JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

يلتقط التنظير الفلوري المزدوج بدقة في الحركة الحيوية الحية للمفاصل البشرية ، والتي يمكن تصورها نسبة إلى التشريح المعاد بناؤه (على سبيل المثال ، المفصليات). هنا، يتم تقديم بروتوكول مفصل لقياس المفصليات الورك خلال الأنشطة الحاملة للوزن من الحياة اليومية، بما في ذلك دمج التنظير الفلوري المزدوج مع التقاط حركة علامة الجلد التقليدية.

Abstract

وقد نسبت العديد من أمراض الورك إلى مورفولوجيا غير طبيعية مع افتراض الكامنة وراء الميكانيكا الحيوية الشاذة. ومع ذلك، لا تزال العلاقات بين الهيكل والوظيفة على المستوى المشترك صعبة التحديد الكمي بسبب الصعوبات في قياس الحركة المشتركة الديناميكية بدقة. تتفاقم أخطاء قطعة أثرية من الأنسجة الرخوة الكامنة في التقاط حركة علامة الجلد البصرية بسبب عمق مفصل الورك داخل الجسم والكتلة الكبيرة من الأنسجة الرخوة المحيطة بالمفصل. وبالتالي ، فإن العلاقة المعقدة بين شكل العظام والحركية المفصلية الوركية أكثر صعوبة في الدراسة بدقة مما كانت عليه في المفاصل الأخرى. هنا ، يتم تقديم بروتوكول يتضمن التصوير المقطعي المحوسب (CT) ، وإعادة بناء ثلاثي الأبعاد (3D) للصور الحجمية ، والتنظير الفلوري المزدوج ، والتقاط الحركة البصرية لقياس الحركة الديناميكية لمفصل الورك بدقة. يتم تلخيص الدراسات التقنية والسريرية التي طبقت التنظير المزدوج لدراسة العلاقات بين الشكل والوظيفة في الورك باستخدام هذا البروتوكول ، ويتم وصف الخطوات المحددة والاعتبارات المستقبلية للحصول على البيانات ومعالجتها وتحليلها.

Introduction

عدد الإجراءات الإجمالية رأب مفصل الورك (THA) التي أجريت على البالغين الذين تتراوح أعمارهم بين 45-64 سنة يعانون من هشاشة العظام الورك (OA) أكثر من الضعف بين عامي 2000 و 20101. واستنادا إلى الزيادات في إجراءات التقييم الثناني في الفترة من عام 2000 إلى عام 2014، توقعت دراسة حديثة أن يتضاعف العدد الإجمالي للإجراءات السنوية ثلاث مرات على مدى السنوات العشرينالمقبلة 2. هذه الزيادات الكبيرة في إجراءات THA مثيرة للقلق بالنظر إلى أن تكاليف العلاج الحالية تتجاوز 18 مليار دولار سنويا في الولايات المتحدة وحدها3.

خلل التنسج التنموي للورك (DDH) ومتلازمة العجز الفخذي (FAIS) ، والتي تصف الورك تحت أو أكثر من مقيدة ، على التوالي ، ويعتقد أن المسببات الأولية للورك OA4. وقد وصف في البداية ارتفاع معدل انتشار هذه التشوهات الورك الهيكلية في الأفراد الذين يخضعون لTH منذ أكثر من ثلاثة عقود5. ومع ذلك ، فإن العلاقة بين تشريح الورك غير الطبيعي وهشاشة العظام ليست مفهومة جيدا. أحد التحديات لتحسين فهم العمل لدور التشوهات في تطوير الزراعة العضوية الورك هو أن مورفولوجيا الورك غير طبيعية شائعة جدا بين البالغين عديمي الأعراض. وتجدر الإشارة إلى أن الدراسات قد لاحظت مورفولوجيا المرتبطة FAIS من نوع كام في ما يقرب من 35٪ من عامة السكان6،83٪ من كبار الرياضيين7،وأكثر من 95٪ من الرياضيين الذكور الجماعية8. في دراسة أخرى من الرياضيين الجماعية الإناث, 60٪ من المشاركين كان الأدلة الإشعاعية من كام FAIS, وكان 30٪ أدلة على DDH9.

تشير الدراسات التي تثبت الانتشار العالي للتشوهات بين الأفراد الذين لا يعانون من ألم الورك إلى إمكانية أن يكون المورفولوجيا المرتبطة عادة ب FAIS و DDH متغيرا طبيعيا لا يصبح أعراضا إلا في ظل ظروف معينة. ومع ذلك ، فإن التفاعل بين تشريح الورك والميكانيكا الحيوية الورك ليست مفهومة جيدا. وتجدر الإشارة إلى أن هناك صعوبات معروفة في قياس حركة مفصل الورك باستخدام تقنية التقاط الحركة البصرية التقليدية. أولا ، المفصل عميق نسبيا داخل الجسم ، بحيث يصعب تحديد موقع مركز مفصل الورك وتتبعه ديناميكيا باستخدام التقاط حركة علامة الجلد البصرية ، مع أخطاء بنفس ترتيب حجم نصف قطر الرأس الفخذي10،11. ثانيا، مفصل الورك محاط بالجزء الأكبر من الأنسجة الرخوة الكبيرة، بما في ذلك الدهون والعضلات تحت الجلد، التي تتحرك نسبة إلى العظام الكامنة، مما يؤدي إلى قطعة أثرية من الأنسجة الرخوة12،13،14. وأخيرا، باستخدام التتبع البصري لعلامات الجلد، يتم تقييم الحركية بالنسبة للتشريح المعمم وبالتالي لا توفر نظرة ثاقبة حول كيفية تأثير الاختلافات المورفولوجية الدقيقة على الميكانيكا الحيوية للمشترك.

لمعالجة عدم وجود الحركية دقيقة في تركيبة مع مورفولوجيا العظام موضوع محدد، وقد وضعت كل من أنظمة تنظير الفلور واحد ومزدوج لتحليل نظم المفاصل الطبيعية الأخرى15،16،17. ومع ذلك ، تم تطبيق هذه التكنولوجيا مؤخرا فقط على مفصل الورك الأصلي ، على الأرجح بسبب صعوبة الحصول على صور عالية الجودة من خلال الأنسجة الرخوة المحيطة بالورك. وصف منهجية لقياس بدقة في حركة مفصل الورك في الجسم الحي وعرض هذه الحركة بالنسبة لتشريح العظام موضوع محدد هنا. توفر المفصليات الناتجة قدرة لا مثيل لها على التحقيق في التفاعل الدقيق بين مورفولوجيا العظام والميكانيكا الحيوية.

هنا، تم وصف إجراءات الحصول على ومعالجة صور التنظير الفلوري المزدوج للورك أثناء أنشطة الحياة اليومية. ونظرا للرغبة في التقاط الحركية لكامل الجسم مع تتبع العلامات البصرية في وقت واحد مع صور التنظير الفلوري المزدوج، يتطلب بروتوكول جمع البيانات التنسيق بين عدة مصادر للبيانات. تستخدم معايرة نظام التنظير الفلوري المزدوج هياكل زجاج شبكي مزروعة بالخرز المعدني الذي يمكن تحديده وتعقبه بشكل مباشر كعلامات. في المقابل ، يتم تتبع حركة العظام الديناميكية باستخدام تتبع بدون علامات ، والذي يستخدم فقط الكثافة الإشعاعية المستندة إلى التصوير المقطعي للعظام لتحديد الاتجاه. ثم يتم تتبع الحركة الديناميكية في وقت واحد باستخدام التنظير المزدوج وبيانات التقاط الحركة التي تتم مزامنتها مكانيا وزمانيا.

