Måling av Dynamic scapular Kinematikk Bruke en acromion Marker Cluster å minimere Skin Bevegelsesartefakt
Summary
Denne rapporten presenterer detaljer om hvordan å vedta acromion markør klynge metode for å skaffe scapulær kinematikk når du bruker en passiv markør motion capture enhet. Som det har blitt beskrevet i litteraturen, gir denne fremgangsmåten en sterk, ikke-invasiv, tredimensjonal, dynamisk og gyldig måling av scapulær kinematikk, minimere hud bevegelsesartefakter.
Abstract
Målingen av dynamiske scapulær kinematikk er komplisert på grunn av den glidende natur av skulderblad under hudens overflate. Målet med studien var å tydelig beskrive acromion markør klynge (AMC) metode for å bestemme scapulær kinematikk når du bruker en passiv markør motion capture-systemet, med hensyn til de feilkilder som kan påvirke gyldigheten og påliteligheten av målinger. AMC-metoden innebærer å plassere en klynge av markørene over bakre acromion, og gjennom kalibrering av anatomiske landemerker i forhold til markeringen klynge er det mulig å oppnå gyldige målinger av scapulær kinematikk. Påliteligheten av fremgangsmåten ble undersøkt mellom to dager i en gruppe på 15 friske individer (alder 19-38 år, åtte hanner) som de utførte arm høyde, til 120 °, og senking i frontal, scapulær og sagittale plan. Resultatene viste at mellom-dagers pålitelighet var bra for oppadgående scapulær rotasjon (Coefficient of Multiple Korrelasjon; CMC = 0,92) og posterior tilt (CMC = 0,70), men rettferdig for intern rotasjon (CMC = 0,53) under armen høyde fasen. Bølgeformen feilen var lavere for oppadgående rotasjon (2,7 ° til 4,4 °) og bakre vippe (1,3 ° til 2,8 °), i forhold til interne rotasjon (5,4 ° til 7,3 °). Påliteligheten under nedsenkingen fasen var sammenlignbare med resultatene som observeres under heving fase. Dersom protokollen skissert i denne studien er overholdt, gir AMC en pålitelig måling av oppover rotasjon og posterior tilt under heving og senking faser av armbevegelse.
Introduction
Objektiv, kvantitativ måling av scapulær kinematikk kan gi en vurdering av unormale bevegelsesmønstre knyttet til skulder dysfunksjon en, for eksempel redusert oppover rotasjon og posterior tilt under armen høyde observert i skulder impingement 2-8. Måling av scapulær kinematikk, er imidlertid vanskelig på grunn av benet dype stilling og glide natur under hudoverflaten 1. Typiske kinematiske måleteknikker for å feste refleksmarkører enn anatomiske landemerker ikke tilstrekkelig spore scapula som den glir under hudoverflaten 9. Forskjellige metoder er blitt tatt i bruk i løpet av litteraturen på å overvinne disse vanskeligheter, blant annet; imaging (X-ray eller magnetisk resonans) 10-14, goniometers 15,16, bein pins 17-22, manuell palperingsprosedyrer 23,24, og acromion metoden 3,5,19,25. Hver metode har imidlertid sine begrensninger som innbefatter: exsponeringen stråling, projeksjonsfeil i tilfelle av to-dimensjonalt bilde basert analyse, krever gjentatt subjektiv tolkning av plasseringen av skulderblad, er statisk i naturen eller er meget inngripende (f.eks bein pinner).
En løsning for å overvinne noen av disse problemer er å anvende acromion metode hvor en elektromagnetisk sensor er festet til den flate delen av acromion 25, et flatt parti av benet som strekker seg anteriort på det mest laterale delen av skulderblad som går fra ryggraden av scapula. Prinsippet ideen bak ved hjelp acromion metode er å redusere hudens bevegelse gjenstand, som acromion har vist seg å ha den minste mengde av huden bevegelsesartefakter i forhold til andre steder på skulderblad 26. Acromion metoden er ikke-invasiv og gir dynamisk tredimensjonal måling av skulderkammen kinematikk. Valideringsstudier har vist acromion metode for å være gyldig opp til 120 ° under armen elevation fase ved bruk av elektromagnetiske sensorer 17,27. Ved bruk av markør basert bevegelse digitaliseringsenheter en serie av markører som er anordnet i en klynge, acromion markør klyngen (AMC), er nødvendig, og har vist seg å være gyldig ved bruk av en aktiv-markør motion capture system 28 og samtidig ved hjelp av et passivt-markør motion capture system under armen høyde og arm senke 29.
