Name: measurement of dynamic scapular kinematics using an acromion marker cluster to minimize skin movement artifact
Uploaded: 2015-02-10T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 7 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Measurement of Dynamic Scapular Kinematics Using an Acromion Marker Cluster to Minimize Skin Movement Artifact at JoVE.com

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.

NOTA: L&#39;utilizzo di soggetti umani è stata approvata dalla Facoltà di Scienze della Salute Comitato Etico presso l&#39;Università di Southampton. Tutti i partecipanti hanno firmato i moduli di consenso prima della raccolta dei dati è iniziata. Per i dati presentati in questo studio cinematica sono stati registrati con un sistema di motion capture marcatore passivo costituito da 12 telecamere; sei telecamere a 4 megapixel e sei telecamere da 16 megapixel che operano alla frequenza di campionamento di 120 Hz. 1. partecipante Preparazione <ol><li> Chiedi soggetti per rimuovere i loro vestiti superiore del corpo o di indossare un reggiseno sportivo, gilet, o top senza spalline. È importante che gli indumenti non interferisca con il movimento dei marcatori o occludono marcatori dalla vista delle telecamere. </li><li> Costruire un cluster marcatore acromion costituito da una &#39;L&#39; pezzo a forma di plastica 70 millimetri di lunghezza lungo ogni aspetto. Attaccare tre marcatori retroriflettenti al AMC, uno alla fine di ciascuna estremità di ciascun elemento e uno in cui each aspetto incontrano (Figura 1). </li><li> Attaccare il cluster marcatore acromion (AMC) sulla parte posteriore del acromion dove l&#39;acromion incontra la spina della scapola, con nastro biadesivo. Un aspetto della piastra dovrebbe seguire la spina della scapola rivolta medialmente, l&#39;altra deve puntare anteriore al piano scapolare (Figura 1). </li><li> Attaccare un marcatore di cluster impostato al braccio superiore utilizzando cinghie (Figura 2). </li><li> Attaccare marcatori retroriflettenti ai seguenti punti di riferimento anatomici al raccomandato dalla Società Internazionale di Biomeccanica 33 (figure 1 e 2): sternale (IJ, Deepest congiunta della tacca sternale), processo Xiphoid (PX, più caudale punto sullo sterno), C7 (processo spinoso della vertebra C7), T8 (spinoso processo della vertebra T8), Sterno-clavicolare comune (SC; La maggior parte ventrale punto sul giunto sterno-clavicolare), stiloide radiale (più poi caudalent sulla stiloide radiale) e ulnare stiloide (più punto caudale sulla stiloide ulnare). </li></ol><img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/51717/51717fig1highres.jpg" /> Figura 1:. Posizione del gruppo marcatore acromion, C7 e T8 marcatori anatomici Questo dato è stato modificato dalla Warner, MB, Chappell, PH &amp; Stokes, MJ misurazione cinematica scapolare durante l&#39;abbassamento con il cluster marcatore acromion Hum braccio.. Mov. Sci 31, 386-396, doi:. Http: //dx-doi-org.bdigitaluss.remotexs.co/10.1016/j.humov.2011.07.004 (2012). <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/51717/51717fig2highres.jpg" /> Figura 2: la posizione degli indicatori per l&#39;incavo sternale (IJ), processo xifoideo (PX), sterno-clavicolare (SC), gruppo superiore del braccio, stiloide ulnare (US), stiloide radiale (RS). 2. Participant Calibrazione NOTA: Sedi di punti di riferimento anatomici della scapola deve essere determinato con riferimento al cluster marcatore acromion. È necessaria taratura dei punti di riferimento per ogni partecipante. <ol><li> Costruire una bacchetta calibrazione consiste di quattro marcatori riflettenti inseriti in una formazione &#39;T&#39; (figura 3). Misurare la distanza dalla punta della bacchetta di calibrazione al primo marker bacchetta. </li><li> Palpate e individuare i seguenti punti di riferimento anatomici, come raccomandato dalla International Society of Biomechanics 33. Posizionare la punta della bacchetta calibrazione sul punto di riferimento (figura 3). Cattura tre secondi di dati con il sistema di motion capture per garantire le icone sulla bacchetta, l&#39;AMC e cluster di braccio sono tutti visibili alle telecamere. <ol><li> Acromion-claveare (AC) - Collocare una mano sulla clavicola, quindi spostare lateralmente fino al punto in cui la clavicola raggiunge l&#39;acromion.Posizionare la punta della bacchetta in corrispondenza della giunzione tra la clavicola e acromion. </li><li> Angolo Acromion (AA) - palpare lungo la spina della scapola al punto più laterale. Posizionare la punta della bacchetta sulla parte dorsale del acromion nel punto più laterale (Figura 3). </li><li> Spina dorsale mediale della scapola (TS) - palpare lungo la spina della scapola al punto più mediale. Posizionare la punta della bacchetta nel punto in cui la colonna vertebrale incontra il bordo mediale della scapola. </li><li> Angolo inferiore della scapola (AI) - palpare inferiormente lungo il bordo mediale della scapola. Posizionare la punta della bacchetta sul punto più caudale della scapola. </li><li> Mediale (EM) - Con il gomito del partecipante nel 90 ° di flessione di puntamento in avanti, con il pollice rivolto verso l&#39;alto, mettere una mano sul lato mediale del gomito per individuare mediale. Posizionare la punta della bacchetta sul punto più caudale mediale. </li&gt; <li> Epicondili laterali (EL) - Con il gomito del partecipante a 90 ° di flessione di puntamento in avanti, con il pollice rivolto verso l&#39;alto, posto una mano sulla parte laterale del gomito per individuare all&#39;epicondilo laterale. Posizionare la punta della bacchetta sul punto più caudale dell&#39;epicondilo laterale. </li></ol></li><li> Per determinare il centro gleno-omerale, chiedere al partecipante di eseguire un movimento di circonduzione con il braccio superiore con il gomito completamente esteso, da zero gradi elevazione braccio a circa 40 ° di elevazione del braccio. Devono eseguire questo movimento, mentre l&#39;obiettivo di ridurre al minimo protrazione / retrazione e l&#39;elevazione / depressione del complesso della spalla; il ricercatore può fornire assistenza, se necessario. Registrare questo movimento per circa 30 sec. </li></ol><img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/51717/51717fig3highres.jpg" /> Figura 3: la bacchetta di calibrazione usatoper individuare anatomica ossea punto di riferimento per quanto riguarda il cluster marcatore acromion (AMC). 3. Esperimento Protocol <ol><li> Chiedi partecipante di effettuare elevazione braccio da zero a 120 ° di elevazione del braccio, e quindi abbassare il braccio torna a riposare al loro fianco nel piano sagittale, frontale e scapolare. Il piano scapolare è di circa 40 ° anteriore al piano frontale. </li></ol> 4. Post-elaborazione dei dati cinematica NOTA: Le seguenti fasi riportano la procedura necessaria per calcolare cinematica scapolare durante le prove dinamiche di movimento. Questi passaggi sono stati descritti ed esplorato ampiamente nella letteratura 21,33,34 e lo scopo della sezione seguente è quello di fornire una sintesi e step-by-step guida per l&#39;attuazione delle fasi di modellazione necessarie per ottenere cinematica scapolare. L&#39;applicazione di questi passi è condotta in relativo software di modellazione cinematica. La conta softwarecomandi in per consentire la creazione di sistemi locali di coordinate, la conversione di coordinate da una globale al locale sistema di coordinate, la conversione di coordinate dal locale al globale di sistemi e il calcolo delle rotazioni angolari Eulero coordinate. Questi passaggi consentiranno la scapola, omero e il torace per essere definite come corpi rigidi. Successivamente la rotazione della scapola rispetto torace, e