تتم مزامنة الأنظمة مكانيا أثناء المعايرة من خلال التصوير المتزامن لمكعب مع كل من العلامات العاكسة والخرز المعدني المزروع وتوليد نظام تنسيق مشترك. تتم مزامنة الأنظمة زمنيا لكل نشاط أو التقاطها من خلال استخدام مشغل إلكتروني منقسم ، والذي يرسل إشارة لإنهاء تسجيل كاميرات التنظير الفلوري المزدوج ويقطع إدخالا ثابتا 5 V لنظام التقاط الحركة. يمكن هذا البروتوكول المنسق من تحديد موضع شرائح الجسم التي تقع خارج مجال الرؤية المشترك لنظام التنظير الفلوري المزدوج ، والتعبير عن النتائج الحركية بالنسبة للأحداث التي تم تطبيع مشيها ، وتوصيف تشوه الأنسجة الرخوة حول عظم الفخذ والحوض.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

وقد وافق مجلس المراجعة المؤسسية بجامعة يوتا على الإجراءات المبينة في هذا البروتوكول.

1. التصوير المقطعي المفصلي

  1. المفصلي18
    1. حدد موعدا لطبيب أشعة العضلات والعظام المدرب لإجراء تصوير المفصلي مباشرة قبل التصوير المقطعي المقرر.
    2. ضع المشارك على الطاولة مع الورك من الاهتمام في مجال الرؤية من المنظار السريري. ضع أكياس الرمل على جانبي الكاحل لمنع دوران الساق والورك.
    3. إعداد الجلد لخلق بيئة معقمة. وضع علامة على الموقع حيث سيتم إدخال الإبرة (تقاطع العنق الرأس الفخذي) وتخدير الأنسجة الرخوة في موقع الحقن مع 2-5 مل من 1٪ ليدوكائين.
    4. إعداد حل من 20 مل من 1٪ ليدوكائين, 10 مل من حقن iohexol, و 0.1 مل من 1 ملغ / مل (1:1000) الادرينالين في 30 مل لوير قفل حقنة.
    5. بعد دقيقتين إلى خمس دقائق من حقن الليدوكائين ، أدخل إبرة في العمود الفقري فقط حتى تتصل برقبة الفخذ . التحقق من موقع الإبرة عن طريق التنظير الفلوري. حقن كمية صغيرة من المحلول المعد (<5 مل) وتأكد من احتواء السائل المحقون داخل الكبسولة المشتركة مع صورة من التنظير الفلوري.
    6. حقن 20-30 مل من خليط التباين. عند ملاحظة مقاومة إضافية للحقن، يجب على عضو فريق الدراسة تطبيق الجر يدويا على الورك عن طريق سحب على الكاحل المشارك في حين أن المشارك يمسك اللوح الأمامي للطاولة لمقاومة حركة الجزء العلوي من الجسم. حقن خليط التباين المتبقية، حسب الاقتضاء.
    7. تحقق من خلال التنظير الفلوري أن عامل التباين يملأ مساحة المفصل ويغطي رأس الفخذ عند تطبيق الجر.
    8. نقل المريض إلى الماسح الضوئي CT في كرسي متحرك أو سرير لتقليل فقدان التباين داخل كبسولة مشتركة.
  2. الجر والتصوير المقطعي
    1. مساعدة المشارك في موقف supine على جسر CT.
    2. ضع جهاز جبيرة الجر الأرنب تحت ساق الاهتمام، وضمان أن شريط مبطن قريبة تقع فقط القاصي إلى ischium. إرفاق ربط والأشرطة حلقة حول الفخذ والكاحل للمشارك وتطبيق الجر الخفيفة.
    3. الحصول على صورة الكشفية وتعيين مجال الرؤية لتشمل الحوض بأكمله وعظم الفخذ القريب إلى أقل قليلا من trochanter أقل للوركين. تعيين مجال منفصل من وجهة نظر لتشمل عظم الفخذ البعيدة والساق القريبة للركبتين.
    4. تطبيق الجر إضافية (يكون أحد أعضاء فريق البحث سحب على الكاحل في حين أن آخر يشدد حزام جبيرة الجر الأرنب) لضمان فصل مساحة مشتركة. الحصول على الصور في 120 كيلوبت في الVp، 1.0 مم سمك شريحة، 200 -400 mAs للورك و 120 كيلوبت فيب، 3.0 مم سمك شريحة، و 150 mAs للركبتين. استخدم CARE Dose، وهو جهاز تحكم تلقائي في التعرض يعمل على تعديل تيار الأنبوب وفقا لجودة الصورة، لتقليل عبء الإشعاع على المشارك.
    5. الإفراج عن وإزالة جهاز جبيرة الجر الأرنب. مساعدة المشارك في وضعية الوقوف والتأكد من شعوره بالراحة في وضع الوزن وتنقله على الطرف قبل السماح له بالمغادرة.

