Login processing...

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

Medicine

Mätning av Dynamic Scapular kinematik Använda en acromion Marker Cluster att Minimera Skin Move Artifact

doi: 10.3791/51717 Published: February 10, 2015

Summary

Denna rapport presenterar information om hur man anta acromion markör kluster metod för att få skulderblad kinematik vid användning av en passiv markör motion capture enhet. Såsom har beskrivits i litteraturen, ger denna metod en robust, icke-invasiv, tre-dimensionell, dynamisk och giltig mätning av skulderblad kinematik, minimera hud rörelse artefakt.

Abstract

Mätningen av dynamiska skulderblad kinematik är komplex på grund av den glidande typen av scapula under hudytan. Syftet med studien var att tydligt beskriva acromion markör klustret (AMC) metod för bestämning av skulderblad kinematik vid användning av en passiv markör motion capture-system, med hänsyn till de felkällor som kan påverka giltigheten och tillförlitligheten i mätningarna. AMC-metoden innebär att placera ett kluster av markörer över den bakre acromion och genom kalibrering av anatomiska landmärken med avseende på markör klustret är det möjligt att erhålla giltiga mätningar av skulderblad kinematik. Tillförlitligheten av metoden undersöktes mellan två dagar i en grupp av 15 friska individer (åldrarna 19-38 år, åtta män) som de utförda armen höjd, till 120 °, och sänker i frontala, skulderblad och sagittala plan. Resultaten visade att mellan-dagars tillförlitlighet var bra för uppåt skulderblad rotation (koefficient Multiple Korrelation; CMC = 0,92) och bakre lutning (CMC = 0,70) men rättvis för inåtrotation (CMC = 0,53) under armen höjd fasen. Felet vågformen var lägre för uppåtrotation (2,7 ° till 4,4 °) och posterior lutning (1,3 ° till 2,8 °), jämfört med inåtrotation (5,4 ° till 7,3 °). Tillförlitlig under sänkningen fasen var jämförbar med resultaten som observerats under höjdfasen. Om det protokoll som beskrivs i denna studie följs, ger AMC en tillförlitlig mätning av uppåtrotation och bakre lutning under höjd och sänk faser av armrörelse.

Introduction

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

Mål, kvantitativ mätning av skulderblad kinematik kan ge en bedömning av onormala rörelsemönster i samband med skulderdysfunktion 1, såsom minskad uppåt rotation och bakre lutning under armen höjd observerats i axel impingement 2-8. Mätning av skulderblad kinematik är emellertid svårt på grund av benets djupa position och glida natur under hudytan 1. Typiska kinematiska mätteknik för att fästa reflekterande markörer över anatomiska landmärken inte adekvat spåra skulderblad som det glider under huden ytan 9. Olika metoder har antagits i hela litteraturen för att övervinna dessa svårigheter, inklusive; imaging (röntgen eller magnetisk resonans) 10-14, goniometrar 15,16, benstift 17-22, manuell palpation 23,24, och acromion metod 3,5,19,25. Varje metod har emellertid sina begränsningar vilka inkluderar: exexponering för strålning, projektions fel i fallet med tvådimensionell bild baserad analys, kräver upprepade subjektiv tolkning av platsen för skulderbladet, är statiska till sin natur eller är mycket invasiva (t.ex. benstift).

En lösning för att övervinna några av dessa svårigheter är att använda acromion metod där en elektromagnetisk sensor är ansluten till den platta delen av acromion 25, en plan del av ben som sträcker sig anteriort på den mest laterala delen av scapula leder från ryggraden av skulderbladet. Principen Tanken bakom att använda acromion metoden är att minska hudens rörelse artefakt, som acromion har visat sig ha den minsta mängden hud rörelse artefakt jämfört med andra platser på skulderbladet 26. Acromion Metoden är icke-invasiv och tillhandahåller dynamisk tredimensionell mätning av skulderblad kinematik. Valideringsstudier har visat acromion metoden att gälla upp till 120 ° under armen elevation fas vid användning elektromagnetiska sensorer 17,27. Vid användning av markörbaserad rörelse inspelningsenheter en rad markörer arrangerade i ett kluster, acromion markör klustret (AMC), krävs och har visat sig vara giltig när du använder en aktiv-markör motion capture-system 28 och samtidigt använder en passiv-markör motion capture-system under armen höjd och arm sänkning 29.

