JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Tadução automática
Medicina

Måling af Dynamic skulderblad Kinematics Brug af en Acromion Marker Cluster til Minimer Skin Movement Artifact

Published: February 10, 2015
doi:
10.3791/51717
, ,
1Faculty of Health Sciences,University of Southampton, 2Electronics and Computer Sciences,University of Southampton

Summary

Denne rapport indeholder oplysninger om, hvordan at vedtage acromion markør klynge metode til at opnå skapular kinematik, når du bruger en passiv markør motion capture-enhed. Som det er blevet beskrevet i litteraturen, denne metode giver et robust, ikke-invasiv, tredimensionale, dynamiske og gyldig måling af skapular kinematik, hvilket minimerer hud bevægelse artefakt.

Abstract

Målingen af ​​dynamiske skapular kinematik er kompleks på grund af den glidende karakter af bovbladet under hudoverfladen. Formålet med undersøgelsen var tydeligt at beskrive acromion markør klynge (AMC) metode til bestemmelse skapular kinematik, når du bruger en passiv markør motion capture-system, med hensyn til de fejlkilder, som kan påvirke gyldigheden og pålideligheden af ​​målinger. AMC fremgangsmåde involverer at placere en klynge af markører over bageste acromion og gennem kalibrering af anatomiske kendetegn med hensyn til markøren klynge er det muligt at opnå gyldige målinger af skapular kinematik. Pålideligheden af ​​fremgangsmåden blev undersøgt mellem to dage i en gruppe af 15 raske individer (i alderen 19-38 år, otte mænd), da de udførte arm elevation, til 120 °, og sænkning i frontal, skulderblad og isseplanerne. Resultaterne viste, at mellem-dages pålidelighed var godt for opadgående skulderblad rotation (Koefficient af Multiple Korrelation; CMC = 0,92) og posterior tilt (CMC = 0,70), men fair til intern rotation (CMC = 0,53) under armen elevation fase. Den bølgeform fejl var lavere for opadgående rotation (2,7 ° til 4,4 °) og posterior tilt (1,3 ° til 2,8 °) i forhold til intern rotation (5,4 ° til 7,3 °). Pålideligheden i en sænkning fase var sammenlignelig med resultater observeret under elevation fase. Hvis proceduren skitseret i denne undersøgelse overholdes, AMC giver en pålidelig måling af opadgående rotation og posterior tilt under elevation og sænkning faser af arm bevægelse.

Introduction

Mål, kvantitativ måling af skapular kinematik kan give en vurdering af unormale bevægelsesmønstre forbundet med skulder dysfunktion 1, såsom reduceret opadgående rotation og posterior tilt under arm elevation observeret i skulder impingement 2-8. Måling af skapular kinematik er imidlertid vanskelig på grund af knoglen dybe position og glidende karakter under hudoverfladen 1. Typiske kinematiske målemetoder til fastgørelse reflekterende markører end anatomiske landemærker ikke i tilstrækkelig grad spore scapula som den glider under huden overflade 9. Der er vedtaget forskellige metoder i hele litteraturen at overvinde disse vanskeligheder, herunder; imaging (røntgen eller magnetisk resonans) 10-14, goniometre 15,16, knoglestifter 17-22, manuel palpering 23,24, og acromion metode 3,5,19,25. Hver metode har imidlertid sine begrænsninger, som omfatter: exeksponeres for stråling, projektion fejl i tilfælde af todimensionale billede baseret analyse, kræver gentagne subjektiv fortolkning af placeringen af scapula er statisk i naturen eller er meget invasive (f.eks knoglestifter).

En løsning til at overvinde nogle af disse vanskeligheder er at anvende acromion metode, hvor en elektromagnetisk sensor er fastgjort til den flade del af acromion 25, en flad del af ben, der strækker sig fortil på det mest laterale del af bovbladet fører fra ryggen af scapula. Princippet idé bag ved hjælp acromion metode er at reducere hudens bevægelse artefakt, som acromion har vist sig at have den mindste mængde af huden bevægelse artefakt i forhold til andre steder på scapula 26. Acromion metode er ikke-invasiv og giver dynamisk tredimensional måling af skapular kinematik. Validation undersøgelser har vist acromion metode til at være gyldige op til 120 ° under armen elevation fase ved brug af elektromagnetiske sensorer 17,27. Ved brug af markør baseret motion capture udstyr en række markører arrangeret i en klynge, acromion markør klynge (AMC), der kræves, og har vist sig at være gyldig, når du bruger en aktiv-markør motion capture-system 28 og samtidig at bruge en passiv-markør motion capture-system under arm elevation og arm sænkning 29.