2. التصوير بالمنظار المزدوج

  1. إعداد النظام
    1. تطبيق القياسات البشرية19 لتقدير ارتفاع مفصل الورك استنادا إلى ارتفاع المشارك المبلغ عنه واستخدام هذا القياس لتقدير الارتفاع المطلوب لمركز مجال الرؤية للنظام.
    2. ضع المكثفات الصورة حوالي 50 درجة من بعضها البعض على جانب جهاز المشي الآلي المقابلة للورك من الفائدة (الشكل 1).
    3. ضع أجهزة بث الأشعة السينية ليتم توجيهها نحو مكثفات الصورة. تأكد من أن المسافة بين مصدر الانبعاثات ووجه المكثفات الصورة حوالي 100-110 سم.
      ملاحظة: تختلف المسافة الموصى بها بين مصدر الانبعاثات ووجه مكثفات الصور استنادا إلى مواصفات النظام والمزيل في باعث الأشعة السينية.
    4. قم بتوصيل مركز وجه مكثف الصورة وبنابع الأشعة السينية المقابل لكل زوج من المنظار الفلوري باستخدام سلاسل أو أشرطة قياس. تحقق من أن السلاسل (أو الأشرطة) تعبر في الموقع المطلوب (أي في الموقع المتوقع لمفصل الورك).
    5. لصق لوحة مع ثلاثة أشعة الليزر إلى باعث والمرآة إلى الصورة المكثف. بدوره على الليزر وصقل محاذاة كل مصدر للانبعاثات ومكثف الصورة على أساس انعكاس الليزر مرة أخرى إلى مصدر الليزر.
  2. معايرة الصور
    1. الاستعداد لاستخدام الإشعاع عن طريق ارتداء الرصاص ووضع لافتات على مداخل الغرفة. قلل من التعرض من خلال وجود الموظفين ارتداء الحماية التي تشمل سترة الرصاص، تنورة، قفازات، والنظارات. قم بتشغيل المناظير الفلورية والسماح للأنظمة بالإحماء، حسب الضرورة.
    2. بالنسبة لجميع صور المعايرة، قم بتعيين المناظير الفلورية إلى 64 كيلو في ب و1.4-1.6 م.م.،أو كما هو مرغوب فيه.
    3. افتح برنامج التحكم بالكاميرا على الكمبيوتر وحدد الكاميرات المناسبة كعبيد وسيد. استخدم المزامنة الخارجية للكاميرا الرئيسية من الكاميرا الرقيقة لمزامنة الكاميرتين.
      ملاحظة: لجميع الأنشطة المسجلة، حفظ نفس الإطارات من كل من الكاميرات التنظير المزدوج؛ يتم تحديد الإطارات برقم يمثل عدد الإطارات قبل إشارة المشغل الإلكترونية.
    4. تحقق من محاذاة النظام عن طريق لصق غسالة معدنية دائرية إلى مركز مكثف الصورة وإرفاق لاعبا اساسيا مرمى إلى باعث.
      ملاحظة: بمجرد التحقق من المحاذاة، من المهم تجنب الاتصال بالنظام.
    5. إرفاق شبكة زجاج شبكي إلى واحدة من المكثفات الصورة باستخدام مسامير؛ تصغير القوة المطبقة في هذه العملية لتجنب تغيير المحاذاة. الحصول على صور التنظير الفلوري وحفظ 100 إطار صورة من كل كاميرا تنظير مزدوج للشبكة. إزالة الشبكة، وتكرار العملية لتكثيف الصورة الأخرى.
    6. ضع مكعب المعايرة ثلاثي الأبعاد في مجال الرؤية المشترك للمنظارين الفلوريين. للقيام بذلك، ضع المكعب على البراز أو المنصة التي تكون شفافة لاسلكيا وتحقق بصريا من أن معظم المكعب أو كله داخل مجال الرؤية. توجيه المكعب بحيث لا تتداخل حبات المعايرة لعرض كاميرا التنظير الفلوري المزدوج. الحصول على الصور وحفظ 100 إطارات الصور من المكعب.
    7. قبل تحريك المكعب، قم بقياس وتسجيل الموقع التقريبي لمنشأ المكعب من كل باعث باستخدام نظام الإحداثيات للمكعب. إزالة المكعب وأي منصة مقترنة.
    8. قياس وتسجيل المسافة بين مصدر الانبعاثات ووجه مكثف الصورة لكل منظار فلوري.
    9. إرفاق زجاج شبكي مطرز إلى قضيب طويل أو مسطرة مع شريط مطاطي وتحريكه عشوائيا لتوفير حركات تتراوح بين مجال الرؤية بأكمله للنظام. التأكد من أن موظفي البحث يدركون مسار الإشعاع والحماية من التآكل لتقليل التعرض (انظر الخطوة 2.2.1). حفظ 100 إطارات الصور للحركة .
    10. أعد ضبط ساعة التصوير المستخدمة لتتبع وقت التعرض.
  3. تجربة ثابتة وتعديل المعلمات
    1. قياس ارتفاع trochanter أكبر لضمان أن ارتفاع النظام هو المناسب للمشارك.
      1. بالبات الفخذ للعثور على بروز عظمي من trochanter أكبر وتحديد موقع النقطة الأكثر تفوقا، كما هو ممكن.
      2. كما trochanter أكبر متفوقة هو تقريبا في نفس الارتفاع كما مفصل الورك، وقياس الارتفاع من الأرض إلى هذه النقطة ومقارنتها بتقدير الارتفاع المستخدمة لإعداد نظام التنظير المزدوج.
      3. إذا لزم الأمر، قم بضبط ارتفاع النظام وإعادة معايرة أثناء إعداد المشارك لالتقاط البيانات.
    2. تعريف المشارك بنظام التنظير الفلوري وإبلاغه بأنه يجب عليه إخطار فريق البحث إذا احتك بأي من المعدات أثناء جلسة التصوير ، حيث يؤثر الاتصال بالنظام سلبا على دقة بياناته.
    3. أن يخطو المشارك على جهاز المشي ويقف في مجال الرؤية لنظام التنظير المزدوج. تحقق من محاذاة المشاركين من منظور كل باعث وأحاط علما بهذا الموقف من منظور المكان الذي سيقف فيه كل عضو من أعضاء فريق البحث أو يجلس أثناء التصوير.
    4. تقدير معلمات التصوير (kVp و mA لكل باعث والتعرض للكاميرات التنظيرية المزدوجة) استنادا إلى مؤشر كتلة الجسم (BMI) للمشارك وتعيين كل منظار فلوري وفقا لذلك.
      ملاحظة: بالنسبة للفوج المشار إليه، تراوحت إعدادات التنظير الفلوري بين 78 إلى 104 كيلو فيب و1.9-3.2 مللي أ مع تعرض الكاميرا ل 4.5-7.0 مللي ثانية.
    5. الحصول على صور المشارك أثناء الوقوف وتقييم الصور للتباين ومجال الرؤية.
      ملاحظة: ترتبط زيادة kVp بزيادة تشتت الأشعة السينية (يزيد من الضوضاء ويقلل التباين) ودقة الصورة المنخفضة والتباين الأقل.
    6. ضبط المعلمات و/ أو محاذاة المشارك وتكرار اكتساب الصورة، حسب الضرورة.
    7. احفظ 100 إطار من الصور النهائية لاستخدامها كتجربة ثابتة.
  4. التجارب الديناميكية (الشكل 2)
    1. قبل بدء التصوير بالمنظار المزدوج، يجب أن يسير المشارك مسافة معروفة أثناء توقيته. استخدم هذا لتحديد سرعة المشي المختارة ذاتيا لكل من مستوى ومنحدر المشي على جهاز المشي.
    2. هل المشارك دون طوق الغدة الدرقية الرصاص لحماية الغدة الدرقية.
    3. خلال عمليات الاستحواذ الديناميكية، يكون الباحث الذي يحرس التحكم المزدوج بكاميرا التنظير الفلوري في محطة عمل التنظير المزدوج خطوة خلف الدرع الرصاص ومشاهدة المشارك من خلال نافذة عرض الدرع(الشكل 3).
    4. لأداء جميع التجارب المشي:
      1. إبلاغ المشارك قبل بدء تشغيل حزام جهاز المشي. قم بتكثيف سرعة جهاز المشي حتى سرعة المشي المناسبة والسماح لمشية المشارك بالتطبيع قبل جمع الصور.
      2. لكل نشاط المشي، والحصول على وحفظ ما لا يقل عن دورتين مشي كامل.
      3. لنشاط المشي يميل، يكون المشارك خطوة قبالة حلقة مفرغة. فتح حلقة مفرغة، تعيين المنحدر إلى 5°، وإعادة قفل حلقة مفرغة قبل وجود المشارك خطوة إلى الوراء على حلقة مفرغة لأداء النشاط.
      4. كرر التصوير، بحيث يتم تسجيل النشاط مرتين.
      5. كرر نفس العملية (الخطوة 2.4.4.3) لخفض جهاز المشي عند الانتهاء من النشاط.
    5. للأنشطة المحورية:
      1. أن يكون المشارك تدوير وضع الجسم والقدمين ما يقرب من 45 درجة من الجزء الأمامي من حلقة مفرغة عكس اتجاه المحور. إذا رغبت في ذلك، تأكد من أن كل قدم توضع بالكامل على حزام واحد من جهاز المشي ثنائي الحزام للسماح بمعالجة مباشرة لبيانات لوحة القوة.
      2. يكون المشارك أداء محاور عدة من وإلى نطاق نهاية الحركة أثناء مشاهدة لمحاذاة الحوض في نطاق نهاية الحركة. تأكد من أن الحركة يتم تنفيذها بسلاسة كما المحور لا يتطلب تسريع لتحقيق الموقف النهائي.
      3. بناء على موقف الحوض في نهاية نطاق الحركة، ويكون المشارك تدوير و / أو ترجمة أقدامهم بحيث الحوض تواجه إلى الأمام على حلقة مفرغة والورك من الفائدة في منتصف مجال الرؤية المشتركة من المناظير الفلورية في نهاية المحور.
      4. بمجرد تحسين الموضع ، قم بإجراء المحور أثناء التصوير بالمنظار المزدوج وحفظ جميع الإطارات حيث يكون عظم الفخذ والحوض مرئيين في كل من مشاهدات الكاميرا بالمنظار المزدوج (حوالي 200-400 إطار) التي تركزت حول نطاق الحركة النهائي ، والتقاط أكبر قدر ممكن من المحور.
      5. كرر التصوير، بحيث يتم تسجيل النشاط مرتين.
    6. بالنسبة لنشاط الاختطاف والإضافة:
      1. يكون المشارك الوقوف في مجال الرؤية من المناظير ورفع المحطة من الفائدة ما يقرب من 45 درجة إلى جانبهم. تذكير المشارك لتجنب حركة الجذع والحد من نطاق الحركة، إذا لزم الأمر.
      2. الحصول على وحفظ جميع الإطارات حيث عظم الفخذ والحوض مرئية في كل من وجهات النظر كاميرا التنظير المزدوج (ما يقرب من 200-400 الإطارات).
      3. كرر التصوير، بحيث يتم تسجيل النشاط مرتين.
    7. لمركز مفصل الورك الديناميكي أو نشاط قوس النجوم20
      1. أن يقف المشارك في مجال الرؤية لنظام التنظير المزدوج ويرفع ويخفض ساقه بشكل مسبق وبزيادات 45 درجة من 180 درجة، وينتهي برفع خلفي وأسفل ساقه. قبل وضع ساقهم مرة أخرى إلى أسفل على الأرض، يكون المشارك محيط ساقهم والعودة إلى موقف دائم.
    8. بمجرد أن يشعر المشارك بالراحة مع الحركة ويمكنه إكمالها في حوالي 6-8 ثانية ، احصل على صور للنشاط وحفظها.
      ملاحظة: يتم التقاط نشاط واحد فقط باستخدام التنظير الفلوري المزدوج نظرا لطول التجربة.
  5. صور معايرة إضافية
    1. إذا كان المشارك يعتقد في أي وقت أثناء جمع البيانات أنه ربما يكون قد احتك بأي جزء من المعدات الفلورية ، وصور الشبكات والمكعب وحفظ جميع الملفات للمعايرة.
    2. عند الانتهاء من جمع البيانات ، صورة الشبكات والمكعب وحفظ جميع الملفات للمعايرة لتكون بمثابة نسخة احتياطية إذا نشأت أي مشاكل مع المعايرة الأولية.

