복엽비행기 비디오 방사선 사진은 높은 정확도로 어깨 운동학을 정량화할 수 있습니다. 본 명세서에 기재된 프로토콜은 평면 상완골 시 견갑골, 상완골 및 갈비뼈를 추적하도록 특별히 설계되었으며 데이터 수집, 처리 및 분석에 대한 절차를 간략하게 설명합니다. 데이터 수집에 대한 고유한 고려 사항도 설명되어 있습니다.
어깨는 인체의 가장 복잡한 관절 시스템 중 하나이며, 4 개의 개별 관절, 다중 인대 및 약 20 근육의 조정 된 동작을 통해 발생하는 모션. 불행히도, 어깨 병리 (예를 들어, 회전근 눈물, 관절 탈구, 관절염)는 상당한 통증, 장애 및 삶의 질 저하의 결과로 일반적입니다. 이러한 병리학 조건의 많은 특정 병인은 완전히 이해되지 않습니다, 그러나 일반적으로 어깨 병리는 수시로 변경한 합동 운동과 연관된다는 것을 받아 들여집니다. 불행히도 모션 기반 가설을 조사하는 데 필요한 수준의 정확도로 어깨 모션을 측정하는 것은 사소한 것이 아닙니다. 그러나 방사선 계 의 모션 측정 기술은 모션 기반 가설을 조사하고 어깨 기능에 대한 기계적 이해를 제공하는 데 필요한 발전을 제공했습니다. 따라서, 이 문서의 목적은 사용자 정의 바이플러니 비디오 방사선 시스템을 사용하여 어깨 움직임을 측정하기위한 접근 방식을 설명하는 것입니다. 이 문서의 구체적인 목적은 어깨 복합체의 이중 평면 비디오 방사선 이미지를 획득하고, CT 스캔을 획득하고, 3D 뼈 모델을 개발하고, 해부학적 랜드 마크를 찾고, 상완골, 견갑골 및 몸통의 위치와 방향을 양방향 방사선 이미지에서 추적하고 운동 적 결과 측정값을 계산하는 프로토콜을 설명하는 것입니다. 또한 이 방법을 사용하여 관절 운동학을 측정할 때 어깨에 고유한 특별한 고려 사항을 설명합니다.
어깨는 인체의 가장 복잡한 관절 시스템 중 하나이며, 4 개의 개별 관절, 다중 인대 및 약 20 근육의 조정 된 동작을 통해 발생하는 모션. 어깨는 또한 신체의 주요 관절의 운동의 가장 큰 범위를 가지고 있으며 종종 이동성과 안정성 사이의 타협으로 설명됩니다. 불행히도, 어깨 병리는 상당한 고통, 장애 및 삶의 질을 감소시며 일반적입니다. 예를 들어, 회전근의 눈물은 601,2,3세 이상 인구의 약 40%에 영향을 미치며, 매년 약 250,000개의 회전근 수리가 매년 4회 수행되며, 미국에서연간 3~50억 달러의 경제적 부담이 예상됩니다. 추가적으로, 어깨 탈구는 일반적이고 수시로 만성 기능 장애와 연관됩니다6. 마지막으로, 골누메랄 관절 관절염 (OA)은 어깨와 관련된 또 다른 중요한 임상 문제이며, 인구 연구에 따르면 65 세 이상의 성인의 약 15 %-20 %가 glenohumeral OA7,8의 방사선 학적 증거를 가지고 있음을 나타냅니다. 이러한 조건은 고통스럽고 활동 수준을 손상시키며 삶의 질을 감소시습니다.