Anvendelsen af AMC med en passiv markør motion capture indretning til måling skapular kinematik er blevet anvendt til at vurdere ændringer i skapular kinematik efter en intervention for at løse skulder impingement 30. Den gyldige brug af denne metode, afhænger imidlertid af evnen til præcist at anvende den klynge af markører, der som vist i stand til at påvirke resultatet 31, kalibrere anatomiske landemærker 32 og sikrer armbevægelser er inden et gyldigt vifte af bevægelse (dvs. under 120 ° arm elevation) 29. Deter også blevet foreslået Genansøgningen af markøren klynge, ved anvendelse af en aktiv markør baseret motion capture system viste sig at være kilden til øget fejl for skulderblad posterior tilt 28. Det er derfor vigtigt at fastslå mellem dag pålidelighed acromion metode til at sikre, at den tilvejebringer en stabil måling af skapular kinematik. Sikring af, at målingerne er pålidelige vil give ændringer i skapular kinematik, på grund af en intervention, for eksempel, der skal måles og undersøges. De metoder, der anvendes til at måle skapular kinematik er blevet beskrevet andetsteds 29,33; formålet med denne undersøgelse var at give en trin-for-trin vejledning og reference værktøj for anvendelsen af ​​disse metoder ved hjælp af en passiv-markør motion capture-system, med hensyn til de potentielle fejlkilder, og at undersøge pålideligheden af ​​målemetoden .

Protocol

BEMÆRK: Brugen af ​​menneskelige deltagere blev godkendt af Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet etiske komité ved University of Southampton. Alle deltagere underskrevet samtykke formularer før dataindsamlingen påbegyndes. For data i denne undersøgelse kinematik blev registreret ved hjælp af en passiv markør motion capture, der består af 12 kameraer; seks 4-megapixel kameraer og seks 16-megapixel kameraer, der opererer på frekvens på 120 Hz sampling. 1. Deltager Forberedelse <…

Representative Results

Femten deltagere, der ikke havde kendt historie skulder, nakke eller arm skader blev rekrutteret på undersøgelsen (tabel 2). For at vurdere intra-rater (mellem-dag) pålidelighed, deltagerne deltog to dataindsamling sessioner adskilt af mindst 24 timer og højst 7 dage. Under hver dataindsamling session, den samme investigator udførte protokollen til fastgørelse reflekterende markører, acromion markør klynge og anatomiske skelsættende kalibreringer, som beskrevet ovenfor. Pålideligheden af den k…

Discussion

Valget af metode til bestemmelse skapular kinematik er afgørende, og der bør overvejes af gyldigheden, pålideligheden og dens relevans for forskningsundersøgelse. Er blevet vedtaget Forskellige fremgangsmåder hele litteraturen, men hver metode har sine begrænsninger. Acromion markør klynge overvinder en række af disse begrænsninger, såsom projektion fejl fra 2D eller kræver gentagen fortolkning af placeringen af ​​bovbladet ved at tilvejebringe ikke-invasiv dynamisk kinematiske måling af scapula. , AMC-m…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work lies within the multidisciplinary Southampton Musculoskeletal Research Unit (Southampton University Hospitals Trust/University of Southampton) and the Arthritis Research UK Centre for Sport, Exercise and Osteoarthritis. The authors wish to thank their funding sources; Arthritis Research UK for funding of laboratory equipment (Grant No: 18512) and Vicon Motion System, Oxford UK for providing funding for a PhD studentship (M.Warner). The authors also wish to thank the participants, and Kate Scott and Lindsay Pringle for their help with participant recruitment.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
Passive marker capture system Vicon Motion Systems N/A
Nexus Vicon Motion Systems N/A Data capture software
Bodybuilder Vicon Motion Systems N/A Modeling software
14 mm retro reflective markers Vicon Motion Systems VACC-V162B
6.5mm retro reflective markers Vicon Motion Systems VACC-V166
Calibration wand Vicon Motion Systems N/A
Plastic base N/A N/A Constructed 'in-house'
Matlab Mathworks N/A Numerical modelling software
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referências