3. التقاط حركة علامة الجلد وجهاز المشي الآلي

  1. إعداد النظام
    1. التركيز على نظام التقاط الحركة البصرية على جهاز المشي(الشكل 3). نظرا للقضايا المحتملة مع تصور المشارك بينما في مجال الرؤية لنظام التنظير المزدوج ، كن مستعدا لوضع كاميرات الأشعة تحت الحمراء بدقة لضمان التصور الدقيق(الشكل 2).
    2. قم بتشغيل النظام واستخدم مجموعة من العلامات لضمان عدم منع نظام التنظير الفلوري المزدوج تصور مجال الرؤية المرغوب فيه.
    3. تأكد من أن العلامات واضحة ودائرية وضبط تركيز كاميرات الأشعة تحت الحمراء، حسب الضرورة.
    4. تأكد من تغطية المناظير الفلورية لتقليل أي أسطح عاكسة. راجع كل كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء وأقنع طريقة عرض الكاميرا إذا تعذر تغطية الكائنات العاكسة.
    5. إعداد برنامج التقاط الحركة لقراءة في إشارة 5 V الخارجية من الزناد الإلكترونية المستخدمة لإنهاء اقتناء الكاميرا من نظام التنظير المزدوج. استخدم هذا المشغل لمزامنة البيانات من النظامين مؤقتا.
  2. المعايره
    1. بمجرد تشغيل النظام وجاهزه، استخدم عصا المعايرة النشطة لمعايرة كاميرات التقاط الحركة الضوئية والأشعة تحت الحمراء في وقت واحد. تأكد من أن المنطقة بأكملها داخل نظام التنظير المزدوج يتم التقاطها بدقة أثناء المعايرة مع تجنب الاتصال بأي معدات.
      ملاحظة: عملت حركات عصا تشبه الزم الطعام في مقلاة بشكل جيد.
    2. بسبب العوائق الناجمة عن نظام التنظير الفلوري المزدوج، قد تكون قيم المعايرة أسوأ مما لوحظ عادة لالتقاط الحركة البصرية. قم بإجراء المعايرة بحيث تحتوي جميع كاميرات الأشعة تحت الحمراء على أخطاء صورة أقل من 0.2.
      ملاحظة: سيكون خطأ الصورة لكاميرا الفيديو أعلى، على الرغم من أنه لا يزال أقل من 0.5. لا تستخدم كاميرا الفيديو خصيصا لأي تحديد كمي للحركة ، فقط للتسجيل البصري لالتقاط الحركة.
    3. أثناء الحصول على تجربة المكعب للتنظير الفلوري المزدوج ، التقط المكعب أيضا باستخدام كاميرات التقاط الحركة بالأشعة تحت الحمراء. تأكد من أن المكعب يحتوي على علامات عاكسة ملصقة عليه ليتم تصوير الموضع بكاميرات من كل من التقاط الحركة وأنظمة التنظير الفلوري المزدوج.
  3. مجموعة العلامات والمواضع
    1. قبل وصول المشارك، قص وتطبيق الشريط على الوجهين (شريط توبي) إلى قاعدة 21 علامات الجلد العاكس كروية. لضمان طول عمر العلامات، تأكد من أن الشريط أو أي جلد لا تلامس مع علامات عاكسة.
    2. لكل من لوحات علامة خمسة (اثنان على ساق، واثنين على الفخذ، واحد على ظهره؛ الشكل 4)، تطبيق رذاذ الغراء على الجانب الجلد من حزام النسيج والتفاف عليه بإحكام حول المشارك. تحقق مع المشارك أن الأشرطة يشعر ضيق (ولكن ليست غير مريحة). تنظيف اليدين من أي رذاذ الغراء الزائد قبل التمسك بقية مجموعة علامة.
    3. تطبيق خمس علامات، وتستخدم فقط للمعايرة، إلى الترقوة، والركبتين وسيطة، ومولولي وسيطة، على التوالي.
    4. تطبيق علامات المتبقية 16 إلى العمود الفقري الحرقفي متفوقة الأمامي (ASIS), الخلفي العمود الفقري الحرقفي متفوقة (PSIS), أكبر trochanter من عظم الفخذ يجري تصويرها, الكتفين, القص, الركبتين الجانبية, ماليولي الجانبية, والقدمين (الشكل 4).
    5. اطلب من المشارك إبلاغ فريق الدراسة إذا أصبحت أي علامات أو أشرطة فضفاضة أثناء التقاط البيانات.
  4. محاكمة ثابتة
    1. بالتزامن مع التجربة الدائمة الثابتة من التنظير الفلوري المزدوج ، التقط محاكمة دائمة لالتقاط الحركة.
    2. تسمية كافة العلامات. إذا لم تكن أي علامات مرئية بواسطة ثلاث كاميرات تعمل بالأشعة تحت الحمراء على الأقل أثناء النشاط الثابت المكتسب، فاحصل على صورة ثابتة لضمان رؤية جميع العلامات.
    3. إزالة علامات المعايرة فقط وجعل المشارك دون طوق الغدة الدرقية لتوفير الحماية من الإشعاع خلال ما تبقى من جمع البيانات.
  5. التجارب الديناميكية
    1. لكل تجربة من التجارب الديناميكية التي تم التقاطها باستخدام نظام التنظير الفلوري المزدوج، احصل على فيديو التقاط الحركة، مما يضمن أن يكون كل فيديو تنظيري مزدوج ضمن حدود الحصول على التقاط الحركة.
    2. تأكد من التقاط كسر إشارة 5 V من الزناد الإلكتروني لنظام التنظير الفلوري المزدوج داخل كل تجربة.

