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Bioengineering

Biplanar Videoradiography का उपयोग कर 3 डी इन-विवो शोल्डर कीनेमेटिक्स को मापना

Published: March 12, 2021 doi: 10.3791/62210
Automatic Translation
1, 1, 1
1Bone and Joint Center, Department of Orthopaedic Surgery, Henry Ford Health System

Summary

Biplane videoradiography सटीकता की एक उच्च डिग्री के साथ कंधे कीनेमेटीक्स की मात्रा निर्धारित कर सकते हैं। यहां वर्णित प्रोटोकॉल को विशेष रूप से प्लानर ह्यूमरल ऊंचाई के दौरान स्कैपुला, ह्यूमरस और पसलियों को ट्रैक करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, और डेटा संग्रह, प्रसंस्करण और विश्लेषण के लिए प्रक्रियाओं को रेखांकित करता है। डेटा संग्रह के लिए अद्वितीय विचारों का भी वर्णन किया गया है।

Abstract

कंधे मानव शरीर की सबसे जटिल संयुक्त प्रणालियों में से एक है, जिसमें चार व्यक्तिगत जोड़ों, कई स्नायुबंधन और लगभग 20 मांसपेशियों के समन्वित कार्यों के माध्यम से गति होती है। दुर्भाग्य से, कंधे की विकृति (उदाहरण के लिए, रोटेटर कफ आँसू, संयुक्त अव्यवस्था, गठिया) आम हैं, जिसके परिणामस्वरूप पर्याप्त दर्द, विकलांगता और जीवन की गुणवत्ता में कमी आई है। इन पैथोलॉजिकल स्थितियों में से कई के लिए विशिष्ट एटियलजि पूरी तरह से समझा नहीं गया है, लेकिन यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि कंधे की विकृति अक्सर परिवर्तित संयुक्त गति से जुड़ी होती है। दुर्भाग्य से, गति-आधारित परिकल्पनाओं की जांच करने के लिए सटीकता के आवश्यक स्तर के साथ कंधे की गति को मापना तुच्छ नहीं है। हालांकि, रेडियोग्राफिक-आधारित गति माप तकनीकों ने गति-आधारित परिकल्पनाओं की जांच करने और कंधे के कार्य की एक यांत्रिक समझ प्रदान करने के लिए आवश्यक प्रगति प्रदान की है। इस प्रकार, इस लेख का उद्देश्य एक कस्टम biplanar videoradiography प्रणाली का उपयोग करके कंधे की गति को मापने के लिए दृष्टिकोण का वर्णन करना है। इस लेख के विशिष्ट उद्देश्यों को कंधे परिसर के biplanar videoradiographic छवियों को प्राप्त करने के लिए प्रोटोकॉल का वर्णन करने के लिए कर रहे हैं, सीटी स्कैन प्राप्त, 3 डी हड्डी मॉडल विकसित, शारीरिक स्थलों का पता लगाने, स्थिति और biplanar रेडियोग्राफिक छवियों से humerus, scapula, और धड़ की अभिविन्यास को ट्रैक करने के लिए, और कीनेमेटिक परिणाम उपायों की गणना. इसके अलावा, लेख इस दृष्टिकोण का उपयोग करके संयुक्त कीनेमैटिक्स को मापते समय कंधे के लिए अद्वितीय विशेष विचारों का वर्णन करेगा।

Introduction

कंधे मानव शरीर की सबसे जटिल संयुक्त प्रणालियों में से एक है, जिसमें चार व्यक्तिगत जोड़ों, कई स्नायुबंधन और लगभग 20 मांसपेशियों के समन्वित कार्यों के माध्यम से गति होती है। कंधे में शरीर के प्रमुख जोड़ों की गति की सबसे बड़ी सीमा भी होती है और इसे अक्सर गतिशीलता और स्थिरता के बीच एक समझौते के रूप में वर्णित किया जाता है। दुर्भाग्य से, कंधे की विकृति आम है, जिसके परिणामस्वरूप पर्याप्त दर्द, विकलांगता और जीवन की गुणवत्ता में कमी आई है। उदाहरण के लिए, रोटेटर कफ आँसू 601,2,3 वर्ष से अधिक उम्र की आबादी के लगभग 40% को प्रभावित करते हैं, जिसमें लगभग 250,000 रोटेटर कफ मरम्मत सालाना की जाती है4, और संयुक्त राज्य अमेरिका में प्रति वर्ष $ 3-5 बिलियन का अनुमानित आर्थिक बोझ। इसके अतिरिक्त, कंधे के विस्थापन आम हैं और अक्सर पुरानी शिथिलता 6 के साथ जुड़े होते हैं। अंत में, ग्लेनोहुमरल संयुक्त पुराने ऑस्टियोआर्थराइटिस (ओए) कंधे से जुड़ी एक और महत्वपूर्ण नैदानिक समस्या है, जिसमें जनसंख्या अध्ययनों से संकेत मिलता है कि 65 वर्ष से अधिक उम्र के लगभग 15% -20% वयस्कों में ग्लेनोहुमरल ओए 7, 8 के रेडियोग्राफिक सबूत हैं। ये स्थितियां दर्दनाक हैं, गतिविधि के स्तर को खराब करती हैं, और जीवन की गुणवत्ता को कम करती हैं।

यद्यपि इन स्थितियों के रोगजनन को पूरी तरह से समझा नहीं गया है, यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि परिवर्तित कंधे की गति कई कंधे की विकृति 9,10,11 से जुड़ी हुई है। विशेष रूप से, असामान्य संयुक्त गति पैथोलॉजी 9,12 में योगदान कर सकती है, या यह कि विकृति असामान्य संयुक्त गति 13,14 का कारण बन सकती है। संयुक्त गति और विकृति विज्ञान के बीच संबंधों की संभावना जटिल है, और संयुक्त गति में सूक्ष्म परिवर्तन कंधे में महत्वपूर्ण हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, हालांकि कोणीय गति ग्लेनोहुमरल संयुक्त पर होने वाली प्रमुख गति है, संयुक्त अनुवाद कंधे की गति के दौरान भी होते हैं। सामान्य परिस्थितियों में ये अनुवाद संभवतः कई मिलीमीटर 15,16,17,18,19 से अधिक नहीं होते हैं, और इसलिए कुछ माप तकनीकों के लिए इन-विवो सटीकता के स्तर से नीचे हो सकते हैं। हालांकि यह मानने के लिए मोहक हो सकता है कि संयुक्त गति में छोटे विचलन का थोड़ा नैदानिक प्रभाव हो सकता है, यह भी पहचानना महत्वपूर्ण है कि कंधे की गतिविधि के वर्षों में सूक्ष्म विचलन का संचयी प्रभाव ऊतक उपचार और मरम्मत के लिए व्यक्ति की दहलीज से अधिक हो सकता है। इसके अलावा, ग्लेनोहुमरल संयुक्त पर इन-विवो बल असंगत नहीं हैं। कस्टम इंस्ट्रूमेंटेड ग्लेनोहुमरल संयुक्त प्रत्यारोपण का उपयोग करते हुए, पिछले अध्ययनों से पता चला है कि एक विस्तारित हाथ के साथ सिर की ऊंचाई पर 2 किलोग्राम वजन बढ़ाने के परिणामस्वरूप ग्लेनोहुमरल संयुक्त बल हो सकते हैं जो शरीर के वजन के 70% से 238% तक हो सकते हैं20,21,22। नतीजतन, संयुक्त गति में सूक्ष्म परिवर्तनों और ग्लेनोइड के छोटे लोड-असर सतह क्षेत्र पर केंद्रित उच्च बलों का संयोजन अपक्षयी कंधे विकृति के विकास में योगदान कर सकता है।

ऐतिहासिक रूप से, कंधे की गति का माप विभिन्न प्रयोगात्मक दृष्टिकोणों के माध्यम से पूरा किया गया है। इन दृष्टिकोणों में कंधे की गति का अनुकरण करने के लिए डिज़ाइन किए गए जटिल कैडेवरिक परीक्षण प्रणालियों का उपयोग शामिल है23,24,25,26,27, सतह मार्करों के साथ वीडियो-आधारित गति कैप्चर सिस्टम28,29,31, सतह-घुड़सवार विद्युत चुम्बकीय सेंसर32,33,34,35 , प्रतिबिंबित मार्करों या अन्य सेंसर संलग्न 36,37,38, स्थिर दो आयामी चिकित्सा इमेजिंग (यानी, fluoroscopy39,40,41 और radiographs17,42,43,44,45), स्थिर तीन आयामी (3 डी) एमआरआई 46,47 का उपयोग कर चिकित्सा इमेजिंग के साथ हड्डी पिन, गणना टोमोग्राफी48, और गतिशील, 3 डी एकल विमान फ्लोरोस्कोपिक इमेजिंग49,50,51। हाल ही में, पहनने योग्य सेंसर (उदाहरण के लिए, जड़त्वीय माप इकाइयों) ने प्रयोगशाला सेटिंग के बाहर कंधे की गति को मापने के लिए लोकप्रियता हासिल की है और मुक्त रहने की स्थिति में 52,53,54,55,56,57।

हाल के वर्षों में, बाईप्लेन रेडियोग्राफिक या फ्लोरोस्कोपिक सिस्टम का प्रसार हुआ है, जो कंधे 58,59,60,61,62 के गतिशील, 3 डी इन-विवो गतियों को सटीक रूप से मापने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस लेख का उद्देश्य एक कस्टम biplanar videoradiography प्रणाली का उपयोग करके कंधे की गति को मापने के लिए लेखकों के दृष्टिकोण का वर्णन करना है। इस लेख के विशिष्ट उद्देश्यों को कंधे परिसर के biplanar videoradiographic छवियों को प्राप्त करने के लिए प्रोटोकॉल का वर्णन करने के लिए कर रहे हैं, सीटी स्कैन प्राप्त, 3 डी हड्डी मॉडल विकसित, शारीरिक स्थलों का पता लगाने, स्थिति और अभिविन्यास को ट्रैक करने के लिए ह्यूमरस, स्कैपुला, और धड़ biplanar रेडियोग्राफिक छवियों से, और कीनेमेटिक परिणाम उपायों की गणना.