  1. Kibler, W. B., et al. Clinical implications of scapular dyskinesis in shoulder injury: the 2013 consensus statement from the ‘scapular summit’. British Journal of Sports Medicine. 47, 877-885 (2013).
  2. Luckasiewicz, A. C., McClure, P. W., Michener, L. A., Pratt, N., Sennett, B. Comparison of 3-dimensional scapular position and orientation between subjects with and without shoulder impingement. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. 29, 574-586 (1999).
  3. Ludewig, P. M., Cook, T. M. Alterations in shoulder kinematics and associated muscle activity in people with symptoms of shoulder impingement. Physical Therapy. 80, 276-291 (2000).
  4. McClure, P. W., Bialker, J., Neff, N., Williams, G., Karduna, A. R. Shoulder function and 3-dimensional kinematics in people with shoulder impingement syndrome before and after a 6-week exercise program. Physical Therapy. 84, 832-848 (2004).
  5. Lin, J. J., et al. Functional activity characteristics of individuals with shoulder dysfunctions. Journal of Electromyography and Kinesiology. 15, 576-586 (2005).
  6. Tate, A. R., McClure, P. W., Kareha, S., Irwin, D., Barbe, M. F. A clinical method for identifying scapular dykinesis, Part 2: Validity. Journal of Athletic Training. 44, 165-173 (2009).
  7. Timmons, M. K., et al. Scapular kinematics and subacromial-impingement syndrome: a meta-analysis. Journal of Sports Rehabilitation. 21, 354-370 (2012).
  8. Endo, K. Y. K., Yasui, N. Influence of age on scapulo-thoracic orientation. Clinical Biomechanics. 16, 1009-1013 (2004).
  9. Lovern, B., Stroud, L. A., Evans, R. O., Evans, S. L., Holt, C. A. Dynamic tracking of the scapula using skin-mounted markers. Proceedings of the Institute of Mechanical Engineers. 223, 823-831 (2009).
  10. Inman, V. T., Sanders, J. B., Abbott, L. C. Observations on the function of the shoulder joint. Journal of Bone and Joint Surgery (Am). 26, 1-30 (1944).
  11. Saha, A. K. Mechanics of elevation of the glenohumeral joint. Acta Orthopaedica Scandanavia. 44, 668 (1973).
  12. Freedman, L., Munro, R. R. Abduction of the arm in the scapular plane: scapular and glenohumeral movements. A roentgenographic study. Journal of Bone and Joint Surgery (Am). 48, 1503-1510 (1966).
  13. Poppen, N. K., Walker, P. S. Normal and abnormal motion of the shoulder. Journal of Bone and Joint Surgery (Am). 58, 195-201 (1976).
  14. Graichen, H., et al. Magnetic resonance-based motion analysis of the shoulder during elevation). Clinical Orthopedic Related Research. 370, 154-163 (2000).
  15. Youdas, J. W., Carey, J. R., Garrett, T. R., Suman, V. J. Reliability of goniometric measurements of active arm elevation in the scapula plane obtained in a clinical setting. Arch. Phys. Med. Rehabil. 75, 1137-1144 (1994).
  16. Doody, S. G., Freedman, L., Waterland, J. C. Shoudler movement during abduction in the scapula plane. Arch. Phys. Med. Rehabil. 51, 595-604 (1970).
  17. Karduna, A. R., McClure, P. W., Michener, L. A., Sennett, B. Dynamic measurements of three-dimensional scapular kinematics: a validation study. Journal of Biomechanical Engineering. 123, 184-191 (2001).
  18. McClure, P. W., Michener, L. A., Sennett, B., Karduna, A. R. Direct 3-dimensional measurement of scapular kinematics during dynamic movements in vivo. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 10, 269-277 (2001).
  19. Bourne, D. A., Choo, A. M. T., Regan, W. D., MacIntyre, D. L., Oxland, T. R. Three-dimensional rotation of the scapula during functional movements: an in vivo study in healthy volunteers. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 16, 150-162 (2007).
  20. Braman, J. P., Engel, S. C., LaPrade, R. F., Ludewig, P. M. In vivo assessment of scapulohumeral rhythm during unconstrained overhead reaching in asymptomatic subjects. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 16, 960-967 (2009).
  21. Ludewig, P. M., Hassett, D. R., LaPrade, R. F., Camargo, J. A., Braman, J. P. Comparison of scapular local coordinate systems. Clinical Biomechanics. 25, 415-421 (2010).