4. المعالجة المسبقة للصورة

  1. نموذج قائم على CT
    1. قطع عظم الفخذ القريب والقاصي من جانب الاهتمام والحوض بأكمله ، حيث يتم استخدام هذه العظام لتتبع و / أو تنسيق توليد النظام.
    2. تأكد من أن التقسيمات تمثل شكل العظام في جميع طائرات التصوير الثلاثة وتظهر ناعمة نسبيا.
      ملاحظة: تعتمد القدرة على تحليل المفصليات على الحصول على عمليات إعادة بناء عالية الجودة من خلال التقسيم الدقيق.
    3. تحويل بيانات الصورة إلى شار غير موقعة (8 بت) وضبط حسب الضرورة مع الإزاحة والتحجيم لإنتاج صورة مع مجموعة من 0 إلى 255.
    4. عزل فقط منطقة العظام في الصورة المحولة والمحاصيل حول حدود العظام. تسجيل أبعاد الصور التي تم اقتصاصها.
    5. حفظ بتنسيق TIFF 2D.
    6. افتح الصورة، وغير النوع إلى 16 بت،واحفظها كملف TIFF ثلاثي الأبعاد واحد.
  2. إعادة بناء السطح
    1. توليد السطوح من تسميات التجزئة، على نحو سلس وتهلك السطوح تكراريا، وضمان أن يتم تقليل الوجوه أبدا بأكثر من النصف في أي تكرار واحد.
      ملاحظة: باستخدام العملية الموصوفة، يبلغ العدد المستهدف للوجوه حوالي 30,000 لكل سطح عظم الفخذ القريب والقاصي و70,000 لكل سطح من أسطح الحوض الهيمي.
    2. تصدير كل سطح كشبكة سطحية بتنسيق *.vtk للاستخدام كملف نموذج لتعريف المعالم.
  3. تعريف المعلم لنظام الإحداثيات
    1. تحديد معالم عظم الفخذ لتوليد نظام تنسيق الفخذ(الشكل 5).
      ملاحظة: المعلمات المتوفرة أدناه محددة بمجموعة البيانات المشار إليها وبروتوكولات التصوير؛ قد تحتاج القيم إلى تغيير لتحديد المعالم بشكل مناسب.
      1. افتح عظم الفخذ القريب كملف طراز. افتح شريط أدوات النشر ولوحة البيانات لإضافة حقل قياسي من انحناء 1-Princ، حدد نعومة 10 ثم تصور النتيجة. الإفراط في تحديد وجوه رأس الفخذ واستخدام خيار تحديد نطاق من لوحة تحرير لتشمل انحناء السلبية فقط. إلغاء تحديد أي وجوه محددة لا تنتمي إلى رأس الفخذ. تصدير هذا السطح رأس الفخذ كشبكة السطح في شكل *.k لكرة صالحة لتحديد مركز رأس الفخذ.
      2. باستخدام عملية مماثلة، وتطبيق 1-برينك انحناء إلى عظم الفخذ القاصي مع نعومة 5 ومرة أخرى حدد النطاق لتشمل فقط وجوه مع انحناء السلبية. تصدير هذا السطح condyle الفخذية لالتطابق اسطوانة لتحديد المحور الجانبي الوسيط.
      3. تطبيق 2-برينك انحناء إلى عظم الفخذ القاصي، وذلك باستخدام نعومة 3. تسليط الضوء على التلال من epicondyles وحدد مجموعة باستخدام قطع العلوي من -0.1. تصدير هذه الوجوه لتوليد طائرة واستخدامه لعزل وجوه condyles الخلفي لاحتواء اسطوانة.
    2. تحديد معالم الحوض لتوليد نظام تنسيق الحوض (الشكل 5).
      ملاحظة: المعلمات المتوفرة أدناه محددة بمجموعة البيانات المشار إليها وبروتوكولات التصوير؛ قد تحتاج القيم إلى تغيير لتحديد المعالم بشكل مناسب.
      1. لكل هيمي الحوض، وتطبيق 2-برينك انحناء مع نعومة من 5 ومجموعة مختارة لتشمل وجوه إيجابية فقط لعزل سطح لونات من الأسيتابولوم. تصدير سطح lunate واستخدام كرة صالح لتحديد مركز الأسيتابولوم.
      2. إعادة تطبيق 2-برينك انحناء مع نعومة 2 وحدد جميع الوجوه مع انحناء أقل من -0.15 لتسليط الضوء على العمود الفقري للحوض. اختر النقاط على حافة هذه العمود الفقري التي تمثل أفضل ASIS و PSIS كمعالم وتسجيلها.