l&#39;omero rispetto torace possono essere determinati. <ol><li> Utilizzando le coordinate dei marcatori sulla AMC, definire un sistema arbitrario di coordinate locali per la AMC (figura 4a). Per ogni prova calibrazione riferimento anatomico scapolare, determinare la posizione della punta della bacchetta, che rappresenta la posizione del punto di riferimento anatomico, rispetto al sistema di coordinate locale sul AMC procede come segue. NOTA: Il software di modellazione cinematica contiene i comandi per consentire la creazione di sistemi locali e la conversione di coordinate coordinate da un globalea un coordinate locali, vedi Figura 4 per i comandi di esempio. <ol><li> Utilizzare i marcatori sulla bacchetta di creare un sistema di coordinate locale per la bacchetta (figura 4a) utilizzando il seguente comando nel software di modellazione cinematica: AMC = [AMCO, AMCA-AMCO, AMCO-AMCM, xyz] dove AMCO, AMCA e AMCM sono le etichette date ai correttori sulla AMC. </li><li> Utilizzando il software di modellazione cinematica, calcolare la posizione della punta della bacchetta nel sistema di coordinate globale. Nell&#39;esempio fornito questo dista 83 mm dal marker 1 (M1) lungo l&#39;asse X della bacchetta (Figura 4b); utilizzare il comando: Wand = [M1, M1-M2, M3-M4, xyz] e Wandtip = M1 + {} 83,0,0 * ATTITUDE (Wand) dove M1, M2, M3 e M4 sono le etichette date ai correttori sulla bacchetta. </li><li> Determinare la posizione della punta della bacchetta rispetto al sistema locale del AMC ($% AA) (Figura 4c) coordina utilizzando i comandi di modellazione: $% AA = WandTip / AMC e PARAM ($% AA). </li><li>Ripetere i punti da 4.1.1 a 4.1.3 per ogni punto di riferimento anatomico scapolare. </li><li> Determinare la posizione dei epicondili mediale e laterale rispetto al cluster marcatore dell&#39;omero, invece del AMC, utilizzando il utilizzando la procedura descritta sopra. </li></ol></li><li> Utilizzare il processo di calibratura dinamica per calcolare la posizione del centro gleno-omerale rispetto alla scapola. Calcolare la posizione del centro gleno-omerale, rispetto alla scapola, come il punto di rotazione dell&#39;asse elicoidale tra omero e scapola. Per maggiori dettagli su questa tecnica fare riferimento a Veeger 35. </li><li> Calcolare il centro gomito (ELJC) come a metà distanza tra il laterale (EL) e mediale epicondili (EM) di omero; ELJC = (EM + EL) / 2. </li><li> Durante le prove dinamiche, utilizzare la posizione nota dei punti di riferimento anatomici rispetto alla AMC per determinare la posizione dei punti di riferimento anatomici nel sistema globale di coordinate (Figura 5). <br/&gt; Nota: il software di modellazione contiene i comandi per permettere la conversione di coordinate da locale sistemi di coordinate per sistemi di coordinate globali, vedi figura 5 per i comandi esempio. <ol><li> Vedere Figura 5a che mostra la posizione del punto di riferimento dell&#39;angolo acromion rispetto al AMC ($% AA) come descritto al punto 4.1. </li><li> Convertire la posizione del marcatore virtuale $% AA al sistema di coordinate globale per ogni punto di tempo durante il processo dinamico per creare l&#39;angolo acromion (AA) punto di riferimento (figura 5b) con il seguente comando modellazione cinematica: AA = $% AA * AMC e USCITA (AA). </li><li> Ripetere i passaggi 4.4.2 per ogni punto di riferimento anatomici. </li></ol></li><li> Definire un sistema di coordinate locale per il torace e scapola calcolando i vettori unitari tra i marcatori rilevanti per rappresentare ciascun asse per un determinato corpo rigido utilizzando il seguente comando di modellazione cinematica: Scapula = [AA, TS-AA, AA-AI, zxy] . Thorax = [IJ, MUTHX-MLTHX, IJ-C7, yzx], dove MUTHX è il punto medio tra l&#39;IJ e C7 punto di riferimento e MLTHX è il punto medio tra i PX e T8 punti di riferimento. NOTA: La definizione degli assi sono basati su International Society of Biomechanics &#39;(ISB) raccomandazioni 33 (Tabella 1 e Figura 6). <ol><li> Utilizzando un metodo simile, definire un sistema di coordinate locale per dell&#39;omero utilizzando &#39;Opzione 2&#39; come raccomandato dal ISB 33. NOTA: L&#39;opzione 2 richiede un piano sufficientemente formato dal Centro comune gleohumeral, gomito il centro comune e la stiloide dell&#39;ulna, cioè un grado di flessione del gomito è richiesto. Se il partecipante si avvicina piena estensione del gomito, gli assi omerale può diventare instabile e quindi &#39;Opzione 1&#39; devono essere utilizzati (Tabella 1). Per ulteriori informazioni, vedere Wu et al. (2005). </li></ol></li><li> Determinare l&#39;orientamento della scapola rispetto al torace per ciascun punto di tempo durante il processo dinamicocon il metodo di decomposizione angolo di Eulero con una sequenza di rotazione di rotazione interna (Y), rotazione verso l&#39;alto (X &#39;) e la retroversione (Z&#39; &#39;), 33 utilizzando il seguente comando di modellazione cinematica: ScapularKin = - &lt;Thorax, scapola, yxz&gt; ( Figura 7). </li><li> Determinare l&#39;orientamento dell&#39;omero rispetto al torace durante il processo dinamico usando una sequenza non cardanico rotazione Y (piano di elevazione), X &#39;(elevazione) e Y&#39; &#39;(rotazione assiale) 36 utilizzando adeguate software di modellazione cinematica. NOTA: Una macro è disponibile per il download dal produttore al fine di determinare le sequenze di rotazione non cardanici all&#39;interno del software di modellazione cinematica utilizzato in questo manoscritto. </li></ol><img alt="Tabella 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51717/51717table1.jpg" width="600" /> MUTHX = mid-point tra IJ e C7. MLTHX = mid-point tra PX e T8. GH = GLCentro congiunto enohumeral. ELJC = gomito centrale congiunto. Operatori matematici: ^ = Prodotto incrociato di due vettori || = Valore assoluto di un vettore Tabella 1: sistema di coordinate locali per ogni segmento rigido. 5. Data Reduction and Analysis NOTA: I seguenti passi di riduzione dei dati e di analisi vengono eseguite in software di modellazione numerica (come MATLAB) che consente la manipolazione di matrici di dati. I dati cinematica è diviso in elevazione e abbassamento fasi di movimento omerale, tempo normalizzato per ogni fase di movimento, allora cinematica scapolari sono espresse rispetto ad angolo di elevazione omerale. <ol><li> Determinare l&#39;elevazione e la fase di abbassamento della elevazione omerale come descritto di seguito (Figura 8). Queste fasi sono determinate dalla velocità angolare dell&#39;angolo di elevazione omerale (Figura 8). Vedere funzione ElevationLoweringPhases.mfile. <ol><li> Determinare l&#39;inizio di elevazione omerale quando la velocità angolare dell&#39;omero supera una soglia 2% della velocità angolare massima omerale. </li><li> Determinare la fine della fase di elevazione come il punto in cui la velocità angolare omerale scende al di sotto del 2% della velocità angolare massima omerale, o quando elevazione omerale supera 120 °. </li><li> Determinare l&#39;inizio della fase di abbassamento omerale quando la velocità angolare scende al di sotto del 2% della velocità angolare minima, o il punto in cui elevazione omerale scende al di sotto di 120 °. </li><li> Determinare la fine della fase di abbassamento quando la velocità angolare supera il 2% della velocità angolare minima. </li></ol></li><li> Normalizzare i dati interpolando i dati cinematici in ogni fase di movimento a 101 punti di dati (Figura 9). Vedere file funzione Time_normalisation.m. </li><li> Esprimere cinematica scapolari in relazione alla elevazione omerale tracciando l&#39;angolo braccio (gradi) vs. r verso l&#39;altoflottazione (gradi) (Figura 10). Vedere file funzione PlotScapHumRhythm.m. </li></ol>