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Protocol

डेटा संग्रह से पहले, प्रतिभागी ने लिखित सूचित सहमति प्रदान की। जांच को हेनरी फोर्ड हेल्थ सिस्टम के संस्थागत समीक्षा बोर्ड द्वारा अनुमोदित किया गया था।

बाइप्लेन रेडियोग्राफिक गति डेटा प्राप्त करने, प्रसंस्करण और विश्लेषण करने के लिए प्रोटोकॉल इमेजिंग सिस्टम, डेटा प्रोसेसिंग सॉफ़्टवेयर और ब्याज के परिणाम उपायों पर अत्यधिक निर्भर हैं। निम्नलिखित प्रोटोकॉल विशेष रूप से स्कैपुला, ह्यूमरस, और तीसरे और चौथे पसलियों को स्कैपुलर-प्लेन या कोरोनल-प्लेन अपहरण के दौरान ट्रैक करने के लिए डिज़ाइन किया गया था और ग्लेनोहुमरल, स्कैपुलोथोरेसिक और ह्यूमेरोथोरेसिक कीनेमेटिक्स को मापने के लिए डिज़ाइन किया गया था।

1. सीटी इमेजिंग प्रोटोकॉल

  1. प्रतिभागी को सीटी परीक्षा तालिका पर अपने किनारों पर अपनी बाहों के साथ लेटने के लिए कहें। प्रतिभागी के आकार के आधार पर, उन्हें टेबल पर केंद्र से दूर रखें ताकि पूरे हेमी-धड़ इमेजिंग के लिए उपलब्ध हो।
  2. स्काउट छवियों को प्राप्त करने के लिए, प्रौद्योगिकीविद यह सुनिश्चित करता है कि दृश्य के सीटी क्षेत्र में क्लैविकल (बेहतर), डिस्टल ह्यूमरल एपिकोंडिल्स (अवर रूप से), पूरे ग्लेनोहुमरल संयुक्त (पार्श्व रूप से), और कॉस्टोवर्टेब्रल और स्टेरनोकोस्टल जोड़ों (औसत दर्जे का) (चित्रा 1) शामिल हैं।
  3. निम्नलिखित मापदंडों के साथ सीटी स्कैन प्राप्त करें: स्कैन मोड = पेचदार; ट्यूब वोल्टेज = 120 kVp; ट्यूब वर्तमान: 200-400 mA (ऑटो); टुकड़ा मोटाई = 0.66 मिमी; FOV = 34 सेमी
  4. स्कैन गुणवत्ता और दृश्य के फ़ील्ड की जाँच करें।
  5. 512 x 512 पिक्सेल की एक छवि मैट्रिक्स आकार का उपयोग कर अधिग्रहण reformat. स्लाइस मोटाई और एफओवी को देखते हुए, अधिग्रहण के परिणामस्वरूप लगभग 0.66 मिमी की एक आइसोट्रोपिक वोक्सेल रिक्ति होती है।
  6. छवियों को DICOM स्वरूप में निर्यात करें।

2. Biplane एक्स-रे गति पर कब्जा प्रोटोकॉल

नोट:: इस प्रोटोकॉल में उपयोग किए जाने वाले कस्टम biplanar एक्स-रे सिस्टम सामग्री तालिका में वर्णित है। डेटा संग्रह प्रक्रियाएं संभवतः विभिन्न सिस्टम घटकों के साथ भिन्न होंगी। एक्स-रे प्रणालियों को मनमाने ढंग से प्रक्रियाओं और परिणामी छवि अनुक्रमों को अलग करने के लिए "हरा" और "लाल" कहा जाता है और लगभग 50 डिग्री इंटर-बीम कोण और लगभग 183 सेमी (चित्रा 2) के स्रोत-से-छवि दूरी (एसआईडी) के साथ तैनात किया जाता है। डेटा संग्रह के लिए कम से कम दो शोध कर्मियों की आवश्यकता होती है; एक एक्स-रे सिस्टम और कंप्यूटर को संचालित करने के लिए, और दूसरा अनुसंधान प्रतिभागी को निर्देश देने के लिए।

  1. कैमरा सॉफ़्टवेयर सेटअप
    1. कैमरा एपर्चर को डिफ़ॉल्ट सेटिंग (f/5.6) पर सेट करें.
      नोट:: यह मान कैमरा, एक्सपोज़र समय, ISO, और प्रतिभागी एंथ्रोपोमेट्रिक्स सहित कई कारकों पर निर्भर करता है।
    2. कैमरा सॉफ़्टवेयर खोलें और प्रत्येक कैमरे के लिए अध्ययन प्रोटोकॉल लोड करें (नमूना दर: 60 हर्ट्ज, एक्सपोजर समय: 1,100 μs)।
      नोट:: कैमरा एक्सपोज़र समय कैमरा, एपर्चर सेटिंग, और रेडियोग्राफिक एक्सपोज़र सहित कई कारकों के आधार पर भिन्न हो सकता है।
  2. सिस्टम वार्मअप
    नोट: एक्स-रे ट्यूब का एनोड क्षतिग्रस्त हो सकता है यदि उच्च-संचालित एक्सपोज़र का उत्पादन ठंडा होने पर होता है। इसलिए, ट्यूबों को निर्माता की सिफारिशों के आधार पर कम ऊर्जा एक्सपोज़र की एक श्रृंखला द्वारा गर्म किया जाना चाहिए।
    1. दोनों एक्स-रे जनरेटर नियंत्रण कक्षों पर, संवहनी सेटिंग का चयन करें। पूर्व-क्रमादेशित संवहनी सेटिंग्स सिस्टम वार्म-अप (प्रति सिस्टम निर्माता) के लिए उपयुक्त कम ऊर्जा एक्सपोजर का उत्पादन करती हैं।
    2. पल्स जनरेटर पर एक्सपोज़र समय 0.25 s पर सेट करें।
    3. एक्स-रे जनरेटर नियंत्रण कक्षों पर, PREP बटन दबाए रखें। तैयारी देरी स्क्रीन पर दिखाई देती है।
    4. एक बार जब दोनों स्क्रीन को बेनकाब करने के लिए तैयार पढ़ें, तो एक साथ EXPOSE बटन दबाएं और दबाए रखें ।
      नोट: यह एक्स-रे का उत्पादन नहीं करेगा, लेकिन केवल सिस्टम को हथियार देगा। एक्स-रे उत्पादन केवल पैर पैडल या हाथ से आयोजित ट्रिगर को निराशाजनक करके होता है।
    5. दोनों नियंत्रण कक्षों पर PREP और EXPOSE बटन दबाएं , और साथ ही एक्स-रे का उत्पादन करने के लिए एक्स-रे जनरेटर को ट्रिगर करने के लिए पैर पैडल (या हाथ से आयोजित) को दबाएं और पकड़ें।
      नोट: एक्स-रे पल्स जनरेटर (चरण 2.3.2) द्वारा निर्दिष्ट अवधि के लिए या जब तक पैडल जारी किया जाता है, जो भी पहले होता है के लिए उत्पादित कर रहे हैं।
    6. चरण 2.2.2-2.2.5 को दोहराएं जब तक कि एक्स-रे ट्यूब की गर्मी इकाई (एचयू) निर्माता द्वारा छवियों (हमारे सिस्टम के लिए 5% एचयू) प्राप्त करने के लिए आवश्यक स्तर से अधिक न हो जाए।
  3. कैमरा सिंक्रनाइज़ेशन और छवि फ़ोकस सत्यापित करें।
    नोट:: कैमरा सिंक्रनाइज़ेशन सत्यापित करें और विरूपण सुधार ग्रिड की परीक्षण छवियों का एक सेट प्राप्त करके फ़ोकस ( सामग्री की तालिका देखें)। प्रत्येक छवि तीव्रता नीचे वर्णित चरणों का उपयोग करके व्यक्तिगत रूप से परीक्षण किया जाएगा।
    1. छवि तीव्रता पर विरूपण सुधार ग्रिड रखें।
    2. दोनों एक्स-रे जनरेटर नियंत्रण कक्षों पर, कार्डियक सेटिंग का चयन करें, जिसे डिफ़ॉल्ट रेडियोग्राफिक तकनीक (70 केवीपी, 320 एमए, 2 एमएस, और फोकल स्पॉट = 1.0 मिमी) के लिए प्रोग्राम किया गया है।
      नोट: कैमरा सेटिंग्स अपरिवर्तित रहते हैं (नमूना दर: 60 हर्ट्ज, एक्सपोजर समय: 1,100 μs).
    3. पल्स जनरेटर को 0.25 s पर सेट करें।
    4. कैमरा सॉफ़्टवेयर के माध्यम से कैमरा अधिग्रहण शुरू करें और एक्स-रे छवियों को प्राप्त करें जैसा कि पहले चरण 2.2.3-2.2.5 में वर्णित है।
    5. परिणामी छवियों का पूर्वावलोकन करें और प्रत्येक सिस्टम के लिए ट्रिगर पल्स से बीता हुआ समय निर्धारित करें। यदि कैमरों के बीच बीता हुआ समय में अंतर 2 μs से अधिक है, तो निर्धारित करें कि कौन सा कैमरा देर से फायरिंग कर रहा है और समस्या को हल करने के लिए कैमरा सॉफ़्टवेयर में एक फ्रेम देरी निर्दिष्ट करें।
    6. नेत्रहीन कैमरा फ़ोकस को सत्यापित करने के लिए छवि की तीक्ष्णता का निरीक्षण करें। उद्देश्य मूल्यांकन के लिए, छवि प्रसंस्करण सॉफ़्टवेयर (जैसे, ImageJ) का उपयोग करके विरूपण सुधार ग्रिड के भीतर एक मनका में खींची गई प्रोफ़ाइल रेखा का विश्लेषण करें। विशेष रूप से, इस प्रोफ़ाइल लाइन के साथ पिक्सेल ग्रे मानों की ढलान का निरीक्षण करें। एक अधिक नकारात्मक ढलान एक तेज छवि सुनिश्चित करता है (यह मानते हुए कि रेडियोग्राफिक छवि को उलटा किया जाता है जैसे कि मनका अंधेरा है)। यदि आवश्यक हो, तो कैमरों को फिर से केंद्रित करें और चरणों को 2.3.3-2.3.6 दोहराएं।
  4. अनुसंधान प्रतिभागी सेटअप और स्थिति
    नोट: अनुसंधान प्रतिभागी की स्थिति अत्यधिक हड्डियों को ट्रैक किए जाने और गति का परीक्षण किए जाने पर निर्भर करती है। परीक्षण आमतौर पर एक निश्चित कुर्सी पर बैठे अनुसंधान प्रतिभागी के साथ किया जाता है (यानी, कुंडा या पहिएदार नहीं) उनकी स्थिति में परिवर्तन की संभावना को कम करने के लिए जो कंधे को 3 डी इमेजिंग वॉल्यूम के बाहर ले जाने का कारण बन सकता है।
    1. बाईप्लेन इमेजिंग वॉल्यूम में कुर्सी की स्थिति बनाएं ताकि परीक्षण किए जाने वाले कंधे को लगभग केंद्रित किया जा सके जहां बाईप्लेन एक्स-रे बीम प्रतिच्छेद करते हैं। यह एक प्रारंभिक स्थिति है। प्रतिभागी के एंथ्रोपोमेट्रिक्स, परीक्षण की जाने वाली गति और ट्रैक की जाने वाली हड्डियों के आधार पर इसे समायोजित करें।
    2. प्रतिभागी को एक आरामदायक ईमानदार मुद्रा में बैठने के लिए कहें, जिसमें हथियार उसके पक्ष में आराम कर रहे हैं।
    3. अपने पेट और contralateral कंधे और छाती को कवर करने के लिए प्रतिभागी के धड़ भर में एक लीड-पंक्तिबद्ध सुरक्षात्मक बनियान को सुरक्षित करें।
    4. छवि intensifiers की प्रारंभिक ऊंचाई सेट करें। इस प्रक्रिया को सूचित करने में मदद करने के लिए, सिस्टम के एक्स-रे स्रोत के भीतर प्रकाश को चालू करें। सिस्टम को तब तक बढ़ाएं जब तक कि प्रतिभागी की छाया छवि तीव्रता पर डाली गई न हो, उनके एक्सिला के स्तर पर हो।
      नोट:: स्रोत और छवि तीव्रता प्रत्येक सिस्टम के भीतर एक साथ स्थानांतरित करने के लिए युग्मित हैं। Uncoupled सिस्टम अतिरिक्त संरेखण चरणों यहाँ वर्णित नहीं की आवश्यकता होगी।
    5. छवि intensifiers की प्रारंभिक ऊंचाई स्थापित करें। धीरे से biplane छवि मात्रा के भीतर अपनी कुर्सी पर प्रतिभागी ले जाएँ, जबकि उनकी छाया प्रत्येक छवि तीव्रता पर डाली देख.
      नोट: एक अच्छा प्रारंभिक अनुमान यह है कि प्रतिभागी को इस तरह से तैनात किया जाए कि एक्रोमिओक्लेविकुलर संयुक्त लगभग दोनों छवि तीव्रता के केंद्र में है। यह स्थिति वर्तमान प्रोटोकॉल के लिए एक उचित प्रारंभिक अनुमान है, जिसके लिए कंधे की ऊंचाई के दौरान ह्यूमरस, स्कैपुला और दो पसलियों के विज़ुअलाइज़ेशन और ट्रैकिंग की आवश्यकता होती है।
    6. एक बार जब प्रतिभागी की स्थिति दोनों प्रणालियों में उचित प्रतीत होती है, तो प्रकाश स्रोत को चालू रखें और प्रतिभागी को परीक्षण करने के लिए गति करने के लिए कहें। सुनिश्चित करें कि प्रतिभागी का कंधा पूरे गति परीक्षण के दौरान देखने के रेडियोग्राफिक क्षेत्र के भीतर रहता है। यदि संभव हो, तो एक्सपोजर को कम करने के लिए एक्स-रे बीम को कॉलिमेट करें।
    7. चरण 2.4.5-2.4.6 को तब तक दोहराएँ जब तक कि ऐसा प्रतीत न हो कि छवि वॉल्यूम में प्रतिभागी का सेटअप उपयुक्त है.
    8. शोधकर्ता # 1: एक्स-रे नियंत्रण कक्षों और कैमरों को चलाने के लिए नियंत्रण कक्ष में लौटें। एक्स-रे नियंत्रण कक्ष को कम शक्ति फ्लोरोस्कोपी मोड (60 केवीपी, 3-4 एमए) और पल्स जनरेटर को 0.25 एस अधिग्रहण पर सेट करें।
    9. शोधकर्ता # 2: प्रतिभागी को समझाएं कि एक छवि ली जाएगी ताकि उनकी स्थिति को छवियों में सत्यापित किया जा सके और होने वाली घटनाओं की श्रृंखला का वर्णन किया जा सके। किसी भी आशंका को रोकने के लिए सिस्टम द्वारा बनाई गई ध्वनियों (जैसे, क्लिक, ह्यूम्स) के बारे में प्रतिभागी को चेतावनी दें। एक लीड-लाइन वाले सुरक्षात्मक बनियान को डॉन करें, हाथ से आयोजित ट्रिगर को पुनर्प्राप्त करें, और एक्सपोजर को कम करने के लिए एक्स-रे स्रोतों से जितना संभव हो सके उतना दूर जाएं, जबकि अभी भी प्रतिभागी के साथ दृष्टि और संचार की एक स्पष्ट रेखा बनाए रखें। यदि संभव हो, तो एक खिड़की के साथ एक लीड-पंक्तिबद्ध ढाल के पीछे खड़े हों।
    10. शोधकर्ता # 1 (एक्स-रे नियंत्रण कक्ष में): कैमरों को शुरू करें और एक्स-रे नियंत्रण कक्ष को प्राइम करें जैसा कि पहले वर्णित है (चरण 2.2.3-2.2.5)। जब सिस्टम उजागर करने के लिए तैयार हो जाता है, तो शोधकर्ता # 2 को सूचित करें।
    11. शोधकर्ता # 2 (प्रयोगशाला में): छवि अधिग्रहण के बारे में प्रतिभागी को इंगित करें। हाथ से आयोजित दूरस्थ ट्रिगर का उपयोग कर रेडियोग्राफिक छवि अधिग्रहण ट्रिगर ट्रिगर। प्रतिभागी को सूचित करें कि एक छवि ली गई थी और अपने आप को नियंत्रण कक्ष में माफ कर दें।
    12. शोधकर्ता # 1 और # 2 (एक्स-रे नियंत्रण कक्ष में): छवियों का निरीक्षण करें। केवल प्रतिभागी की स्थिति और ट्रैक किए जाने वाले सभी हड्डियों की दृश्यता पर ध्यान केंद्रित करें। यदि आवश्यक हो, तो चरण 2.4.5-2.4.12 को तब तक दोहराएं जब तक कि प्रतिभागी की स्थिति संतोषजनक न हो जाए।
    13. एक बार एक्स-रे सिस्टम का सेटअप और स्थिति स्थापित होने के बाद, डेटा संग्रह सत्र के दौरान एक्स-रे सिस्टम को तब तक न ले जाएं जब तक कि प्रत्येक कॉन्फ़िगरेशन के लिए नए अंशांकन और विरूपण सुधार छवियों को एकत्र नहीं किया जाता है। इसके अलावा, प्रतिभागी को सेटअप प्रक्रियाओं को दोहराने से बचने के लिए डेटा संग्रह सत्र की अवधि के लिए जितना संभव हो उतना कम स्थानांतरित करने का निर्देश दें।
  5. डेटा संग्रह: स्थैतिक छवि अधिग्रहण
    1. शोधकर्ता # 1 (एक्स-रे नियंत्रण कक्ष में): एक्स-रे नियंत्रण कक्ष (प्रारंभिक परीक्षण के आधार पर) पर अनुकूलित रेडियोग्राफिक तकनीक सेट करें। यहां उपयोग किया जाने वाला रेडियोग्राफिक प्रोटोकॉल 70 kVp, 320 mA, 2 ms, और फोकल स्पॉट = 1.0 मिमी है, जिसमें कैमरा 60 हर्ट्ज पर एकत्र होता है और 1,100 μs का एक्सपोजर समय होता है। पल्स जनरेटर को 0.25 s पर सेट करें।
      नोट:: प्रतिभागी को सूचित करें कि अगली छवि एक औपचारिक छवि अधिग्रहण होगा।
    2. शोधकर्ता # 2 (प्रयोगशाला में): प्रतिभागी को अपने पक्ष में अपने हाथ के आराम के साथ सीधे बैठने के लिए सूचित करें।
    3. पहले वर्णित के रूप में एक छवि प्राप्त करें (चरण 2.4.8-2.4.11)।
    4. शोधकर्ता # 1 और # 2 (एक्स-रे नियंत्रण कक्ष में): छवियों का निरीक्षण करें। छवि की गुणवत्ता (यानी, चमक और इसके विपरीत) और सभी आवश्यक हड्डियों की दृश्यता पर ध्यान केंद्रित करें। यदि छवि की गुणवत्ता के लिए समायोजन की आवश्यकता होती है, तो संशोधित किए जाने वाले पैरामीटर को निर्धारित करें (यानी, एफ-स्टॉप, कैमरा एक्सपोजर समय, केवीपी, एमए) और स्थिर छवि को पुन: प्राप्त करें।
      नोट: यह हमेशा कैसे खुराक रेडियोग्राफिक मापदंडों से प्रभावित होता है के बारे में सावधान रहना महत्वपूर्ण है।
    5. चरण 2.5.1-2.5.4 को दोहराएँ जब तक कि छवि की गुणवत्ता स्वीकार्य न हो, IRB द्वारा अनुमोदित खुराक अनुमानों के भीतर।
    6. एक बार छवि गुणवत्ता स्वीकार्य होने के बाद, तकनीकी गुणवत्ता के लिए छवियों का निरीक्षण करें (उदाहरण के लिए, भ्रष्ट फ्रेम)।
    7. एक स्वीकार्य स्थैतिक परीक्षण छवि अधिग्रहण के बाद, प्रत्येक कैमरे से परीक्षण को सहेजें (उदाहरण के लिए, "green_still.सिने", "red_still.सिने")।
  6. डेटा संग्रह: गतिशील छवि अधिग्रहण
    1. शोधकर्ता # 1 (एक्स-रे नियंत्रण कक्ष में): स्थिर परीक्षण छवि से एक ही रेडियोग्राफिक पैरामीटर बनाए रखें। पल्स जनरेटर को 2.0 s एक्सपोज़र पर सेट करें।
    2. शोधकर्ता # 2 (प्रयोगशाला में): प्रतिभागी को प्रदर्शन की जाने वाली गति सिखाएं, जिसमें विमान और गति का समय शामिल है। सत्यापित करें कि कुर्सी और प्रतिभागी के कपड़े और / या लीड-पंक्तिबद्ध बनियान कंधे की गति में हस्तक्षेप नहीं करते हैं। प्रतिभागी के साथ गति परीक्षण का अभ्यास करें। मौखिक क्यू का उपयोग करें "तैयार ... और।।। जाओ "पुस्तक इतना है कि यह 2 एस (यानी, गति परीक्षण की अवधि) लेता है प्रतिभागी को गति की दीक्षा और पूरा करने में मदद करने के लिए।
      नोट:: यह महत्वपूर्ण है कि प्रतिभागी प्रक्रियाओं को समझता है और लगातार एक असफल परीक्षण के साथ जुड़े अनावश्यक जोखिम से बचने के लिए गति परीक्षण कर सकते हैं।
    3. शोधकर्ता # 2 (प्रयोगशाला में): पर्याप्त अभ्यास के बाद, हाथ से आयोजित रिमोट ट्रिगर को पुनः प्राप्त करें। अनुसंधान प्रतिभागी के साथ दृष्टि और संचार की एक स्पष्ट रेखा के साथ प्रयोगशाला में एक सुरक्षित स्थान पर जाएं।
    4. शोधकर्ता # 1 (एक्स-रे नियंत्रण कक्ष में): पल्स जनरेटर को 2.0 सेकंड पर रीसेट करें, कैमरों को शुरू करें, और एक्स-रे नियंत्रण कक्ष को प्राइम करें जैसा कि पहले वर्णित है (चरण 2.3.4-2.3.5)। जब सिस्टम उजागर करने के लिए तैयार हो जाता है, तो शोधकर्ता # 2 को सूचित करें।
    5. शोधकर्ता # 2 (प्रयोगशाला में): अनुसंधान प्रतिभागी से पूछें, "क्या आप तैयार हैं? [सकारात्मक प्रतिक्रिया के लिए प्रतीक्षा करें] "तैयार है... और।।। जाओ"। (पुस्तक, पहले की तरह, ताकि यह 2 एस लेता है)।
    6. शोधकर्ता # 2 (प्रयोगशाला में): मैन्युअल रूप से एक्स-रे सिस्टम को ट्रिगर करते हैं जब प्रतिभागी हाथ की गति शुरू करता है।
      नोट: यद्यपि मैन्युअल रूप से दृश्य गति जोखिमों के आधार पर ट्रिगरिंग गति परीक्षण की शुरुआत को छोड़कर, यह एक गलत संचार या देरी से शुरू होने की स्थिति में अनुसंधान प्रतिभागी को ओवर-एक्सपोज़ करने से रोकता है।)। एक बार परीक्षण पूरा होने के बाद, प्रतिभागी को सूचित करें कि एक छवि ली गई थी और छवियों का निरीक्षण करने के लिए नियंत्रण कक्ष में खुद को माफ कर दें।
    7. शोधकर्ता # 1 और # 2 (एक्स-रे नियंत्रण कक्ष में): गुणवत्ता (यानी, चमक और इसके विपरीत) और तकनीकी स्थिति (यानी, किसी भी भ्रष्ट फ्रेम) (चित्रा 3) के लिए परीक्षण छवियों का निरीक्षण करें। प्रत्येक कैमरे से गति परीक्षणों को सहेजें (उदाहरण के लिए, "green_scapab1.सिने", "red_scapab1.सिने")।
    8. अनुमोदित विकिरण सुरक्षा प्रोटोकॉल के भीतर सभी गति परीक्षणों को इकट्ठा करने के लिए चरण 2.6.1-2.6.7 को दोहराएँ।
  7. अंशांकन छवियाँ ले लीजिए
    नोट: रेडियोग्राफिक छवि अंशांकन प्रयोगशाला-आधारित समन्वय प्रणाली की परिभाषा में परिणाम देता है, प्रयोगशाला समन्वय प्रणाली के सापेक्ष प्रत्येक एक्स-रे रेडियोग्राफिक सिस्टम की स्थिति और अभिविन्यास, और आंतरिक पैरामीटर जो डिजिटल रूप से पुनर्निर्मित रेडियोग्राफ़ (DRRs) की पीढ़ी के लिए अनुमति देते हैं, जिनका उपयोग मार्करलेस ट्रैकिंग प्रक्रिया में किया जाता है। अंशांकन परिकलन चरण 3.4.1 में वर्णित हैं।
    1. डेटा संग्रह के दौरान उपयोग की जाने वाली समान कैमरा सेटिंग्स और रेडियोग्राफिक तकनीक सेटिंग्स बनाए रखें।
    2. पल्स जनरेटर को 0.5 s एक्सपोज़र पर सेट करें।
    3. इमेजिंग वॉल्यूम के बीच में अंशांकन घन ( सामग्री की तालिका देखें) की स्थिति।
    4. प्राप्त करें और घन छवियों को सहेजें (उदाहरण के लिए, "green_cube.cine", "red_cube.cine")।
  8. विरूपण सुधार और nonuniformity सुधार के लिए छवियों को ले लीजिए.
    नोट:: एक छवि तीव्रता का उपयोग कर एकत्र की गई रेडियोग्राफिक छवि तीव्रता, nonuniformity63, और विरूपण से प्रभावित होते हैं। नतीजतन, एक सफेद-क्षेत्र और विरूपण सुधार ग्रिड की छवियों को आवश्यक सुधारों को निर्धारित करने के लिए प्रत्येक रेडियोग्राफिक सिस्टम पर अधिग्रहित किया जाता है। विरूपण और nonuniformity सुधार छवियों से पहले अंशांकन छवियों को इकट्ठा करने के लिए आम तौर पर विवेकपूर्ण है, जबकि विरूपण ग्रिड स्थित किया जा रहा है, जबकि छवि intensifiers टक्कर रहे हैं।
    1. दृश्य के रेडियोग्राफिक क्षेत्र से सभी ऑब्जेक्ट्स निकालें.
    2. डेटा संग्रह के दौरान उपयोग की जाने वाली समान कैमरा सेटिंग्स और रेडियोग्राफिक तकनीक सेटिंग्स बनाए रखें। पल्स जनरेटर को 0.5 s एक्सपोज़र पर सेट करें।
    3. विरूपण सुधार ग्रिड संलग्न करें ( सामग्री की तालिका देखें) हरे रंग की छवि तीव्रता की सतह के लिए।
    4. ग्रिड और सफेद क्षेत्र छवियों को प्राप्त करें।
    5. छवियों को सहेजें (उदाहरण के लिए, "green_grid.सिने", "red_white.सिने")।
    6. ग्रिड को लाल छवि तीव्रता पर ले जाएँ और चरण 2.7.2-2.7.5 को दोहराएँ, छवि फ़ाइल नामों को संशोधित करते हुए, उपयुक्त के रूप में।

3. डेटा प्रोसेसिंग प्रोटोकॉल

नोट: बोनी ज्यामिति, छवि पूर्व प्रसंस्करण (यानी, विरूपण और गैर-एकरूपता सुधार और छवि अंशांकन) तैयार करने के लिए प्रक्रियाएं, और मार्करलेस ट्रैकिंग अत्यधिक परिवर्तनशील हैं और उपयोग किए जाने वाले सॉफ़्टवेयर पर निर्भर करते हैं। यहां वर्णित प्रक्रियाएं मालिकाना सॉफ़्टवेयर के लिए विशिष्ट हैं। हालांकि, प्रमुख डेटा प्रोसेसिंग चरण किसी भी एक्स-रे मोशन कैप्चर सॉफ़्टवेयर पैकेज के लिए ट्रांसलेटेबल होने की संभावना है।

  1. सीटी स्कैन संसाधित करना
    नोट: लेखकों की प्रयोगशाला द्वारा उपयोग किए जाने वाले मालिकाना मार्करलेस ट्रैकिंग सॉफ़्टवेयर एक DRR की स्थिति और अभिविन्यास को अनुकूलित करता है। इसलिए, CT स्कैन को संसाधित करने के लिए कार्यविधियाँ परिणाम एक 16-बिट TIFF छवि स्टैक के निर्माण में परिणाम। अन्य सॉफ़्टवेयर पैकेजों को बोनी ज्यामिति को विभिन्न स्वरूपों या विनिर्देशों में प्रतिनिधित्व करने की आवश्यकता हो सकती है।
    1. एक छवि प्रसंस्करण कार्यक्रम खोलें (जैसे, Mimics, FIJI) और सीटी छवियों को आयात करें।
    2. आसपास के नरम ऊतकों से ह्यूमरस को विभाजित करें। पसलियों के लिए, एक विस्तार बनाएं जो पसली के पूर्वकाल पहलू को मैनुब्रियम से जोड़ता है ताकि बाद में चरण 3.2.6 में स्टेर्नोकोस्टल संयुक्त को डिजिटाइज़ किया जा सके।
    3. एक काले मुखौटे के साथ तैयार मुखौटा पर एक बूलियन ऑपरेशन करें (यानी, सभी पिक्सेल काले रंग के होते हैं) (ऑपरेशन: ब्लैक माइनस बोन)। इसके परिणामस्वरूप हड्डी का एक उलटा मुखौटा होता है जिसमें हड्डी के अनुरूप लोगों को छोड़कर सभी पिक्सेल काले होते हैं, जो सीटी ग्रेस्केल में रहते हैं।
    4. काले (यानी, गैर-हड्डी) पिक्सेल को खत्म करने के लिए सभी तीन अक्षों के साथ छवि स्टैक को क्रॉप करें। इस 3 डी बाउंडिंग बॉक्स के किनारों पर कुछ काले पिक्सेल छोड़ दें।
    5. संशोधित छवि स्टैक को TIFF स्वरूप में सहेजें.
    6. शेष सभी हड्डियों के लिए चरण 3.1.1-3.1.5 को दोहराएं।
  2. शारीरिक समन्वय प्रणालियों और रुचि के क्षेत्रों को परिभाषित करना (आरओआई)
    नोट:: यह प्रोटोकॉल शारीरिक निर्देशांक सिस्टम निम्नानुसार उन्मुख करता है। एक दाएं कंधे के लिए, +X अक्ष पार्श्व रूप से उन्मुख होता है, +Y अक्ष बेहतर रूप से उन्मुख होता है, और +Z अक्ष पीछे की ओर उन्मुख होता है। एक बाएं कंधे के लिए, +X अक्ष पार्श्व रूप से उन्मुख होता है, +Y अक्ष बेहतर रूप से उन्मुख होता है, और +Z अक्ष पूर्वकाल में उन्मुख होता है।
    1. संसाधित करने के लिए हड्डी के लिए TIFF छवि स्टैक आयात करें। TIFF स्टैक को एक में कनवर्ट करें. RAW फ़ाइल और ज्ञात पिक्सेल आयामों और स्वामित्व सॉफ़्टवेयर का उपयोग कर छवि रिक्ति के आधार पर एक 3 डी हड्डी मॉडल रेंडर.
      नोट:: मॉडल का रिज़ॉल्यूशन सीटी वॉल्यूम (यानी, voxel रिक्ति) के नमूने पर आधारित है। नतीजतन, जाल त्रिकोण का औसत क्षेत्रफल लगभग 1.02 मिमी 2 (±0.2 मिमी 2) (चरण 1.3) है।
    2. ह्यूमरस पर शारीरिक स्थलों को निम्नानुसार डिजिटाइज़ करें (चित्रा 4 ए)।
      1. ह्यूमरल हेड का ज्यामितीय केंद्र: एक गोले के आयाम और स्थिति का निर्धारण करें जो गोले की सतह और ह्यूमरल आर्टिकुलर सतह के बीच की दूरी को कम से कम करता है, जो कम से कम वर्गों के एल्गोरिथ्म का उपयोग करके होता है। अनुकूलित क्षेत्र के केंद्र के निर्देशांक के रूप में ह्यूमरल सिर के ज्यामितीय केंद्र को परिभाषित करें।
      2. औसत दर्जे का और पार्श्व epicondyles: डिस्टल ह्यूमरस के सबसे व्यापक खंड में स्थित है।
    3. ह्यूमरल हेड आरओआई को निम्नानुसार परिभाषित करें (चित्रा 5 ए)।
      1. पूरे ह्यूमरल आर्टिकुलर सतह और अधिक ट्यूबरोसिटी।
    4. स्कैपुला पर शारीरिक स्थलों को निम्नानुसार डिजिटाइज़ करें (चित्रा 4 बी)।
      1. स्कैपुलर रीढ़ की जड़: स्कैपुलर रीढ़ की हड्डी के साथ औसत दर्जे की सीमा पर स्थित है।
      2. पश्चवर्ती एक्रोमिओक्लेविकुलर जोड़: स्कैपुलर एक्रोमियन पर क्लैविकुलर पहलू के पीछे के पहलू पर स्थित है।
      3. अवर कोण: स्कैपुला पर सबसे अवर बिंदु पर स्थित है।
    5. स्कैपुलर आरओआई को निम्नानुसार परिभाषित करें (चित्रा 5 बी)।
      1. Acromion: स्कैपुला की रीढ़ के लिए acromion पार्श्व के नीचे सतह.
      2. ग्लेनॉइड: ग्लेनॉइड की पूरी articulating सतह।
    6. पसलियों पर शारीरिक स्थलों को निम्नानुसार डिजिटाइज़ करें (चित्रा 4 C)।
      1. पूर्वकाल रिब: रिब एक्सटेंशन के औसत दर्जे के अधिकांश भाग में स्थित है।
      2. पश्च पसली: रिब के सिर पर पहलू के पीछे के पहलू के बेहतर / अवर मध्य बिंदु पर स्थित है।
      3. पार्श्व रिब: रिब के पार्श्व-सबसे पहलू पर स्थित है जब पूर्वकाल और पीछे की रिब बिंदुओं को स्क्रीन पर लंबवत रूप से संरेखित किया जाता है।
  3. छवि पूर्व प्रसंस्करण
    नोट:: छवि पूर्व प्रसंस्करण मालिकाना सॉफ़्टवेयर का उपयोग कर किया जाता है और TIFF स्टैक करने के लिए सिने छवि फ़ाइलों को परिवर्तित करने और विरूपण nonuniformity के लिए छवियों को सही शामिल है।
    1. गैर-एकरूपता सुधार करें: सॉफ़्टवेयर किसी भी एकल फ्रेम में शोर के प्रभाव को कम करने के लिए एक एकल, उच्च गुणवत्ता, उज्ज्वल-क्षेत्र छवि का उत्पादन करने के लिए लगभग 30 फ्रेम (यानी, 0.5 एस डेटा) का औसत करता है। ब्राइट-फील्ड छवि का उपयोग एक्स-रे स्रोत से डेटा के प्रत्येक फ्रेम के प्रत्येक पिक्सेल तक किरण के साथ वास्तविक रेडियोग्राफिक घनत्व की गणना करने के लिए किया जाता है। प्रत्येक पिक्सेल की किरण द्वारा प्रवेश किए गए सभी पदार्थों के रेडियोग्राफिक घनत्व का योग उस पिक्सेल के लिए उज्ज्वल क्षेत्र के लघुगणक के लिए आनुपातिक है, जो उस पिक्सेल के लिए अवलोकन छवि के लघुगणक को घटाता है (यानी, लॉग-उप प्रसंस्करण)।
    2. विरूपण सुधार करें: सॉफ़्टवेयर एक एकल छवि का उत्पादन करने के लिए लगभग 30 फ्रेम (यानी, डेटा का 0.5 सेकंड) औसत करता है और किसी भी व्यक्तिगत छवि में शोर के प्रभाव को कम करता है। विरूपण सुधार सॉफ्टवेयर विरूपण ग्रिड छवि में आसन्न मनका पदों के प्रत्येक ट्रिपल से एक affine नक्शा बनाता है ज्ञात (सच) Lucite विरूपण सुधार ग्रिड में उन तीन मोतियों की स्थिति के लिए. छोटे affine नक्शे के इस संग्रह का उपयोग तब मोतियों के ओर्थोगोनल सरणी द्वारा दर्शाए गए सच्चे निर्देशांक में गति परीक्षण के प्रत्येक देखे गए फ्रेम को फिर से बनाने के लिए किया जाता है।
    3. प्रत्येक परीक्षण के सभी फ़्रेमों के लिए विरूपण और गैर-एकरूपता सुधार लागू करें.
  4. Biplane इमेजिंग वॉल्यूम अंशांकन.
    नोट:: छवि अंशांकन मालिकाना सॉफ़्टवेयर का उपयोग कर किया गया था। सॉफ़्टवेयर एक nonlinear अनुकूलन एल्गोरिथ्म का उपयोग करता है उनके ज्ञात 3 डी स्थानों के लिए मनाया अंशांकन ऑब्जेक्ट मनका स्थानों को समायोजित करने के लिए। यह प्रक्रिया बाइप्लेनर अंशांकन छवियों के प्रत्येक सेट के लिए आयोजित की जाती है। परिणाम एक ऐसी प्रणाली है जो हड्डी की मात्रा के दो दृश्यों को डिजिटल रूप से प्रोजेक्ट कर सकती है और डेटा संग्रह के दौरान एकत्र की गई एक ही हड्डी की रेडियोग्राफिक छवियों के खिलाफ उन्हें पंजीकृत कर सकती है।
  5. मार्कररहित ट्रैकिंग
    नोट:: मार्करलेस ट्रैकिंग मालिकाना सॉफ़्टवेयर का उपयोग कर किया जाता है। इस प्रक्रिया को पूरा करने के लिए ऑटोस्कोपर और सी-मोशन जैसे सॉफ्टवेयर का भी उपयोग किया जा सकता है।
    1. गति परीक्षण के पहले फ्रेम पर, सॉफ़्टवेयर नियंत्रण का उपयोग करके DRR को घुमाएं और अनुवाद करें जब तक कि यह biplane एक्स-रे छवियों (चित्रा 6) से अच्छी तरह से मेल नहीं खाता प्रतीत होता है।
    2. मैन्युअल समाधान सहेजें।
    3. ऑप्टिमाइज़ेशन एल्गोरिथ्म लागू करें।
    4. नेत्रहीन प्रारंभिक मैनुअल समाधान के आधार पर एल्गोरिथ्म द्वारा इष्टतम होने के लिए निर्धारित समाधान का निरीक्षण करें। यदि आवश्यक हो, तो समाधान समायोजित करें और अनुकूलित समाधान से संतुष्ट होने तक चरण 3.5.2-3.5.3 दोहराएँ।
    5. गति परीक्षण भर में प्रत्येक 10 वें फ्रेम के लिए चरण 3.5.1-3.5.4 को दोहराएँ।
      नोट:: यह अंतराल फ़्रेम दर, गति गति और छवि गुणवत्ता सहित कई कारकों पर निर्भर करता है। छोटे अंतराल की आवश्यकता हो सकती है।
    6. एक बार जब हर 10 वें फ्रेम को ट्रैक किया जाता है, तो इंटरपोलेटेड प्रारंभिक समाधान बनाने के लिए एक अनुकूलन करें जो बाद में अनुकूलित होते हैं।
    7. समाधान को परिष्कृत करना जारी रखें जब तक कि गति परीक्षण के सभी फ्रेम को अच्छी तरह से ट्रैक नहीं किया जाता है।

4. डेटा विश्लेषण प्रोटोकॉल

नोट: इस प्रोटोकॉल में उपयोग किए जाने वाले मालिकाना मार्करलेस ट्रैकिंग सॉफ़्टवेयर के परिणामस्वरूप शारीरिक स्थलों के कच्चे और फ़िल्टर किए गए प्रक्षेपवक्र होते हैं जिनका उपयोग शारीरिक समन्वय प्रणालियों के निर्माण के लिए किया जाएगा। ये निर्देशांक अंशांकन प्रक्रिया के दौरान अंशांकन ऑब्जेक्ट द्वारा परिभाषित प्रयोगशाला निर्देशांक प्रणाली के सापेक्ष व्यक्त किए जाते हैं। निम्नलिखित प्रोटोकॉल का वर्णन करता है, सामान्य शब्दों में, इन ऐतिहासिक प्रक्षेपवक्रों से कीनेमेटिक परिणाम उपायों की गणना करने के लिए प्रक्रियाओं जैसे कि उन्हें किसी भी प्रोग्रामिंग भाषा (जैसे, MATLAB) में गणना की जा सकती है। एक दूसरे मालिकाना सॉफ्टवेयर का उपयोग कीनेमेटीक्स और निकटता के आंकड़ों की गणना करने के लिए किया जाता है।

  1. कीनेमेटीक्स और निकटता के आंकड़ों की गणना करें
    नोट: प्राथमिक कीनेमेटिक परिणाम उपायों में संयुक्त रोटेशन (यानी, यूलर कोण) और स्थितियां शामिल हैं। प्राथमिक निकटता के आंकड़ों में न्यूनतम अंतर, औसत अंतर और भारित-औसत संपर्क केंद्र शामिल हैं, जिनकी गणना डेटा के प्रत्येक फ्रेम के लिए की जाती है। सामूहिक रूप से, ये उपाय एक आंदोलन के दौरान संयुक्त आर्थ्रोकाइनेमेटिक्स, या सतह इंटरैक्शन का वर्णन करते हैं। संरचनात्मक निकटताएं जो गति परीक्षण में एकत्रित की जाती हैं, उनमें औसत संपर्क केंद्र, संपर्क पथ और संपर्क पथ की लंबाई शामिल होती है।
    1. प्रत्येक हड्डी और गति के फ्रेम के लिए, फ़िल्टर किए गए शारीरिक ऐतिहासिक निर्देशांक (यानी, मार्करलेस ट्रैकिंग सॉफ़्टवेयर से आउटपुट) का उपयोग करें ताकि प्रयोगशाला समन्वय प्रणाली के सापेक्ष हड्डी के शारीरिक समन्वय प्रणाली का प्रतिनिधित्व करने वाले 16-तत्व परिवर्तन मैट्रिक्स का निर्माण किया जा सके।
    2. सॉफ्टवेयर का उपयोग कर प्रासंगिक हड्डियों के बीच शारीरिक समन्वय प्रणालियों से संबंधित द्वारा सापेक्ष कीनेमेटीक्स की गणना करें।
    3. पारंपरिक तरीकों का उपयोग कर संयुक्त कोण और पदों को निकालें64. शारीरिक निर्देशांक प्रणालियों के अभिविन्यास को देखते हुए, एक Z-X'-Y' रोटेशन अनुक्रम का उपयोग करके ग्लेनोहुमरल कीनेमेटिक्स को निकालें, वाई-जेड'-एक्स' रोटेशन अनुक्रम का उपयोग करके स्कैपुलोथोरेसिक कीनेमेटिक्स निकालें, और वाई-जेड'-वाई' रोटेशन अनुक्रम का उपयोग करके ह्यूमेरोथोरेसिक कीनेमेटिक्स निकालें।
    4. न्यूनतम अंतर: सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके विपरीत हड्डी पर निकटतम पड़ोसी त्रिभुज के केंद्रक के बीच सबसे छोटे अंतर (यानी, दूरी) की गणना करें।
    5. औसत अंतर: सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके एक निर्दिष्ट माप क्षेत्र के भीतर अपने निकटतम पड़ोसी के लिए सबसे छोटा अंतर रखने वाले त्रिभुजों का उपयोग करके न्यूनतम अंतराल के क्षेत्र-भारित माध्य की गणना करें। माप क्षेत्र को विपरीत हड्डी के निकटतम त्रिभुजों के रूप में परिभाषित करें जिनके क्षेत्र 200 मिमी 2 के बराबर हैं। यह सुनिश्चित करने के लिए गणना में इस माप क्षेत्र को शामिल करें कि केवल सतह जो विपरीत हड्डी के पास उचित रूप से है, औसत अंतराल गणना में शामिल है।
      नोट: माप क्षेत्र के आकार (यानी, 200 मिमी 2) को प्रारंभिक एल्गोरिथ्म विकास के दौरान चुना गया था, जब यह दूर की सतहों से अत्यधिक पक्षपाती होने के बिना लगातार उप-एक्रोमियल स्पेस और ग्लेनोहुमरल संयुक्त निकटता को प्रतिबिंबित करने के लिए पाया गया था। व्यापक सतह इंटरैक्शन (उदाहरण के लिए, tibiofemoral) के लिए इस उपाय के उपयोग के लिए एक बड़े माप क्षेत्र की आवश्यकता हो सकती है।
    6. भारित-औसत संपर्क केंद्र (यानी, केंद्रक): आरओआई सतह पर उस बिंदु की गणना करें जो माप क्षेत्र के भीतर अन्य सभी त्रिभुजों के लिए भारित दूरी को कम करता है (यानी, विपरीत हड्डी के निकटतम त्रिभुज जिनके क्षेत्र 200 मिमी 2 के बराबर हैं) सॉफ्टवेयर का उपयोग करके। माप क्षेत्र में प्रत्येक त्रिभुज के लिए भार कारक की गणना इस प्रकार की जाती है: निकटतम-पड़ोसी केंद्रक (यानी, व्युत्क्रम वर्ग भार) के लिए त्रिभुज क्षेत्र / वर्ग दूरी। इस तरह, जिन त्रिभुजों को अधिक भारी भारित किया जाता है, वे बड़े होते हैं (1 के कारक द्वारा) और विपरीत हड्डी के करीब (वर्गीकृत न्यूनतम दूरी के एक कारक द्वारा)।
    7. औसत संपर्क केंद्र: सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके गति परीक्षण में संपर्क केंद्र (यानी, केंद्रक) की औसत स्थिति की गणना करें। यह देखते हुए संपर्क केंद्र संयुक्त आर्थ्रोकाइनेमेटिक्स का प्रतिनिधित्व करते हैं, औसत संपर्क केंद्र एक आंदोलन के दौरान सतह इंटरैक्शन के केंद्र का प्रतिनिधित्व करता है।
    8. संपर्क पथ: सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके गति परीक्षण में भारित-औसत संपर्क केंद्र के निर्देशांक को कनेक्ट करके परिभाषित करें।
    9. संपर्क पथ लंबाई: सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके गति परीक्षण में संपर्क पथ की लंबाई की गणना करें.

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Representative Results

एक 52 वर्षीय स्पर्शोन्मुख महिला (बीएमआई = 23.6 किलोग्राम / एम 2) को पिछली जांच के हिस्से के रूप में भर्ती किया गया था और उसके प्रमुख (दाएं) कंधे पर गति परीक्षण (कोरोनल विमान अपहरण) किया गया था। डेटा संग्रह से पहले, प्रतिभागी ने लिखित सूचित सहमति प्रदान की। जांच को हेनरी फोर्ड हेल्थ सिस्टम के संस्थागत समीक्षा बोर्ड द्वारा अनुमोदित किया गया था। डेटा संग्रह पहले वर्णित प्रोटोकॉल का उपयोग करके किया गया था (चित्र3)।

प्रतिभागी के ग्लेनोहुमरल, स्कैपुलोथोरेसिक, और ह्यूमेरोथोरेसिक कीनेमेटिक्स को क्रमशः चित्र 7, चित्रा 8 और चित्रा 9 में प्रस्तुत किया गया है। ग्लेनोहुमरल और स्कैपुलोथोरेसिक कीनेमेटिक्स के दृश्य निरीक्षण से पता चलता है कि प्रतिभागी के कंधे की गति कोरोनल विमान अपहरण के दौरान आम तौर पर क्या उम्मीद की जाती है, इसके अनुरूप थी। विशेष रूप से, ग्लेनोहुमरल गति में ऊंचाई और मामूली बाहरी रोटेशन शामिल थे, और आमतौर पर स्कैपुला (चित्रा 7) के पीछे एक विमान में था, जबकि स्कैपुलोथोरेसिक गति में ऊपर की ओर रोटेशन, पीछे की ओर झुकाव और मामूली आंतरिक / बाहरी रोटेशन (चित्रा 8) शामिल थे।

गति परीक्षण के दौरान, न्यूनतम उप-एक्रोमियल दूरी (यानी, किसी दिए गए फ्रेम के लिए उप-एक्रोमियल आउटलेट की सबसे संकीर्ण चौड़ाई) 74.0 डिग्री ह्यूमेरोथोरेसिक ऊंचाई (फ्रेम 45) पर 1.8 मिमी से लेकर 134.0 डिग्री ह्यूमेरोथोरेसिक ऊंचाई (फ्रेम 89) (चित्रा 10 ए, चित्रा 11 ए) पर 8.3 मिमी तक थी। औसत उप-एक्रोमियल दूरी (यानी, निर्दिष्ट 200 मिमी 2 माप क्षेत्र के भीतर उप-एक्रोमियल आउटलेट की औसत चौड़ाई) न्यूनतम दूरी मीट्रिक के समान प्रक्षेपवक्र का पालन करती है। उदाहरण के लिए, औसत उप-एक्रोमियल दूरी 4.2 मिमी से 75.4 डिग्री ह्यूमेरोथोरेसिक ऊंचाई (फ्रेम 46) से 9.2 मिमी तक 134.0 डिग्री ह्यूमेरोथोरेसिक ऊंचाई (फ्रेम 89) पर थी। अंत में, न्यूनतम उप-एक्रोमियल दूरी सतह क्षेत्र मीट्रिक (चित्रा 10 बी) के लिए एक पूरक प्रक्षेपवक्र का पालन करती है, जैसे कि सतह क्षेत्र बड़ा होने पर न्यूनतम दूरी छोटी होती है। ह्यूमरल हेड पर न्यूनतम दूरी के स्थान की साजिश रचने से पता चलता है कि एक्रोमियन के निकटतम स्थान रोटेटर कफ पदचिह्न में पार्श्व रूप से शिफ्ट हो जाता है क्योंकि ह्यूमेरोथोरेसिक ऊंचाई कोण बढ़ जाता है (चित्रा 11 ए)। गति परीक्षण के पार, संपर्क पथ की लंबाई ह्यूमरल सिर पर 40.5 मिमी और एक्रोमियन पर 28.8 मिमी मापा गया।

गति परीक्षण के दौरान, न्यूनतम ग्लेनोहुमरल दूरी (यानी, ग्लेनोहुमरल संयुक्त स्थान की सबसे संकीर्ण चौड़ाई) 1.0 मिमी से 137.9 डिग्री ह्यूमेरोथोरेसिक ऊंचाई (फ्रेम 92) पर 2.1 मिमी से 34.2 डिग्री ह्यूमेरोथोरेसिक ऊंचाई (फ्रेम 21) (चित्रा 12 ए, चित्रा 11 बी) पर 2.1 मिमी तक थी। उप-एक्रोमियल दूरी के साथ, औसत ग्लेनोहुमरल दूरी न्यूनतम दूरी मीट्रिक के समान प्रक्षेपवक्र का पालन करती थी, और इन दूरीयों ने सतह क्षेत्र मीट्रिक (चित्रा 12 बी) के साथ एक पूरक प्रक्षेपवक्र का पालन किया। उदाहरण के लिए, औसत ग्लेनोहुमरल दूरी 1.4 मिमी से 137.9 डिग्री ह्यूमेरोथोरेसिक ऊंचाई (फ्रेम 92) से 2.6 मिमी तक 23.5 डिग्री ह्यूमेरोथोरेसिक ऊंचाई (फ्रेम 12) पर थी। ग्लेनॉइड किनारे की रूपरेखा के सापेक्ष ग्लेनोहुमरल संपर्क केंद्र के स्थान की साजिश रचने से पता चलता है कि प्रतिभागी के आर्थ्रोकाइनेमेटिक्स में मध्यम सतह इंटरैक्शन शामिल थे। विशेष रूप से, ह्यूमरस पूर्वकाल / पीछे की दिशा में ग्लेनॉइड में अपेक्षाकृत केंद्रित रहा, लेकिन गति परीक्षण (चित्रा 11 बी) के दौरान बेहतर और फिर अवर रूप से स्थानांतरित हो गया। गति परीक्षण के पार, संपर्क पथ की लंबाई ग्लेनॉइड पर 30.0 मिमी और ह्यूमरल सिर पर 45.4 मिमी मापा गया।

Figure 1
चित्र 1: दृश्य का सीटी क्षेत्र( A) कोरोनल, (B) सैगिटल, और (C) अनुप्रस्थ विमान। अधिग्रहण के दौरान, सीटी प्रौद्योगिकीविद यह सुनिश्चित करता है कि दृश्य के क्षेत्र में क्लैविकल (बेहतर), डिस्टल ह्यूमरल एपिकोंडाइल्स (अवर रूप से), पूरे ग्लेनोहुमरल संयुक्त (पार्श्व रूप से), और कॉस्टोवर्टेब्रल और स्टेरनोकोस्टल जोड़ों (औसत दर्जे का) शामिल है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्रा 2: biplane वीडियो रेडियोग्राफिक प्रणाली की योजनाबद्ध. एक्स-रे सिस्टम को 50 डिग्री इंटर-बीम कोण और 183 सेमी के स्रोत-से-छवि दूरी (एसआईडी) के साथ तैनात किया जाता है। प्रतिभागियों को बाइप्लेन की मात्रा में तैनात किया जाता है जैसे कि उनका ग्लेनोहुमरल संयुक्त एक्स-रे बीम के चौराहे पर लगभग स्थित होता है। सिस्टम को नियंत्रण कक्षों और छवियों के फ़ाइल नामों को अलग करने के लिए "हरा" और "लाल" कहा जाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्रा 3: कोरोनल विमान अपहरण के दौरान एक प्रतिनिधि विषय से Biplane रेडियोग्राफिक छवियों। यद्यपि जबड़ा हरे रंग की प्रणाली की छवियों में दिखाई देता है, इस क्षेत्र में खुराक को कम करने के लिए दृश्य के क्षेत्र में सिर को शामिल करने से बचने के लिए ध्यान रखा जाना चाहिए। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4
चित्र 4: शारीरिक निर्देशांक प्रणालियों की परिभाषा( A) ह्यूमरल निर्देशांक प्रणाली को ह्यूमरल हेड, औसत दर्जे के एपिकोंडाइल और पार्श्व एपिकॉन्डाइल के ज्यामितीय केंद्र को डिजिटाइज़ करके परिभाषित किया गया है। (बी) स्कैपुलर निर्देशांक प्रणाली को औसत दर्जे की रीढ़, अवर कोण, और एक्रोमिओक्लेविकुलर संयुक्त के पीछे के पहलू को डिजिटाइज़ करके परिभाषित किया गया है। (सी) रिब निर्देशांक प्रणाली को कॉस्टोवर्टेब्रल पहलू के पीछे के पहलू, रिब के पार्श्व-सबसे पहलू, और पसली के स्तर पर पार्श्व उरोस्थि को डिजिटाइज़ करके परिभाषित किया गया है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 5
चित्रा 5: निकटता आंकड़ों के लिए ब्याज के क्षेत्रों की परिभाषा (ROI)। (ए) ह्यूमरल हेड आरओआई, जिसका उपयोग एक्रोमियोहुमरल दूरी और ग्लेनोहुमरल संयुक्त संपर्क पैटर्न की गणना करने के लिए किया जाता है, (बी) एक्रोमियल और ग्लेनोइड आरओआई, जिसका उपयोग क्रमशः एक्रोमियोहुमरल दूरी और ग्लेनोहुमरल संयुक्त संपर्क पैटर्न की गणना करने के लिए किया जाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 6
चित्रा 6: मालिकाना मार्करलेस ट्रैकिंग सॉफ़्टवेयर के स्क्रीनशॉट। स्क्रीनशॉट कोरोनल विमान अपहरण के दौरान एक प्रतिनिधि विषय से ह्यूमरस और स्कैपुला के अनुकूलित समाधानों को दर्शाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 7
चित्रा 7: कोरोनल विमान अपहरण के एक एकल परीक्षण के दौरान एक प्रतिनिधि विषय से ग्लेनोहुमरल कीनेमेटिक्स। नोट: पूर्वकाल की स्थिति को एक सकारात्मक मूल्य के रूप में परिवर्तित किया गया है। संक्षेप: मेड. = औसत दर्जे का; lat. = पार्श्व; sup. = superior; inf. = अवर; चींटी = पूर्वकाल; पोस्ट. = पीछे। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 8
चित्रा 8: कोरोनल विमान अपहरण के एक एकल परीक्षण के दौरान एक प्रतिनिधि विषय से स्कैपुलोथोरेसिक कीनेमेटिक्स। नोट: पूर्वकाल की स्थिति को एक सकारात्मक मूल्य के रूप में परिवर्तित किया गया है। संक्षेप: IR = आंतरिक रोटेशन; ईआर = बाहरी रोटेशन; यूआर = ऊपर की ओर रोटेशन; DR = नीचे की ओर घूर्णन; AT = पूर्वकाल झुकाव; पीटी = पीछे झुकाव; med. = औसत दर्जे का; lat. = पार्श्व; sup. = superior; inf. = अवर; चींटी = पूर्वकाल; पोस्ट. = पीछे। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 9
चित्रा 9: कोरोनल विमान अपहरण के एक एकल परीक्षण के दौरान एक प्रतिनिधि विषय से ह्यूमेरोथोरेसिक कीनेमेटिक्स। नोट: पूर्वकाल की स्थिति को एक सकारात्मक मूल्य के रूप में परिवर्तित किया गया है। संक्षेप: मेड. = औसत दर्जे का; lat. = पार्श्व; sup. = superior; inf. = अवर; चींटी = पूर्वकाल; पोस्ट. = पीछे। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 10
चित्र 10: एक प्रतिनिधि विषय में कोरोनल विमान अपहरण के परीक्षण के दौरान उप-एक्रोमियल स्थान का आकलन। (A) एक्रोमियोह्यूमरल दूरी के उपायों को संबंधित ह्यूमेरोथोरेसिक उन्नयन कोणों के साथ फ्रेम में प्रदर्शित किया जाता है। न्यूनतम दूरी की गणना ह्युमरल हेड और एक्रोमियल आरओआई के बीच निकटतम-पड़ोसी त्रिकोण के केंद्रक के बीच सबसे छोटी दूरी के रूप में की जाती है। औसत दूरी न्यूनतम दूरी के क्षेत्र-भारित माध्य का प्रतिनिधित्व करती है, जिसकी गणना ह्यूमरल हेड आरओआई में त्रिकोणों पर की जाती है, जिसमें एक्रोमियल आरओआई पर उनके निकटतम पड़ोसी के लिए सबसे छोटा अंतर होता है। (बी) ह्यूमरल हेड आरओआई का सतह क्षेत्र जो एक्रोमियल आरओआई के 10 मिमी के भीतर होता है, को संबंधित ह्यूमेरोथोरेसिक ऊंचाई कोणों के साथ फ्रेम में प्रदर्शित किया जाता है। संक्षिप्त नाम: HT = humerothoracic. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 11
चित्रा 11: निकटता मानचित्रण( A) subacromial space, (B) glenohumeral joint space. Subacromial निकटता को डेटा के फ्रेम के लिए न्यूनतम दूरी मीट्रिक का उपयोग करके ह्यूमरल हेड आरओआई पर मैप किया जाता है जिसमें न्यूनतम दूरी सबसे छोटी थी (यानी, फ्रेम # 45)। संपर्क पथ (काला) फ्रेम # 1-45 के बीच न्यूनतम दूरी प्रक्षेपवक्र का प्रतिनिधित्व करता है। ग्लेनोहुमरल संयुक्त निकटता को डेटा के फ्रेम के लिए भारित-औसत संपर्क केंद्र का उपयोग करके मैप किया जाता है जिसमें संयुक्त स्थान सबसे छोटा था (यानी, फ्रेम # 92)। संपर्क पथ (काला) फ्रेम # 1-92 के बीच केंद्रक प्रक्षेपवक्र का प्रतिनिधित्व करता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 12
चित्र 12: एक प्रतिनिधि विषय में कोरोनल विमान अपहरण के परीक्षण के दौरान ग्लेनोहूमरल संयुक्त स्थान का मूल्यांकन। (A) ग्लेनोहूमरल संयुक्त स्थान के उपायों को संबंधित ह्यूमेरोथोरेसिक उन्नयन कोणों के साथ फ्रेम में प्रदर्शित किया जाता है। न्यूनतम दूरी की गणना ग्लेनॉइड और ह्यूमरल हेड आरओआई के बीच निकटतम-पड़ोसी त्रिकोण के केंद्रक के बीच सबसे छोटी दूरी के रूप में की जाती है। औसत दूरी न्यूनतम दूरी के क्षेत्र-भारित माध्य का प्रतिनिधित्व करती है, जिसकी गणना ग्लेनोइड आरओआई में त्रिकोणों पर की जाती है, जिसमें ह्यूमरल हेड आरओआई पर अपने निकटतम पड़ोसी के लिए सबसे छोटा अंतर होता है। (बी) ग्लेनॉइड आरओआई का सतह क्षेत्र जो ह्यूमरल हेड आरओआई के 10 मिमी के भीतर होता है, को संबंधित ह्यूमेरोथोरेसिक ऊंचाई कोणों के साथ फ्रेम में प्रदर्शित किया जाता है। संक्षिप्त नाम: HT = humerothoracic. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

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Discussion

यहां वर्णित तकनीक गतिशील गतिविधियों के दौरान 3 डी संयुक्त गति के सटीक उपाय प्रदान करके कंधे की गति (यानी, कैडेवरिक सिमुलेशन, 2 डी इमेजिंग, स्थैतिक 3 डी इमेजिंग, वीडियो-आधारित मोशन कैप्चर सिस्टम, पहनने योग्य सेंसर, आदि) का आकलन करने के लिए पारंपरिक तकनीकों से जुड़े कई नुकसानों को दूर करती है। यहां वर्णित प्रोटोकॉल की सटीकता रेडियोस्टेरियोमेट्रिक विश्लेषण (आरएसए) के सोने के मानक के खिलाफ ग्लेनोहुमरल संयुक्त के लिए स्थापित की गई थी, जिसे ±0.5 डिग्री और ±0.4 मिमी 67,68 होना चाहिए। इसी तरह के प्रोटोकॉल अन्य जोड़ों जैसे कि knee69, spine70, और पैर / टखने 71 के लिए विकसित किए गए हैं। महत्वपूर्ण रूप से, एक ऐसी प्रणाली के बिना जो पर्याप्त रूप से सटीक है, संयुक्त गति में सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण और नैदानिक रूप से संभावित सार्थक अंतर का पता लगाने के लिए आवश्यक नमूना आकार निषेधात्मक हो सकता है। इसके अलावा, सटीकता का यह स्तर संभावित रूप से महत्वपूर्ण परिणाम उपायों का वर्णन करने की क्षमता प्रदान करता है जैसे कि संयुक्त पदों और / या अनुवाद62,72, आर्थ्रोकाइनेमेटिक्स 72,73,74,75, उप-एक्रोमियल दूरी61,72,75, और गति के तात्कालिक अक्ष76 . आखिरकार, इन-विवो संयुक्त गति को सटीक रूप से मापना सामान्य और पैथोलॉजिकल परिस्थितियों में कंधे के कार्य की एक यांत्रिक समझ प्रदान करने के लिए आवश्यक है, और गैर-सर्जिकल और सर्जिकल नैदानिक हस्तक्षेपों के प्रभावों का आकलन करने के लिए।

Biplane videoradiography का उपयोग करके कंधे कीनेमेटिक्स को परिमाणित करके प्रदान की गई सटीकता कई चुनौतियों और सीमाओं के साथ आती है। इस तकनीक से जुड़ी प्राथमिक सीमा सीटी स्कैन और बाईप्लेन एक्स-रे इमेजिंग के परिणामस्वरूप प्रतिभागी के लिए विकिरण जोखिम है। नतीजतन, गति परीक्षणों की संख्या जो समय के साथ अधिग्रहित या अनुवर्ती सत्रों का अधिग्रहण या अनुवर्ती सत्र हो सकती है, सीमित है। यहां वर्णित प्रोटोकॉल के अनुरूप प्रभावी खुराक लगभग 10.5 एमएसवी है, जिसमें अधिकांश (लगभग 10 एमएसवी) सीटी स्कैन से आ रहा है, जिसमें डिस्टल ह्यूमरस की इमेजिंग शामिल है ताकि एपिकॉन्डाइल्स का उपयोग ह्यूमरल शारीरिक समन्वय प्रणाली के निर्माण के लिए किया जा सके। संदर्भ के लिए, यह खुराक विकिरण के प्राकृतिक पृष्ठभूमि स्रोतों के संपर्क में आने के लगभग 3 वर्षों से मेल खाती है। विकिरण संरक्षण और माप पर राष्ट्रीय परिषद की हालिया सिफारिशों से पता चलता है कि इस खुराक को "मामूली" के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है, जो व्यक्ति या समाज के लिए एक मध्यम अपेक्षित लाभ मानता है। नतीजतन, यह आवश्यक है कि द्विविमान वीडियोरेडियोग्राफी का उपयोग करके गति विश्लेषण का उपयोग एक ठोस वैज्ञानिक आधार के आधार पर एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए अध्ययन में किया जाए जिसमें सार्वजनिक स्वास्थ्य पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालने की क्षमता है।

अनुसंधान और नैदानिक सेटिंग्स में इस तकनीक के व्यापक उपयोग को सुविधाजनक बनाने के लिए बाइप्लेन वीडियोरेडियोग्राफी से जुड़ी खुराक को कम करना महत्वपूर्ण है। सौभाग्य से, सीटी और एमआर इमेजिंग में हाल ही में हुई प्रगति प्रतिभागी को खुराक को काफी हद तक कम कर सकती है। उदाहरण के लिए, एमआरआई 78,79 या कम खुराक सीटी 80 का उपयोग करके व्युत्पन्न ह्यूमरल और स्कैपुलर हड्डी मॉडल को कई शोध अनुप्रयोगों के लिए स्वीकार्य सटीकता के लिए दिखाया गया है। इसके अलावा, ह्यूमरल समन्वय प्रणाली को इस तरह से फिर से परिभाषित करना जिसमें ह्यूमरल एपिकॉन्डाइल्स 81 की आवश्यकता नहीं होती है, सीटी इमेजिंग वॉल्यूम को कम करके खुराक को कम कर देगा। किसी भी छवियों को प्राप्त करने से पहले गति परीक्षणों का सावधानीपूर्वक अभ्यास यह सुनिश्चित करने के लिए भी महत्वपूर्ण है कि प्रत्येक एकत्र किए गए परीक्षण का मूल्य है और अनावश्यक रूप से प्रतिभागी की कुल खुराक में नहीं जोड़ता है। आखिरकार, इन कारकों पर ध्यान से विचार करना, और कई अन्य, महत्वपूर्ण है जब मानव अनुसंधान प्रतिभागियों में 3 डी कीनेमेटीक्स को मापने के लिए जिम्मेदारी से बाइप्लेन वीडियोरेडियोग्राफी का उपयोग किया जाता है।

प्रतिभागी के शरीर की आदत और केंद्रीय धड़ और कंधे के पार्श्व पहलू के बीच ऊतक घनत्व (और इसलिए छवि चमक) में अंतर द्विपक्षीय वीडियोरेडियोग्राफी का उपयोग करके कंधे की गति को मापते समय अतिरिक्त चुनौतियां प्रस्तुत करता है। विशेष रूप से, स्कैपुला और पसलियों का स्पष्ट विज़ुअलाइज़ेशन अक्सर इस प्रोटोकॉल में वर्णित रेडियोग्राफिक तकनीक (यानी, ~ 70 kVp, 320 mA, 2 ms pulsed exposure) का उपयोग करके उच्च बीएमआई (>30 kg / m2) वाले व्यक्तियों और बड़े या घने स्तन ऊतक वाले महिलाओं में चुनौतीपूर्ण होता है। कीनेमेटिक ट्रैकिंग सटीकता संभवतः हड्डी के किनारों के स्पष्ट विज़ुअलाइज़ेशन के बिना खराब हो जाती है। नतीजतन, बीएमआई को प्रतिबंधित करके प्रतिभागियों का सावधानीपूर्वक चयन इन चुनौतीपूर्ण इमेजिंग विचारों में से कई में सुधार कर सकता है। हालांकि, ह्यूमरल ऊंचाई के निचले कोणों पर पार्श्व एक्रोमियन का "वॉशआउट" स्वस्थ शरीर की आदतों के प्रतिभागियों में भी आम है (चित्रा 2 ए, फ्रेम 1 में हरी प्रणाली)। ऐसा इसलिए है क्योंकि एक्रोमियन के चारों ओर बहुत कम ऊतक (और इस प्रकार घनत्व) होता है जब ह्यूमरस ऊंचाई के निचले कोणों पर होता है, और इस क्षेत्र की दृश्यता को स्कैपुला और पसलियों की कल्पना करने के लिए स्वीकार किया जाता है। हालांकि, एक बार जब ह्यूमरस ऊपर उठता है और कंधे के थोक को खुद पर प्रक्षेपित किया जाता है (इस प्रकार रेडियोग्राफिक घनत्व में वृद्धि होती है), तो एक्रोमियन अच्छी तरह से कल्पना हो जाता है। इसलिए, एक गति परीक्षण के लिए इष्टतम रेडियोग्राफिक तकनीक जरूरी नहीं कि हर समय सभी हड्डियों के विज़ुअलाइज़ेशन की गारंटी देती है, लेकिन मार्करलेस ट्रैकिंग करने के लिए पर्याप्त बोनी एनाटॉमी के स्पष्ट विज़ुअलाइज़ेशन की अनुमति देती है।

Biplane videoradiography का उपयोग करते समय एक और चुनौती अपेक्षाकृत छोटी 3 डी इमेजिंग मात्रा है, जिसे मुख्य रूप से छवि रिसेप्टर आकार, दो इमेजिंग सिस्टम के अभिविन्यास और SID द्वारा परिभाषित किया गया है। यद्यपि 3 डी इमेजिंग वॉल्यूम को सीमित करने से विकिरण खुराक को नियंत्रित करने में मदद मिलती है (यानी, कॉलिमेशन के माध्यम से), एक छोटी इमेजिंग मात्रा उस सीमा को प्रतिबंधित कर सकती है जिस पर संयुक्त गति का अधिग्रहण किया जा सकता है और / या मूल्यांकन किए जा रहे कार्यों के प्रकार। उदाहरण के लिए, जिन कार्यों के लिए ट्रंक गति (जैसे, फेंकने) की आवश्यकता होती है, वे बाइप्लेन वीडियोरेडियोग्राफी गति विश्लेषण के साथ असंगत हो सकते हैं क्योंकि प्रतिभागी संभवतः कार्य करते समय 3 डी इमेजिंग वॉल्यूम के बाहर चला जाएगा। इमेजिंग वॉल्यूम के बाहर रोगी आंदोलन सरल कार्यों में भी आम है जैसे कि हाथ को उठाना, विशेष रूप से उन व्यक्तियों में जिनकी गति की ह्यूमरल ऊंचाई सीमा काफी बिगड़ा हुआ है (उदाहरण के लिए, बड़े पैमाने पर रोटेटर कफ आँसू, चिपकने वाला कैप्सुलिटिस, ओए के कारण), क्योंकि ये व्यक्ति अक्सर contralateral पक्ष की ओर झुकाव से क्षतिपूर्ति करते हैं। नतीजतन, झुकाव से बचने के लिए इमेजिंग वॉल्यूम और मौखिक संकेतों के भीतर प्रतिभागी की सावधानीपूर्वक स्थिति डेटा संग्रह प्रक्रिया (अनुभाग 2.4) में महत्वपूर्ण कदम हैं।

छोटे 3 डी इमेजिंग वॉल्यूम भी अन्य खंडों के विज़ुअलाइज़ेशन को सीमित करता है जो रुचि के हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, धड़ को ट्रैक करना स्कैपुलोथोरेसिक और ह्यूमेरोथोरेसिक कीनेमेटीक्स को मापने के लिए आवश्यक है। इस आलेख में वर्णित प्रोटोकॉल तीसरे और चौथे पसलियों को ट्रैक करके इस चुनौती को संबोधित करता है। हालांकि, अन्य जांचकर्ताओं ने रेडियोग्राफिक सिस्टम 49,50,62 के साथ सिंक किए गए बाहरी सतह-आधारित ट्रैकिंग सिस्टम का उपयोग करके धड़ को ट्रैक किया है। इन दृष्टिकोणों में से प्रत्येक की अद्वितीय सीमाएं हैं। उदाहरण के लिए, पसलियों को ट्रैक करने के लिए केंद्रीय धड़ के अच्छे विज़ुअलाइज़ेशन की आवश्यकता होती है, जो पार्श्व कंधे को धोने के बिना बड़े शरीर के आदत वाले व्यक्तियों में चुनौतीपूर्ण है, जैसा कि पहले वर्णित है। इसके अलावा, पसलियों को ट्रैक करना एक छोटी छवि तीव्रता (यानी, 40 सेमी से कम) के साथ चुनौतीपूर्ण हो सकता है। इसके विपरीत, सतह सेंसर का उपयोग करके धड़ गति को ट्रैक करना त्वचा गति विरूपण साक्ष्य का परिचय देता है। उपयोग किए गए दृष्टिकोण के बावजूद, सीमित 3 डी इमेजिंग वॉल्यूम एक चुनौती बनी हुई है जब बाइप्लेन वीडियोरेडियोग्राफी का उपयोग करके कंधे कीनेमेटिक्स को परिमाणित किया जाता है।

संक्षेप में, biplane videoradiography कंधे कीनेमेटीक्स के अत्यधिक सटीक परिमाणीकरण के लिए अनुमति देता है। यहां वर्णित प्रोटोकॉल में भिन्नताओं का उपयोग प्रयोगशाला 58,59,72,73,82 के भीतर कई अध्ययनों के लिए किया गया है, प्रत्येक प्रोटोकॉल भिन्नता को खुराक को कम करने, छवि की गुणवत्ता को अधिकतम करने और सेगमेंट दृश्यता को अधिकतम करने के लिए विशिष्ट शोध उद्देश्यों के आधार पर सावधानीपूर्वक निर्माण किया गया है। आखिरकार, इन-विवो संयुक्त गति को सही ढंग से मापना सामान्य और पैथोलॉजिकल परिस्थितियों में कंधे के कार्य की एक यांत्रिक समझ प्रदान करने के लिए महत्वपूर्ण है, और गैर-सर्जिकल और सर्जिकल नैदानिक हस्तक्षेपों के प्रभावों का आकलन करने के लिए।

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Disclosures

लेखकों के हितों का कोई टकराव नहीं है।

Acknowledgments

इस प्रकाशन में रिपोर्ट किए गए शोध को राष्ट्रीय गठिया और मस्कुलोस्केलेटल और त्वचा रोग संस्थान द्वारा पुरस्कार संख्या R01AR051912 के तहत समर्थित किया गया था। सामग्री पूरी तरह से लेखकों की जिम्मेदारी है और जरूरी नहीं कि राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान (एनआईएच) के आधिकारिक विचारों का प्रतिनिधित्व करे।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Calibration cube Built in-house N/A 10 cm Lucite box with a tantalum bead in each corner and four additional beads midway along the box’s vertical edges (12 beads total). The positions of each bead are precisely known relative to a corner of the box that serves as the origin of the laboratory coordinate system.
Distortion correction grid Built in-house N/A Lucite sheet that covers the entire face of the 16 inch image intensifier and contains an orthogonal array of tantalum beads spaced at 1 cm.
ImageJ National Institutes of Health N/A Image processing software used to prepare TIFF stack of bone volumes.
Markerless Tracking Workbench Custom, in house software N/A A workbench of custom software used to digitize anatomical landmarks on 3D bone models, constructs anatomical coordinate systems, uses intensity-based image registration to perform markerless tracking, and calculates and visualize kinematic outcomes measures.
MATLAB Mathworks, Inc N/A Computer programming software. For used to perform data processing and analysis.
Mimics (version 20) Materialise, Inc N/A Image processing software used to segment humerus, scapula, and ribs from CT scan.
Open Inventor Thermo Fisher Scientific N/A 3D graphics program used to visualize bones
Phantom Camera Control (PCC) software (version 3.4) N/A Software for specifying camera parameters, and acquiring and saving radiographic images
Pulse generator (Model 9514) Quantum Composers, Inc. N/A Syncs the x-ray and camera systems and specifies the exposure time
Two 100 kW pulsed x-ray generators (Model CPX 3100CV) EMD Technologies N/A Generates the x-rays used to produce radiographic images
Two 40 cm image intensifiers (Model P9447H110) North American Imaging N/A Converts x-rays into photons to produce visible image
Two Phantom VEO 340 cameras Vision Research N/A High speed cameras record the visible image created by the x-ray system

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Biplanar Videoradiography का उपयोग कर 3 डी इन-विवो शोल्डर कीनेमेटिक्स को मापना
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Lawrence, R. L., Zauel, R., Bey, M. J. Measuring 3D In-vivo Shoulder Kinematics using Biplanar Videoradiography. J. Vis. Exp. (169), e62210, doi:10.3791/62210 (2021).

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