5. تتبع حركة العظام

  1. المعايره
    1. تحديد 12 حبة داخل كل صورة مكعبة من كاميرات التنظير المزدوج (التي تم جمعها في الخطوة 2.2.6). استنادا إلى المسافات المحسوبة بين كل حبة من حبات المكعب وقياسات موقع المكعب داخل نظام التنظير الفلوري المزدوج ، حدد الاتجاه المكاني لكل منظار فلوري من خلال تقليل خطأ إسقاط مجموع المربعات بين مواقع الخرز المتوقعة والمعروفة.
    2. استخدم صور الشبكة لتصحيح تشويه الصورة وتطبيق التصحيح على جميع الصور المرتبطة بصورة الشبكة.
    3. استخدم الصور المتحركة لتحديد الدقة الديناميكية للنظام واستخدام التتبع القائم على العلامة لتتبعه.
  2. تتبع بدون علامات
    1. أضف موقع المعالم المختارة إلى ملف المعلمات الخاصة بالعظام وجمع الموضع الديناميكي لهذه المعالم في نظام التنظير الفلوري المزدوج كخرج لجميع الإطارات المتعقبة.
    2. تحديد الإطارات التي سيتم تعقبها (استنادا إلى البيانات الحركية من التقاط الحركة، راجع الخطوة 6.1.2) وفتح برنامج تتبع بدون علامات مع ملف المعلمات المرتبطة العظام محددة.
    3. حدد إطارا ضمن النطاق المطلوب مع تصور جيد للعظم ، وتوجيه التصوير الإشعاعي الرقمي القائم على التصوير المقطعي (DRR) للعظمة ذات الاهتمام (إما عظم الفخذ القريب أو الحوض الهيمي) باستخدام ست درجات من الحرية المتاحة في البرنامج(الشكل 6).
      ملاحظة: بما أن معظم التجارب تبدأ في وضع مشابه للوقوف، فمن المرجح أن يستخدم هذا الموقف الأولي كنقطة بداية أولية لجميع التجارب.
    4. بمجرد ظهور DRR للعظم بشكل جيد في كلا العرضين، احفظ الحل بالنقر فوق الزر يدوي في لوحة Solutions.
      ملاحظة: في كل مرة يتم حفظ حل، يتم رسم معلمات الاتجاه ومعامل الارتباط المشترك الذي تم تسويته كمرجع. يتم حساب معامل الارتباط المتبادل الطبيعي استنادا إلى جميع وحدات البكسل ذات القيم غير الصفرية لكل من المنظار الفلوري وDRRs العظمي.
    5. تطبيق خطوة التحسين بحث Hessian قطري (DHS) بالنقر فوق الزر DHS ضمن لوحة الحلول ومراجعة النتيجة. إذا كان يفضل النتيجة المحسنة، انتقل إلى الإطار التالي; وإلا، قم بإجراء أي تعديلات ضرورية، ثم أعد الحفظ بالنقر فوق الزر يدوي ضمن لوحة الحلول. كرر هذه الخطوة حتى يتم العثور على حل مرض.
      ملاحظة: في حالة تباين الصورة رديئة خوارزمية التحسين قد لا دوما ينتج نتيجة مرضية.
    6. لكل إطار الخامس كرر هذه العملية باستخدام الحل للإطار السابق كنقطة بداية. استخدم تحسين DHS لأتمتة العملية.
    7. لإكمال أول تمريرة من التتبع، استخدم أداة أخرى تستكمل الإسقاط الخطي (LP) وتحسين الحلول بين الإطارات المتعقبة بالنقر فوق زر نطاق LP + DHS داخل لوحة Solutions. في الإطار، أدخل مجموعة الإطارات التي سيتم تعقبها والإطارات اثنين لاستخدامها كمرجع.
      ملاحظة: يمكن أن يكون الإطارات مرجع اثنين أي إطارات ضمن مجموعة محددة من الإطارات. ومع ذلك ، فإن استخدام الإطارات الأولى والأخيرة يوفر حدودا لتوجيه العظام داخل نطاق الإطار ، والتي يمكن أن تكون مفيدة عندما يكون التباين منخفضا.
    8. راجع وصقل كل إطار من الإطارات التجريبية، باستخدام حلول مستندة إلى الدليل والوزارة. استخدام مؤامرة من المعلمات لضمان أن معامل الارتباط مرتفع بما فيه الكفاية، وأن اتجاه العظام لا يملك قفزات مفاجئة في أي معلمة.
    9. لضمان التتبع الدقيق، اجعل باحثا آخر يراجع الحل لكل إطار وإجراء أي تعديلات ضرورية على الحلول.
    10. كرر الخطوات 5.2.1-5.2.9 لكل عظمة.
  3. تصور الحركة
    1. فتح عظم الفخذ والحوض السطوح في البرنامج للتصور الحركية. إذا لزم الأمر، قم بتحويل الأسطح إلى شبكات باستخدام التحويل إلى وظيفة شبكة. حدد كلا السطحين وتصدير كشبكة سطحية في شكل *.k.
    2. باستخدام الإخراج من التتبع، قم بإنشاء ملف نصي مع تحويلات التنسيق لكل عظم وإطار.
      ملاحظة: ترتيب السطوح يجب أن تتطابق مع ترتيب التحويلات.
    3. لتصور الحركية، استخدم أداة kinemat والملفين أعلاه من الخطوتين 5.3.1 و 5.3.2 لتحريك الحركية. تحقق من أن الحركية المتحركة تبدو معقولة وأن الأسطح لديها مسافة مناسبة بينها باستخدام سطح شبه شفاف أو أداة المسافة السطحية. إذا لزم الأمر، العودة إلى الخطوة 5.2.8.

6. تحليل البيانات

  1. حركية علامة الجلد
    1. ضمن برنامج التقاط الحركة، دفعة معالجة جميع الملفات لتطبيق نموذج ثابت وعلامات التسمية. بمجرد الانتهاء من المحاكمة، قم بإزالة أي مسارات غير مألاءة.
      ملاحظة: نظرا إلى عوائق نظام التنظير المزدوج، قد تكون هناك حاجة إلى ملء فجوة يدوية أكثر من المعتاد.
    2. استخدم بيانات اللوحة الحركية والقوة لتحديد الأحداث الديناميكية، مثل إيقاف إصبع القدم أو ضرب الكعب أثناء المشي أو الحد الأقصى لنطاق الحركة لأنشطة التمحور. تحديد أطر الاهتمام لتتبع بيانات التنظير الفلوري المزدوج.
    3. تصدير جميع البيانات التجريبية للمعالجة الحركية في تنسيق *.c3d، بما في ذلك كل من البيانات التناظرية (أي بيانات لوحة الزناد والقوة) ومسارات العلامات.
    4. تطبيق ملف قالب النموذج المطلوب (حفظه بتنسيق ملف *.mdh) إلى الإصدار التجريبي الثابت، ثم تعيين هذا الطراز إلى ملفات الحركة.
      ملاحظة: للتحليل، تم استخدام نموذج الطرف السفلي مع شريحة الجمعية الدولية للميكانيكا الحيوية (ISB) الرأس والبطن والصدر (HAT) وحوض CODA، وهو نموذج جزء الحوض الذي حدده جهازا ASIS ومركز معالم PSIS.
  2. الحركية التنظيرية المزدوجة
    1. عزل إطارات الاهتمام، وضمان أن يتم تضمين الإطارات المتجاورة فقط التي يتم تعقبها لكل من عظم الفخذ والحوض.
    2. تصفية المواقف المعلم باستخدام فلتر بتروورث lowpass (0.12 تطبيع قطع التردد من التحليل المتبقي ومرشح النظام4).
    3. استخدم المواضع المصفاة للمعالم في كل تجربة حركة لتتبع الموضع الديناميكي لنظام تنسيق الفخذ(الشكل 5).
      1. تعريف أصل عظم الفخذ كمركز الكرة تناسب رأس الفخذ.
      2. حدد محور عظم الفخذ z (المحور السفلي المتفوق) بين مركز الركبة والأصل، مشيرا بشكل متفوق.
      3. حدد محور عظم الفخذ x (المحور الجانبي الوسيط) كمحور طويل للاسطوانة المجهزة بال condyles الفخذية، مشيرا إلى اليسار. لعزل منطقة condyles لتمثيلها مع اسطوانة، تناسب طائرة إلى السطوح epicondyle وعزل الجزء الخلفي من condyles الفخذ.
      4. تعريف عظم الفخذ y-محور (الأمامي الخلفي) كما عبر المنتج من محاور z-و x المعرفة، مشيرا الخلفي. تصحيح اتجاه المحور س لإنشاء نظام إحداثي متعامد.
    4. استخدم المواضع المصفاة للمعالم في كل تجربة حركة لتتبع الموضع الديناميكي لنظام تنسيق الحوض(الشكل 5).
      1. تحديد أصل الحوض كمركز لاثنين من معالم ASIS.
      2. تحديد الحوض ص محور (المحور الأمامي الخلفي) بين مركز اثنين من المعالم PSIS والأصل، مشيرا إلى الأمامي.
      3. حدد المحور x الحوض (المحور الجانبي الوسيط) بين الأصل ومعلم ASIS على الجانب الأيمن، مشيرا إلى اليمين.
      4. تعريف الحوض z-محور (محور أدنى متفوقة) كما عبر المنتج من محاور س ص المعرفة، مشيرا إلى أعلى. تصحيح اتجاه المحور س لإنشاء نظام إحداثي متعامد.
    5. توليد مصفوفة الدوران بين نظم الإحداثيات وحساب الحركية المشتركة لكل MacWilliams والزملاء المعادلة 11 (الشكل 7)21.
    6. حساب الترجمات المشتركة عن طريق تحويل المسافة ناقلات بين مراكز تناسب الكرة من رأس الفخذ وسطح lunate من الأسيتابولوم في نظام تنسيق الحوض.
      ملاحظة: يوفر هذا متجه واحد لتمثيل الترجمة المشتركة لكل إطار صورة.
  3. المفصليات
    1. تصور الحركية كما هو موضح في الخطوة 5.3 لتحريك المفصليات الخاصة بالموضوع(الشكل 8).
    2. تطبيق حقل بيانات المسافة السطحية لقياس المسافات بين أسطح الفخذ والحوض خلال كل نشاط ديناميكي(الشكل 8).
      ملاحظة: توفر هذه البيانات أيضا قياسا كميا للمسافة النسبية بين أسطح المفاصل ولكنها تتطلب تفسيرا لتحديد الترجمة المشتركة كميا.
    3. تصدير المسافات من سطح إلى سطح باستخدام أداة المسافة السطحية لقياس البيانات عبر جميع المشاركين.
  4. مقارنة مع التقاط حركة علامة الجلد
    1. باستخدام الصور المكعبة والزناد من كل تجربة حركة ، قم بمزامنة أنظمة التنظير الفلوري والتقاط الحركة المزدوجة مكانيا وزمانيا.
    2. تحويل المواقع البارزة المستخدمة لالتقاط حركة علامة الجلد (أي ASIS، PSIS، condyles) من نظام تنسيق التتبع بدون علامات إلى نظام تنسيق التقاط الحركة.
    3. الجمع بين هذه البيانات مع مواقع علامة من التقاط حركة علامة الجلد واستيراد للتحليل الحركي والحركي والإبلاغ. قم بضبط التحليل للاستفادة من مواقع التنظير الفلوري المزدوج أو علامات الجلد لكل معلم ومقارنة المواقع البارزة والحركية بين النظامين.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