이러한 조건의 병인은 완전히 이해되지 않지만, 일반적으로 변경 된 어깨 운동은 많은 어깨 병과 연관되어 받아 들여집니다9,10,11. 구체적으로, 비정상적인 관절 운동은 병리학에 기여할 수 있다9,12, 또는 병리학비정상적인 관절 운동으로 이어질 수 13,14. 관절 운동과 병리학 사이의 관계는 복잡할 수 있으며 관절 운동의 미묘한 변화는 어깨에 중요 할 수 있습니다. 예를 들어, 각진 운동은 골누네관절에서 발생하는 우세한 움직임이지만, 어깨 운동 중에 관절 번역도 발생한다. 정상적인 조건에서 이러한 번역은 여러 밀리미터15,16,17,18,19를 초과하지 않으므로 일부 측정 기술에 대한 생체 내 정확도 수준보다 낮을 수 있습니다. 관절 운동에 작은 편차가 거의 임상적 영향을 미치지 않을 수 있다고 가정하는 것이 유혹적일 수 있지만, 수년간의 어깨 활동 동안 미묘한 편차의 누적 효과가 조직 치유 및 수리를 위한 개인의 임계값을 초과할 수 있음을 인식하는 것이 중요합니다. 또한, 골국 관절의 생체 내 힘은 중요하지 않습니다. 사용자 지정 계측 된 광선 관절 임플란트를 사용하여, 이전 연구는 뻗은 팔로 머리 높이에 2kg 무게를 올리는 것은 체중의 70 %에서 238 %까지 범위 수있는 골뇌 관절 력을 초래할 수 있음을 보여 주었다20,21,22. 따라서, 글레노이드의 작은 하중 베어링 표면적 위에 집중된 조인트 모션과 높은 힘의 미묘한 변화의 조합은 퇴행성 어깨 병리의 발달에 기여할 수 있다.
역사적으로, 어깨 운동의 측정은 다양한 실험적 접근을 통해 달성되었습니다. 이러한 접근 방식에는 숄더 모션 23,24,25,26,27, 표면 마커가 장착된 비디오 기반 모션 캡처 시스템 32,33,34,35를 시뮬레이션하도록 설계된 복잡한 cadaveric 테스트 시스템의 사용이 포함되었습니다. , 반사 마커 또는 기타 센서가 부착된 뼈 핀36,37,38, 정적 2차원 의료 영상(즉, 형광39,40,41 및 방사선 사진 17,42,43,44,45), MRI46,47을 이용한 정적 3차원(3D) 의료 영상, 컴퓨터 단층 촬영48, 및 동적, 3D 단일 평면 형광 화상 진찰49,50,51. 최근에는 웨어러블 센서(예: 관성 측정 장치)가 실험실 환경 외부와 자유 생활 조건에서 어깨 움직임을 측정하는 데 인기를 얻고 있습니다52,53,54,55,56,57.
최근 몇 년 동안, 숄더58,59,60,61,62의 동적, 3D 생체 내 움직임을 정확하게 측정하도록 설계된 복엽비행기 방사선 학적 또는 형광 시스템의 확산이 있었습니다. 이 문서의 목적은 사용자 정의 biplanar 비디오 방사선 시스템을 사용하여 어깨 움직임을 측정하기위한 저자의 접근 방식을 설명하는 것입니다. 이 문서의 구체적인 목적은 어깨 복합체의 이중 평면 비디오 방사선 이미지를 획득하고, CT 스캔을 획득하고, 3D 뼈 모델을 개발하고, 해부학적 랜드 마크를 찾고, 상완골, 견갑골 및 몸통의 위치와 방향을 양방향 방사선 이미지에서 추적하고 운동 적 결과 측정값을 계산하는 프로토콜을 설명하는 것입니다.
여기에 설명된 기술은 동적 활동 중에 3D 조인트 모션의 정확한 측정을 제공함으로써 어깨 모션(예: cadaveric 시뮬레이션, 2D 이미징, 정적 3D 이미징, 비디오 기반 모션 캡처 시스템, 웨어러블 센서 등)을 평가하기 위한 기존의 기술과 관련된 몇 가지 단점을 극복합니다. 본 명세서에 기재된 프로토콜의 정확도는 ±0.5°와 ±0.4 mm67,68로 방사능 분석(RSA)의 금본…
The authors have nothing to disclose.
이 간행물에서 보고된 연구는 상 번호 R01AR051912의 밑에 관절염과 근골격계 및 피부 질병의 국가 학회에 의해 지원되었습니다. 이 내용은 전적으로 저자의 책임이며 반드시 국립 보건원 (NIH)의 공식 견해를 나타내는 것은 아닙니다.
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 |