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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+scapular+kinematics+during+arm+lowering+using+the+acromion+marker+cluster.">Measuring scapular kinematics during arm lowering using the acromion marker cluster.</a> Hum. Mov. Sci. 31, 386-396 (2012).</li><li>Worsley, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motor+control+retraining+exercises+for+shoulder+impingement:+effects+on+function,+muscle+activation,+and+biomechanics+in+young+adults.">Motor control retraining exercises for shoulder impingement: effects on function, muscle activation, and biomechanics in young adults.</a> Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 22, e11-e19 (2013).</li><li>Shaheen, A. F., Alexander, C. M., Bull, A. M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+attachment+position+and+shoulder+orientation+during+calibration+on+the+accuracy+of+the+acromial+tracker.">Effects of attachment position and shoulder orientation during calibration on the accuracy of the acromial tracker.</a> J. Biomech. 44, 1410-1413 (2011).</li><li>Prinold, J. A. I., Shaheen, A. F., Bull, A. M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skin-fixed+scapula+trackers:+A+comparison+of+two+dynamic+methods+across+a+range+of+calibration+positions.">Skin-fixed scapula trackers: A comparison of two dynamic methods across a range of calibration positions.</a> J. Biomech. 44, 2004-2007 (2011).</li><li>Wu, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> J. Biomech. 38, 981-992 (2005).</li><li>Karduna, A. R., McClure, P. W., Michener, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scapular+kinematics:+effects+of+altering+the+Euler+angle+sequence+of+rotations.">Scapular kinematics: effects of altering the Euler angle sequence of rotations.</a> J. Biomech. 33, 1063-1068 (2000).</li><li>Veeger, H. E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+position+of+the+rotation+center+of+the+glenohumeral+joint.">The position of the rotation center of the glenohumeral joint.</a> J. Biomech. 33, 1711-1715 (2000).</li><li>Doorenbosch, C. A. M., Harlaar, J., Veeger, H. E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+globe+system:+an+unambiguous+description+of+shoulder+positions+in+daily+life+movements.">The globe system: an unambiguous description of shoulder positions in daily life movements.</a> J. Rehabil. Res. Dev. 40, 147-156 (2003).</li><li>Kadaba, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repeatability+of+kinematic,+kinetic,+and+electromyographic+data+in+normal+adult+gait.">Repeatability of kinematic, kinetic, and electromyographic data in normal adult gait.</a> Journal of Orthopaedic Research. 7, 849-860 (1989).</li><li>Schwartz, M. H., Trost, J. P., Wervey, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+and+management+of+errors+in+quantitative+gait+data.">Measurement and management of errors in quantitative gait data.</a> Gait and Posture. 20, 196-203 (2004).</li><li>Jaspers, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+reliability+of+upper+limb+kinematics+in+children+with+hemiplegic+cerebral+palsy.">The reliability of upper limb kinematics in children with hemiplegic cerebral palsy.</a> Gait and Posture. 33, 568-575 (2011).</li><li>Thigpen, C. A., Gross, M. T., Karas, S. G., Garrett, W. E., Yu, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+repeatability+of+scapular+rotations+across+three+planes+of+humeral+elevation.">The repeatability of scapular rotations across three planes of humeral elevation.</a> Research in Sports Medicine. 13, 181-198 (2005).</li><li>Groot, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+variability+of+shoulder+motions+recorded+by+means+of+palpation.">The variability of shoulder motions recorded by means of palpation.</a> Clinical Biomechanics. 12, 461-472 (1997).</li></ol>