Användningen av AMC med en passiv markör motion capture enhet för mätning av skulderblad kinematik har använts för att bedöma förändringar i skulderblad kinematik efter ett ingripande för att ta itu skuldra impingement 30. Den giltiga användningen av denna metod, dock beror på förmågan att korrekt tillämpa kluster av markörer, varav har visat den position att påverka resultat 31, kalibrera anatomiska landmärken 32 och säkerställer armrörelser är inom ett giltigt rörelseomfång (dvs. under 120 ° armen höjd) 29. Dethar också föreslagits att återapplicering av markör klustret, när du använder en aktiv markör baserad motion capture-system, befanns vara källan till ökad felet för skulderblad posterior tilt 28. Det är därför viktigt att fastställa mellan dagars tillförlitlighet acromion metod för att säkerställa att det ger en stabil mått på skulderblad kinematik. Att säkerställa att mätningarna är tillförlitliga kommer att möjliggöra förändringar i skulderblad kinematik, på grund av en intervention, till exempel, som ska mätas och undersökas. De metoder som används för att mäta skulderblad kinematik har beskrivits på annat håll 29,33; Syftet med föreliggande studie var att ge en steg-för-steg-guide och referensverktyg för att tillämpa dessa metoder använder en passiv-markör motion capture-system, med hänsyn till de potentiella felkällor, och att undersöka tillförlitligheten i mätmetoden .

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

OBS: Användning av mänskliga deltagare godkändes av Hälsouniversitetet etikkommitté vid universitetet i Southampton. Alla deltagare undertecknade samtycke former före datainsamling påbörjades. För de uppgifter som presenteras i denna studie kinematik registrerades med hjälp av en passiv markör motion capture-system bestående av 12 kameror; sex 4-megapixel kameror och sex 16-megapixel kameror som arbetar vid samplingsfrekvens på 120 Hz.

1. Deltagare Framställning

  1. Be ämnen att ta bort överkroppen kläder eller att bära en sport-bh, väst, eller axelbandslös topp. Det är viktigt att kläderna inte stör rörelsen av markörerna eller täppa markörer från synen på kamerorna.
  2. Konstruera en acromion markör kluster bestående av ett "L" formad plastbit 70 mm i längd längs varje aspekt. Fäst tre retroreflektiva markörer till AMC, ett på änden av varje ände av varje aspekt och ett där earje aspekt möts (figur 1).
  3. Fäst acromion markör klustret (AMC) på den bakre delen av acromion där acromion möter skulderblads ryggraden, med användning av dubbelhäftande tejp. En aspekt av plattan bör följa ryggraden på skulderbladet pekar medialt, bör den andra pekar anterior till skulderbladsplanet (Figur 1).
  4. Bifoga ett kluster markör inställd till överarm med hjälp av remmar (Figur 2).
  5. Bifoga retroreflektiva markörer på följande anatomiska landmärken vid rekommenderas av International Society of Biomechanics 33 (figur 1 & 2): Sternal hack (IJ; Djupast gemensamt av sternala notch), xiphoid process (PX; Mest caudal punkt på bröstbenet), C7 (ryggkotornas process av C7 kotan), T8 (ryggkotornas processen för T8 kotan), sternoclavicular leden (SC; Mest ventral punkt på sternoclavicular leden), Radial styloid (Mest caudal point på radiella styloid), och Armbågsbenskomponenten styloid (Mest caudal punkt på ulnar styloid).

Figur 1
Figur 1:. Position för acromion markör klustret, C7 och T8 anatomiska markörer Denna siffra har modifierats Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ Mätning skulderblad kinematik under armen sänkning med acromion markören klustret Hum.. Mov. Sci 31, 386-396, doi:. Http: //dx.doi.org/10.1016/j.humov.2011.07.004 (2012).

Figur 2
Figur 2: Marker platser för sternala skåran (IJ), xiphoid process (PX), sternoclavicular (SC), överarmen kluster, ulnar styloid (US), radial styloid (RS).

2. DELTAGAREt Kalibrering

OBS: Platser av scapula s anatomiska landmärken måste bestämmas med avseende på acromion markören klustret. Kalibrering av de landmärken som krävs för varje deltagare.

