מדידה דינמי הגלימה קינמטיקה באמצעות Cluster acromion מרקר למזעור Artifact תנועת עור
Summary
דוח זה מציג את הפרטים של איך לאמץ את שיטת אשכול סמן acromion קבלת קינמטיקה גלימה בעת שימוש במכשיר לכידה תנועת סמן פסיבי. כפי שכבר תואר בספרות, בשיטה זו מספקת מדידה חזקה, לא פולשנית, תלת ממדים, דינמית ותקפה של קינמטיקה גלימה, מזעור חפץ תנועת עור.
Abstract
המדידה של קינמטיקה גלימה הדינמית היא מורכבת בשל אופי הזזה של עצם השכמה מתחת לפני השטח של העור. מטרת המחקר הייתה לתאר את שיטת אשכול סמן acromion (AMC) קביעת קינמטיקה גלימה בעת שימוש במערכת לכידת תנועת סמן פסיבית, עם התחשבות במקורות של שגיאה שעלולה להשפיע על התוקף והמהימנות של מדידות באופן ברור. שיטת AMC כוללת הצבת מקבץ של סמנים מעל acromion האחורי, ובאמצעות כיול של ציוני דרך אנטומי ביחס לאשכול הסמן ניתן להשיג מדידות תקפות של קינמטיקה עצם השכם. האמינות של השיטה נבדקה בין יומיים בקבוצה של 15 אנשים בריאים (19-38 שנים בגילים, שמונה גברים) כפי שהם ביצעו העלאת זרוע, עד 120 מעלות, והורידה בחזיתי, הגלימה ומטוסי sagittal. תוצאות מחקר הראו כי האמינות בין-היום הייתה טובה לסיבוב כלפי מעלה גלימה (מקדם Multמתאם iple; CMC = 0.92) והטיה אחורית (CMC = 0.70), אך הוגנת לסיבוב פנימי (CMC = 0.53) בשלב העלאת זרוע. שגיאת צורת הגל הייתה נמוכה יותר עבור סיבוב כלפי מעלה (2.7 ° עד 4.4 מעלות) והטיה אחורית (1.3 ° עד 2.8 מעלות), בהשוואה לסיבוב פנימי (5.4 ° עד 7.3 מעלות). האמינות בשלב הנמכה הייתה דומה לתוצאות שנצפו בשלב ההעלאה. אם הפרוטוקול שתואר במחקר זה הוא דבק, AMC מספק מדידה אמינה של סיבוב כלפי מעלה והטיה אחורית במהלך ההעלאה והורדה של שלבי תנועת זרוע.
Introduction
מדידה אובייקטיבית, כמותיים של קינמטיקה הגלימה יכולה לספק הערכה של דפוסים חריגים תנועה הקשורים לתפקוד לקוי של כתף 1, כגון סיבוב כלפי מעלה מופחת והטיה אחורית במהלך העלאת זרוע נצפתה בפגיעה בכתף 2-8. מדידה של קינמטיקה גלימה, עם זאת, קשה בשל מיקום של העצם העמוק והטבע מחליק מתחת לפני שטח עור 1. טכניקות אופייניות kinematic מדידה של צירוף סמנים רעיוני על ציוני דרך אנטומי לא כראוי לעקוב אחר עצם השכם כפי שמחליק מתחת לפני שטח העור 9. שיטות שונות אומצו לאורך כל הספרות להתגבר על קשיים אלה, ובכלל זה; הדמיה (רנטגן או תהודה מגנטית) 10-14, goniometers 15,16 סיכות, עצם 17-22, מישוש ידני 23,24, ושיטת acromion 3,5,19,25. כל שיטה, לעומת זאת, יש מגבלות שלה, אשר כוללות: לשעברposure לקרינה, שגיאות הקרנה במקרה של ניתוח תמונה דו-ממדי המבוסס, דורשות חזרו פרשנות סובייקטיבית של המיקום של עצם השכמה, הם סטטי בטבע או שהם פולשני מאוד (למשל סיכות עצם).
פתרון ללהתגבר על חלק מהקשיים אלה הוא להעסיק את שיטת acromion בי חיישן אלקטרומגנטים מחובר לחלק השטוח של acromion 25, חלק שטוח של עצם המשתרע anteriorly בחלק הצדדי ביותר של עצם השכמה המוביל מעמוד השדרה של עצם השכם. הרעיון מאחורי העיקרון בשיטת acromion הוא להפחית חפץ תנועת העור, כacromion הוכח לי את הכמות המינימאלית של חפץ תנועת עור בהשוואה לאתרים אחרים בהשכמות 26. שיטת acromion אינה פולשני ומספקת מדידה תלת-ממדית דינמית של קינמטיקה עצם השכם. מחקרים הראו אימות שיטת acromion להיות תקף עד 120 מעלות בזרוע אלשלב evation בעת שימוש בחיישנים אלקטרומגנטיים 17,27. כאשר סדרה של סמנים מסודרים באשכול, אשכול סמן acromion (AMC) באמצעות מכשירי לכידת תנועת סמן מבוסס, נדרש והוכח בתוקף בעת שימוש במערכת לכידת תנועה פעיל-מרקר 28 ותוך שימוש פסיבי-מרקר מערכת לכידת תנועה בגובה זרוע וזרוע הורדת 29.
השימוש בAMC עם התקן לכידה תנועת סמן פסיבי למדידת קינמטיקה גלימה נעשה שימוש כדי להעריך את השינויים בקינמטיקה הגלימה הבאים התערבות כדי לטפל בפגיעה בכתף 30. השימוש חוקי בשיטה זו, עם זאת, תלויה ביכולת ליישם את האשכול של סמנים מדויקים, את עמדתו של אשר הוכחה להשפיע על תוצאות 31, לכייל ציוני דרך אנטומי 32 ותנועות זרוע הבטחה נמצאות בטווח חוקי של תנועה (כלומר להלן 120 ° גובה זרוע) 29. זהגם הוצע reapplication של אשכול הסמן, בעת השימוש במערכת לכידת תנועת סמן מבוסס פעילה, נמצא כי מקור השגיאה מוגברת להטיה אחורית גלימה 28. זהו, אם כן, חשוב לקבוע את האמינות בין-היום של שיטת acromion כדי להבטיח שהיא מספקת מדד יציב של קינמטיקה עצם השכם. להבטיח שמדידות הן אמינות יאפשר שינויים בקינמטיקה גלימה, בשל התערבות, למשל, שיש למדוד ובדק. השיטות המשמשות למדידת קינמטיקה הגלימה תוארו במקום אחר 29,33; מטרת המחקר הנוכחי הייתה לספק כלי מדריך והתייחסות צעד-אחר-צעד ליישום שיטות אלה באמצעות מערכת לכידת תנועה פסיבית-מרקר, תוך התחשבות במקורות הפוטנציאליים של שגיאה, ולבחון את אמינותה של שיטת המדידה .
Protocol
Representative Results
Discussion
הבחירה של המתודולוגיה לקביעת קינמטיקה גלימה היא קריטית, והתחשבות בתוקף, האמינות וההתאמה שלה למחקר יש לתת. שיטות שונות אומצו לאורך כל הספרות אך לכל שיטה יש את מגבלותיו. אשכול סמן acromion מתגבר מספר המגבלות אלה, כגון שגיאות הקרנה מהדמית 2D או שמצריך פרשנות חוזרת ונשנית של ה…
Disclosures
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 |
References
- 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).
