JoVE Journal > Bioengineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Ergebnisse
Discussion
Offenlegungen
Acknowledgements
Materials
Referenzen
Automatische Übersetzung
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Biotechnik

מדידת 3D In-vivo כתף Kinematics באמצעות Videoradiography Biplanar

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

Summary

וידאו-רדיוגרפיה דו-כנפית יכולה לכמת קינמטיקה של הכתף ברמת דיוק גבוהה. הפרוטוקול המתואר כאן תוכנן במיוחד כדי לעקוב אחר השכם, ההמרוס והצלעות במהלך העלאת ההאמרל המתכנן, ומתאר את ההליכים לאיסוף נתונים, עיבוד וניתוח. שיקולים ייחודיים לאיסוף נתונים מתוארים גם הם.

Abstract

הכתף היא אחת ממערכות המפרקים המורכבות ביותר בגוף האדם, עם תנועה המתרחשת באמצעות פעולות מתואמות של ארבעה מפרקים בודדים, רצועות מרובות וכ -20 שרירים. למרבה הצער, פתולוגיות כתף (למשל, קרעים בשרוול המסובב, נקעים במפרקים, דלקת פרקים) שכיחות, וכתוצאה מכך כאב משמעותי, נכות, וירידה באיכות החיים. האטיולוגיה הספציפית עבור רבים מתנאים פתולוגיים אלה אינה מובנת במלואה, אך מקובל כי פתולוגיית הכתף קשורה לעתים קרובות לתנועה משותפת שונה. למרבה הצער, מדידת תנועת הכתף עם רמת הדיוק הדרושה כדי לחקור השערות מבוססות תנועה אינה טריוויאלית. עם זאת, טכניקות מדידת תנועה מבוססות רדיוגרפיה סיפקו את ההתקדמות הדרושה כדי לחקור השערות מבוססות תנועה ולספק הבנה מכנית של תפקוד הכתף. לכן, מטרת מאמר זה היא לתאר את הגישות למדידת תנועת הכתף באמצעות מערכת וידאו דו-פלנארית מותאמת אישית. המטרות הספציפיות של מאמר זה הן לתאר את הפרוטוקולים לרכישת תמונות videoradiographic דו-פלנאר של קומפלקס הכתף, לרכוש סריקות CT, לפתח מודלים עצם 3D, לאתר ציוני דרך אנטומיים, לעקוב אחר המיקום והכיוון של עצם החזה, השכם, ופלג גוף גוף מהתמונות הרדיוגרפיות הדו-פלנאריות, ולחשב את מדדי התוצאה הקינמטיים. בנוסף, המאמר יתאר שיקולים מיוחדים הייחודיים לכתף בעת מדידת קינמטיקה משותפת באמצעות גישה זו.

Introduction

הכתף היא אחת ממערכות המפרקים המורכבות ביותר בגוף האדם, עם תנועה המתרחשת באמצעות פעולות מתואמות של ארבעה מפרקים בודדים, רצועות מרובות וכ -20 שרירים. לכתף יש גם את טווח התנועה הגדול ביותר של המפרקים העיקריים של הגוף והיא מתוארת לעתים קרובות כפשרה בין ניידות ליציבות. למרבה הצער, פתולוגיות כתף שכיחות, וכתוצאה מכך כאב משמעותי, נכות, וירידה באיכות החיים. לדוגמה, קרעים בשרוול המסובב משפיעים על כ-40% מהאוכלוסייה מעל גיל 601,2,3, עם כ-250,000 תיקוני חפתים מסתובבים המבוצעים מדי שנה4, ונטל כלכלי מוערך של 3-5 מיליארד דולר בשנה בארצות הברית5. בנוסף, נקע בכתף נפוץ ולעתים קרובות קשורים עם תפקוד לקוי כרוני6. לבסוף, דלקת מפרקים glenohumeral ניוונית (OA) היא בעיה קלינית משמעותית נוספת המערבת את הכתף, עם מחקרי אוכלוסיה המצביעים על כך בערך 15%-20% מהמבוגרים מעל גיל 65 יש ראיות רדיוגרפיות של glenohumeral OA7,8. תנאים אלה כואבים, פוגעים ברמות הפעילות ומפחיתים את איכות החיים.