  1. En kalibrerings trollspö som består av fyra reflekterande markörer placeras i ett "T" formation (Figur 3). Mät avståndet från spetsen av kalibreringsstaven till den första staven markör.
  2. Palpera och lokalisera följande anatomiska landmärken som rekommenderas av International Society of Biomechanics 33. Placera spetsen på kalibrerings trollspö på landmärke (Figur 3). Fånga tre sekunder av data med motion capture system som säkerställer markörerna på staven, AMC och överarm kluster är alla synliga för kamerorna.
    1. Acromioclavicular leden (AC) - Lägg en hand på nyckelbenet, sedan röra sig i sidled tills den punkt där nyckelbenet når acromion.Placera spetsen på staven vid skarven mellan nyckelbenet och acromion.
    2. Acromion vinkel (AA) - Palpera längs ryggraden av skulderbladet till den mest laterala punkt. Placera spetsen på staven på den dorsala aspekten av acromion vid den mest laterala punkt (fig 3).
    3. Medial ryggrad av scapula (TS) - Palpera längs ryggraden av skulderbladet till det mest mediala punkten. Placera spetsen på staven vid den punkt där ryggraden möter den mediala gränsen av scapula.
    4. Angulus inferior scapulae (AI) - Palpera inferiorly längs mediala kanten av skulderbladet. Placera spetsen på staven på den mest kaudala punkten på skulderbladet.
    5. Medial epicondyle (EM) - Med deltagarens armbågen i 90 graders flexion pekar framåt, med sin tumme uppåt, placera en hand på den mediala sidan av armbågen för att lokalisera den mediala epikondylen. Placera spetsen på staven på den mest kaudala punkten i mediala epikondylen. Sido epicondyles (EL) - Med deltagarens armbågen i 90 ° flexion pekar framåt, med sin tumme uppåt, placera en hand på den laterala sidan av armbågen för att lokalisera den laterala epikondylen. Placera spetsen på staven på den mest kaudala punkten i sidled epikondylen.
  3. För att bestämma Axelled centrum, be deltagaren att utföra en cirkumduktion rörelse med sin överarm med armbågen helt utsträckt, från noll grader armen höjd till cirka 40 ° armen höjd. De måste utföra denna rörelse samtidigt som syftar till att minimera utdragning / dementi och höjd / depression av skulderkomplex; utredaren kan ge stöd om det behövs. Spela denna rörelse för cirka 30 sek.

Figur 3
Figur 3: Kalibrering trollspö användsatt lokalisera anatomiska beniga landmärke med respekt acromion markör klustret (AMC).

3. Experiment Protocol

  1. Be deltagaren att utföra arm höjd från noll till 120 ° armen höjd, och sedan sänka sin arm tillbaka ner för att vila vid deras sida i sagittala, frontala och skulderblad planet. Skulderblads planet är cirka 40 ° anterior till frontalplanet.

4. Efterbehandling av Kinematisk Data

OBS: Följande steg närmare det förfarande som krävs för att beräkna skulderblad kinematik under dynamisk rörelse prövningar. Dessa steg har beskrivits och utforskas i stor utsträckning inom litteraturen 21,33,34 och syftet med följande avsnitt är att ge en syntes och steg-för-steg-guide för att genomföra de modelleringssteg som krävs för att erhålla skulderblad kinematik. Tillämpningen av dessa steg utförs i relevant kinematisk modellering programvara. Programvaran contains kommandon för att möjliggöra skapandet av lokala koordinatsystem, omvandling av koordinater från ett globalt till lokalt koordinatsystem, omvandling av koordinater från lokal till global koordinatsystem och beräkning av Euler vinkel rotationer. Dessa steg kommer att tillåta skulderbladet, humerus och thorax som ska definieras som stela kroppar. Därefter rotation av skulderbladet med avseende på bröstkorgen, och humerus med avseende thorax kan därefter bestämmas.