باستخدام التنظير المزدوج كمعيار مرجعي ، تم قياس دقة التقديرات المستندة إلى علامة الجلد لمركز مفصل الورك وتأثير قطعة أثرية من الأنسجة الرخوة على القياسات الحركية والحركية22و23و24. ثم استخدمت الدقة الفائقة للتنظير الفلوري المزدوج لتحديد ال...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

التنظير الفلوري المزدوج هو أداة قوية للتحقيق في الحركية الحية ، وخاصة بالنسبة للورك ، والذي يصعب قياسه بدقة باستخدام التقاط الحركة البصرية التقليدية. ومع ذلك ، فإن معدات التنظير الفلوري متخصصة ، حيث قد تكون هناك حاجة إلى إعداد نظام فريد عند تصوير المفاصل الأخرى لجسم الإنسان. على سبيل...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

ولا يوجد بين أصحاب البلاغ تضارب في المصالح.

Acknowledgements

تم دعم هذا البحث من قبل المعاهد الوطنية للصحة (NIH) تحت أرقام المنح S10 RR026565، R21 AR063844، F32 AR067075، R01 R077636، R56 AR074416، R01 GM083925. المحتوى هو فقط مسؤولية المؤلفين ولا يمثل بالضرورة وجهات النظر الرسمية للمعهد الوطني للصحة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Amira SoftwareThermoFisher ScientificVersion 6.0
Calibration CubeCustom36 steel beads (3 mm diameter, spacing 6.35 cm, uncertainty 0.0036 mm)
Calibration WandViconActive Wand
CT ScannerSiemens AGSOMATOM Definition 128 CT
Distortion Correction GridCustomAcrylic plate with a grid of steel beads spaced 10 mm and 31 beads across the diameter (2 mm diameter)
Dynamic Calibration PlateCustomAcrylic plate with 3 steel beads spaced 30 mm (2 mm diameter, uncertainty 0.0013 mm)
Emitter (2)Varian Interay; remanufactured by Radiological Imaging ServicesHousing B-100/Tube A-142
EpinephrineHospiraInjection, USP 10 mg/mL
FEBioStudio SoftwareFEBio.orgVersion 1.3Mesh processing and kinematic visualization
Graphical Processing UnitNvidiaTesla
Hare Traction SplintDynaMedTrac-III, Model No. 95201
High-speed Camera (2)Vision Research, Inc.Phantom Micro 3
Image Intensifier (2)Dunlee, Inc.; remanufactured by Radiological Imaging ServicesT12964P/S
Iohexol injectionGE HealthcareOmnipaque 240 mgI/mL517.7 mg iohexol, 1.21 mg tromethamine, 0.1 mg edetate calcium disodium per mL
ImageJNational Institutes of Health and Laboratory for Optical and Computational Instrumentation
Lidocaine HClHospiraInjection, USP 10 mg/mL
Laser and Mirror Alignment SystemCustomThree lasers adhered to acrylic plate that attaches to emitter, mirror attaches to face of image intensifier
Markless Tracking WorkbenchHenry Ford Hospital, Custom SoftwareCustom
MATLAB SoftwareMathworks, Inc.Version R2017b
Motion Capture Camera (10)ViconVantage
Nexus SoftwareViconVersion 2.8Motion capture
Phantom Camera Control (PCC) SoftwareVision Research, Inc.Version 1.3
Pre-tape Spray GlueMueller Sport CareTuffner
Retroreflective Spherical Skin Markers14 mm
Split Belt Fully Instrumented TreadmillBertec CorporationCustom
Visual3D SoftwareC-Motion Inc.Version 6.01Kinematic processing