למרות הפתוגנים של תנאים אלה אינם מובנים במלואם, מקובל כי תנועת הכתף שונה קשורה פתולוגיות כתף רבות9,10,11. באופן ספציפי, תנועה משותפת חריגה עשויה לתרום לפתולוגיה9,12, או שהפתולוגיה עלולה להוביל לתנועה משותפת חריגה13,14. יחסים בין תנועה משותפת לפתולוגיה הם ככל הנראה מורכבים, ושינויים עדינים בתנועה משותפת עשויים להיות חשובים בכתף. לדוגמה, למרות תנועה זוויתית היא התנועה הדומיננטית המתרחשת במפרק glenohumeral, תרגומים משותפים מתרחשים גם במהלך תנועת הכתף. בתנאים רגילים תרגומים אלה ככל הנראה אינם עולים על מספר מילימטרים15,16,17,18,19, ולכן עשויים להיות מתחת לרמת הדיוק in-vivo עבור טכניקות מדידה מסוימות. אמנם זה עשוי להיות מפתה להניח כי סטיות קטנות בתנועה משותפת עשוי להיות השפעה קלינית קטנה, חשוב גם להכיר כי ההשפעה המצטברת של סטיות עדינות לאורך שנים של פעילות הכתף עשוי לחרוג מהסף של הפרט לריפוי רקמות ותיקון. יתר על כן, כוחות אינ-ויוו במפרק גלנוהומרל אינם חסרי חשיבות. באמצעות שתלים משותפים glenohumeral מכשירים מותאמים אישית, מחקרים קודמים הראו כי העלאת משקל 2 ק”ג לגובה הראש עם זרוע מושטת יכול לגרום כוחות מפרק glenohumeral שיכול לנוע בין 70% ל 238% ממשקל הגוף20,21,22. כתוצאה מכך, השילוב של שינויים עדינים בתנועה משותפת וכוחות גבוהים המרוכזים מעל שטח הפנים הקטן של גלנואיד נושא עומס עשוי לתרום להתפתחות של פתולוגיות כתף ניווניות.

מבחינה היסטורית, מדידת תנועת הכתף הושגה באמצעות מגוון גישות ניסיוניות. גישות אלה כללו שימוש במערכות בדיקה קדאווריות מורכבות שנועדו לדמות תנועת כתפיים23,24,25,26,27, מערכות לכידת תנועה מבוססות וידאו עם סמני שטח28,29,31, חיישנים אלקטרומגנטיים המותקנים על פני השטח32,33,34,35 סיכות עצם עם סמנים רפלקטיביים או חיישנים אחרים המחוברים 36,37,38, הדמיה רפואית דו-ממדית סטטית (כלומר, פלואורוסקופיה39,40,41 ורדיוגרפים17,42,43,44,45), הדמיה רפואית תלת ממדית סטטית (תלת-ממדית) באמצעות MRI46,47, טומוגרפיה ממוחשבת48, ודינמית, הדמיה פלואורוסקופית של מטוס יחיד תלת-ממדי49,50,51. לאחרונה, חיישנים לבישים (למשל, יחידות מדידה אינרציאליות) צברו פופולריות למדידת תנועת הכתף מחוץ למסגרת המעבדה ובתנאי חיים חופשיים52,53,54,55,56,57.

בשנים האחרונות, יש כבר התפשטות של מערכות רדיוגרפיות דו-כנפיות או פלואורוסקופיות שנועדו למדוד במדויק תנועות דינמיות, 3D in-vivo של הכתף58,59,60,61,62. מטרת מאמר זה היא לתאר את גישת המחברים למדידת תנועת הכתף באמצעות מערכת וידאו דו-פלנארית מותאמת אישית. המטרות הספציפיות של מאמר זה הן לתאר את הפרוטוקולים לרכישת תמונות videoradiographic דו-פלנאר של קומפלקס הכתף, לרכוש סריקות CT, לפתח מודלים עצם 3D, לאתר ציוני דרך אנטומיים, לעקוב אחר המיקום והכיוון של עצם החזה, השכם, ופלג גוף מהתמונות הרדיוגרפיות הדו-פלנאריות, ולחשב מדדי תוצאה קינמיים.