None of the authors had any affiliation with any organization that could influence the outcome of this work.

La scelta della metodologia per la determinazione cinematica scapolare è cruciale, e dovrebbe essere oggetto di un esame della validità, l&#39;affidabilità e la sua adeguatezza per lo studio di ricerca. Vari metodi sono stati adottati tutta la letteratura ma ogni metodo ha i suoi limiti. Il cluster marcatore acromion supera un certo numero di queste limitazioni, quali errori di proiezione di immagini 2D o richiedono interpretazione ripetuta della posizione della scapola fornendo non invasiva misura cinematica dinamic...

Obiettivo misurazione quantitativa, della cinematica scapolare in grado di fornire una valutazione di schemi di movimento anormali associate a disfunzione spalla 1, come la riduzione rotazione verso l&#39;alto e la retroversione durante l&#39;elevazione del braccio osservati in spalla impingement 2-8. Misura della cinematica scapolari, tuttavia, è difficile a causa della posizione profonda del tessuto osseo e la natura scivolare sotto la superficie della pelle 1. Tipiche tecniche di misurazione cinematiche di fissaggio marcatori riflettenti su punti di riferimento anatomici non adeguatamente monitorare la scapola mentre scivola sotto la superficie della pelle 9. Vari metodi sono stati adottati tutta la letteratura per superare queste difficoltà, compresi; l&#39;imaging (raggi X o risonanza magnetica) 10-14, goniometri 15,16, spille osso 17-22, palpazione manuale 23,24, e il metodo acromion 3,5,19,25. Ogni metodo, tuttavia, ha i suoi limiti che comprendono: excon esposizione a radiazioni, errori proiezione nel caso di bidimensionale analisi basata immagine, richiedono ripetuta interpretazione soggettiva della posizione della scapola, sono statici in natura o sono altamente invasiva (es perni ossei). Una soluzione per superare alcune di queste difficoltà è di impiegare il metodo acromion cui un sensore elettromagnetico è attaccato alla porzione piatta del acromion 25, una porzione piana di osso che si estende anteriormente nella parte più laterale della scapola che dal dorso scapola. L&#39;idea principio alla base con il metodo acromion è ridurre il movimento della pelle manufatto, come acromion ha dimostrato di avere la minima quantità di movimento della pelle manufatto rispetto ad altri siti scapola 26. Il metodo acromion è non-invasiva e fornisce dinamica di misura tridimensionale di cinematica scapolare. Gli studi di validazione hanno dimostrato il metodo acromion sia valida fino a 120 ° durante il braccio elfase evation quando si utilizzano sensori elettromagnetici 17,27. Quando si utilizzano dispositivi di motion capture marcatore basato una serie di marcatori disposti in un cluster, il cluster marcatore acromion (AMC), è necessario ed è stato dimostrato di essere valido quando si utilizza un sistema di motion capture attivo marcatore 28 e mentre con un passivo-marcatore sistema di motion capture durante l&#39;elevazione del braccio e il braccio abbassamento 29. L&#39;uso del AMC con un dispositivo di acquisizione motion marcatore passivo per misurare cinematica scapolari è stato usato per valutare variazioni cinematica scapolari seguenti un intervento per affrontare spalla impingement 30. L&#39;uso di questo metodo valido, tuttavia, dipende dalla capacità di applicare con precisione il cluster di marcatori, la cui posizione è stato dimostrato che influisce risultati 31, calibrare punti di riferimento anatomici 32 e assicurando movimenti del braccio sono all&#39;interno di un intervallo valido di movimento (ossia sotto i 120 ° di elevazione del braccio) 29. Essoè stato anche suggerito la riapplicazione del cluster marcatore, quando si utilizza un sistema di motion capture indicatore basato attivo, è risultata essere la fonte di un aumento degli errori per scapolare retroversione 28. È pertanto importante stabilire l&#39;affidabilità tra giorni del metodo acromion per assicurare che fornisce una misura stabile di cinematica scapola. Assicurare che le misurazioni sono affidabili consentirà variazioni cinematica scapolari, a causa di un intervento, ad esempio, da misurare ed esaminati. I metodi utilizzati per misurare la cinematica scapolari sono state descritte altrove 29,33; lo scopo di questo studio è stato quello di fornire uno strumento passo-passo guida e riferimento per l&#39;applicazione di questi metodi utilizza un sistema di cattura movimento passivo-marcatore, in considerazione le potenziali fonti di errore, e di esaminare l&#39;affidabilità del metodo di misurazione .