  1. Med användning av koordinaterna för markörer på AMC, definiera ett godtyckligt lokalt koordinatsystem för AMC (figur 4a). För varje skulderblad anatomisk landmärke kalibrerings prov, bestämma placeringen av spetsen av staven, som representerar läget för den anatomiska landmärke, med respekt för det lokala koordinatsystemet på AMC genom att använda följande steg.
    OBS: Kinematisk modellering programvara innehåller kommandon för att möjliggöra skapandet av lokala koordinatsystem och konvertering av koordinater från ett globalttill en lokal koordinater, se figur 4 för exempel på kommandon.
    1. Använd markörerna på staven för att skapa ett lokalt koordinatsystem för staven (Figur 4a) med följande kommando i kinematisk modellering programvara: AMC = [AMCO, AMCA-AMCO, AMCO-AMCM, xyz] där AMCO, AMCA och AMCM är etiketterna ges till markörer på AMC.
    2. Använda kinematiska modellering programvara, beräkna läget av spetsen av staven i det globala koordinatsystemet. I det visade exemplet är detta 83 mm från markören 1 (M1) längs X-axeln av staven (figur 4b); använda kommandot: Wand = [M1, M1-M2, M3-M4, xyz] och Wandtip = M1 + {83,0,0} * ATTITUDE (Wand) där M1, M2, M3 och M4 är etiketterna ges till markörerna på staven.
    3. Bestäm placeringen av spetsen av staven i förhållande till det lokala koordinatsystemet av AMC ($% AA) (figur 4c) med användning av de modellerings kommandon: $% AA = WandTip / AMC och PARAM ($% AA).
    4. Upprepa steg 4.1.1 till 4.1.3 för varje skulderblad anatomisk landmärke.
    5. Bestäm platsen för de mediala och laterala epicondyles med avseende på humerus markör kluster, i stället för AMC, med hjälp av användning av ovanstående steg.
  2. Använd dynamisk kalibrering försöket för att beräkna placeringen av Axelled centrum med avseende på skulderbladet. Beräkna positionen för Axelled centrum, med avseende på skulderbladet, som svängningspunkten för spiralaxeln mellan humerus och skulderblad. För mer information om denna teknik avser Veeger 35.
  3. Beräkning armbågsleden centrum (ELJC) som mitt avståndet mellan den laterala (EL) och mediala epicondyles (EM) i humerus; ELJC = (EM + EL) / 2.
  4. Under den dynamiska försöken, använda den kända positionen för de anatomiska landmärken med avseende på AMC för att bestämma läget av de anatomiska landmärken i det globala koordinatsystemet (figur 5).
    Figur 5 till exempel kommandon.
    1. Se figur 5a som visar placeringen av acromion vinkeln landmärke i förhållande till AMC ($% AA) enligt beskrivningen i punkt 4.1.
    2. Konvertera platsen för $% AA virtuell markör till det globala koordinatsystemet för varje tidpunkt under den dynamiska studien för att skapa acromion vinkeln (AA) landmärke (figur 5b) med användning av följande kinematisk modellering kommando: AA = $% AA * AMC och OUTPUT (AA).
    3. Upprepa steg 4.4.2 för varje anatomisk landmärke.
  5. Definiera ett lokalt koordinatsystem för bröstkorgen och skulderblad genom att beräkna enhetsvektorer mellan de relevanta markörer för att representera varje axel för en given stel kropp med hjälp av följande kinematisk modellering kommando: Scapula = [AA, TS-AA, AA-AI, ZXY] . Thorax = [IJ, MUTHX-MLTHX, IJ-C7, yzx], där MUTHX är mittpunkten mellan IJ och C7 landmärke och MLTHX är mittpunkten mellan PX och T8 landmärken de.
    OBS: Definitionen axlarna är baserade på International Society of Biomechanics "(ISB) rekommendationer 33 (Tabell 1 och Figur 6).
    1. Med användning av en liknande metod, definierar ett lokalt koordinatsystem för humerus med hjälp av "Alternativ 2 'såsom rekommenderas av ISB 33.
      OBS: Alternativ 2 kräver en tillräcklig plan som bildas av den gleohumeral gemensamma centrum, armbågsleden centrum och armbågsbenet styloid, dvs en grad av armbågen böjning krävs. Om deltagaren närmar fullt armbåge förlängning, kan humeral axlarna blir instabil och därför bör användas "Alternativ 1" (tabell 1). Se Wu et al. (2005) för mer information.
  6. Bestämma orienteringen för scapula relativt torax för varje tidpunkt under den dynamiska studienanvänder Eulers vinkel nedbrytning metod med en rotations sekvens av inåtrotation (Y), uppåt rotation (X ') och bakre lutning (Z' ') 33 med följande kinematisk modellering kommando: ScapularKin = - <Thorax, skulderblad, YXZ> ( Figur 7).
  7. Bestämma orienteringen av humerus med avseende på bröstkorgen under den dynamiska prov med användning av en icke-kardan rotationssekvensen av Y (plan elevation), X '(höjd) och Y' '(axiell rotation) 36 med användning av relevanta kinematisk modellering programvara.
    OBS: Ett makro är tillgänglig att ladda ner från tillverkaren för att bestämma icke-Cardan rotationssekvenser inom den kinematiska modellering programvara som används i detta manuskript.