Protocol

לפני איסוף הנתונים, המשתתף סיפק הסכמה מדעת בכתב. החקירה אושרה על ידי ועדת הבדיקה המוסדית של הנרי פורד. פרוטוקולים לרכישה, עיבוד וניתוח נתוני תנועה רדיוגרפיים דו-כנפיים תלויים מאוד במערכות ההדמיה, בתוכנות לעיבוד נתונים ובאמצעי העניין של התוצאה. הפרוטוקול הבא תוכנן במיוחד כד…

Representative Results

נקבה א-סימפטומטית בת 52 (BMI = 23.6 ק”ג/מ”ר) גויסה כחלק מחקירה קודמת ועברה בדיקות תנועה (חטיפת מטוס קורונל) על כתפה הדומיננטית (הימנית)65. לפני איסוף הנתונים, המשתתף סיפק הסכמה מדעת בכתב. החקירה אושרה על ידי ועדת הבדיקה המוסדית של הנרי פורד. איסוף הנתונים בוצע באמצעות הפרוטוקול שת…

Discussion

הטכניקה המתוארת כאן מתגברת על מספר חסרונות הקשורים לטכניקות קונבנציונליות להערכת תנועת הכתף (כלומר, סימולציות קדבוריות, הדמיה 2D, הדמיה תלת-ממדית סטטית, מערכות לכידת תנועה מבוססות וידאו, חיישנים לבישים וכו ‘) על ידי מתן אמצעים מדויקים של תנועה משותפת תלת-ממדית במהלך פעילויות דינמיות. הדיוק …

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

מחקר שדווח בפרסום זה נתמך על ידי המכון הלאומי לדלקת פרקים ומחלות שרירים ושלד ועור תחת מספר הפרס R01AR051912. התוכן הוא באחריות המחברים בלבד ואינו מייצג בהכרח את הדעות הרשמיות של המכונים הלאומיים לבריאות (NIH).

