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
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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: O uso de participantes humanos foi aprovado pelo Comitê de Ética da Faculdade de Ciências da Saúde da Universidade de Southampton. Todos os participantes assinaram o termo de consentimento antes da coleta de dados. Para os dados apresentados neste estudo cinemática foram gravados usando um sistema de captura de movimento passivo marcador composto por 12 câmeras; seis câmeras de 4 megapixels e seis câmeras de 16 megapixels operando na freqüência de amostragem de 120 Hz. 1. Participante Preparação <ol><li> Peça temas para remover suas roupas parte superior do corpo ou para vestir um sutiã esportivo, colete, ou top sem alças. É importante que a roupa não interfira com o movimento dos marcadores ou marcadores de ocluir o ponto de vista das câmaras. </li><li> Construir um cluster marcador acrômio consistindo de um &#39;L&#39; peça em forma de plástico de 70 mm de comprimento ao longo de cada aspecto. Anexar três marcadores retro-reflectores para o AMC, um na extremidade de cada uma das extremidades de cada aspecto e uma em que each aspecto meet (Figura 1). </li><li> Anexar o cluster marcador acrômio (AMC) para a porção posterior do acrômio onde o acrômio atende a espinha da escápula, usando fita adesiva dupla face. Um aspecto da placa deve seguir a espinha da escápula apontando medialmente, o outro deve apontar anterior ao plano escapular (Figura 1). </li><li> Anexar um marcador conjunto definido para o braço superior utilizando cintas (Figura 2). </li><li> Anexar marcadores retro-reflectores para os seguintes pontos anatômicos na recomendados pela Sociedade Internacional de Biomecânica 33 (Figuras 1 e 2): Sternal entalhe (IJ; Deepest conjunta do manúbrio), apêndice xifóide (PX; mais caudal ponto no esterno), C7 (processo espinhoso da vértebra C7), T8 (processo espinhoso da vértebra T8), esterno clavicular joint (SC; A maioria ventral ponto da articulação esterno-clavicular), Radial estilóide (Most poi caudalnt na estilóide radial), e estilóide da ulna (Most ponto de caudal no estilóide da ulna). </li></ol><img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/51717/51717fig1highres.jpg" /> Figura 1:. Posição do cluster marcador acrômio, C7 e T8 marcadores anatômicos Este valor foi modificado a partir Warner, MB, Chappell, PH &amp; Stokes, MJ medição cinemática escapular durante braço redução usando o cluster marcador acrômio Hum.. Mov. Sci 31, 386-396, doi:. Http: //dx.doi.org/10.1016/j.humov.2011.07.004 (2012). <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/51717/51717fig2highres.jpg" /> Figura 2: locais marcador para o manúbrio esternal (IJ), apêndice xifóide (PX), sternoclavicular (SC), conjunto de braço, estilóide da ulna (US), estilóide radial (RS). 2. PARTICIPANt Calibração NOTA: A localização dos pontos anatômicos da escápula precisa ser determinado com relação ao cluster marcador acrômio. Calibragem dos marcos é necessário para cada participante. <ol><li> Construir uma varinha de calibração consiste em quatro marcadores reflexivos colocados em formação um &#39;T&#39; (Figura 3). Medir a distância entre a ponta da varinha de calibração para o primeiro marcador de varinha. </li><li> Apalpe e localize os seguintes pontos anatômicos, como recomendado pela Sociedade Internacional de Biomecânica 33. Colocar a ponta da varinha de calibração no ponto de referência (Figura 3). Captura de três segundos de dados com o sistema de captura de movimento garantindo os marcadores na varinha, a AMC e cluster de braço são todos visível para as câmeras. <ol><li> Articulação acromioclavicular (AC) - Coloque uma mão na clavícula, então mover-se lateralmente até o ponto onde a clavícula atinge o acrômio.Coloque a ponta da varinha na articulação entre a clavícula e acrômio. </li><li> Ângulo acrômio (AA) - Apalpe ao longo da espinha da escápula até o ponto mais lateral. Coloque a ponta da varinha no dorso do acrômio no ponto mais lateral (Figura 3). </li><li> Coluna medial da escápula (TS) - Apalpe ao longo da espinha da escápula até o ponto mais medial. Colocar a ponta da varinha para o ponto em que a coluna vertebral se encontra com o bordo medial da escápula. </li><li> Ângulo