<table><tbody><tr><td>Passive marker capture system</td><td>Vicon Motion Systems</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Nexus</td><td>Vicon Motion Systems</td><td>N/A</td><td>Data capture software</td></tr><tr><td>Bodybuilder</td><td>Vicon Motion Systems</td><td>N/A</td><td>Modeling software</td></tr><tr><td>14 mm retro reflective markers</td><td>Vicon Motion Systems</td><td>VACC-V162B</td><td></td></tr><tr><td>6.5 mm retro reflective markers</td><td>Vicon Motion Systems</td><td>VACC-V166</td><td></td></tr><tr><td>Calibration wand</td><td>Vicon Motion Systems</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Plastic base</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Constructed &#039;in-house&#039;</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks</td><td>N/A</td><td>Numerical modelling software</td></tr></tbody></table>

measurement of dynamic scapular kinematics using an acromion marker cluster to minimize skin movement artifact

La misurazione della cinematica scapolare dinamici è complesso a causa della natura di scorrimento della scapola sotto la superficie della pelle. Lo scopo dello studio è stato quello di descrivere chiaramente il metodo di cluster marcatore acromion (AMC) di determinare cinematica scapolare quando si utilizza un sistema di motion capture marcatore passivo, con considerazione per le fonti di errore che potrebbero influenzare la validità e l&#39;affidabilità delle misurazioni. Il metodo AMC prevede il posizionamento di un gruppo di marcatori sulla acromion posteriori, e durante la calibrazione dei punti di riferimento anatomici rispetto al cluster marcatore è possibile ottenere misurazioni validi di cinematica scapola. L&#39;affidabilità del metodo è stata esaminata tra due giorni in un gruppo di 15 soggetti sani (età 19-38 anni, otto maschi) come eseguite elevazione del braccio, a 120 °, e abbassamento frontale, scapolare e sagittale. I risultati hanno mostrato che tra il giorno affidabilità è stata buona per la rotazione della scapola verso l&#39;alto (Coefficiente di MultCorrelazione iple; CMC = 0.92) e di inclinazione posteriore (CMC = 0,70), ma giusto per la rotazione interna (CMC = 0,53) durante la fase di elevazione del braccio. L&#39;errore di forma d&#39;onda è stata inferiore per la rotazione verso l&#39;alto (2,7 ° a 4,4 °) ed inclinazione posteriore (1,3 ° a 2,8 °), rispetto a rotazione interna (5,4 ° a 7,3 °). L&#39;affidabilità durante la fase di discesa era paragonabile ai risultati osservati durante la fase di elevazione. Se il protocollo descritto in questo studio è rispettata, l&#39;AMC fornisce una misura affidabile di rotazione verso l&#39;alto e la retroversione durante l&#39;elevazione e la fase di abbassamento di movimento del braccio.

Quindici i partecipanti che non avevano conosciuto la storia di lesioni della spalla, collo o al braccio sono stati reclutati sul studio (Tabella 2). Per valutare intra-rater (tra giorni) affidabilità, i partecipanti hanno assistito due sessioni di raccolta dati separati da almeno 24 ore e un massimo di 7 giorni. Durante ogni sessione di raccolta dei dati, lo stesso investigatore eseguito il protocollo per collegare i marcatori riflettenti, il cluster marcatore acromion e calibrazioni punto di riferime...

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Measurement of Dynamic Scapular Kinematics Using an Acromion Marker Cluster to Minimize Skin Movement Artifact

Questo rapporto presenta i dettagli su come adottare il metodo gruppo marcatore acromion di ottenere cinematica scapolare quando si utilizza un dispositivo di motion capture marcatore passivo. Come è stato descritto in letteratura, questo metodo fornisce una misura robusta, non invasivo, tridimensionale, dinamica e valida cinematica scapolari, minimizzando il movimento della pelle manufatto.

Misurazione della dinamica Scapolare Cinematica Utilizzando un cluster Acromion Marker per minimizzare i movimenti della pelle Artifact

The measurement of dynamic scapular kinematics is complex due to the sliding nature of the scapula beneath the skin surface. The aim of the study was to ...

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JoVE Journal

Medicine

19.1K Views.  University of Southampton.  Questo rapporto presenta i dettagli su come adottare il metodo gruppo marcatore acromion di ottenere cinematica scapolare quando si utilizza un dispositivo di motion capture marcatore passivo. Come è stato descritto in letteratura, questo metodo fornisce una misura robusta, non invasivo, tridimensionale, dinamica e valida cinematica scapolari, minimizzando il movimento della pelle manufatto. 

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Coordinate Mapping of Hyolaryngeal Mechanics in Swallowing

Characterizing hyolaryngeal movement is important to dysphagia research. Prior methods require multiple measurements to obtain one kinematic measurement whereas coordinate mapping of hyolaryngeal mechanics using Modified Barium Swallow (MBS) uses one set of coordinates to calculate multiple variables of interest. For demonstration purposes, ten kinematic measurements were generated from one set of coordinates to determine differences in swallowing two different bolus types. Calculations of hyoid excursion against the vertebrae and mandible are correlated to determine the importance of axes of reference.
To demonstrate coordinate mapping methodology, 40 MBS studies were randomly selected from a dataset of healthy normal subjects with no known swallowing impairment. A 5 ml thin-liquid bolus and a 5 ml pudding swallows were measured from each subject. Nine coordinates, mapping the cranial base, mandible, vertebrae and elements of the hyolaryngeal complex, were recorded at the frames of minimum and maximum hyolaryngeal excursion. Coordinates were mathematically converted into ten variables of hyolaryngeal mechanics.
Inter-rater reliability was evaluated by Intraclass correlation coefficients (ICC). Two-tailed t-tests were used to evaluate differences in kinematics by bolus viscosity. Hyoid excursion measurements against different axes of reference were correlated. Inter-rater reliability among six raters for the 18 coordinates ranged from ICC = 0.90 - 0.97. A slate of ten kinematic measurements was compared by subject between the six raters. One outlier was rejected, and the mean of the remaining reliability scores was ICC = 0.91, 0.84 - 0.96, 95% CI. Two-tailed t-tests with Bonferroni corrections comparing ten kinematic variables (5 ml thin-liquid vs. 5 ml pudding swallows) showed statistically significant differences in hyoid excursion, superior laryngeal movement, and pharyngeal shortening (p &#60; 0.005). Pearson correlations of hyoid excursion measurements from two different axes of reference were: r = 0.62, r2 = 0.38, (thin-liquid); r = 0.52, r2 = 0.27, (pudding).
Obtaining landmark coordinates is a reliable method to generate multiple kinematic variables from video fluoroscopic images useful in dysphagia research.

Coordinate mapping is a method of documenting salient features of hyolaryngeal biomechanics in the pharyngeal phase of swallowing. This methodology uses image analysis software to record coordinates of anatomical landmarks. These coordinates are imported into an excel macro and translated into kinematic variables of interest useful in dysphagia research.

Coordinare mappatura dei Hyolaryngeal Meccanica di deglutizione

Characterizing hyolaryngeal movement is important to dysphagia research. Prior methods require multiple measurements to obtain one kinematic measurement ...

Ricerca

Medicina

Biplanar Videoradiography Dataset for Model-based Pose Estimation Development and New User Training

Measuring the motion of the small foot bones is critical for understanding pathological loss of function. Biplanar videoradiography is well-suited to measure in vivo bone motion, but challenges arise when estimating the rotation and translation (pose) of each bone. The bone's pose is typically estimated with marker- or model-based methods. Marker-based methods are highly accurate but uncommon in vivo due to their invasiveness. Model-based methods are more common but are currently less accurate as they rely on user input and lab-specific algorithms. This work presents a rare in vivo dataset of the calcaneus, talus, and tibia poses, as measured with marker-based methods during running and hopping. A method is included to train users to improve their initial guesses into model-based pose estimation software, using marker-based visual feedback. New operators were able to estimate bone poses within 2&#176; of rotation and 1 mm of translation of the marker-based pose, similar to an expert user of the model-based software, and representing a substantial improvement over previously reported inter-operator variability. Further, this dataset can be used to validate other model-based pose estimation software. Ultimately, sharing this dataset will improve the speed and accuracy with which users can measure bone poses from biplanar videoradiography.

This work presents an in vivo dataset with bone poses estimated with marker-based methods. A method is included here to train operators in improving their initial estimates for model-based pose estimation and reducing inter-operator variability.

Measuring the motion of the small foot bones is critical for understanding pathological loss of function. Biplanar videoradiography is well-suited to ...

Ingegneria

Subject-specific Musculoskeletal Model for Studying Bone Strain During Dynamic Motion

Bone stress injuries are common in sports and military trainings. Repetitive large ground impact forces during training could be the cause. It is essential to determine the effect of high ground impact forces on lower-body bone deformation to better understand the mechanisms of bone stress injuries. Conventional strain gauge measurement has been used to study in vivo tibia deformation. This method is associated with limitations including invasiveness of the procedure, involvement of few human subjects, and limited strain data from small bone surface areas. The current study intends to introduce a novel approach to study tibia bone strain under high impact loading conditions. A subject-specific musculoskeletal model was created to represent a healthy male (19 years, 80 kg, 1,800 mm). A flexible finite element tibia model was created based on a computed tomography (CT) scan of the subject&#39;s right tibia. Laboratory motion capture was performed to obtain kinematics and ground reaction forces of drop-landings from different heights (26, 39, 52 cm). Multibody dynamic computer simulations combined with a modal analysis of the flexible tibia were performed to quantify tibia strain during drop-landings. Calculated tibia strain data were in good agreement with previous in vivo studies. It is evident that this non-invasive approach can be applied to study tibia bone strain during high impact activities for a large cohort, which will lead to a better understanding of injury mechanism of tibia stress fractures.

During landing, lower-body bones experience large mechanical loads and are deformed. It is essential to measure bone deformation to better understand the mechanisms of bone stress injuries associated with impacts. A novel approach integrating subject-specific musculoskeletal modeling and finite element analysis is used to measure tibial strain during dynamic movements.

Modello muscoloscheletrico specialistici per lo studio della deformazione dell'osso durante il movimento dinamico

Bone stress injuries are common in sports and military trainings. Repetitive large ground impact forces during training could be the cause. It is ...