Materials

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referenzen

  1. Milgrom, C., Schaffler, M., Gilbert, S., van Holsbeeck, M. Rotator-cuff changes in asymptomatic adults. The effect of age, hand dominance and gender. Journal of Bone and Joint Surgery (British volume). 77 (2), 296-298 (1995).
  2. Kim, H. M., et al. Location and initiation of degenerative rotator cuff tears: an analysis of three hundred and sixty shoulders. Journal of Bone and Joint Surgery (American Volume). 92 (5), 1088-1096 (2010).
  3. Yamamoto, A., et al. Prevalence and risk factors of a rotator cuff tear in the general population. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 19 (1), 116-120 (2010).
  4. Colvin, A. C., Egorova, N., Harrison, A. K., Moskowitz, A., Flatow, E. L. National trends in rotator cuff repair. Journal of Bone and Joint Surgery (American Volume). 94 (3), 227-233 (2012).
  5. Vitale, M. A., et al. Rotator cuff repair: an analysis of utility scores and cost-effectiveness. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 16 (2), 181-187 (2007).
  6. Zacchilli, M. A., Owens, B. D. Epidemiology of shoulder dislocations presenting to emergency departments in the United States. Journal of Bone and Joint Surgery (American Volume). 92 (3), 542-549 (2010).
  7. Oh, J. H., et al. The prevalence of shoulder osteoarthritis in the elderly Korean population: association with risk factors and function. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 20 (5), 756-763 (2011).
  8. Kobayashi, T., et al. Prevalence of and risk factors for shoulder osteoarthritis in Japanese middle-aged and elderly populations. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 23 (5), 613-619 (2014).
  9. Ludewig, P. M., Reynolds, J. F. The association of scapular kinematics and glenohumeral joint pathologies. Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 39 (2), 90-104 (2009).
  10. Michener, L. A., McClure, P. W., Karduna, A. R. Anatomical and biomechanical mechanisms of subacromial impingement syndrome. Clinical Biomechanics. 18 (5), 369-379 (2003).
  11. Seitz, A. L., McClure, P. W., Finucane, S., Boardman, N. D., Michener, L. A. Mechanisms of rotator cuff tendinopathy: intrinsic, extrinsic, or both. Clinical Biomechanics. 26 (1), 1-12 (2011).
  12. Lawrence, R. L., Braman, J. P., Ludewig, P. M. Shoulder kinematics impact subacromial proximities: a review of the literature. Brazilian Journal of Physical Therapy. 24 (3), 219-230 (2019).
  13. McClure, P. W., Michener, L. A., Karduna, A. R. Shoulder function and 3-dimensional scapular kinematics in people with and without shoulder impingement syndrome. Physical Therapy. 86 (8), 1075-1090 (2006).
  14. Rundquist, P. J. Alterations in scapular kinematics in subjects with idiopathic loss of shoulder range of motion. Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 37 (1), 19-25 (2007).
  15. Graichen, H., et al. Effect of abducting and adducting muscle activity on glenohumeral translation, scapular kinematics and subacromial space width in vivo. Journal of Biomechanics. 38 (4), 755-760 (2005).
  16. Bey, M. J., Kline, S. K., Zauel, R., Lock, T. R., Kolowich, P. A. Measuring dynamic in-vivo glenohumeral joint kinematics: technique and preliminary results. Journal of Biomechanics. 41 (3), 711-714 (2008).
  17. Poppen, N. K., Walker, P. S. Normal and abnormal motion of the shoulder. Journal of Bone and Joint Surgery (American Volume). 58 (2), 195-201 (1976).
  18. Graichen, H., et al. Magnetic resonance-based motion analysis of the shoulder during elevation. Clinical Orthopaedics and Related Research. 370 (370), 154-163 (2000).
  19. Howell, S. M., Galinat, B. J., Renzi, A. J., Marone, P. J. Normal and abnormal mechanics of the glenohumeral joint in the horizontal plane. Journal of Bone and Joint Surgery (American Volume). 70 (2), 227-232 (1988).
  20. Bergmann, G., et al. In vivo glenohumeral contact forces–measurements in the first patient 7 months postoperatively. Journal of Biomechanics. 40 (10), 2139-2149 (2007).
  21. Westerhoff, P., et al. In vivo measurement of shoulder joint loads during activities of daily living. Journal of Biomechanics. 42 (12), 1840-1849 (2009).
  22. Bergmann, G., et al. In vivo gleno-humeral joint loads during forward flexion and abduction. Journal of Biomechanics. 44 (8), 1543-1552 (2011).
  23. Halder, A. M., Zhao, K. D., Odriscoll, S. W., Morrey, B. F., An, K. N. Dynamic contributions to superior shoulder stability. Journal of Orthopaedic Research. 19 (2), 206-212 (2001).
  24. Debski, R. E., et al. A new dynamic testing apparatus to study glenohumeral joint motion. Journal of Biomechanics. 28 (7), 869-874 (1995).
  25. Malicky, D. M., Soslowsky, L. J., Blasier, R. B., Shyr, Y. Anterior glenohumeral stabilization factors: progressive effects in a biomechanical model. Journal of Orthopaedic Research. 14 (2), 282-288 (1996).
  26. Payne, L. Z., Deng, X. H., Craig, E. V., Torzilli, P. A., Warren, R. F. The combined dynamic and static contributions to subacromial impingement. A biomechanical analysis. American Journal of Sports Medicine. 25 (6), 801-808 (1997).
  27. Wuelker, N., Wirth, C. J., Plitz, W., Roetman, B. A dynamic shoulder model: reliability testing and muscle force study. Journal of Biomechanics. 28 (5), 489-499 (1995).
  28. Dillman, C. J., Fleisig, G. S., Andrews, J. R. Biomechanics of pitching with emphasis upon shoulder kinematics. Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 18 (2), 402-408 (1993).
  29. Fleisig, G. S., Andrews, J. R., Dillman, C. J., Escamilla, R. F. Kinetics of baseball pitching with implications about injury mechanisms. American Journal of Sports Medicine. 23 (2), 233-239 (1995).
  30. Fleisig, G. S., Barrentine, S. W., Zheng, N., Escamilla, R. F., Andrews, J. R. Kinematic and kinetic comparison of baseball pitching among various levels of development. Journal of Biomechanics. 32 (12), 1371-1375 (1999).
  31. Werner, S. L., Gill, T. J., Murray, T. A., Cook, T. D., Hawkins, R. J. Relationships between throwing mechanics and shoulder distraction in professional baseball pitchers. American Journal of Sports Medicine. 29 (3), 354-358 (2001).
  32. An, K. N., Browne, A. O., Korinek, S., Tanaka, S., Morrey, B. F. Three-dimensional kinematics of glenohumeral elevation. Journal of Orthopaedic Research. 9 (1), 143-149 (1991).
  33. Johnson, M. P., McClure, P. W., Karduna, A. R. New method to assess scapular upward rotation in subjects with shoulder pathology. Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 31 (2), 81-89 (2001).
  34. Borstad, J. D., Ludewig, P. M. Comparison of scapular kinematics between elevation and lowering of the arm in the scapular plane. Clinical Biomechanics. 17 (9-10), 650-659 (2002).
  35. Meskers, C. G., vander Helm, F. C., Rozendaal, L. A., Rozing, P. M. In vivo estimation of the glenohumeral joint rotation center from scapular bony landmarks by linear regression. Journal of Biomechanics. 31 (1), 93-96 (1998).
  36. McClure, P. W., Michener, L. A., Sennett, B. J., Karduna, A. R. Direct 3-dimensional measurement of scapular kinematics during dynamic movements in vivo. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 10 (3), 269-277 (2001).
  37. Lawrence, R. L., Braman, J. P., LaPrade, R. F., Ludewig, P. M. Comparison of 3-dimensional shoulder complex kinematics in individuals with and without shoulder pain, part 1: sternoclavicular, acromioclavicular, and scapulothoracic joints. Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 44 (9), 636-645 (2014).
  38. Lawrence, R. L., Braman, J. P., Staker, J. L., LaPrade, R. F., Ludewig, P. M. Comparison of 3-dimensional shoulder complex kinematics in individuals with and without shoulder pain, part 2: glenohumeral joint. Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 44 (9), 646-655 (2014).
  39. Burkhart, S. S. Fluoroscopic comparison of kinematic patterns in massive rotator cuff tears. A suspension bridge model. Clinical Orthopaedics and Related Research. 284, 144-152 (1992).
  40. Mandalidis, D. G., Mc Glone, B. S., Quigley, R. F., McInerney, D., O’Brien, M. Digital fluoroscopic assessment of the scapulohumeral rhythm. Surgical and Radiologic Anatomy. 21 (4), 241-246 (1999).
  41. Pfirrmann, C. W., Huser, M., Szekely, G., Hodler, J., Gerber, C. Evaluation of complex joint motion with computer-based analysis of fluoroscopic sequences. Investigative Radiology. 37 (2), 73-76 (2002).
  42. Deutsch, A., Altchek, D. W., Schwartz, E., Otis, J. C., Warren, R. F. Radiologic measurement of superior displacement of the humeral head in the impingement syndrome. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 5 (3), 186-193 (1996).
  43. Hawkins, R. J., Schutte, J. P., Janda, D. H., Huckell, G. H. Translation of the glenohumeral joint with the patient under anesthesia. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 5 (4), 286-292 (1996).