  22. Ludewig, P. M., et al. Motion of the shoulder complex during multiplanar humeral elevation. The Journal of Bone and Joint Surgery. 91, 378-389 (2009).
  23. Johnson, G. R., Stuart, P. R., Mitchell, S. A method for the measurement of three-dimensional scapular movement. Clinical Biomechanics. 8, 269-274 (1993).
  24. Helm, F. C., Pronk, G. M. Three-dimensional recording and description of motions of the shoulder mechanism. Journal of Biomechanical Engineering. 117, 27-40 (1995).
  25. McQuade, K. J., Smidt, G. L. Dynamic Scapulohumeral rhythm: The effects of external resistance during elevation of the arm in the scapular plane. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. 27, 9 (1998).
  26. Matsui, K., Shimada, K., Andrew, P. D. Deviation of skin marker from bone target during movement of the scapula. Journal of Orthopaedic Science. 11, 180-184 (2006).
  27. Meskers, C. G. M., Jvan de Sande, M. A., de Groot, J. H. Comparison between tripod and skin-fixed recording of scapular motion. J. Biomech. 40, 941-948 (2007).
  28. Andel, C. J., van Hutten, K., Eversdijk, M., Veeger, D. J., Harlaar, J. Recording scapular motion using an acromion marker cluster. Gait and Posture. 29, 123-128 (2009).
  29. Warner, M. B., Chappell, P. H., Stokes, M. J. Measuring scapular kinematics during arm lowering using the acromion marker cluster. Hum. Mov. Sci. 31, 386-396 (2012).
  30. Worsley, P., et al. Motor control retraining exercises for shoulder impingement: effects on function, muscle activation, and biomechanics in young adults. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 22, e11-e19 (2013).
  31. Shaheen, A. F., Alexander, C. M., Bull, A. M. J. Effects of attachment position and shoulder orientation during calibration on the accuracy of the acromial tracker. J. Biomech. 44, 1410-1413 (2011).
  32. Prinold, J. A. I., Shaheen, A. F., Bull, A. M. J. Skin-fixed scapula trackers: A comparison of two dynamic methods across a range of calibration positions. J. Biomech. 44, 2004-2007 (2011).
  33. Wu, G., et al. ISB recommendation on definitions of joint coordinate systems of the various joints for the reporting of human joint motion – Part II: shoulder, elbow, wrist and hand. J. Biomech. 38, 981-992 (2005).
  34. Karduna, A. R., McClure, P. W., Michener, L. A. Scapular kinematics: effects of altering the Euler angle sequence of rotations. J. Biomech. 33, 1063-1068 (2000).
  35. Veeger, H. E. J. The position of the rotation center of the glenohumeral joint. J. Biomech. 33, 1711-1715 (2000).
  36. Doorenbosch, C. A. M., Harlaar, J., Veeger, H. E. J. The globe system: an unambiguous description of shoulder positions in daily life movements. J. Rehabil. Res. Dev. 40, 147-156 (2003).
  37. Kadaba, M. P., et al. Repeatability of kinematic, kinetic, and electromyographic data in normal adult gait. Journal of Orthopaedic Research. 7, 849-860 (1989).
  38. Schwartz, M. H., Trost, J. P., Wervey, R. A. Measurement and management of errors in quantitative gait data. Gait and Posture. 20, 196-203 (2004).
  39. Jaspers, E., et al. The reliability of upper limb kinematics in children with hemiplegic cerebral palsy. Gait and Posture. 33, 568-575 (2011).
  40. Thigpen, C. A., Gross, M. T., Karas, S. G., Garrett, W. E., Yu, B. The repeatability of scapular rotations across three planes of humeral elevation. Research in Sports Medicine. 13, 181-198 (2005).
  41. Groot, J. H. The variability of shoulder motions recorded by means of palpation. Clinical Biomechanics. 12, 461-472 (1997).

Tags

Scapular KinematicsAcromion Marker ClusterSkin Movement ArtifactPassive Marker Motion CaptureArm ElevationReliabilityUpward RotationPosterior TiltInternal Rotation
check_url/pt/51717?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artigo
Warner, M. B., Chappell, P. H., Stokes, M. J. Measurement of Dynamic Scapular Kinematics Using an Acromion Marker Cluster to Minimize Skin Movement Artifact. J. Vis. Exp. (96), e51717, doi:10.3791/51717 (2015).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

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

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image