Bruken av AMC med en passiv markør bevegelse opptaksenhet for måling scapulær kinematikk er blitt brukt for å vurdere endringer i scapulær kinematikk følgende en intervensjon for å løse skulder impingement 30. Den gjelder bruk av denne metode er imidlertid avhengig av evnen til å nøyaktig anvende klyngen av markører, hvis posisjon har blitt vist å påvirke resultatene 31, kalibrere anatomiske landemerker 32 og sikrer armbevegelser er innenfor et gyldig bevegelsesområdet (dvs. under 120 ° arm høyde) 29. Dethar også blitt foreslått reapplication av markør klyngen, når du bruker en aktiv markør basert motion capture-systemet, ble funnet å være kilden til økt feil for scapulær posterior tilt 28. Det er derfor viktig å etablere den mellom-dagers påliteligheten av acromion metode for å sikre at den gir en stabil grad av scapulær kinematikk. Å sikre at målingene er pålitelige vil muliggjøre endringer i scapulær kinematikk, på grunn av en intervensjon, for eksempel, å bli målt og undersøkt. Metodene som brukes for å måle scapulær kinematikk har blitt beskrevet andre steder 29,33; Målet med denne studien var å gi en steg-for-steg guide og referanseverktøy for å anvende disse metodene ved hjelp av en passiv-markør motion capture-systemet, med hensyn til de potensielle feilkilder, og å undersøke påliteligheten av målemetode .
Protocol
Representative Results
Discussion
Valg av metode for fastsettelse scapulær kinematikk er avgjørende, og vurdering av gyldigheten, pålitelighet og er egnet til forskningsstudien bør gis. Ulike metoder har blitt tatt i bruk i løpet av litteratur, men hver metode har sine begrensninger. Acromion markør klyngen overvinner en rekke av disse begrensningene, som projeksjonsfeil fra 2D-avbildning, eller som krever gjentatt tolkning av plasseringen av skulderblad ved å gi ikke-invasiv kinematisk dynamisk måling av skulderblad. Imidlertid er AMC-metoden f…
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 |
Referências
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Lin, J. J., et al. Functional activity characteristics of individuals with shoulder dysfunctions. Journal of Electromyography and Kinesiology. 15, 576-586 (2005).
- 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).
- Timmons, M. K., et al. Scapular kinematics and subacromial-impingement syndrome: a meta-analysis. Journal of Sports Rehabilitation. 21, 354-370 (2012).
- Endo, K. Y. K., Yasui, N. Influence of age on scapulo-thoracic orientation. Clinical Biomechanics. 16, 1009-1013 (2004).
- 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).
- 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).
- Saha, A. K. Mechanics of elevation of the glenohumeral joint. Acta Orthopaedica Scandanavia. 44, 668 (1973).
- 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).
- Poppen, N. K., Walker, P. S. Normal and abnormal motion of the shoulder. Journal of Bone and Joint Surgery (Am). 58, 195-201 (1976).
- Graichen, H., et al. Magnetic resonance-based motion analysis of the shoulder during elevation). Clinical Orthopedic Related Research. 370, 154-163 (2000).
- 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).
- Doody, S. G., Freedman, L., Waterland, J. C. Shoudler movement during abduction in the scapula plane. Arch. Phys. Med. Rehabil. 51, 595-604 (1970).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Johnson, G. R., Stuart, P. R., Mitchell, S. A method for the measurement of three-dimensional scapular movement. Clinical Biomechanics. 8, 269-274 (1993).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Veeger, H. E. J. The position of the rotation center of the glenohumeral joint. J. Biomech. 33, 1711-1715 (2000).
- 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).
- Kadaba, M. P., et al. Repeatability of kinematic, kinetic, and electromyographic data in normal adult gait. Journal of Orthopaedic Research. 7, 849-860 (1989).
- 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).
- Jaspers, E., et al. The reliability of upper limb kinematics in children with hemiplegic cerebral palsy. Gait and Posture. 33, 568-575 (2011).
- 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).
- Groot, J. H. The variability of shoulder motions recorded by means of palpation. Clinical Biomechanics. 12, 461-472 (1997).