  44. Yamaguchi, K., et al. Glenohumeral motion in patients with rotator cuff tears: a comparison of asymptomatic and symptomatic shoulders. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 9 (1), 6-11 (2000).
  45. Paletta, G. A., Warner, J. J., Warren, R. F., Deutsch, A., Altchek, D. W. Shoulder kinematics with two-plane x-ray evaluation in patients with anterior instability or rotator cuff tearing. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 6 (6), 516-527 (1997).
  46. Graichen, H., et al. Three-dimensional analysis of the width of the subacromial space in healthy subjects and patients with impingement syndrome. AJR: American Journal of Roentgenology. 172 (4), 1081-1086 (1999).
  47. Rhoad, R. C., et al. A new in vivo technique for three-dimensional shoulder kinematics analysis. Skeletal Radiology. 27 (2), 92-97 (1998).
  48. Baeyens, J. P., Van Roy, P., De Schepper, A., Declercq, G., Clarijs, J. P. Glenohumeral joint kinematics related to minor anterior instability of the shoulder at the end of the late preparatory phase of throwing. Clinical Biomechanics. 16 (9), 752-757 (2001).
  49. Lawrence, R. L., Braman, J. P., Keefe, D. F., Ludewig, P. M. The Coupled Kinematics of Scapulothoracic Upward Rotation. Physical Therapy. 100 (2), 283-294 (2020).
  50. Lawrence, R. L., Braman, J. P., Ludewig, P. M. The impact of decreased scapulothoracic upward rotation on subacromial proximities. Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 49 (3), 180-191 (2019).
  51. Matsuki, K., et al. Dynamic in vivo glenohumeral kinematics during scapular plane abduction in healthy shoulders. Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 42 (2), 96-104 (2012).
  52. Chapman, R. M., Torchia, M. T., Bell, J. E., Van Citters, D. W. Assessing shoulder biomechanics of healthy elderly individuals during activities of daily living using inertial measurement units: High maximum elevation Is achievable but rarely used. Journal of Biomechanical Engineering. 141 (4), (2019).
  53. De Baets, L., vander Straaten, R., Matheve, T., Timmermans, A. Shoulder assessment according to the international classification of functioning by means of inertial sensor technologies: A systematic review. Gait and Posture. 57, 278-294 (2017).
  54. Dowling, B., McNally, M. P., Laughlin, W. A., Onate, J. A. Changes in throwing arm mechanics at increased throwing distances during structured long-toss. American Journal of Sports Medicine. 46 (12), 3002-3006 (2018).
  55. Kirking, B., El-Gohary, M., Kwon, Y. The feasibility of shoulder motion tracking during activities of daily living using inertial measurement units. Gait and Posture. 49, 47-53 (2016).
  56. Morrow, M. M. B., Lowndes, B., Fortune, E., Kaufman, K. R., Hallbeck, M. S. Validation of inertial measurement units for upper body kinematics. Journal of Applied Biomechanics. 33 (3), 227-232 (2017).
  57. Rawashdeh, S. A., Rafeldt, D. A., Uhl, T. L. Wearable IMU for shoulder injury prevention in overhead sports. Sensors (Basel). 16 (11), (2016).
  58. Baumer, T. G., et al. Effects of asymptomatic rotator cuff pathology on in vivo shoulder motion and clinical outcomes. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 26 (6), 1064-1072 (2017).
  59. Bey, M. J., et al. In vivo measurement of subacromial space width during shoulder elevation: technique and preliminary results in patients following unilateral rotator cuff repair. Clinical Biomechanics. 22 (7), 767-773 (2007).
  60. Peltz, C. D., et al. Differences in glenohumeral joint morphology between patients with anterior shoulder instability and healthy, uninjured volunteers. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 24 (7), 1014-1020 (2015).
  61. Coats-Thomas, M. S., Massimini, D. F., Warner, J. J. P., Seitz, A. L. In vivo evaluation of subacromial and internal impingement risk in asymptomatic individuals. American Journal of Physical Medicine and Rehabilitation. 97 (9), 659-665 (2018).
  62. Millett, P. J., Giphart, J. E., Wilson, K. J., Kagnes, K., Greenspoon, J. A. Alterations in glenohumeral kinematics in patients with rotator cuff tears measured with biplane fluoroscopy. Arthroscopy. 32 (3), 446-451 (2016).
  63. Li, W., Hou, Q. Analysis and correction of the nonuniformity of light field in the high resolution X-ray digital radiography. Sixth International Conference on Natural Computation. 7, 3803-3807 (2010).
  64. Wu, G., et al. ISB recommendation on definitions of joint coordinate systems of various joints for the reporting of human joint motion–Part II: shoulder, elbow, wrist and hand. Journal of Biomechanics. 38 (5), 981-992 (2005).