Tabell 1
MUTHX = mittpunkten mellan IJ och C7. MLTHX = mittpunkten mellan PX och T8. GH = glenohumeral gemensamt centrum. ELJC = armbågsleden centrum.

Matematiska operatorer:

^ = Kors produkt av två vektorer

|| = Absoluta värdet av en vektor

Tabell 1: Lokala koordinatsystem för varje stelt segment.

5. Data Minskning och analys

OBS: Följande minskning och analysuppgifter steg utförs i numerisk modellering programvara (t.ex. MATLAB) som gör att manipulering av data matriser. Den kinematiska data delas upp i höjden och sänk faser av humeral rörelse, tid normaliserade för varje fas av rörelse, då skulderblad kinematik uttrycks relativt humerala höjdvinkel.

  1. Fastställa höjden och sänka fasen för humeral höjd som beskrivs nedan (fig 8). Dessa faser bestäms från vinkelhastigheten hos humeral elevationsvinkeln (fig 8). Se ElevationLoweringPhases.m funktionfil.
    1. Fastställa början på humeral höjd när vinkelhastigheten av humerus överskrider en tröskel 2% av den maximala överarmsbenets vinkelhastighet.
    2. Fastställa slutet av höjden fasen som den punkt vid vilken humeral vinkelhastigheten sjunker under 2% av den maximala humeral vinkelhastighet, eller när humeral höjd överstiger 120 °.
    3. Fastställa början på humeral sänkfasen när vinkelhastigheten sjunker under 2% av den minsta vinkelhastighet, eller den punkt vid vilken humeral höjd understiger 120 °.
    4. Fastställa slutet av sänkningsfasen när vinkelhastigheten överstiger 2% av den minsta vinkelhastighet.
  2. Normalisera data genom att interpolera de kinematiska data i varje fas av rörelsen till 101 datapunkter (Figur 9). Se Time_normalisation.m funktion fil.
  3. Express skulderblad kinematik i relation till humeral höjd genom att rita armen vinkeln (grader) vs. uppåt 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

Femton deltagare som hade inga kända historia av axel, nacke eller arm skador rekryterades på studien (tabell 2). För att bedöma intra-rater (mellan-dag) tillförlitlighet, deltagare deltog två datainsamlingstillfällen separerade med minst 24 timmar och högst 7 dagar. Under varje datainsamling session, samma utredare utfört protokollet för att fästa reflekterande markörer, acromion markör klustret och anatomiska landmärke kalibreringar, enligt ovan. Tillförlitligheten den kinematiska vågformen erhålls från dynamiska prövningar bedömdes med hjälp av koefficienten för multipel korrelation (CMC) 37. Wave mätfel användes för att bedöma mängden fel mellan dagar (σ b) 38.

Ålder (år) Vikt (kg) Hanight (m) Body mass index (kg / m ^)
Grupp (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
Hanar (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
Honor (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

Tabell 2. Deltagare demografi, medelvärde ± standardavvikelse (SD) och räckvidd.

Den intra-rater (mellan-dag) tillförlitlighet producerade höga CMC (> 0,92) för uppåtrotation och bakre lutning (> 0,69) under humeral höjd och sänkning på alla plan armrörelse. Inåtrotation visade lägre CMC-värden (0,44 till 0,76) under alla plan av armens höjd och sänka (Tabell 3). Detta avspeglades också i mätfelet vågform med generellt lägre felvärden för uppåtrotation (σ b = 2,7 ° till 4,4 °) och bakre tilt (σ b = 1,3 ° till 2,8 °), vilket indikerar god tillförlitlighet, jämfört med inåtrotation ( σ b = 3,9 ° till 7,3 °;) (Tabell 3). Det verkar inte vara någon bias mellan dagar, med liknande vågformsmönstren erhållits för uppåtrotation, bakre lutning och inåtrotation under både höjd och sänk faser (Figur 10).

