromion markør klynge kan forklare den observerede forskelle . Desuden er det kendt, at positioneringen af ​​acromion markør klynge på forskellige områder af acromion påvirker nøjagtigheden af ​​measuMåle- 31. Selv om den nuværende undersøgelse viste god mellem dag pålidelighed, skal man være omhyggelig, når du sætter acromion markør klynge til deltageren at sikre, at der opnås valide og pålidelige resultater.

Selv god og fremragende pålidelighed blev observeret for opadgående rotation og bageste tilt, intern rotation af scapula demonstreret fattige til rimelig pålidelighed ved undersøgelsen af ​​hele kinematiske bølgeform. Dette er i overensstemmelse med tidligere undersøgelser, der har også fundet lavere CMC resultater for intern rotation (0,82) og større fejl (4,3 °) sammenlignet med opadgående rotation og posterior tilt (CMC = 0,94 og 0,85, fejl = 3,3 ° og 3,4 ° henholdsvis ) 39,40. Intern rotation er derfor de mindst pålidelige af skulderblad rotationer. Grunden indadrotation har ringere pålidelighed kan skyldes det nedre område for bevægelse (~ 5 °) observeret i forhold til andre skapular rotationer. De indberettede fejl i Kinematic bølgeformer spænder fra 3,9 ° til 7,3 ° betyder, at de fejl, er i visse tilfælde større end den bevægelse, der finder sted. Desuden inden deltager variabilitet er iboende stor 3,18,41. Den ringe pålidelighed kan derfor ikke være et resultat af den måleteknik, men den iboende variabilitet kombineret med et lille udvalg af bevægelse. Der bør udvises forsigtighed ved undersøgelsen gentagne målinger af interne skapular rotationer.

Formålet med at måle skapular kinematik er at kvantificere skulderblad dyskinesi, som ofte observeres klinisk hos patienter med skulder impingement 1, og efterfølgende vurdere ændringer i skapular kinematik følgende behandlingsformer interventioner for at mindske virkningerne af skulder impingement 30. Teknikken beskrevet i den foreliggende undersøgelse er blevet anvendt til at påvise ændringer i skapular kinematik i en gruppe af personer med skulder impingement efter en motor kontrol omstilling motion 30 og har vist sig at være gyldig 29 og pålidelige.

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 af Dynamic skulderblad Kinematics Brug af en Acromion Marker Cluster til Minimer Skin Movement Artifact
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