Bioingegneria

Rat Model of Adhesive Capsulitis of the Shoulder

This proposal aims to create an in vivo rat model of adhesive capsulitis for researching potential treatment options for this condition and other etiologies of comparable arthrofibrosis. The model includes extra-articular fixation of the shoulder in rats via scapular to humeral suturing, resulting in a secondary contracture without invading the intra-articular space and resulting in decreased rotational ROM and increased joint stiffness.
We used 10 Sprague-Dawley rats for the purpose of this study. Baseline ROM measurements were taken before glenohumeral immobilization. The rats were subjected to 8 weeks of immobilization before the fixation sutures were removed and changes in ROM and joint stiffness were evaluated. To evaluate whether immobilization resulted in a significant reduction in ROM, changes in kinematics were calculated. ROM was measured at each time point in the follow-up period and was compared to the baseline internal and external ROM measurements. In order to evaluate the stiffness, joint kinetics were calculated by determining the differences in torque (text and tint ) needed to reach the initial external rotation of 60&#176; and initial internal rotation of 80&#176;.
After the removal of the extra-articular suture fixation on follow-up day 0, we found a 63% decrease in total ROM compared to baseline. We observed continuous improvement until week 5 of follow-up, with the progress slowing down around a 19% restriction. On week 8 of follow-up, there was still an 18% restriction of ROM. Additionally, on follow-up day 0, we found the torque increased by 13.3 Nmm when compared to baseline. On week 8, the total torque was measured to be 1.4 &#177; 0.2 Nmm higher than initial measurements. This work introduces a rat model of shoulder adhesive capsulitis with lasting reduced ROM and increased stiffness.

This protocol presents an in vivo rat model of adhesive capsulitis. The model includes an internal fixation of the glenohumeral joint with extra-articular suture fixation for an extended time, resulting in a decreased rotational range of motion (ROM) and increased joint stiffness.

Modello del ratto di capsulite adesiva della spalla

This proposal aims to create an in vivo rat model of adhesive capsulitis for researching potential treatment options for this condition and other ...

Assessment of Child Anthropometry in a Large Epidemiologic Study

A high proportion of children have overweight and obesity in the United States and other countries. Accurate assessment of anthropometry is essential to understand health effects of child growth and adiposity. Gold standard methods of measuring adiposity, such as dual X-ray absorptiometry (DXA), may not be feasible in large field studies. Research staff can, however, complete anthropometric measurements, such as body circumferences and skinfold measurements, using inexpensive portable equipment. In this protocol we detail how to obtain manual anthropometric measurements from children, including standing and sitting height, weight, waist circumference, hip circumference, mid-upper arm circumference, triceps skinfold thickness, and subscapular skinfold thickness, and procedures to assess the quality of these measurements. To demonstrate accuracy of these measurements, among 1,110 school-aged children in the pre-birth cohort Project Viva we calculated Spearman correlation coefficients comparing manual anthropometric measurements with a gold standard measure of body fat, DXA fat mass1. To address reliability, we evaluate intra-rater technical error of measurement at a quality control session conducted on adult female volunteers.

In epidemiologic studies of children, well-trained research staff can accurately and precisely assess weight, height, sitting height, skinfold thicknesses, and body circumferences.

La valutazione del bambino Antropometria In un ampio studio epidemiologico

A high proportion of children have overweight and obesity in the United States and other countries. Accurate assessment of anthropometry is essential to ...

Biplanar Videoradiography to Study the Wrist and Distal Radioulnar Joints

Accurate measurement of skeletal kinematics in vivo is essential for understanding normal joint function, the influence of pathology, disease progression, and the effects of treatments. Measurement systems that use skin surface markers to infer skeletal motion have provided important insight into normal and pathological kinematics, however, accurate arthrokinematics cannot be attained using these systems, especially during dynamic activities. In the past two decades, biplanar videoradiography (BVR) systems have enabled many researchers to directly study the skeletal kinematics of the joints during activities of daily living. To implement BVR systems for the distal upper extremity, videoradiographs of the distal radius and the hand are acquired from two calibrated X-ray sources while a subject performs a designated task. Three-dimensional (3D) rigid-body positions are computed from the videoradiographs via a best-fit registrations of 3D model projections onto&#160;to each BVR view. The 3D models are density-based image volumes of the specific bone derived from independently acquired computed-tomography data. Utilizing graphics processor units and high-performance computing systems, this model-based tracking approach is shown to be fast and accurate in evaluating the wrist and distal radioulnar joint biomechanics. In this study, we first summarized the previous studies that have established the submillimeter and subdegree agreement of BVR with an in vitro&#160;optical motion capture system in evaluating the wrist and distal radioulnar joint kinematics. Furthermore, we used BVR to compute the center of rotation behavior of the wrist joint, to evaluate the articulation pattern of the components of the implant upon one another, and to assess the dynamic change of ulnar variance during pronosupination of the forearm. In the future, carpal bones may be captured in greater detail with the addition of flat panel X-ray detectors, more X-ray sources (i.e., multiplanar videoradiography), or advanced computer vision algorithms.

Biplanar videoradiography (BVR) is an advanced imaging technique for understanding the three-dimensional movement of skeletal bones and implants. Combining density-based image volumes and videoradiographs of the distal upper extremity, BVR is used to study the in vivo motion of the wrist and distal radioulnar joint, as well as joint arthroplasties.

Accurate measurement of skeletal kinematics in vivo is essential for understanding normal joint function, the influence of pathology, disease progression, ...

Measuring 3D In-vivo Shoulder Kinematics using Biplanar Videoradiography

The shoulder is one of the human body's most complex joint systems, with motion occurring through the coordinated actions of four individual joints, multiple ligaments, and approximately 20 muscles. Unfortunately, shoulder pathologies (e.g., rotator cuff tears, joint dislocations, arthritis) are common, resulting in substantial pain, disability, and decreased quality of life. The specific etiology for many of these pathologic conditions is not fully understood, but it is generally accepted that shoulder pathology is often associated with altered joint motion. Unfortunately, measuring shoulder motion with the necessary level of accuracy to investigate motion-based hypotheses is not trivial. However, radiographic-based motion measurement techniques have provided the advancement necessary to investigate motion-based hypotheses and provide a mechanistic understanding of shoulder function. Thus, the purpose of this article is to describe the approaches for measuring shoulder motion using a custom biplanar videoradiography system. The specific objectives of this article are to describe the protocols to acquire biplanar videoradiographic images of the shoulder complex, acquire CT scans, develop 3D bone models, locate anatomical landmarks, track the position and orientation of the humerus, scapula, and torso from the biplanar radiographic images, and calculate the kinematic outcome measures. In addition, the article will describe special considerations unique to the shoulder when measuring joint kinematics using this approach.

Biplane videoradiography can quantify shoulder kinematics with a high degree of accuracy. The protocol described herein was specifically designed to track the scapula, humerus, and the ribs during planar humeral elevation, and outlines the procedures for data collection, processing, and analysis. Unique considerations for data collection are also described.

Misurazione della cinematica della spalla 3D in vivo utilizzando la videoradiografia biplanare

The shoulder is one of the human body's most complex joint systems, with motion occurring through the coordinated actions of four individual joints, ...

Three-Dimensional Finger Motion Tracking during Needling: A Solution for the Kinematic Analysis of Acupuncture Manipulation

Three-dimensional (3D) motion tracking has been used in many fields, such as the researches of sport and medical skills. This experiment aimed to use 3D motion tracking technology to measure the kinematic parameters of the joints of fingers during acupuncture manipulation (AM) and establish three technical indicators "amplitude, velocity and time". This method can reflect the operation characteristics of AM and provide quantitative parameters along three axes of multiple finger joints. The current evidence shows that the method has great potential for future applications such as the study of the dose-effect relationship of acupuncture, teaching, and learning of AM, and the measurement and preservation of famous acupuncturists' AM.

This experimental method describes a solution for the kinematic analysis of acupuncture manipulation with three-dimensional finger motion tracking technology.

Tracciamento tridimensionale del movimento delle dita durante il needling: una soluzione per l'analisi cinematica della manipolazione dell'agopuntura

Three-dimensional (3D) motion tracking has been used in many fields, such as the researches of sport and medical skills. This experiment aimed to use 3D ...

In Vivo Quantification of Hip Arthrokinematics during Dynamic Weight-bearing Activities using Dual Fluoroscopy

Several hip pathologies have been attributed to abnormal morphology with an underlying assumption of aberrant biomechanics. However, structure-function relationships at the joint level remain challenging to quantify due to difficulties in accurately measuring dynamic joint motion. The soft tissue artifact errors inherent in optical skin marker motion capture are exacerbated by the depth of the hip joint within the body and the large mass of soft tissue surrounding the joint. Thus, the complex relationship between bone shape and hip joint kinematics is more difficult to study accurately than in other joints. Herein, a protocol incorporating computed tomography (CT) arthrography, three-dimensional (3D) reconstruction of volumetric images, dual fluoroscopy, and optical motion capture to accurately measure the dynamic motion of the hip joint is presented. The technical and clinical studies that have applied dual fluoroscopy to study form-function relationships of the hip using this protocol are summarized, and the specific steps and future considerations for data acquisition, processing, and analysis are described.

In Vivo Quantification of Hip Arthrokinematics during Dynamic Weight-bearing Activities using Dual Fluoroscopy

Dual fluoroscopy accurately captures in vivo dynamic motion of human joints, which can be visualized relative to reconstructed anatomy (e.g., arthrokinematics). Herein, a detailed protocol to quantify hip arthrokinematics during weight-bearing activities of daily living is presented, including the integration of dual fluoroscopy with traditional skin marker motion capture.

In vivo Quantificazione dell'artrokinematica dell'anca durante le attività dinamiche di carico utilizzando la doppia fluoroscopia

Several hip pathologies have been attributed to abnormal morphology with an underlying assumption of aberrant biomechanics. However, structure-function ...

Using Point of Care Ultrasound to Augment Acquisition of Physical Exam Skills: Knee and Shoulder

Source: Joseph H. Donroe, Rachel Liu; Yale School of Medicine, USA
Point of Care Ultrasound or POCUS is easy to use, has enhanced mobility due to the smaller equipment needed, and may be carried out in a variety of settings. It is also far safer and cheaper than imaging techniques like computer tomography.
POCUS can be helpful when certain physical exam findings are difficult to appreciate by palpation, percussion, or auscultation and can facilitate learning elements of the cardiac, pulmonary, abdominal, musculoskeletal, and vascular exams.
With ultrasound, the anatomy of the knee and shoulder are easily visualized, thus allowing a better understanding of the anatomic basis for many exam maneuvers.&#160; Ultrasound allows for the detection of tendons, ligaments, and muscle injury, the presence of fluid, structural abnormalities, and bone fractures in the musculoskeletal region.
In the case of the knee, ultrasound is helpful in the detection of injuries of the quadriceps and patellar tendons; injuries of the medial and lateral collateral ligaments; meniscal tears; effusions; degenerative changes; bursitis of the suprapatellar, prepatellar, infrapatellar, and pes anserine bursae; and other similar diseases. On the other hand, in the shoulder, ultrasound can be useful in the diagnosis of rotator cuff disease, biceps brachii injury, and acromioclavicular joint disease, among other shoulder pathologies.
Ultrasound is also a dynamic imaging modality that can highlight the movement of joints and muscles in real-time. Therefore, it can lead to the improved acquisition of exam skills when performed in conjunction with the specific maneuvers. For example, shoulder impingement syndrome can be better understood by learners of the physical exam by seeing the anatomy and dynamic movements under ultrasound.
Examination of the musculoskeletal system is a particularly difficult skill to acquire, involving the integration of the technical skills to perform specific maneuvers with the relevant clinical anatomy and physiology of joints. Overall, the integration of ultrasound with other clinical skills results in improved confidence and accuracy in the performance of the physical exam. In this video, we will demonstrate how to use POCUS to facilitate learning the examination of the knee and shoulder.

Utilizzo dell'ecografia Point of Care per aumentare l'acquisizione delle abilità dell'esame fisico: ginocchio e spalla

Source: Joseph H. Donroe, Rachel Liu; Yale School of Medicine, USA
Point of Care Ultrasound or POCUS is easy to use, has enhanced mobility due to the ...