Figur 4
Figur 4. A) Lokal koordinatsystem acromion markör klustret (AMC) som bestäms av tre markörer på AMC (AMCO, AMCA, AMCM). B) Lokal koordinatsystem staven med hjälp av de fyra markörerna kopplade till staven ( M1, M2, M3 och M4). Spetsen på staven därefter beräknas som en punkt 83 mm från M1 markör längs X-axeln av staven. C) Placeringen av spetsen av staven, som representerar läget för den anatomiska landmärke inom det globala koordinatsystemet, bestäms med hänsyn till den lokalakoordinatsystem av AMC. Exempel kinematiska modelleringskommandon ges för varje steg. Denna siffra har modifierats Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ Mätning skulderblad kinematik under armen sänkning med acromion markören klustret. 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 av acromion vinkeln landmärke i förhållande till det lokala koordinatsystemet av acromion markören klustret. B) Omvandlingen av acromion vinkeln (AA) landmärke från det lokala till det globala koordinatsystemet (svarta axlar).

Figur 6
Figur 6. Lokal koordinatsystemav skulderbladet som definieras av de platser där acromion vinkeln (AA), mediala ryggrad skulderbladet (TS) och sämre vinkel (AI) efter International Society of Biomekanik Rekommendationer. Exempel kinematiska modelleringskommandon finns. Denna siffra har modifierats Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ Mätning skulderblad kinematik under armen sänkning med acromion markören klustret. Hum. Mov. Sci 31, 386-396, doi:. Http: //dx.doi.org/10.1016/j.humov.2011.07.004 (2012).

Figur 7
Figur 7. Eulervinkel rotationer av skulderbladet kring varje axel, med avseende på bröstkorgen, efter en rotationssekvens av inre rotations (Y), uppåt rotation (X ') och posterior lutning (Z "). Denna siffra har modifierats Warner, MB, Chappell, PH & Stokes, MJ Mätning skulderblad r kinematik under armen sänkning med acromion markören klustret. Hum. Mov. Sci 31, 386-396, doi:. Http: //dx.doi.org/10.1016/j.humov.2011.07.004 (2012).

Figur 8
Figur 8. A) humeral höjd och sänkning med början och slutet av varje fas betecknas med de gröna streckade linjerna. B) humeral vinkelhastighet som används för att fastställa början och slutet av varje fas. Den översta röda streckade linjen representerar tröskeln som används för att fastställa början och slutet av höjdfasen. Den nedersta röda streckade linjen representerar tröskeln som används för att fastställa början och slutet av sänkningsfasen. Gröna streckade linjerna representerar de punkter där vinkelhastigheten översteg tröskelvärdena.

ig9highres.jpg "/>
Figur 9. Scapular uppåt rotation under armen höjd som har interpole över 101 datapunkter för att normalisera med avseende på tiden.

Figur 10
Figur 10. Kinematiska vågformer i skulderbladet för dag ett (svart) och dag två (grått). Skulderblad rotationer under sagittalplan armrörelse som visas är; uppåtrotation under höjden (A) och sänka fasen (B), bakre lutning under höjden (C) och sänka fas (D) och inåtrotation under höjden (E) och sänka fas (F). Streckade linjer representerar ± 1 standardavvikelse.

Scapular rotation Sagittalplanet Scapular plan Frontal plan
CMC Vågform fel CMC Vågform fel CMC Vågform fel
Intern rotation Höjd 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 Sänkning 0,53 ± 0,3 7,0 ° ± 1,4 0,45 ± 0,2 7,2 ° ± 1,1 0,76 ± 0,2 5,4 ° ± 2,9
Uppåt 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 för multipel korrelation.

Tabell 3. Intra-rater (mellan-dagar) tillförlitlighet acromion markör kluster som bestäms av koefficienten multipel korrelation och misstag vågform.

