İskelet kinematiğinin in vivo olarak doğru ölçümü, sağlıklı ve yerine konmuş eklem fonksiyonunu, patolojinin etkisini, hastalığın ilerlemesini ve tedavilerin etkilerini anlamak için gereklidir. İskelet kinematiğinin eklem yüzeyinde noninvaziv olarak ölçülmesi (artrokinematik), eklem patolojilerini ve osteoartrit gibi hastalıkları anlamak için çok önemlidir, ancak teknik olarak zordur. Daha önce, iskelet hareketini anlamak için deri yüzeyi belirteçlerini kullanan teknikler, sağlıklı ve patolojik kinematik hakkında önemli bilgiler sağlamıştır. Bununla birlikte, özellikle günlük yaşam aktiviteleri gibi dinamik aktiviteler sırasında bu teknikler kullanılarak doğru artrokinematik elde edilemez. Bu optik sistemler, insan hareketi analizindeki ana hata kaynağı olan altta yatan kemiklere göre cilt hareketi nedeniyle doğal olarak doğruluk açısından sınırlıdır 1,2.
Üç boyutlu (3D) iskelet kinematiğini ölçmek için mevcut son teknoloji yöntemler, görüntü tabanlı izleme, yani çift düzlemli videoradyografi (BVR)3 ve seri bilgisayarlı tomografi (BT) cilt4 ve manyetik rezonans görüntüleme (MRI)5'tir. Normal 3D BT ve MRI tabanlı teknolojiler, dünyadaki birçok hastanede son derece doğru ve erişilebilir olmasına rağmen, eklemlerin dinamik hareketini ölçemezler. Bu eksikliği gidermek için son yıllarda 4D CT tarama6 ve dinamik MRI7 gibi görüntüleme teknikleri geliştirilmiştir; Bununla birlikte, bu yöntemler hastaları ya yüksek radyasyon dozuna maruz bırakır ya da düşük zamansal çözünürlükten muzdariptir.
Yeni bilgisayarlı görme algoritmalarını ve geleneksel x-ray sistemlerini birleştiren BVR'nin hayvanlarda ve insanlarda birden fazla eklem için doğru olduğu gösterilmiştir; işaretleyici tabanlı veya model tabanlı izleme algoritmaları ile çözülür. İşaretleyici tabanlı yaklaşımlar, kemiklere veya yumuşak dokuya yerleştirilen tantal boncukları izler ve hayvan ve in vitro testler için idealdir. Bununla birlikte, in vivo insan araştırmaları için engelleyici bir şekilde istilacıdırlar. Neyse ki, model tabanlı izleme algoritmalarındaki iyileştirmeler uygun bir alternatif sunuyor. İnsanlarda model tabanlı BVR izleme yaklaşımları, CT veya MRI ile elde edilen hacimsel görüntü setlerinin statik bir duruşta hazırlanmasını ve iki X-ışınının görüş alanındaki ilgi hareketlerinin yakalanmasını içerir. Model tabanlı izleme uygulamalarının çoğu daha sonra statik BT veya MR görüntülerinden kemik veya implantın dijital olarak yeniden yapılandırılmış radyografilerini (DRR) oluşturur ve DRR'ler ile videoradyograflar arasındaki benzerliği gösteren ölçümleri kullanarak bunları özelliği geliştirilmiş videoradyograflarla eşleştirir8. Bu işleme kemik veya implantın "izlenmesi" denir.
Kemiklerin veya implantların izlenmesinin birincil çıktı değişkenleri, eklem kinematiği, bağ uzamaları 9,10, kıkırdak kalınlığı 11 için bir vekil olarak eklem aralığı, eklem teması 12,13 ve diğer biyobelirteçlerin hesaplanabildiği rijit cisim kinematiğidir. Son zamanlarda, el bileği biyomekaniği, total el bileği artroplastisi (TWA) ve distal radioulnar eklem (DRUJ) hesaplamasında model tabanlı izleme BVR'nin doğruluğunu belgeledik14,15. Aşağıdaki bölümde, çeşitli görevler sırasında iskelet bileğinin, total el bileği artroplastisinin ve distal radioulnar eklemin hareketini incelemek için bu onaylanmış yöntemin ayrıntılı bir protokolü sunulmaktadır. Kemiklerin ve implantların yoğunluğa dayalı görüntü hacimlerini BT görüntü hacimlerinden segmentlere ayırıyor, bu kısmi görüntü hacimlerini videoradyografiler içinde takip ediyor ve bu yöntemin güçlü yönlerini ve sınırlılıklarını göstermek için rotasyon merkezi, temas paterni ve ulnar varyans gibi sonuçları belirliyoruz.