  65. Baumer, T. G., et al. Effects of rotator cuff pathology and physical therapy on in vivo shoulder motion and clinical outcomes in patients with a symptomatic full-thickness rotator cuff tear. Orthopaedic Journal of Sports Medicine. 4 (9), 2325967116666506 (2016).
  66. Ludewig, P. M., et al. Motion of the shoulder complex during multiplanar humeral elevation. Journal of Bone and Joint Surgery (American Volume). 91 (2), 378-389 (2009).
  67. Bey, M. J., Zauel, R., Brock, S. K., Tashman, S. Validation of a new model-based tracking technique for measuring three-dimensional, in vivo glenohumeral joint kinematics. Journal of Biomechanical Engineering. 128 (4), 604-609 (2006).
  68. Tashman, S., Anderst, W. In-vivo measurement of dynamic joint motion using high speed biplane radiography and CT: application to canine ACL deficiency. Journal of Biomechanical Engineering. 125 (2), 238-245 (2003).
  69. Anderst, W., Zauel, R., Bishop, J., Demps, E., Tashman, S. Validation of three-dimensional model-based tibio-femoral tracking during running. Medical Engineering and Physics. 31 (1), 10-16 (2009).
  70. Kage, C. C., et al. Validation of an automated shape-matching algorithm for biplane radiographic spine osteokinematics and radiostereometric analysis error quantification. PloS One. 15 (2), 0228594 (2020).
  71. Pitcairn, S., Kromka, J., Hogan, M., Anderst, W. Validation and application of dynamic biplane radiography to study in vivo ankle joint kinematics during high-demand activities. Journal of Biomechanics. 103, 109696 (2020).
  72. Bey, M. J., et al. In vivo shoulder function after surgical repair of a torn rotator cuff: glenohumeral joint mechanics, shoulder strength, clinical outcomes, and their interaction. American Journal of Sports Medicine. 39 (10), 2117-2129 (2011).
  73. Peltz, C. D., et al. Associations between in-vivo glenohumeral joint motion and morphology. Journal of Biomechanics. 48 (12), 3252-3257 (2015).
  74. Massimini, D. F., Warner, J. J., Li, G. Glenohumeral joint cartilage contact in the healthy adult during scapular plane elevation depression with external humeral rotation. Journal of Biomechanics. 47 (12), 3100-3106 (2014).
  75. Miller, R. M., et al. Effects of exercise therapy for the treatment of symptomatic full-thickness supraspinatus tears on in vivo glenohumeral kinematics. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 25 (4), 641-649 (2016).
  76. Lawrence, R. L., Ruder, M. C., Zauel, R., Bey, M. J. Instantaneous helical axis estimation of glenohumeral kinematics: The impact of rotator cuff pathology. Journal of Biomechanics. 109, 109924 (2020).
  77. National Council on Radiation Protection and Measurements. Evaluating and communicating radiation risks for studies involving human subjects: guidance for researchers and institutional review boards: recommendations of the National Council on Radiation Protection and Measurements. National Council on Radiation Protection and Measurements. , (2020).
  78. Akbari-Shandiz, M., et al. MRI vs CT-based 2D-3D auto-registration accuracy for quantifying shoulder motion using biplane video-radiography. Journal of Biomechanics. 82, 30385001 (2019).
  79. Breighner, R. E., et al. Technical developments: Zero echo time imaging of the shoulder: enhanced osseous detail by using MR imaging. Radiology. 286 (3), 960-966 (2018).
  80. Fox, A. M., et al. The effect of decreasing computed tomography dosage on radiostereometric analysis (RSA) accuracy at the glenohumeral joint. Journal of Biomechanics. 44 (16), 2847-2850 (2011).
  81. Lawrence, R. L., et al. Effect of glenohumeral elevation on subacromial supraspinatus compression risk during simulated reaching. Journal of Orthopaedic Research. 35 (10), 2329-2337 (2017).
  82. Peltz, C. D., et al. Associations among shoulder strength, glenohumeral joint motion, and clinical outcome after rotator cuff repair. American Journal of Orthopedics. 43 (5), 220-226 (2014).

Tags

3D In-vivo Shoulder KinematicsBiplanar VideoradiographyJoint Motion QuantificationRadiation ExposureParticipant PositioningLead-lined Protective VestLow Fluoroscopy ModeRadiographic Image Acquisition

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Diesen Artikel zitieren
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).
Zitat herunterladen
Nachdrucke und Berechtigungen

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image