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

Valet av metod för att fastställa skulderblad kinematik är avgörande, och hänsyn till giltigheten, tillförlitlighet och dess lämplighet för forskningsstudie bör ges. Olika metoder har antagits i hela litteraturen men varje metod har sina begränsningar. Acromion markör klustret vinner ett antal av dessa begränsningar, såsom projektions fel från 2D eller kräver upprepad tolkning av platsen för skulderbladet genom att tillhandahålla icke-invasiv dynamiska kinematisk mätning av skulderbladet. Dock är AMC-metoden fortfarande mottagliga för huden rörelse artefakt, speciellt vid högre arm höjdvinklar och innebär ett ifrågasättande av giltigheten av metoden vid dessa högre arm positioner. En tidigare studie som utvärderade giltigheten av den metod som beskrivs i den aktuella studien har visat att vid armen höjd över 120 grader mätfelet blir för stort och metoden är inte längre giltigt 29. Emellertid dubbeny visade också att när armen återgår till ett läge under 120 grader efter armen högt armen höjd acromion markör klustermetod gäller fortfarande 29. Det är möjligt att minska felen vid högre arm höjdvinklar genom att utföra kalibreringen av de anatomiska landmärken med armen förhöjda 32. Detta ökar emellertid felet vid lägre arm höjdvinklar. Därför är det viktigt att beakta syftet med studien som skulderblad kinematik fastställs och bestämma den optimala armen höjdläge som att kalibrera de anatomiska landmärken.

För att en mätteknik som anses vara en livskraftig verktyg är det viktigt att fastställa dess tillförlitlighet. De data som presenteras i detta dokument har visat att acromion markör klustret kan klassificeras som har utmärkt till god mellan dag tillförlitlighet för skulderblad uppåt rotation och bakre lutning respektive. Dessa fynd observerades vidundersöka hela kinematiska vågform under höjd och sänk faser, vilket visar att acromion markören kluster är en tillförlitlig metod för mätning under båda faserna av armrörelse. I en tidigare studier, hade ompositioneringen av acromion markör klustret visats påverka tillförlitlig 27,28, särskilt tillförlitligheten skulderblad bakre lutning när man jämför olika utredare. 28 Resultaten från denna studie visar dock att posterior tilt var en tillförlitlig mätning mellan dagar. Skillnader i metodik mellan studiet av van Andel (2008) och den aktuella studien, som omfattar den typ av motion capture-systemet (aktiv markör vs. Passiv markör), och designen och fastsättning platsen acromion markören klustret kan svara för skillnaderna observerade . Dessutom är det känt att placeringen av acromion markör klustret på olika områden av acromion påverkar noggrannheten i ningen mätsdF 31. Även om den aktuella studien visade bra mellan dag tillförlitlighet, måste man vara försiktig när du sätter acromion markören klustret till deltagaren att säkerställa giltiga och tillförlitliga resultat erhålls.

Även bra och utmärkt tillförlitlighet observerades för uppåtrotation och bakre lutning, intern rotation av skulderbladet visade fattiga till rättvis tillförlitlighet vid prövningen hela kinematiska vågformen. Detta är i överensstämmelse med tidigare studier som också har funnit lägre CMC resultat för inåtrotation (0,82) och större fel (4,3 °) jämfört med uppåt rotation och bakre lutning (CMC = 0,94 och 0,85, fel = 3,3 ° och 3,4 ° resp ) 39,40. Inåtrotation är därför den minst tillförlitliga av skulderblad rotationer. Anledningen inåtrotation har sämre tillförlitlighet kan bero på den lägre rörelseomfång (~ 5 °) observerade jämfört med andra skulderblad rotationer. De redovisade fel i kinematic vågformer varierar från 3,9 ° till 7,3 ° vilket innebär att dessa fel är i vissa fall större än den rörelse som äger rum. Dessutom inom deltagare variationen är i sig stora 3,18,41. Den dålig tillförlitlighet kan därför inte vara som ett resultat av mätningen tekniken, utan snarare den inneboende individuella variabiliteten i kombination med en liten rörelseomfång. Försiktighet bör iakttas vid granskningen upprepade mätningar av interna skulderblad rotationer.

Syftet med att mäta skulderblad kinematik är att kvantifiera skulderblad dyskinesi, som ofta observeras kliniskt på patienter med axel impingement 1, och därefter bedöma förändringarna i skulderblad kinematik följande behandlingsinsatser för att minska effekterna av axel impingement 30. Den teknik som beskrivs i den aktuella studien har använts för att påvisa förändringar i skulderblad kinematik i en grupp av personer med axel impingement efter en motor kontroll omskolning motion 30 och har visat sig vara giltig 29 och tillförlitlig.

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).
Mätning av Dynamic Scapular kinematik Använda en acromion Marker Cluster att Minimera Skin Move 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