inferior da escápula (AI) - Apalpe inferiormente ao longo da borda medial da escápula. Coloque a ponta da varinha no ponto mais caudal da escápula. </li><li> Epicondyle Medial (EM) - Com o cotovelo do participante em 90 ° de flexão apontando para a frente, com o polegar apontando para cima, coloque uma mão na face medial do cotovelo para localizar o epicôndilo medial. Coloque a ponta da varinha no ponto mais caudal do epicôndilo medial. </li&gt; <li> Epicôndilos lateral (EL) - com o cotovelo do participante em 90º de flexão apontando para a frente, com o polegar apontando para cima, coloque uma mão na face lateral do cotovelo para localizar o epicôndilo lateral. Coloque a ponta da varinha no ponto mais caudal do epicôndilo lateral. </li></ol></li><li> Para determinar o centro da articulação glenoumeral, peça ao participante para executar um movimento de circundução com o seu braço com o cotovelo totalmente estendida, a partir de zero graus a elevação do braço para aproximadamente 40 ° a elevação do braço. Eles devem realizar esse movimento, enquanto com o objetivo de minimizar protraction / retração e elevação / depressão do complexo do ombro; o investigador pode fornecer assistência, se necessário. Grave este movimento por cerca de 30 segundos. </li></ol><img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/51717/51717fig3highres.jpg" /> Figura 3: Calibração varinha usadopara localizar anatômica óssea marco no que diz respeito ao cluster marcador acrômio (AMC). 3. Experiência Protocol <ol><li> Peça ao participante para realizar a elevação do braço de zero a 120 ° a elevação do braço, e em seguida, abaixe o braço de volta para baixo para descansar ao seu lado no plano sagital, frontal e escapular. O plano escapular é de aproximadamente 40 ° anterior ao plano frontal. </li></ol> 4. Pós-processamento de dados cinemáticos NOTA: Os seguintes passos detalham o procedimento necessário para calcular a cinemática escapular durante os ensaios movimento dinâmico. Estes passos têm sido descritos e explorou amplamente na literatura 21,33,34 e da finalidade da seção seguinte é fornecer uma síntese e passo-a-passo para implementar as etapas de modelagem necessários para obter a cinemática escapular. A aplicação destes passos é realizado em software de modelagem cinemática relevante. A Conta softwarecomandos ins para permitir a criação de sistemas locais de coordenadas, a conversão de coordenadas a partir de um global ao local do sistema de coordenadas, a conversão de coordenadas do local ao global sistemas e o cálculo de rotações ângulo Euler de coordenadas. Estas medidas permitirão que a escápula, úmero e tórax para ser definido como corpos rígidos. Subsequentemente rotação da escápula com respeito ao tórax, e do úmero, com respeito tórax pode então ser determinada. <ol><li> Utilizando as coordenadas de marcadores no AMC, definem um sistema local de coordenadas arbitrário para o AMC (Figura 4a). Para cada ensaio de calibração marco anatómica escapular, determinar a localização da ponta da varinha, que representa a localização anatómica do marco, no que diz respeito ao sistema de coordenadas local do AMC usando os seguintes passos. NOTA: O software de modelagem cinemática contêm comandos para permitir a criação de sistemas de coordenadas local e conversão de coordenadas a partir de um mundiala um coordenadas locais, consulte a Figura 4 para os comandos de exemplo. <ol><li> Use os marcadores sobre a varinha para criar um sistema de coordenadas local para a varinha (Figura 4-A) usando o seguinte comando no software de modelagem cinemática: AMC = [AMCO, AMCA-AMCO, AMCO-AMCM, xyz] onde AMCO, AMCA e AMCM são os rótulos dados aos marcadores no AMC. </li><li> Utilizando o software de modelagem cinemática, calcular a localização da ponta da varinha no sistema de coordenadas global. No exemplo dado esta é de 83 mm a partir do marcador 1 (M1) ao longo do eixo X da varinha (Figura 4b); use o comando: Wand = [M1, M1-M2, M3-M4, xyz] e Wandtip = M1 + {} * 83,0,0 ATITUDE (Wand), onde M1, M2, M3 e M4 são os rótulos dados aos marcadores sobre a varinha. </li><li> Determinar a localização da ponta da varinha em relação ao sistema local de AMC ($% AA) (Figura 4c) de coordenadas usando os comandos de modelagem: $% AA = WandTip / AMC e param ($% AA). </li><li>Repita