References

  1. National Center for Health Statistics (US). Health, United States, 2016: with chartbook on long-term trends in health. National Center for Health Statistics. , Hyattsville (MD). Report No.: 2017-1232 (2016).
  2. Singh, J. A., Yu, S., Chen, L., Cleveland, J. D. Rates of total joint replacement in the United States: Future projections to 2020-2040 using the national inpatient sample. Journal of Rheumatology. 46 (9), 1134-1140 (2019).
  3. HCUPnet: A tool for identifying, tracking, and analyzing national hospital statistics. , Available from: https://hcupnet.ahrq.gov/ (2021).
  4. Ganz, R., Leunig, M., Leunig-Ganz, K., Harris, W. H. The etiology of osteoarthritis of the hip: An integrated mechanical concept. Clinical Orthopaedics and Related Research. 466 (2), 264-272 (2008).
  5. Harris, W. H. Etiology of osteoarthritis of the hip. Clinical Orthopaedics and Related Research. 213, 20-33 (1986).
  6. Frank, J. M., et al. Prevalence of femoroacetabular impingement imaging findings in asymptomatic volunteers: A systematic review. Arthroscopy - Journal of Arthroscopic and Related Surgery. 31 (6), 1199-1204 (2015).
  7. Anderson, L. A., et al. The 2015 Frank Stinchfield Award: Radiographic Abnormalities Common in Senior Athletes With Well-functioning Hips but Not Associated With Osteoarthritis. Clinical Orthopaedics and Related Research. 474 (2), 342-352 (2016).
  8. Kapron, A. L., et al. Radiographic prevalence of femoroacetabular impingement in collegiate football players: AAOS exhibit selection. Journal of Bone and Joint Surgery - Series A. 93 (19), 1-10 (2011).
  9. Kapron, A. L., et al. The Prevalence of radiographic findings of structural hip deformities in female collegiate athletes. American Journal of Sports Medicine. 43 (6), 1324-1330 (2015).
  10. Garling, E. H., et al. Soft-tissue artefact assessment during step-up using fluoroscopy and skin-mounted markers. Journal of Biomechanics. 40, Suppl 1 18-24 (2007).
  11. Fuller, J., Liu, L. J., Murphy, M. C., Mann, R. W. A comparison of lower-extremity skeletal kinematics measured using skin-and pin-mounted markers. Human Movement Science. 16 (2-3), 219-242 (1997).
  12. Leardini, A., Chiari, A., Della Croce, U., Cappozzo, A. Human movement analysis using stereophotogrammetry Part 3. Soft tissue artifact assessment and compensation. Gait and Posture. 21 (2), 212-225 (2005).
  13. Peters, A., Galna, B., Sangeux, M., Morris, M., Baker, R. Quantification of soft tissue artifact in lower limb human motion analysis: A systematic review. Gait and Posture. 31 (1), 1-8 (2010).
  14. Camomilla, V., Dumas, R., Cappozzo, A. Human movement analysis: The soft tissue artefact issue. Journal of Biomechanics. 62, 1-4 (2017).
  15. Miranda, D. L., Rainbow, M. J., Crisco, J. J., Fleming, B. C. Kinematic differences between optical motion capture and biplanar videoradiography during a jump-cut maneuver. Journal of Biomechanics. 46 (3), 567-573 (2013).
  16. Lin, C. C., Lu, T. W., Lu, H. L., Kuo, M. Y., Hsu, H. C. Effects of soft tissue artifacts on differentiating kinematic differences between natural and replaced knee joints during functional activity. Gait and Posture. 46, 154-160 (2016).
  17. Kessler, S. E., et al. A direct comparison of biplanar videoradiography and optical motion capture for foot and ankle kinematics. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 7, 199(2019).
  18. Henak, C. R., et al. Computed tomography arthrography with traction in the human hip for three-dimensional reconstruction of cartilage and the acetabular labrum. Clinical Radiology. 69 (10), 381-391 (2014).
  19. Winter, D. A. Biomechanics and motor control of human movement. , John Wiley and Sons Inc. (2009).
  20. Camomilla, V., Cereatti, A., Vannozzi, G., Cappozzo, A. An optimized protocol for hip joint centre determination using the functional method. Journal of Biomechanics. 39 (6), 1096-1106 (2006).
  21. MacWilliams, B. A., Davis, R. B. Addressing some misperceptions of the joint coordinate system. Journal of Biomechanical Engineering. 135 (5), 54506(2013).
  22. Fiorentino, N. M., et al. Accuracy of functional and predictive methods to calculate the hip joint center in young non-pathologic asymptomatic adults with dual fluoroscopy as a reference standard. Annals of Biomedical Engineering. 44 (7), 2168-2180 (2016).
  23. Fiorentino, N. M., Atkins, P. R., Kutschke, M. J., Foreman, K. B., Anderson, A. E. In-vivo quantification of dynamic hip joint center errors and soft tissue artifact. Gait and Posture. 50, 246-251 (2016).
  24. Fiorentino, N. M., Atkins, P. R., Kutschke, M. J., Bo Foreman, K., Anderson, A. E. Soft tissue artifact causes underestimation of hip joint kinematics and kinetics in a rigid-body musculoskeletal model. Journal of Biomechanics. 108, 109890(2020).
  25. Atkins, P. R., et al. In vivo pelvic and hip joint kinematics in patients with cam femoroacetabular impingement syndrome: a dual fluoroscopy study. Journal of Orthopaedic Research. 38 (4), 823-833 (2020).
  26. Uemura, K., Atkins, P. R., Maas, S. A., Peters, C. L., Anderson, A. E. Three-dimensional femoral head coverage in the standing position represents that measured in vivo during gait. Clinical Anatomy. 31 (8), 1177-1183 (2018).
  27. Uemura, K., Atkins, P. R., Fiorentino, N. M., Anderson, A. E. Hip rotation during standing and dynamic activities and the compensatory effect of femoral anteversion: An in-vivo analysis of asymptomatic young adults using three-dimensional computed tomography models and dual fluoroscopy. Gait and Posture. 61, 276-281 (2018).
  28. Atkins, P. R., et al. In vivo measurements of the ischiofemoral space in recreationally active participants during dynamic activities: a high-speed dual fluoroscopy study. American Journal of Sports Medicine. 45 (12), 2901-2910 (2017).
  29. Uemura, K., Atkins, P. R., Anderson, A. E. The effect of using different coordinate systems on in-vivo hip angles can be estimated from computed tomography images. Journal of Biomechanics. 95, 109318(2019).
  30. Kapron, A. L., et al. Accuracy and feasibility of dual fluoroscopy and model-based tracking to quantify in vivo hip kinematics during clinical exams. Journal of Applied Biomechanics. 30 (3), 461-470 (2014).
  31. Kapron, A. L., Aoki, S. K., Peters, C. L., Anderson, A. E. In-vivo hip arthrokinematics during supine clinical exams: Application to the study of femoroacetabular impingement. Journal of Biomechanics. 48 (11), 2879-2886 (2015).
  32. Roach, K. E., et al. In vivo kinematics of the tibiotalar and subtalar joints in asymptomatic subjects: a high-speed dual fluoroscopy study. Journal of Biomechanical Engineering. 138 (9), 0910061-0910069 (2016).
  33. Roach, K. E., Foreman, K. B., Barg, A., Saltzman, C. L., Anderson, A. E. Application of high-speed dual fluoroscopy to study in vivo tibiotalar and subtalar kinematics in patients with chronic ankle instability and asymptomatic control subjects during dynamic activities. Foot and Ankle International. 38 (11), 1236-1248 (2017).
  34. Lenz, A. L., et al. Compensatory motion of the subtalar joint following tibiotalar arthrodesis: an in vivo dual-fluoroscopy imaging study. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 102 (7), 600-608 (2020).
  35. Wang, B. Accuracy and feasibility of high-speed dual fluoroscopy and model-based tracking to measure in vivo ankle arthrokinematics. Gait and Posture. 41 (4), 888-893 (2015).
  36. Challis, J. H., Pain, M. T. G. Soft tissue motion influences skeletal loads during impacts. Exercise and Sport Sciences Reviews. 36 (2), 71-75 (2008).
  37. Dumas, R., Jacquelin, E. Stiffness of a wobbling mass models analysed by a smooth orthogonal decomposition of the skin movement relative to the underlying bone. Journal of Biomechanics. 62, 47-52 (2017).
  38. Kapron, A. L., Aoki, S. K., Peters, C. L., Anderson, A. E. Subject-specific patterns of femur-labrum contact are complex and vary in asymptomatic hips and hips with femoroacetabular impingement. Clinical Orthopaedics and Related Research. 472 (12), 3912-3922 (2014).
  39. Fiorentino, N. M., et al. Soft tissue artifact causes significant errors in the calculation of joint angles and range of motion at the hip. Gait and Posture. 55, 184-190 (2017).
  40. Nichols, J. A., Roach, K. E., Fiorentino, N. M., Anderson, A. E. Subject-specific axes of rotation based on talar morphology do not improve predictions of tibiotalar and subtalar joint kinematics. Annals of Biomedical Engineering. 45 (9), 2109-2121 (2017).
  41. Nichols, J. A., Roach, K. E., Fiorentino, N. M., Anderson, A. E. Predicting tibiotalar and subtalar joint angles from skin-marker data with dual-fluoroscopy as a reference standard. Gait and Posture. 49, 136-143 (2016).
  42. Kolz, C. W., et al. Reliable interpretation of scapular kinematics depends on coordinate system definition. Gait and Posture. 81, 183-190 (2020).
  43. Kolz, C. W., et al. Age-related differences in humerothoracic, scapulothoracic, and glenohumeral kinematics during elevation and rotation motions. Journal of Biomechanics. 117, 110266(2021).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

173

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved