Waiting
Login processing...

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

Medicine

In vivo Kwantificering van heupartrokinematica tijdens dynamische gewichtdragende activiteiten met behulp van dubbele fluoroscopie

Published: July 2, 2021 doi: 10.3791/62792
Automatic Translation
1,2, 1,3, 1,2,4,5
1Department of Orthopaedics, University of Utah, 2Scientific Computing and Imaging Institute, University of Utah, 3Department of Mechanical Engineering, University of Vermont, 4Department of Biomedical Engineering, University of Utah, 5Department of Physical Therapy, University of Utah

Summary

Dubbele fluoroscopie legt nauwkeurig in vivo dynamische beweging van menselijke gewrichten vast, die kan worden gevisualiseerd ten opzichte van gereconstrueerde anatomie (bijv. Artrokinematica). Hierin wordt een gedetailleerd protocol gepresenteerd om heupartrokinematica te kwantificeren tijdens gewichtdragende activiteiten van het dagelijks leven, inclusief de integratie van dubbele fluoroscopie met traditionele huidmarker motion capture.

Abstract

Verschillende heuppathologieën zijn toegeschreven aan abnormale morfologie met een onderliggende aanname van afwijkende biomechanica. Structuur-functierelaties op gewrichtsniveau blijven echter een uitdaging om te kwantificeren vanwege problemen bij het nauwkeurig meten van dynamische gewrichtsbewegingen. De artefactfouten in zacht weefsel die inherent zijn aan optische huidmarker motion capture worden verergerd door de diepte van het heupgewricht in het lichaam en de grote massa zacht weefsel rond het gewricht. De complexe relatie tussen botvorm en kinematica van het heupgewricht is dus moeilijker nauwkeurig te bestuderen dan in andere gewrichten. Hierin wordt een protocol gepresenteerd met computertomografie (CT) arthrografie, driedimensionale (3D) reconstructie van volumetrische beelden, dubbele fluoroscopie en optische motion capture om de dynamische beweging van het heupgewricht nauwkeurig te meten. De technische en klinische studies die dubbele fluoroscopie hebben toegepast om vorm-functierelaties van de heup te bestuderen met behulp van dit protocol worden samengevat en de specifieke stappen en toekomstige overwegingen voor gegevensverzameling, verwerking en analyse worden beschreven.

Introduction

Het aantal totale heupartroplastiek (THA) -procedures uitgevoerd bij volwassenen van 45-64 jaar die lijden aan heupartrose (OA) is tussen 2000 en 2010 meer dan verdubbeld1. Op basis van de toename van THA-procedures van 2000 tot 2014 voorspelde een recente studie dat het totale aantal jaarlijkse procedures de komende twintig jaar zou kunnen verdrievoudigen2. Deze grote toename van THA-procedures is alarmerend gezien het feit dat de huidige behandelingskosten alleen al in de Verenigde Staten jaarlijks meer dan $ 18 miljard bedragen3.

Ontwikkelingsdysplasie van de heup (DDH) en femoroacetabulair impingementsyndroom (FAIS), die respectievelijk een onder- of overbeperkte heup beschrijven, worden verondersteld de primaire etiologie van heup artrose4te zijn . De hoge prevalentie van deze structurele heupmisvormingen bij personen die THA ondergaan, werd aanvankelijk meer dan drie decennia geleden beschreven5. Toch is de relatie tussen abnormale heupanatomie en artrose niet goed begrepen. Een uitdaging voor het verbeteren van het werkbegrip van de rol van misvormingen bij de ontwikkeling van artrose van de heup is dat abnormale heupmorfologie veel voorkomt bij asymptomatische volwassenen. Met name hebben studies morfologie waargenomen geassocieerd met cam-type FAIS bij ongeveer 35% van de algemene bevolking6,83% van de senior atleten7en meer dan 95% van de collegiale mannelijke atleten8. In een andere studie van vrouwelijke collegiale atleten had 60% van de deelnemers radiografisch bewijs van cam FAIS en 30% had bewijs van DDH9.

Studies die een hoge prevalentie van misvormingen aantonen bij personen zonder heuppijn wijzen op de mogelijkheid dat morfologie die vaak wordt geassocieerd met FAIS en DDH een natuurlijke variant kan zijn die alleen onder bepaalde omstandigheden symptomatisch wordt. De interactie tussen heupanatomie en heupbiomechanica is echter niet goed begrepen. Met name zijn er bekende problemen met het meten van heupgewrichtsbewegingen met behulp van traditionele optische motion capture-technologie. Ten eerste bevindt het gewricht zich relatief diep in het lichaam, zodat de locatie van het heupgewrichtscentrum moeilijk is om zowel dynamisch te identificeren als te volgen met behulp van optische huidmarker motion capture, met fouten in dezelfde orde van grootte als de straal van de heupkop10,11. Ten tweede is het heupgewricht omgeven door grote weke delen, inclusief onderhuids vet en spieren, die bewegen ten opzichte van het onderliggende bot, wat resulteert in zacht weefselartefact12,13,14. Ten slotte wordt kinematica met behulp van optische tracking van huidmarkers geëvalueerd ten opzichte van gegeneraliseerde anatomie en geeft dus geen inzicht in hoe subtiele morfologische verschillen de biomechanica van het gewricht kunnen beïnvloeden.

Om het gebrek aan nauwkeurige kinematica in combinatie met onderwerpspecifieke botmorfologie aan te pakken, zijn zowel enkele als dubbele fluoroscopiesystemen ontwikkeld voor het analyseren van andere natuurlijke gewrichtssystemen15,16,17. Deze technologie is echter pas onlangs toegepast op het inheemse heupgewricht, waarschijnlijk vanwege de moeilijkheid om beelden van hoge kwaliteit te verkrijgen via het zachte weefsel rond de heup. De methodologie om de in vivo beweging van het heupgewricht nauwkeurig te meten en deze beweging weer te geven ten opzichte van de onderwerpspecifieke botanatomie wordt hierin beschreven. De resulterende artrokinematica bieden een ongeëvenaard vermogen om het subtiele samenspel tussen botmorfologie en biomechanica te onderzoeken.

Hierin zijn de procedures voor het verkrijgen en verwerken van dubbele fluoroscopiebeelden van de heup tijdens activiteiten van het dagelijks leven beschreven. Vanwege de wens om kinematica van het hele lichaam vast te leggen met optische markertracking tegelijkertijd met dubbele fluoroscopiebeelden, vereist het protocol voor gegevensverzameling coördinatie tussen verschillende gegevensbronnen. Kalibratie van het dubbele fluoroscopiesysteem maakt gebruik van plexiglasstructuren geïmplanteerd met metalen kralen die direct kunnen worden geïdentificeerd en gevolgd als markers. Dynamische botbewegingen worden daarentegen gevolgd met behulp van markerless tracking, waarbij alleen de op CT gebaseerde radiografische dichtheid van de botten wordt gebruikt om de oriëntatie te definiëren. Dynamische beweging wordt vervolgens tegelijkertijd gevolgd met behulp van dubbele fluoroscopie en motion capture-gegevens die ruimtelijk en temporeel worden gesynchroniseerd.

De systemen worden ruimtelijk gesynchroniseerd tijdens de kalibratie door gelijktijdige beeldvorming van een kubus met zowel reflecterende markers als geïmplanteerde metalen kralen en het genereren van een gemeenschappelijk coördinatensysteem. De systemen worden tijdelijk gesynchroniseerd voor elke activiteit of opname door het gebruik van een gesplitste elektronische trigger, die een signaal verzendt om de opname van de dubbele fluoroscopiecamera's te beëindigen en een constante 5 V-ingang naar het motion capture-systeem onderbreekt. Dit gecoördineerde protocol maakt de kwantificering mogelijk van de positie van lichaamssegmenten die buiten het gecombineerde gezichtsveld van het duale fluoroscopiesysteem vallen, expressie van kinematische resultaten ten opzichte van ganggenormaliseerde gebeurtenissen en karakterisering van de vervorming van zacht weefsel rond het dijbeen en bekken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

De procedures die in dit protocol worden beschreven, zijn goedgekeurd door de Institutional Review Board van de University of Utah.

1. CT arthrogram beeldvorming

  1. Arthrogram18
    1. Plan een getrainde musculoskeletale radioloog om het arthrogram direct voorafgaand aan de geplande CT-beeldvorming uit te voeren.
    2. Plaats de deelnemer op de tafel met de heup van belang in het gezichtsveld van een klinische fluoroscoop. Plaats zandzakken aan weerszijden van de enkel om rotatie van het been en de heup te voorkomen.
    3. Bereid de huid voor om een steriele omgeving te creëren. Markeer de locatie waar de naald zal worden ingebracht (femurkop-halsverbinding) en verdoof het zachte weefsel op de injectieplaats met 2-5 ml 1% lidocaïne.
    4. Bereid een oplossing van 20 ml 1% lidocaïne, 10 ml iohexol-injectie en 0,1 ml 1 mg / ml (1:1000) epinefrine in een luervergrendelingsspuit van 30 ml.
    5. Twee tot vijf minuten na de lidocaïne-injectie, breng een spinale naald in totdat deze in contact komt met de femurhals; controleer de locatie van de naald door fluoroscopie. Injecteer een kleine hoeveelheid van de bereide oplossing (<5 ml) en zorg ervoor dat de geïnjecteerde vloeistof zich in de gewrichtscapsule bevindt met een afbeelding van fluoroscopie.
    6. Injecteer 20-30 ml van het contrastmengsel. Wanneer extra weerstand tegen de injectie wordt waargenomen, laat een lid van het onderzoeksteam handmatig tractie op de heup aanbrengen door aan de enkel van de deelnemer te trekken terwijl de deelnemer het hoofdeinde van de tafel vastpakt om bewegingen van het bovenlichaam te weerstaan. Injecteer het resterende contrastmengsel, indien van toepassing.
    7. Controleer door middel van fluoroscopie of het contrastmiddel de gewrichtsruimte vult en de heupkop bedekt wanneer tractie wordt toegepast.
    8. Breng de patiënt over naar de CT-scanner in een rolstoel of bed om het verlies van contrast in het gewrichtskapsel te minimaliseren.
  2. Tractie en CT-beeldvorming
    1. Help de deelnemer in rugligging op het CT-portaal.
    2. Plaats de hazentractiespalk onder de poot van belang en zorg ervoor dat de proximale gewatteerde staaf net distale rust op het ischium. Bevestig de klittenbandjes rond de dij en enkel van de deelnemer en breng lichte tractie aan.
    3. Verkrijg een scoutbeeld en stel het gezichtsveld in op het hele bekken en proximale dijbenen tot net onder de mindere trochanter voor de heupen. Stel een apart gezichtsveld in om de distale dijbenen en proximale tibia's voor de knieën op te nemen.
    4. Breng extra tractie aan (laat een lid van het onderzoeksteam aan de enkel trekken terwijl een ander de riem van de hazentractiespalk aanspant) om de scheiding van de gewrichtsruimte te garanderen. Verkrijg afbeeldingen met een plakdikte van 120 kVp, een plakdikte van 1,0 mm, 200 - 400 mAs voor de heup en 120 kVp, een plakdikte van 3,0 mm en 150 mAs voor de knieën. Gebruik CARE Dose, een geautomatiseerde belichtingsregeling die de buisstroom moduleert op basis van de beeldkwaliteit, om de stralingsbelasting voor de deelnemer te minimaliseren.
    5. Laat het hazentractiespalk los en verwijder het. Help de deelnemer naar een staande positie en zorg ervoor dat ze zich comfortabel voelen bij het plaatsen van gewicht en mobiel zijn op de ledemaat voordat ze hen toestaan te vertrekken.

2. Dubbele fluoroscopie beeldvorming

  1. Systeem instellen
    1. Pas antropometrie19 toe om de hoogte van het heupgewricht te schatten op basis van de gerapporteerde hoogte van de deelnemer en gebruik deze meting om de gewenste hoogte van het midden van het gezichtsveld van het systeem te schatten.
    2. Plaats de beeldversterkers ongeveer 50° van elkaar aan de zijkant van de geïnstrumenteerde loopband die overeenkomt met de heup van belang(figuur 1).
    3. Plaats de röntgenzenders die naar de beeldversterkers moeten worden gericht. Zorg ervoor dat de afstand tussen de emitterbron en de voorkant van de beeldversterkers ongeveer 100-110 cmis.
      OPMERKING: De aanbevolen afstand tussen de emitterbron en de voorkant van de beeldversterkers varieert op basis van de systeemspecificatie en de collimator in de röntgenzender.
    4. Verbind het midden van het gezicht van de beeldversterker en de bijbehorende röntgenzender van elk fluoroscooppaar met behulp van snaren of meetlinten. Controleer of de snaren (of tapes) elkaar kruisen op de gewenste locatie (d.w.z. op de verwachte locatie van het heupgewricht).
    5. Bevestig de plaat met drie lasers op de zender en de spiegel op de beeldversterker. Schakel de lasers in en verfijn de uitlijning van elke emitter en beeldversterker op basis van de reflectie van de lasers terug naar de laserbron.
  2. Kalibratiebeelden
    1. Bereid je voor op het gebruik van straling door lood aan te trekken en bewegwijzering op de ingangen van de kamer te plaatsen. Minimaliseer de blootstelling door personeel bescherming te laten dragen die een loden vest, rok, handschoenen en bril omvat. Schakel de fluoroscopen in en laat de systemen zo nodig opwarmen.
    2. Stel voor alle kalibratiebeelden de fluoroscopen in op 64 kVp en 1,4-1,6 mA,of naar anderszins gewenst.
    3. Open de camerabesturingssoftware op de computer en selecteer de juiste camera's als slave en master. Gebruik externe synchronisatie met de hoofdcamera van de slave-camera om de twee camera's te synchroniseren.
      OPMERKING: Sla voor alle opgenomen activiteiten dezelfde frames op van beide dubbele fluoroscopiecamera's; frames worden geïdentificeerd met een getal dat het aantal frames vóór het elektronische triggersignaal vertegenwoordigt.
    4. Controleer de uitlijning van het systeem door een cirkelvormige metalen ring in het midden van de beeldversterker aan te brengen en de crosshair-armatuur aan de emitter te bevestigen.
      OPMERKING: Zodra de uitlijning is geverifieerd, is het belangrijk om geen contact op te nemen met het systeem.
    5. Bevestig het plexiglas rooster aan een van de beeldversterkers met behulp van schroeven; minimaliseer de kracht die in dit proces wordt uitgeoefend om te voorkomen dat de uitlijning wordt gewijzigd. Verkrijg fluoroscopiebeelden en sla 100 beeldframes op van elke dubbele fluoroscopiecamera van het raster. Verwijder het raster en herhaal het proces voor de andere beeldversterker.
    6. Plaats de 3D-kalibratiekubus binnen het gecombineerde gezichtsveld van de twee fluoroscopen. Om dit te doen, plaatst u de kubus op een kruk of platform dat radiodoorschijnend is en controleert u visueel of de meeste of alle kubus zich binnen het gezichtsveld bevindt. Oriënteer de kubus zodanig dat de kalibratieparels elkaar niet overlappen voor een dubbele fluoroscopiecameraweergave. Verkrijg afbeeldingen en sla 100 afbeeldingskaders van de kubus op.
    7. Voordat u de kubus verplaatst, meet en registreert u de geschatte locatie van de oorsprong van de kubus van elke emitter met behulp van het coördinatenstelsel van de kubus. Verwijder de kubus en een bijbehorend platform.
    8. Meet en registreer de afstand tussen de emitterbron en de voorkant van de beeldversterker voor elke fluoroscoop.
    9. Bevestig het geparelde plexiglas aan een lange staaf of liniaal met een elastiekje en beweeg het willekeurig om bewegingen te bieden die het hele gezichtsveld van het systeem bestrekken. Zorg ervoor dat het onderzoekspersoneel rekening houdt met het stralingspad en de slijtagebescherming om de blootstelling tot een minimum te minimaliseren (zie stap 2.2.1). Sla 100 afbeeldingskaders van de beweging op.
    10. Reset de beeldklok die wordt gebruikt om de belichtingstijd bij te houden.
  3. Statische proef en aanpassing van parameters
    1. Meet de hoogte van de grotere trochanter om ervoor te zorgen dat de systeemhoogte geschikt is voor de deelnemer.
      1. Palpeer de dij om de benige prominentie van de grotere trochanter te vinden en het meest superieure punt te lokaliseren, zoals mogelijk is.
      2. Aangezien de superieure grotere trochanter zich ongeveer op dezelfde hoogte bevindt als het heupgewricht, meet u de hoogte van de vloer tot dit punt en vergelijkt u deze met de hoogteschatting die wordt gebruikt om het dubbele fluoroscopiesysteem in te stellen.
      3. Pas indien nodig de systeemhoogte aan en kalibreer opnieuw terwijl de deelnemer wordt voorbereid op het vastleggen van gegevens.
    2. Maak de deelnemer vertrouwd met het fluoroscopiesysteem en informeer hem dat hij het onderzoeksteam op de hoogte moet stellen als hij tijdens de beeldvormingssessie in contact komt met een van de apparatuur, omdat contact met het systeem de nauwkeurigheid van hun gegevens negatief beïnvloedt.
    3. Laat de deelnemer op de loopband stappen en binnen het gezichtsveld van het dubbele fluoroscopiesysteem gaan staan. Controleer de uitlijning van de deelnemers vanuit het perspectief van elke emitter en noteer deze positie vanuit het perspectief van waar elk lid van het onderzoeksteam zal staan of zitten tijdens het afbeelden.
    4. Schat de beeldvormingsparameters (kVp en mA van elke emitter en de belichting van de dubbele fluoroscopiecamera's) op basis van de body mass index (BMI) van de deelnemer en stel elke fluoroscoop dienovereenkomstig in.
      OPMERKING: Voor het cohort waarnaar wordt verwezen, varieerden de fluoroscopie-instellingen van 78 tot 104 kVp en 1,9-3,2 mA met camerabelichtingen van 4,5-7,0 ms.
    5. Verkrijg beelden van de deelnemer tijdens het staan en beoordeel de beelden op contrast en gezichtsveld.
      OPMERKING: Verhoogde kVp wordt geassocieerd met verhoogde röntgenverstrooiing (verhoogt ruis en vermindert contrast), lagere beeldresolutie en lager contrast.
    6. Pas de parameters en/of de uitlijning van de deelnemers aan en herhaal indien nodig de beeldacquisitie.
    7. Sla 100 frames van de uiteindelijke afbeeldingen op om te gebruiken als een statische proef.
  4. Dynamische proeven (Figuur 2)
    1. Laat de deelnemer voorafgaand aan de start van de dubbele fluoroscopie-beeldvorming een bekende afstand lopen terwijl hij wordt getimed. Gebruik dit om de zelfgekozen loopsnelheid te bepalen voor zowel niveau- als hellingslopen op de loopband.
    2. Laat de deelnemer een loden schildklierkraag dragen om de schildklier te beschermen.
    3. Laat de onderzoeker tijdens dynamische acquisities de dubbele fluoroscopiecamerabesturing bemannen op de dubbele fluoroscopiewerkstationstap achter het loden schild en bekijk de deelnemer door het kijkvenster van hetschild (figuur 3).
    4. Voor de uitvoering van alle loopproeven:
      1. Informeer de deelnemer voordat u de riem van de loopband start. Verhoog de snelheid van de loopband tot de juiste loopsnelheid en laat de gang van de deelnemer normaliseren voordat u afbeeldingen verzamelt.
      2. Voor elke wandelactiviteit, verkrijg en bewaar ten minste twee volledige loopcycli.
      3. Laat de deelnemer voor de hellende loopactiviteit van de loopband stappen. Ontgrendel de loopband, stel de helling in op 5°en zet de loopband opnieuw vast voordat de deelnemer weer op de loopband stapt om de activiteit uit te voeren.
      4. Herhaal de beeldvorming, zodat de activiteit twee keer wordt geregistreerd.
      5. Herhaal hetzelfde proces (stap 2.4.4.3) om de loopband te laten zakken na voltooiing van de activiteit.
    5. Voor de spilactiviteiten:
      1. Laat de deelnemer zijn lichaamspositie en voeten ongeveer 45° van de voorkant van de loopband draaien tegenovergesteld aan de richting van het draaipunt. Zorg er indien gewenst voor dat elke voet volledig op een enkele riem van de loopband met dubbele riem wordt geplaatst om een eenvoudige verwerking van de krachtplaatgegevens mogelijk te maken.
      2. Laat de deelnemer verschillende pivots van en naar hun eindbereik uitvoeren terwijl hij let op de uitlijning van het bekken aan het einde van het bewegingsbereik. Zorg ervoor dat de beweging soepel wordt uitgevoerd, omdat het draaipunt geen versnelling nodig heeft om de uiteindelijke positie te bereiken.
      3. Op basis van de positie van het bekken aan het einde van het bewegingsbereik, laat de deelnemer zijn voeten draaien en / of vertalen, zodat het bekken naar voren is gericht op de loopband en de heup van belang zich in het midden van het gecombineerde gezichtsveld van de fluoroscopen aan het einde van het draaipunt bevindt.
      4. Zodra de positie is geoptimaliseerd, laat u de deelnemer de pivot uitvoeren tijdens dubbele fluoroscopiebeeldvorming en slaat u alle frames op waar het dijbeen en het bekken zichtbaar zijn in beide dubbele fluoroscopiecameraweergaven (ongeveer 200-400 frames) gecentreerd rond het eindbereik van beweging, waarbij zoveel mogelijk van de pivot wordt vastgelegd.
      5. Herhaal de beeldvorming, zodat de activiteit twee keer wordt geregistreerd.
    6. Voor de ontvoering-adduction activiteit:
      1. Laat de deelnemer in het gezichtsveld van de fluoroscopen staan en til het been van belang ongeveer 45° naar buiten naar zijn kant. Herinner de deelnemer eraan om torsobeweging te vermijden en het bewegingsbereik indien nodig te verkleinen.
      2. Verkrijg en bewaar alle frames waarbij het dijbeen en het bekken zichtbaar zijn in beide dubbele fluoroscopiecameraweergaven (ongeveer 200-400 frames).
      3. Herhaal de beeldvorming, zodat de activiteit twee keer wordt geregistreerd.
    7. Voor het dynamische heupgewrichtscentrum of de sterboogactiviteit20
      1. Laat de deelnemer in het gezichtsveld van het dubbele fluoroscopiesysteem staan en zijn been anterieur en met stappen van 45° van 180° op- en neerbrengen, eindigend met een achterste verhoging en onder- en ondervoet van zijn been. Voordat ze hun been weer op de grond plaatsen, laat je de deelnemer zijn been omcirkelen en terugkeren naar een staande positie.
    8. Zodra de deelnemer zich op zijn gemak voelt met de beweging en deze in ongeveer 6-8 s kan voltooien, kunt u afbeeldingen van de activiteit verzamelen en opslaan.
      OPMERKING: Slechts één activiteit wordt vastgelegd met dubbele fluoroscopie vanwege de lengte van het onderzoek.
  5. Aanvullende kalibratiebeelden
    1. Als de deelnemer op enig moment tijdens de gegevensverzameling denkt dat hij in contact is gekomen met een deel van de fluoroscopische apparatuur, beeld de rasters en kubus in beeld en sla alle bestanden op voor kalibratie.
    2. Na voltooiing van de gegevensverzameling, maakt u een afbeelding van de rasters en kubus en slaat u alle bestanden op voor kalibratie om als back-up te dienen als er problemen optreden met de initiële kalibratie.

3. Skin marker motion capture en geïnstrumenteerde loopband

  1. Systeem instellen
    1. Focus het optische motion capture-systeem op de loopband(figuur 3). Vanwege de mogelijke problemen met het visualiseren van de deelnemer terwijl hij zich in het gezichtsveld van het dubbele fluoroscopiesysteem bevindt, moet u voorbereid zijn om de infraroodcamera's nauwkeurig te positioneren om nauwkeurige visualisatie te garanderen(figuur 2).
    2. Schakel het systeem in en gebruik een set markeringen om ervoor te zorgen dat het dubbele fluoroscopiesysteem de visualisatie van het gewenste gezichtsveld niet verhindert.
    3. Controleer of de markeringen duidelijk en cirkelvormig zijn en pas de focus van de infraroodcamera's indien nodig aan.
    4. Zorg ervoor dat de fluoroscopen bedekt zijn om reflecterende oppervlakken te verminderen. Bekijk elke infraroodcamera en maskeer het camerabeeld als de reflecterende objecten niet kunnen worden bedekt.
    5. Stel de motion capture-software in om een extern 5 V-signaal in te lezen van de elektronische trigger die wordt gebruikt om de camera-acquisitie van het dubbele fluoroscopiesysteem te beëindigen. Gebruik deze trigger om de gegevens van de twee systemen tijdelijk te synchroniseren.
  2. Calibratie
    1. Zodra het systeem is ingeschakeld en klaar is, gebruikt u de actieve kalibratiestaaf om tegelijkertijd de optische en infrarood motion capture-camera's te kalibreren. Zorg ervoor dat het hele gebied binnen het dubbele fluoroscopiesysteem grondig wordt vastgelegd tijdens de kalibratie, terwijl contact met apparatuur wordt vermeden.
      OPMERKING: Toverstokbewegingen die lijken op het gooien van voedsel in een koekenpan hebben goed gewerkt.
    2. Vanwege de obstructies veroorzaakt door het dubbele fluoroscopiesysteem, kunnen de kalibratiewaarden slechter zijn dan gewoonlijk wordt waargenomen voor optische motion capture. Voer de kalibratie zo uit dat alle infraroodcamera's beeldfouten hebben van minder dan 0,2.
      OPMERKING: De beeldfout voor de videocamera is hoger, hoewel nog steeds minder dan 0,5. De videocamera wordt niet specifiek gebruikt voor het kwantificeren van beweging, alleen voor visuele opname van de motion capture.
    3. Leg tijdens de aanschaf van de kubusproef voor dubbele fluoroscopie ook de kubus vast met de motion capture infraroodcamera's. Zorg ervoor dat de kubus reflecterende markeringen heeft bevestigd voor de positie die moet worden afgebeeld met camera's van zowel de motion capture- als de dubbele fluoroscopiesystemen.
  3. Markeringsset en plaatsing
    1. Knip en breng voor de aankomst van de deelnemer dubbelzijdige tape (toupee tape) aan op de basis van 21 bolvormige reflecterende huidmarkers. Om de levensduur van de markers te garanderen, moet u ervoor zorgen dat de tape of een huid niet in contact komt met de reflecterende markers.
    2. Voor elk van de vijf markeringsplaten (twee op de schacht, twee op de dij, één op de rug; Figuur 4), breng spraylijm aan op de huidzijde van de stoffen band en wikkel deze strak om de deelnemer heen. Controleer bij de deelnemer of de bandjes strak aanvoelen (maar niet oncomfortabel zijn). Reinig de handen van overtollige spuitlijm voordat u de rest van de markerset hecht.
    3. Breng vijf markers, die alleen voor kalibratie worden gebruikt, aan op respectievelijk het sleutelbeen, de mediale knieën en de mediale malleoli.
    4. Breng de resterende 16 markers aan op de voorste superieure iliacale stekels (ASIS), achterste superieure iliacale stekels (PSIS), grotere trochanter van het dijbeen dat wordt afgebeeld, schouders, borstbeen, laterale knieën, laterale malleoli en voeten (figuur 4).
    5. Vraag de deelnemer om het onderzoeksteam op de hoogte te stellen als er markeringen of riemen losraken tijdens het vastleggen van gegevens.
  4. Statische proef
    1. In combinatie met de statische staande proef van dubbele fluoroscopie, leg een staande proef vast voor motion capture.
    2. Label alle markers. Als markeringen niet zichtbaar zijn door ten minste drie infraroodcamera's tijdens de verkregen statische activiteit, moet u opnieuw een statisch beeld verkrijgen om ervoor te zorgen dat alle markeringen zichtbaar zijn.
    3. Verwijder de kalibratiemarkers en laat de deelnemer een schildklierhalsband dragen om stralingsbescherming te bieden tijdens de rest van de gegevensverzameling.
  5. Dynamische proeven
    1. Verkrijg voor elk van de dynamische proeven die zijn vastgelegd met het dual fluoroscopy-systeem motion capture-video, zodat het geheel van elke dual fluoroscopy-video binnen de grenzen van de motion capture-acquisitie valt.
    2. Zorg ervoor dat de onderbreking in het 5 V-signaal van de elektronische trigger van het dubbele fluoroscopiesysteem in elke proef wordt opgevangen.

4. Beeldvoorbewerking

  1. CT-gebaseerd model
    1. Segmenteer het proximale en distale dijbeen van de zijkant van belang en het hele bekken, omdat deze botten worden gebruikt voor het volgen en / of coördineren van systeemgeneratie.
    2. Zorg ervoor dat de segmentaties representatief zijn voor de botvorm in alle drie de beeldvlakken en er relatief glad uit zien.
      OPMERKING: Het vermogen om artrokinematica te analyseren is afhankelijk van het verkrijgen van hoogwaardige reconstructies door zorgvuldige segmentatie.
    3. Converteer de afbeeldingsgegevens naar niet-ondertekende tekens (8-bits) en pas deze zo nodig aan met verschuiving en schaling om een afbeelding met een bereik van 0 tot 255 teproduceren.
    4. Isoleer alleen het botgebied in de geconverteerde afbeelding en snijd bij rond de grenzen van het bot. Noteer de afmetingen van de bijgesneden afbeeldingen.
    5. Opslaan als 2D TIFF-indeling.
    6. Open de afbeelding, wijzig het type in 16-bitsen sla deze op als één 3D TIFF-bestand.
  2. Oppervlakte reconstructie
    1. Genereer oppervlakken uit de segmentatielabels, maak de oppervlakken iteratief glad en decimeer ze, zodat de vlakken nooit met meer dan de helft worden verminderd in een enkele iteratie.
      OPMERKING: Met behulp van het beschreven proces is het streefaantal gezichten ongeveer 30.000 voor elk proximaal en distaal dijbeenoppervlak en 70.000 voor elk hemi-bekkenoppervlak.
    2. Exporteer elk oppervlak als een oppervlaktegaas in *.vtk-indeling voor gebruik als een modelbestand voor oriëntatiepuntidentificatie.
  3. Oriëntatiepuntidentificatie voor het coördinatensysteem
    1. Identificeer oriëntatiepunten van het dijbeen voor het genereren van het femorale coördinatenstelsel(figuur 5).
      OPMERKING: De onderstaande parameters zijn specifiek voor de dataset waarnaar wordt verwezen en beeldvormingsprotocollen; waarden moeten mogelijk worden gewijzigd om de oriëntatiepunten op de juiste manier te selecteren.
      1. Open het proximale dijbeen als een modelbestand. Open de werkbalk Bericht en het deelvenster Gegevens om een standaardveld van 1-Princ-krommingtoe te voegen, selecteer een vloeiendheid van 10 en visualiseer vervolgens het resultaat. Selecteer de vlakken van de heupkop en gebruik de optie Bereik selecteren in het deelvenster Bewerken om alleen negatieve kromming op te nemen. Deselecteer alle geselecteerde gezichten die niet tot de heupkop behoren. Exporteer dit oppervlak van de heupkop als een oppervlaktegaas in *.k-formaat voor een bol die past om het midden van de heupkop te bepalen.
      2. Gebruik een soortgelijk proces, breng 1-Princ Curvature aan op het distale dijbeen met de gladheid van 5 en selecteer opnieuw het bereik om alleen de gezichten met negatieve kromming op te nemen. Exporteer dit femorale condylusoppervlak voor een cilinderfit om de mediaal-laterale as te bepalen.
      3. Breng 2-Princ Curvature aan op het distale femur, met een gladheid van 3. Markeer de ribbels van de epicondyles en selecteer het bereik met een bovenste cut-off van -0,1. Exporteer deze vlakken om een vlak te genereren en gebruik het om de vlakken van de achterste condyles te isoleren voor de pasvorm van de cilinder.
    2. Identificeer oriëntatiepunten van het bekken voor het genereren van het bekkencoördinatensysteem(figuur 5).
      OPMERKING: De onderstaande parameters zijn specifiek voor de dataset waarnaar wordt verwezen en beeldvormingsprotocollen; waarden moeten mogelijk worden gewijzigd om de oriëntatiepunten op de juiste manier te selecteren.
      1. Breng voor elk hemi-bekken 2-Princ Curvature aan met een gladheid van 5 en selecteer het bereik om alleen positieve gezichten op te nemen om het maanoppervlak van het acetabulum te isoleren. Exporteer het maanoppervlak en gebruik een bol die past om het centrum van het acetabulum te bepalen.
      2. Breng 2-Princ Curvature opnieuw aan met een gladheid van 2 en selecteer alle gezichten met een kromming van minder dan -0,15 om de stekels van het bekken te markeren. Kies punten aan de rand van deze stekels die de ASIS en PSIS het beste weergeven als oriëntatiepunten en leg ze vast.

5. Botbeweging volgen

  1. Calibratie
    1. Identificeer 12 kralen in elk van de kubusbeelden van de dubbele fluoroscopiecamera's (verzameld in stap 2.2.6). Op basis van de gekalibreerde afstanden tussen elk van de kralen van de kubus en de metingen van de locatie van de kubus binnen het dubbele fluoroscopiesysteem, bepaalt u de ruimtelijke oriëntatie van elke fluoroscoop door minimalisering van de som-van-kwadraten projectiefout tussen de geprojecteerde en bekende kraallocaties.
    2. Gebruik de rasterafbeeldingen om te corrigeren voor beeldvervorming en pas de correctie toe op alle afbeeldingen die aan die rasterafbeelding zijn gekoppeld.
    3. Gebruik de bewegende beelden om de dynamische nauwkeurigheid van het systeem te kwantificeren en gebruik marker-gebaseerde tracking om het te volgen.
  2. Markerless tracking
    1. Voeg de locatie van de geselecteerde oriëntatiepunten toe aan het botspecifieke parametersbestand en verzamel de dynamische positie van deze oriëntatiepunten in het dubbele fluoroscopiesysteem als uitvoer voor alle bijgehouden frames.
    2. Bepaal de frames die worden bijgehouden (op basis van de kinematische gegevens van motion capture, zie stap 6.1.2) en open de markerless trackingsoftware met het bijbehorende botspecifieke parametersbestand.
    3. Selecteer een frame binnen het gewenste bereik met een goede visualisatie van het bot en oriënteer handmatig de CT-gebaseerde digitaal gereconstrueerde röntgenfoto (DRR) van het betreffende bot (het proximale dijbeen of hemi-bekken) met behulp van de zes vrijheidsgraden die beschikbaar zijn in de software(Figuur 6).
      OPMERKING: Aangezien de meeste onderzoeken beginnen in een positie die vergelijkbaar is met staan, kan deze beginpositie waarschijnlijk worden gebruikt als een eerste startpunt voor alle onderzoeken.
    4. Zodra de DRR van de bone in beide weergaven goed is uitgelijnd, slaat u de oplossing op door op de knop Handmatig in het deelvenster Oplossingen te klikken.
      OPMERKING: Telkens wanneer een oplossing wordt opgeslagen, worden de oriëntatieparameters en de genormaliseerde kruiscorrelatiecoëfficiënt uitgezet ter referentie. De genormaliseerde kruiscorrelatiecoëfficiënt wordt berekend op basis van alle pixels met niet-nulwaarden voor zowel de fluoroscoop als de bot-DRRs.
    5. Pas de optimalisatiestap Diagonal Hessian Search (DHS) toe door op de DHS-knop in het deelvenster Oplossingen te klikken en het resultaat te bekijken. Als het geoptimaliseerde resultaat de voorkeur heeft, gaat u naar het volgende frame; Breng anders de nodige aanpassingen aan en sla deze opnieuw op door op de knop Handmatig in het deelvenster Oplossingen te klikken. Herhaal deze stap totdat er een bevredigende oplossing is gevonden.
      OPMERKING: In het geval van een slecht beeldcontrast kan het optimalisatiealgoritme niet altijd een bevredigend resultaat opleveren.
    6. Herhaal dit proces voor elk vijfde frame, waarbij u de oplossing voor het vorige frame als uitgangspunt gebruikt. Gebruik de DHS-optimalisatie om het proces te automatiseren.
    7. Als u de eerste tracking wilt voltooien, gebruikt u een ander hulpmiddel dat interpoleert via lineaire projectie (LP) en oplossingen tussen de rupsframes optimaliseert door op de knop Bereik van LP + DHS in het deelvenster Oplossingen te klikken. Voer in het venster de set frames in die moeten worden gevolgd en de twee frames die ter referentie moeten worden gebruikt.
      OPMERKING: De twee referentiekaders kunnen alle frames binnen de geïdentificeerde set frames zijn. Het gebruik van het eerste en laatste frame biedt echter grenzen voor de oriëntatie van de bones binnen het framebereik, wat gunstig kan zijn wanneer het contrast laag is.
    8. Beoordeel en verfijn elk frame van de proef, met behulp van zowel handmatige als dhs-gebaseerdeoplossingen. Gebruik de plot van parameters om ervoor te zorgen dat de correlatiecoëfficiënt voldoende hoog is en dat de oriëntatie van het bot geen plotselinge sprongen in een parameter heeft.
    9. Om nauwkeurige tracking te garanderen, laat u een andere onderzoeker de oplossing voor elk frame beoordelen en de nodige wijzigingen aanbrengen in de oplossingen.
    10. Herhaal stap 5.2.1-5.2.9 voor elk bot.
  3. Visualisatie van beweging
    1. Open de dijbeen- en bekkenoppervlakken in de software voor kinematische visualisatie. Zet de oppervlakken indien nodig om in netten met behulp van de functie Converteren naar gaas. Selecteer beide oppervlakken en exporteer als een oppervlaktegaas in *.k-indeling.
    2. Genereer met behulp van de uitvoer van tracking een tekstbestand met de coördinatentransformaties voor elke bone en frame.
      OPMERKING: De volgorde van de oppervlakken moet overeenkomen met de volgorde van de transformaties.
    3. Gebruik voor visualisatie van kinematica het kinematgereedschap en de bovenstaande twee bestanden uit stap 5.3.1 en 5.3.2 om de kinematica te animeren. Controleer of de geanimeerde kinematica er redelijk uitziet en of de oppervlakken de juiste afstand tussen hen hebben met behulp van een semi-transparant oppervlak of het gereedschap voor oppervlakteafstand. Ga indien nodig terug naar stap 5.2.8.

6. Data-analyse

  1. Huidmarker kinematica
    1. Binnen de motion capture-software worden alle bestanden batchgewijs verwerkt om het statische model en de labelmarkeringen toe te passen. Zodra de proef is voltooid, verwijdert u alle niet-gelabelde trajecten.
      OPMERKING: Vanwege de obstakels van het dubbele fluoroscopiesysteem kan het nodig zijn om meer handmatige gaten te vullen dan normaal.
    2. Gebruik de kinematische en krachtplaatgegevens om dynamische gebeurtenissen te identificeren, zoals toe-off of hielslag tijdens het loopgebied of maximaal bewegingsbereik voor draaiactiviteiten. Bepaal de frames die van belang zijn voor het bijhouden van dubbele fluoroscopiegegevens.
    3. Exporteer alle onderzoeksgegevens voor kinematische verwerking in *.c3d-formaat, inclusief zowel analoge gegevens (d.w.z. trigger- en forceplaatgegevens) als markertrajecten.
    4. Pas het gewenste modelsjabloonbestand (opgeslagen als *.mdh-bestandsindeling) toe op de statische proefversie en wijs dit model vervolgens toe aan de bewegingsbestanden.
      OPMERKING: Voor analyse werd een model van de onderste ledematen gebruikt met een gegeneraliseerd international society of biomechanica (ISB) hoofd-buik-thorax (HAT) segment en het CODA-bekken, een bekkensegmentmodel gedefinieerd door de twee ASIS en het centrum van de PSIS-oriëntatiepunten.
  2. Duale fluoroscopie kinematica
    1. Isoleer interessante frames en zorg ervoor dat alleen aaneengesloten frames die worden gevolgd voor zowel het dijbeen als het bekken worden opgenomen.
    2. Filter landmarkposities met behulp van een lowpass Butterworth-filter (0,12 genormaliseerde afkapfrequentie van restanalyse en 4e-ordefilter).
    3. Gebruik de gefilterde posities van de oriëntatiepunten tijdens elke bewegingsproef om de dynamische positie van het femorale coördinatensysteem te volgen(figuur 5).
      1. Definieer de oorsprong van het dijbeen als het bolvormige midden van de heupkop.
      2. Definieer de dijbeen z-as (inferior-superior as) tussen het midden van de knie en de oorsprong, waarbij u superieur wijst.
      3. Definieer de femur x-as (mediaal-laterale as) als de lange as van een cilinder die op de femorale condylen is gemonteerden naar links wijst. Om het gebied van de condyles te isoleren dat met een cilinder moet worden weergegeven, past u een vlak op de epicondyle-oppervlakken en isoleert u het achterste deel van de femorale condylen.
      4. Definieer de dijbeen-y-as (voor-achterste) als het kruisproduct van de gedefinieerde z- en x-assen, wijzend naar achteren. Corrigeer de oriëntatie van de x-as om een orthogonaal coördinatensysteem te creëren.
    4. Gebruik de gefilterde posities van de oriëntatiepunten tijdens elke bewegingsproef om de dynamische positie van het bekkencoördinatensysteem te volgen(figuur 5).
      1. Definieer de oorsprong van het bekken als het centrum van de twee ASIS-oriëntatiepunten.
      2. Definieer de bekken y-as (anterieur-posterieure as) tussen het midden van de twee PSIS-oriëntatiepunten en de oorsprong, wijzend anterieur.
      3. Definieer de x-as van het bekken (mediaal-laterale as) tussen de oorsprong en het ASIS-oriëntatiepunt aan de rechterkant, wijzend naar rechts.
      4. Definieer de bekken z-as (inferieure-superieure as) als het kruisproduct van de gedefinieerde x- en y-assen, die superieur wijzen. Corrigeer de oriëntatie van de x-as om een orthogonaal coördinatensysteem te creëren.
    5. Genereer de rotatiematrix tussen de coördinatenstelsels en bereken de gewrichtskinematica volgens MacWilliams en vergelijking 11 van collega's (Figuur 7)21.
    6. Bereken gezamenlijke vertalingen door de vectorafstand tussen de bolfitcentra van de heupkop en het maanoppervlak van het acetabulum om te zetten in het bekkencoördinatensysteem.
      OPMERKING: Dit biedt een enkele vector om de gezamenlijke vertaling voor elk afbeeldingsframe weer te geven.
  3. Artrokinematica
    1. Visualiseer de kinematica zoals beschreven in stap 5.3 om de onderwerpspecifieke artrokinematica te animeren(figuur 8).
    2. Pas het gegevensveld oppervlakteafstand toe om de afstanden tussen het dijbeen- en bekkenoppervlak tijdens elke dynamische activiteit te meten(figuur 8).
      OPMERKING: Deze gegevens bieden ook een kwantificering van de relatieve afstand tussen gewrichtsoppervlakken, maar vereisen interpretatie om gezamenlijke translatie te kwantificeren.
    3. Exporteer oppervlakte-tot-oppervlakteafstanden met behulp van de oppervlakteafstandstool om gegevens van alle deelnemers te kwantificeren.
  4. Vergelijking met skin marker motion capture
    1. Met behulp van de kubusbeelden en trigger van elke bewegingsproef synchroniseren ruimtelijk en temporeel de dubbele fluoroscopie- en motion capture-systemen.
    2. Transformeer de oriëntatiepunten die worden gebruikt voor het vastleggen van skinmarkers (d.w.z. ASIS, PSIS, condyles) van het markerloze volgcoördinatensysteem naar het motion capture-coördinatensysteem.
    3. Combineer deze gegevens met de markerlocaties van skin marker motion capture en importeer voor kinematische en kinetische analyse en rapportage. Pas de analyse aan om dubbele fluoroscopie- of huidmarkerlocaties voor elk oriëntatiepunt te gebruiken en vergelijk oriëntatiepuntlocaties en kinematica tussen de twee systemen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Met behulp van dubbele fluoroscopie als referentiestandaard werden de nauwkeurigheid van op huidmarkers gebaseerde schattingen van het heupgewrichtscentrum en het effect van wekedelenartefacten op kinematische en kinetische metingen gekwantificeerd22,23,24. De superieure nauwkeurigheid van dubbele fluoroscopie werd vervolgens gebruikt om subtiele verschillen in bekken- en heupgewrichtkinematica tussen patiënten met FAIS en asymptomatische controledeelnemers te identificeren25. Dual-fluoroscopie-gebaseerde artrokinematica werden geanalyseerd om de dekking van heupgewrichten, de relatie tussen morfologie en kinematica en bot-tot-botafstanden tijdens dynamische bewegingen te kwantificeren26,27,28,29.

Alvorens een protocol te ontwikkelen om gewichtdragende heupgewrichtkinematica te onderzoeken, werd het systeem gevalideerd in cadaverische monsters met geïmplanteerde metalen kralen tijdens liggende klinische onderzoeken met een nauwkeurigheid binnen 0,5 mm en 0,6 °30. Eenmaal gevalideerd, werd kinematica tijdens klinische onderzoeken gemeten met behulp van dubbele fluoroscopie bij patiënten met FAIS en asymptomatische controledeelnemers. De resultaten toonden aan dat patiënten een veranderde beweging hadden in zowel interne rotatie als adduction31.

Met behulp van gewichtdragende dubbele fluoroscopie als referentiestandaard, werden de fout bij het identificeren van de locatie van het heupgewrichtscentrum en de fouten veroorzaakt door wekedelenartefacten vervolgens direct geanalyseerd. Functionele methoden voor het identificeren van het heupgewrichtscentrum, d.w.z. de sterboogbeweging, werden geïdentificeerd als nauwkeuriger dan voorspellende, op oriëntatiepunten gebaseerde methoden met fouten van respectievelijk 11,0 en 18,1 mm32. Dynamische fouten in het heupgewrichtscentrum waren vergelijkbaar met die van staan; echter, een extra 2,2 mm van valse heupgewricht centrum beweging werd toegeschreven aan zacht weefsel artefact, met fouten van meer dan 5 cm tijdens dynamische beweging voor de grotere trochanter marker23.

Naast de fouten bij de identificatie van het heupgewrichtscentrum, werden gewrichtshoeken onderschat met meer dan 20 ° in intern-externe rotatiepunten23. Hoewel de onderschatting van kinematica op zichzelf reden tot bezorgdheid is, verminderden deze fouten het gemeten bewegingsbereik en berekenden kinetische variabelen tijdens zelfs een laag bereik van bewegingsactiviteiten, zoals gang24. Nauwkeurige kinematische gegevens over dubbele fluoroscopie kunnen echter moeilijk te verwerken zijn in musculoskeletale modellen. In het bijzonder waren modelmarkerfouten ongeveer 1 cm bij het uitvoeren van inverse kinematica met dubbele op fluoroscopie gebaseerde oriëntatiepuntenlocaties. Hoewel deze fout relatief klein is in vergelijking met de 5 cm-fouten als gevolg van zacht weefselartefacten die zijn gevonden voor gegevens over het vastleggen van bewegingsregistratie van huidmarkers, is een dergelijke fout een orde van grootte groter dan die van botposities gemeten door dubbele fluoroscopie.

Naast de kwantificering van fouten in traditionele skin marker motion capture, bieden de nauwkeurigheid en methodologie achter dubbele fluoroscopie de mogelijkheid om zelfs subtiele verschillen in kinematica tussen cohorten te evalueren, die anders verborgen kunnen worden door de fouten van de meettechniek. Hoewel er geen verschillen in kinematica van het heupgewricht werden waargenomen tussen patiënten met cam FAIS en asymptomatische controledeelnemers, werden verschillen in bekkenkinematica geïdentificeerd die moeilijk te detecteren zouden zijn geweest in de aanwezigheid van wekedelenartefacten25. Deze beoordeling vereiste directe vergelijking tussen cohorten. Bovendien werd de potentiële relatie tussen kinematische variatie en botmorfologie, zoals femorale anteversie, ook onderzocht27. Deze bevindingen wezen op de noodzaak om rekening te houden met zowel morfologie als biomechanica bij de diagnose van heuppathologieën en de planning van conservatieve of chirurgische behandelingen.

Een belangrijke hindernis bij het gebruik van biomechanische gegevens in een klinische zorgomgeving is het verschil in coördinatensystemen die worden gebruikt door biomechanici en clinici. In een biomechanicalaboratorium worden de oriëntatiepunten die worden gebruikt om coördinatensystemen van het dijbeen en het bekken te definiëren, aangedreven door het vermogen om de oriëntatiepunten van het huidoppervlak te identificeren en te volgen tijdens dynamische beweging. Daarentegen worden chirurgische coördinatensystemen gedefinieerd met behulp van benige oriëntatiepunten die identificeerbaar zijn tijdens een operatie met een patiënt in rugligging of buik. De directe tracking van het dijbeen en het bekken bij dubbele fluoroscopie maakte de evaluatie mogelijk van de invloed van verschillende coördinatensysteemdefinities op kinematische output29. De verschillen tussen coördinatensysteemdefinities resulteerden in kinematische offsets groter dan 5°. Deze offsets waren echter relatief consistent tijdens beweging en konden worden verantwoord door benige oriëntatiepuntidentificatie.

De combinatie van onderwerpspecifieke botmorfologie en kinematica - artrokinematica - biedt een beoordeling op gewrichtsniveau van vorm en functie. Voor patiënten met DDH wordt gedacht dat onderdekking van de femorale de oorzaak is van degeneratie en daarom worden metingen van dekking intensief gebruikt bij diagnose en chirurgische planning. Helaas zijn deze metingen vaak beperkt tot statische beelden, verkregen met een individuele rugligging en alleen in twee dimensies. Duale fluoroscopie-afgeleide artrokinematica werden gebruikt om de variabiliteit in femorale dekking tijdens dynamische activiteiten direct te meten26. Belangrijk is dat sterke correlaties werden gevonden tussen dekking in staan en dekking tijdens het loopwerk wanneer het in zijn geheel werd geëvalueerd. Toch varieerde de geregionaliseerde dekking voor zowel voorste als achterste regio's van de heupkop, zelfs tijdens de houdingsfase van het loopwerk.

Extra-articulaire impingement is een oorzaak van pijn in de heup en het omliggende gebied en beschrijft abnormaal contact tussen het dijbeen en regio's van het bekken buiten het acetabulum, inclusief de ischium en de voorste inferieure iliacale wervelkolom. De dynamische aard van ischiofemorale impingement werd geëvalueerd door de vergelijking van klinische MRI-gebaseerde metingen van ischiofemorale ruimte en die tijdens dynamische activiteiten28. Daarin werd een verminderde ruimte dynamisch waargenomen in vergelijking met de standaard klinische metingen; op geslacht gebaseerde verschillen, die niet konden worden toegeschreven aan kinematische verschillen, werden ook geïdentificeerd. Deze methoden kunnen ook worden toegepast om de gewrichtsruimte dynamisch te evalueren, waardoor inzicht wordt verkregen in de variabiliteit van de positie van de heupkop binnen het acetabulum en de variabiliteit tussen patiëntcohorten(figuur 8).

Figure 1
Figuur 1: Bovenaanzicht van het dubbele fluoroscopiesysteem dat over de geïnstrumenteerde loopband voor een linkerheup is geplaatst. Het systeem is gepositioneerd om het effect van verstrooiing te minimaliseren en het gezichtsveld te maximaliseren. De beeldversterkers bevinden zich op ongeveer 100-110 cm van de bron van de zender en staan 50° van elkaar onder een hoek. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 2
Figuur 2: Zicht vanaf de contralaterale (rechter) kant van een deelnemer tijdens dynamische activiteiten. De deelnemer wordt tussen de twee beeldversterkers (II) zodanig geplaatst dat het gezichtsveld van het dubbele fluoroscopiesysteem gecentreerd is over het linker heupgewricht. Niveau- en hellingslopen, interne en externe rotatiepunten en bewegingsactiviteiten worden uitgevoerd op een loopbandplatform. Afkorting: FHJC = functioneel heupgewrichtscentrum. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 3
Figuur 3: Bovenaanzicht van het motion capture systeem ten opzichte van het dual fluoroscopy systeem. Het optische motion capture-systeem omvat 10 infraroodcamera's en een enkele videocamera en is gepositioneerd op een frame dat aan het plafond hangt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 4
Figuur 4: Voorste en achterste weergave van de markerset die wordt gebruikt voor het vastleggen van bewegingsopnamen van huidmarkers. Er zijn vijf platen met elk vier stiften, die op de rug, dijen en schacht van de deelnemers zijn geplaatst; alle andere markers worden direct op de huid aangebracht. Kalibratiemarkeringen worden verwijderd voor dynamische motion capture. Markeringslabels voorafgegaan door een R of L geven markeringen aan de rechter- of linkerkant van het lichaam aan; markeringslabels met een achtervoegsel S, L, R, I, A of P geven markeringslocaties op een markeringsplaat aan, met name respectievelijk superieur, links, rechts, inferieur, vooraan of achteraan. Afkortingen: *SHO = schouder; CLAV = midden van sleutelbeenderen; STRN = bodem van het borstbeen; BACK_* = markers van de plaat op de onderrug; *ILC = iliacale kam; *ASI = anterieure superieure iliacale wervelkolom; *PSI = achterste superieure iliacale wervelkolom; GRT_TRO = grotere trochanter; *THI_* = markeringen van de respectievelijke platen op de dij; *KNE_M = mediale femorale condylus (knie); *KNE_L = laterale femorale condylus (knie); *TIB_* = markeringen van de respectievelijke platen op de schacht (scheenbeen); *ANK_M = mediale malleolus (enkel); *ANK_L = laterale malleolus; *5E = vijfde middenvoetsvoetsofageel gewricht; *TOE = eerste metatarsofalangeale gewricht; *HEE = calcaneus (hiel). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 5
Figuur 5: Oriëntatiepunten en coördinatenstelsels van het dijbeen en het bekken. Oriëntatiepunten van bilaterale anterieure superieure iliacale wervelkolom (ASIS; magenta) en posterieure superieure iliacale wervelkolom (PSIS; cyaan) en hun middelpunten worden gebruikt om het coördinatenstelsel van het bekken te definiëren. Het midden van de heupkop (oranje) en bilaterale femorale condylen (groen), hun middelpunt en een cilinderfit van de condylen worden gebruikt om het coördinatenstelsel van het dijbeen te definiëren (weergegeven voor linkerdijbeen). De derde as van elk bot wordt bepaald aan de hand van het kruisproduct van de twee weergegeven assen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 6
Figuur 6: Dubbele fluoroscopiebeelden en bijbehorende markerloze tracking van een linkerheup. Afbeeldingen worden getoond voor maximale rotatie van de externe en interne rotatie-scharnierpunten (midden), met het beeld van de voorste fluoroscoop (links) en de achterste fluoroscoop (rechts). Markerless tracking oplossingen voor het bekken (boven) en femur (onder) voor elk dubbel fluoroscopie beeld. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 7
Figuur 7: Dubbele fluoroscopie gemeten kinematica. Kinematica voor 100 frames rond de maximale rotatie (verticale stippellijn) van externe en interne rotatiepunten voor een representatieve deelnemer. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 8
Figuur 8: Op artrokinematica gebaseerde oppervlakteafstand tussen een linker hemi-bekken en dijbeen. Artrokinematica wordt getoond voor maximale rotatie van het externe en interne rotatiespil (midden) met respectievelijke botmodellen gemeten met dubbele fluoroscopie (buitenste). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Dubbele fluoroscopie is een krachtig hulpmiddel voor het onderzoek van in vivo kinematica, vooral voor de heup, die moeilijk nauwkeurig te meten is met behulp van traditionele optische motion capture. Fluoroscopie-apparatuur is echter gespecialiseerd, waarbij een unieke systeemopstelling nodig kan zijn bij het in beeld brengen van andere gewrichten van het menselijk lichaam. Er zijn bijvoorbeeld verschillende wijzigingen aangebracht in de montage van de beeldversterkers, de positionering van het systeem en de instellingen van de bundelenergie bij de toepassing van dubbele fluoroscopie op de studie van enkelkinematica32,33,34,35. Naast het vereisen van aanzienlijke studievoorbereiding, vereist dubbele fluoroscopie de verwerving van aanvullende gegevens, waaronder 3D-medische beeldvorming en mogelijk traditionele huidmarker motion capture om kinematica van het hele lichaam te volgen, evenals langdurige nabewerking, inclusief CT-beeldsegmentatie en markerloze tracking van de verkregen beelden. Gelukkig kunnen volledig verwerkte gegevens van dubbele fluoroscopie worden gebruikt in verschillende toepassingen met mogelijkheden die veel verder reiken dan die beschikbaar zijn met traditionele motion capture.

Optische motion capture maakt gebruik van de beweging van markers op de huid om lichaamssegmentposities te schatten, terwijl op straling gebaseerde dubbele fluoroscopie directe meting van alleen de botposities mogelijk maakt. Hoewel er aanzienlijke inspanningen zijn besteed aan het kwantificeren van de dynamiek van zacht weefsel ten opzichte van botbeweging36,37, is het inherent moeilijk om de bewegingspatronen van de grote massa zacht weefsel tussen de buitenste laag van de huid en de botten te meten. Voor dunnere weefsels in direct contact met de botten, zoals het kraakbeen en labrum van de heup, biedt de combinatie van dubbele fluoroscopie en CT-arthrogrambeeldvorming echter de mogelijkheid om hun ruimtelijke relatie dynamisch te evalueren. De gegevens verzameld tijdens klinische onderzoeken in rugligging werden gebruikt om aan te tonen dat de locatie van klinisch waargenomen schade aan het acetabulaire labrum overeenkwamen met de contactpositie tussen het dijbeen en labrum tijdens liggende impingement-onderzoeken38. Belangrijk is dat deze analyse aan het handbereik stelde dat het gebied van initieel en grootste contact tussen het dijbeen en het labrum niet overeenkwamen met de locatie van de kleinste afstand tussen de botten.

Personen met heup pathoanatomie lopen het risico op schade aan het kraakbeen en labrum. De mechanismen die verantwoordelijk zijn voor chondrolabrale verwondingen zijn echter niet goed begrepen. Het is denkbaar dat artrokinematische gegevens die zijn opgebouwd uit CT-arthrogramgegevens kunnen worden geanalyseerd om de mechanica van het kraakbeen en labrum te bestuderen. De waargenomen penetratie tussen oppervlaktereconstructies die zacht weefsel (bijv. Labrum, kraakbeen) en bot vertegenwoordigen, kan bijvoorbeeld worden geanalyseerd en geïnterpreteerd om de spanning die door deze weefsels wordt ervaren, te benaderen. Zelfs kleine fouten in het volgen van kinematica of reconstructie van oppervlakken kunnen echter leiden tot drastische verschillen in geschatte spanningen en gewrichtsbelastingen. Meer geavanceerde modelleringsmethoden, zoals de FE-methode, kunnen dus nodig zijn om de chondrolabrale mechanica in de heup uitgebreid te evalueren. Gegevens van dubbele fluoroscopie, traditionele huidmarker motion capture van kinematica van het hele lichaam en de geïnstrumenteerde loopband kunnen dienen als input voor modellen die spierkrachten en gewrichtsreactiebelastingen en koppels schatten. Deze kinetische gegevens kunnen vervolgens dienen als belastingsvoorwaarden voor FE-modellen die chondrolabrale spanningen en spanningen schatten.

Naast de specifieke stappen die bij het protocol betrokken zijn, is de planning van verschillende aspecten van het onderzoek ook relevant voor succesvolle data-acquisitie. Ten eerste, in studies met arthrogram beeldvorming, die inherent invasief is als gevolg van de injectie van contrast in het heupkapsel, moet het arthrogram enkele dagen voor of op elk moment na de voltooiing van motion capture-experimenten worden uitgevoerd om enig effect op bewegingspatronen van de patiënt te voorkomen. Ten tweede moet alle kalibratie worden uitgevoerd vóór, maar net voor, de aankomst van de deelnemer om ervoor te zorgen dat de systeemconfiguratie niet wordt gewijzigd tussen kalibratie en beeldacquisitie. Ten derde moet de deelnemer worden geïnstrueerd om dynamische onderzoeken in een willekeurige volgorde uit te voeren om elk effect van ordening op de uitvoering van taken te elimineren.

Een andere belangrijke overweging voor het gebruik van dubbele fluoroscopie voor het meten van heupkinematica is blootstelling aan straling. Het is echter belangrijk op te merken dat 80% van het geschatte dosisequivalent van straling in het beschreven protocol afkomstig is van de CT-scan. Een oplossing om de blootstelling te verminderen is de vervanging van magnetische resonantie beeldvorming (MRI) voor CT-beeldvorming. Hoewel MRI kan worden gebruikt voor oppervlaktereconstructie, is het volgen van dubbele fluoroscopiebeelden ook afhankelijk van de projectie van botdichtheden van de digitaal gereconstrueerde röntgenfoto's. Hoewel MRI de botdichtheid niet direct kan meten, bieden specifieke sequenties, zoals de dual echo steady state (DESS), enige differentiatie tussen het dichtere corticale bot en het minder dichte cancelleuze bot. Deze beelden kunnen worden getransformeerd om een vergelijkbaar uiterlijk te hebben als CT-beelden en kunnen mogelijk de blootstelling aan straling van deelnemers aan dubbele fluoroscopiestudies verminderen.

Vanwege de grote hoeveelheid zacht weefsel rond het heupgewricht moet de specifieke positionering van het dubbele fluoroscopiesysteem worden geoptimaliseerd om röntgenverstrooiing te verminderen. De positie van de deelnemer ten opzichte van de röntgenzenders en de hoek tussen de beeldversterkers bleken belangrijke factoren te zijn. Dit protocol geeft de positionering aan van het dubbele fluoroscopiesysteem dat wordt gebruikt om heupbewegingen bij deelnemers tijdens gewichtdragende activiteiten te bestuderen. Het is echter ook relevant om op te merken dat het deelnemerscohort beperkt was tot personen met een BMI van minder dan 30 kg / m2. Een vergelijkbare BMI-limiet wordt aanbevolen bij het vastleggen van dubbele fluoroscopiebeelden van gewrichten omringd door grote massa's zacht weefsel.

Het hierin beschreven protocol kan worden toegepast op verschillende dubbele fluoroscopiesysteemconfiguraties en gewrichten, waaronder liggende en gewichtdragende heupkinematica, zowel loopband- als bovengrondse gewichtdragende enkelkinematica en zitschouderkinematica16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25,  26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35. Vanwege de minimale globale beweging van het heupgewricht tijdens het loopbandloop, werd een geïnstrumenteerde loopband gebruikt voor de beoordeling van gewichtdragende kinematica van het heupgewricht. Zonder een loopband of een bewegend fluoroscoopsysteem zou het alleen mogelijk zijn om het heupgewricht vast te leggen tijdens activiteiten die in een beperkt gezichtsveld worden uitgevoerd. Het gebruik van een loopband is echter niet geschikt voor alle gewrichten. Als voorbeeld, toepassing van dit protocol op het onderzoek van enkelkinematica tijdens loopbandlopen legde slechts een klein deel van de gang vast vanwege de inherente beweging van de loopband32,35,terwijl bovengrondse gang in staat was om een groter deel van de gang vast te leggen, variërend van vóór de hielslag tot na de teen-off33,40,41.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben geen belangenverstrengeling.

Acknowledgments

Dit onderzoek werd ondersteund door de National Institutes of Health (NIH) onder subsidienummers S10 RR026565, R21 AR063844, F32 AR067075, R01 R077636, R56 AR074416, R01 GM083925. De inhoud is uitsluitend de verantwoordelijkheid van de auteurs en vertegenwoordigt niet noodzakelijkerwijs de officiële standpunten van de NIH.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Amira Software ThermoFisher Scientific Version 6.0
Calibration Cube Custom 36 steel beads (3 mm diameter, spacing 6.35 cm, uncertainty 0.0036 mm)
Calibration Wand Vicon Active Wand
CT Scanner Siemens AG SOMATOM Definition 128 CT
Distortion Correction Grid Custom Acrylic plate with a grid of steel beads spaced 10 mm and 31 beads across the diameter (2 mm diameter)
Dynamic Calibration Plate Custom Acrylic plate with 3 steel beads spaced 30 mm (2 mm diameter, uncertainty 0.0013 mm)
Emitter (2) Varian Interay; remanufactured by Radiological Imaging Services Housing B-100/Tube A-142
Epinephrine Hospira Injection, USP 10 mg/mL
FEBioStudio Software FEBio.org Version 1.3 Mesh processing and kinematic visualization
Graphical Processing Unit Nvidia Tesla
Hare Traction Splint DynaMed Trac-III, Model No. 95201
High-speed Camera (2) Vision Research, Inc. Phantom Micro 3
Image Intensifier (2) Dunlee, Inc.; remanufactured by Radiological Imaging Services T12964P/S
Iohexol injection GE Healthcare Omnipaque 240 mgI/mL 517.7 mg iohexol, 1.21 mg tromethamine, 0.1 mg edetate calcium disodium per mL
ImageJ National Institutes of Health and Laboratory for Optical and Computational Instrumentation
Lidocaine HCl Hospira Injection, USP 10 mg/mL
Laser and Mirror Alignment System Custom Three lasers adhered to acrylic plate that attaches to emitter, mirror attaches to face of image intensifier
Markless Tracking Workbench Henry Ford Hospital, Custom Software Custom
MATLAB Software Mathworks, Inc. Version R2017b
Motion Capture Camera (10) Vicon Vantage
Nexus Software Vicon Version 2.8 Motion capture
Phantom Camera Control (PCC) Software Vision Research, Inc. Version 1.3
Pre-tape Spray Glue Mueller Sport Care Tuffner
Retroreflective Spherical Skin Markers 14 mm
Split Belt Fully Instrumented Treadmill Bertec Corporation Custom
Visual3D Software C-Motion Inc. Version 6.01 Kinematic processing

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. National Center for Health Statistics (US). Health, United States, 2016: with chartbook on long-term trends in health. National Center for Health Statistics. , Hyattsville (MD). Report No.: 2017-1232 (2016).
  2. Singh, J. A., Yu, S., Chen, L., Cleveland, J. D. Rates of total joint replacement in the United States: Future projections to 2020-2040 using the national inpatient sample. Journal of Rheumatology. 46 (9), 1134-1140 (2019).
  3. HCUPnet: A tool for identifying, tracking, and analyzing national hospital statistics. , Available from: https://hcupnet.ahrq.gov/ (2021).
  4. Ganz, R., Leunig, M., Leunig-Ganz, K., Harris, W. H. The etiology of osteoarthritis of the hip: An integrated mechanical concept. Clinical Orthopaedics and Related Research. 466 (2), 264-272 (2008).
  5. Harris, W. H. Etiology of osteoarthritis of the hip. Clinical Orthopaedics and Related Research. 213, 20-33 (1986).
  6. Frank, J. M., et al. Prevalence of femoroacetabular impingement imaging findings in asymptomatic volunteers: A systematic review. Arthroscopy - Journal of Arthroscopic and Related Surgery. 31 (6), 1199-1204 (2015).
  7. Anderson, L. A., et al. The 2015 Frank Stinchfield Award: Radiographic Abnormalities Common in Senior Athletes With Well-functioning Hips but Not Associated With Osteoarthritis. Clinical Orthopaedics and Related Research. 474 (2), 342-352 (2016).
  8. Kapron, A. L., et al. Radiographic prevalence of femoroacetabular impingement in collegiate football players: AAOS exhibit selection. Journal of Bone and Joint Surgery - Series A. 93 (19), 1-10 (2011).
  9. Kapron, A. L., et al. The Prevalence of radiographic findings of structural hip deformities in female collegiate athletes. American Journal of Sports Medicine. 43 (6), 1324-1330 (2015).
  10. Garling, E. H., et al. Soft-tissue artefact assessment during step-up using fluoroscopy and skin-mounted markers. Journal of Biomechanics. 40, Suppl 1 18-24 (2007).
  11. Fuller, J., Liu, L. J., Murphy, M. C., Mann, R. W. A comparison of lower-extremity skeletal kinematics measured using skin-and pin-mounted markers. Human Movement Science. 16 (2-3), 219-242 (1997).
  12. Leardini, A., Chiari, A., Della Croce, U., Cappozzo, A. Human movement analysis using stereophotogrammetry Part 3. Soft tissue artifact assessment and compensation. Gait and Posture. 21 (2), 212-225 (2005).
  13. Peters, A., Galna, B., Sangeux, M., Morris, M., Baker, R. Quantification of soft tissue artifact in lower limb human motion analysis: A systematic review. Gait and Posture. 31 (1), 1-8 (2010).
  14. Camomilla, V., Dumas, R., Cappozzo, A. Human movement analysis: The soft tissue artefact issue. Journal of Biomechanics. 62, 1-4 (2017).
  15. Miranda, D. L., Rainbow, M. J., Crisco, J. J., Fleming, B. C. Kinematic differences between optical motion capture and biplanar videoradiography during a jump-cut maneuver. Journal of Biomechanics. 46 (3), 567-573 (2013).
  16. Lin, C. C., Lu, T. W., Lu, H. L., Kuo, M. Y., Hsu, H. C. Effects of soft tissue artifacts on differentiating kinematic differences between natural and replaced knee joints during functional activity. Gait and Posture. 46, 154-160 (2016).
  17. Kessler, S. E., et al. A direct comparison of biplanar videoradiography and optical motion capture for foot and ankle kinematics. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 7, 199 (2019).
  18. Henak, C. R., et al. Computed tomography arthrography with traction in the human hip for three-dimensional reconstruction of cartilage and the acetabular labrum. Clinical Radiology. 69 (10), 381-391 (2014).
  19. Winter, D. A. Biomechanics and motor control of human movement. , John Wiley and Sons Inc. (2009).
  20. Camomilla, V., Cereatti, A., Vannozzi, G., Cappozzo, A. An optimized protocol for hip joint centre determination using the functional method. Journal of Biomechanics. 39 (6), 1096-1106 (2006).
  21. MacWilliams, B. A., Davis, R. B. Addressing some misperceptions of the joint coordinate system. Journal of Biomechanical Engineering. 135 (5), 54506 (2013).
  22. Fiorentino, N. M., et al. Accuracy of functional and predictive methods to calculate the hip joint center in young non-pathologic asymptomatic adults with dual fluoroscopy as a reference standard. Annals of Biomedical Engineering. 44 (7), 2168-2180 (2016).
  23. Fiorentino, N. M., Atkins, P. R., Kutschke, M. J., Foreman, K. B., Anderson, A. E. In-vivo quantification of dynamic hip joint center errors and soft tissue artifact. Gait and Posture. 50, 246-251 (2016).
  24. Fiorentino, N. M., Atkins, P. R., Kutschke, M. J., Bo Foreman, K., Anderson, A. E. Soft tissue artifact causes underestimation of hip joint kinematics and kinetics in a rigid-body musculoskeletal model. Journal of Biomechanics. 108, 109890 (2020).
  25. Atkins, P. R., et al. In vivo pelvic and hip joint kinematics in patients with cam femoroacetabular impingement syndrome: a dual fluoroscopy study. Journal of Orthopaedic Research. 38 (4), 823-833 (2020).
  26. Uemura, K., Atkins, P. R., Maas, S. A., Peters, C. L., Anderson, A. E. Three-dimensional femoral head coverage in the standing position represents that measured in vivo during gait. Clinical Anatomy. 31 (8), 1177-1183 (2018).
  27. Uemura, K., Atkins, P. R., Fiorentino, N. M., Anderson, A. E. Hip rotation during standing and dynamic activities and the compensatory effect of femoral anteversion: An in-vivo analysis of asymptomatic young adults using three-dimensional computed tomography models and dual fluoroscopy. Gait and Posture. 61, 276-281 (2018).
  28. Atkins, P. R., et al. In vivo measurements of the ischiofemoral space in recreationally active participants during dynamic activities: a high-speed dual fluoroscopy study. American Journal of Sports Medicine. 45 (12), 2901-2910 (2017).
  29. Uemura, K., Atkins, P. R., Anderson, A. E. The effect of using different coordinate systems on in-vivo hip angles can be estimated from computed tomography images. Journal of Biomechanics. 95, 109318 (2019).
  30. Kapron, A. L., et al. Accuracy and feasibility of dual fluoroscopy and model-based tracking to quantify in vivo hip kinematics during clinical exams. Journal of Applied Biomechanics. 30 (3), 461-470 (2014).
  31. Kapron, A. L., Aoki, S. K., Peters, C. L., Anderson, A. E. In-vivo hip arthrokinematics during supine clinical exams: Application to the study of femoroacetabular impingement. Journal of Biomechanics. 48 (11), 2879-2886 (2015).
  32. Roach, K. E., et al. In vivo kinematics of the tibiotalar and subtalar joints in asymptomatic subjects: a high-speed dual fluoroscopy study. Journal of Biomechanical Engineering. 138 (9), 0910061-0910069 (2016).
  33. Roach, K. E., Foreman, K. B., Barg, A., Saltzman, C. L., Anderson, A. E. Application of high-speed dual fluoroscopy to study in vivo tibiotalar and subtalar kinematics in patients with chronic ankle instability and asymptomatic control subjects during dynamic activities. Foot and Ankle International. 38 (11), 1236-1248 (2017).
  34. Lenz, A. L., et al. Compensatory motion of the subtalar joint following tibiotalar arthrodesis: an in vivo dual-fluoroscopy imaging study. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 102 (7), 600-608 (2020).
  35. Wang, B. Accuracy and feasibility of high-speed dual fluoroscopy and model-based tracking to measure in vivo ankle arthrokinematics. Gait and Posture. 41 (4), 888-893 (2015).
  36. Challis, J. H., Pain, M. T. G. Soft tissue motion influences skeletal loads during impacts. Exercise and Sport Sciences Reviews. 36 (2), 71-75 (2008).
  37. Dumas, R., Jacquelin, E. Stiffness of a wobbling mass models analysed by a smooth orthogonal decomposition of the skin movement relative to the underlying bone. Journal of Biomechanics. 62, 47-52 (2017).
  38. Kapron, A. L., Aoki, S. K., Peters, C. L., Anderson, A. E. Subject-specific patterns of femur-labrum contact are complex and vary in asymptomatic hips and hips with femoroacetabular impingement. Clinical Orthopaedics and Related Research. 472 (12), 3912-3922 (2014).
  39. Fiorentino, N. M., et al. Soft tissue artifact causes significant errors in the calculation of joint angles and range of motion at the hip. Gait and Posture. 55, 184-190 (2017).
  40. Nichols, J. A., Roach, K. E., Fiorentino, N. M., Anderson, A. E. Subject-specific axes of rotation based on talar morphology do not improve predictions of tibiotalar and subtalar joint kinematics. Annals of Biomedical Engineering. 45 (9), 2109-2121 (2017).
  41. Nichols, J. A., Roach, K. E., Fiorentino, N. M., Anderson, A. E. Predicting tibiotalar and subtalar joint angles from skin-marker data with dual-fluoroscopy as a reference standard. Gait and Posture. 49, 136-143 (2016).
  42. Kolz, C. W., et al. Reliable interpretation of scapular kinematics depends on coordinate system definition. Gait and Posture. 81, 183-190 (2020).
  43. Kolz, C. W., et al. Age-related differences in humerothoracic, scapulothoracic, and glenohumeral kinematics during elevation and rotation motions. Journal of Biomechanics. 117, 110266 (2021).

Tags

Geneeskunde Nummer 173 Dubbele fluoroscopie tweedekker videoradiografie kinematica artrokinematica heup markerless tracking
<em>In vivo</em> Kwantificering van heupartrokinematica tijdens dynamische gewichtdragende activiteiten met behulp van dubbele fluoroscopie
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Atkins, P. R., Fiorentino, N. M.,… More

Atkins, P. R., Fiorentino, N. M., Anderson, A. E. In Vivo Quantification of Hip Arthrokinematics during Dynamic Weight-bearing Activities using Dual Fluoroscopy. J. Vis. Exp. (173), e62792, doi:10.3791/62792 (2021).

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