os passos 4.1.1 a 4.1.3 para cada região anatômica escapular. </li><li> Determinar a localização dos epicôndilos medial e lateral em relação ao cluster marcador úmero, em vez do AMC, usando o usando os passos acima descritos. </li></ol></li><li> Utilizar o ensaio de calibragem dinâmica para calcular a localização do centro de articulação glenoumeral com respeito à escápula. Calcula-se a posição do centro da articulação GU, no que diz respeito à escápula, como o ponto de articulação entre o eixo helicoidal entre a escápula e úmero. Para mais detalhes sobre esta técnica se referem a Veeger 35. </li><li> Calcule o cotovelo centro da articulação (ELJC) como a meia distância entre a lateral (EL) e medial epicôndilos (EM) do úmero; ELJC = (EM + EL) / 2. </li><li> Durante os ensaios dinâmicos, usar a posição conhecida das estruturas anatómicas com respeito ao AMC para determinar a localização das estruturas anatómicas no sistema de coordenadas global (Figura 5). <br/&gt; NOTA: O software de modelagem contêm comandos para permitir a conversão de coordenadas do local de sistemas de coordenadas para sistemas de coordenadas globais, veja a Figura 5 para comandos de exemplo. <ol><li> Consulte a Figura 5a que mostra a localização do marco ângulo acrômio com respeito ao AMC ($% AA), conforme descrito no ponto 4.1. </li><li> Converter a localização do marcador virtual $% AA para o sistema de coordenadas global para cada ponto de tempo durante o julgamento dinâmica para criar o ângulo acrômio marco (AA) (Figura 5b) usando o seguinte comando cinemática modelagem: AA = $% AA * AMC e OUTPUT (AA). </li><li> Repita os passos 4.4.2 para cada região anatômica. </li></ol></li><li> Definir um sistema de coordenadas local para o tórax e escápula através do cálculo dos vetores unitários entre os marcadores relevantes para representar cada um dos eixos para um determinado corpo rígido usando o seguinte comando modelagem cinemática: Scapula = [AA, TS-AA, AA-AI, ZXY] . Thorax = [IJ, MUTHX-MLTHX, IJ-C7, yzx], onde MUTHX é o ponto médio entre o IJ e C7 marco e MLTHX é o ponto médio entre os PX e T8 marcos. NOTA: A definição eixos são baseados na Sociedade Internacional de Biomecânica &quot;(ISB) recomendações 33 (Tabela 1 e Figura 6). <ol><li> Usando um método similar, definem um sistema de coordenadas local do úmero utilizando &#39;Opção 2&#39;, tal como recomendado pelo ISB 33. NOTA: Opção 2 requer um plano suficiente formado pelo centro da articulação gleohumeral, cotovelo centro conjunta eo estilóide da ulna, ou seja, um grau de flexão do cotovelo é necessária. Se o participante se aproxima de extensão completa do cotovelo, os eixos do úmero pode se tornar instável e, portanto, &quot;Opção 1&quot; deve ser utilizado (Tabela 1). Veja Wu et al. (2005) para mais detalhes. </li></ol></li><li> Determinar a orientação da escápula em relação ao tórax para cada ponto de tempo durante o teste dinâmicoutilizando o método de decomposição ângulo Euler com uma sequência de rotação interna (Y), rotação superior (X &#39;) e posterior inclinação (Z&#39; &#39;) Rotação 33 usando o seguinte comando cinemática modelagem: ScapularKin = - &lt;Thorax, omoplata, YXZ&gt; ( A Figura 7). </li><li> Determinar a orientação do úmero, com respeito ao tórax durante o ensaio dinâmico utilizando uma sequência não-rotação do cardan Y (plano de elevação), X &#39;(elevação) e Y&#39; &#39;(rotação axial) 36 utilizando o software de modelagem cinemática relevante. NOTA: A macro está disponível para download a partir do fabricante, a fim de determinar as sequências de rotação não-cardã dentro do software de modelagem cinemática utilizada neste manuscrito. </li></ol><img alt="Tabela 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51717/51717table1.jpg" width="600" /> MUTHX = ponto médio entre IJ e C7. MLTHX = ponto médio entre PX e T8. GH = glenohumeral centro da articulação. ELJC = cotovelo centro da articulação. Operadores matemáticos: ^ = Produto vetorial de dois vetores || = Valor absoluto de um vetor Tabela 1: sistema de coordenadas local para cada segmento rígida. 5. Redução e Análise de Dados Nota: Os passos do seguinte desconto e análise de dados são realizados em software de modelagem numérica (como MATLAB), que permite a manipulação de matrizes de dados. Os dados cinemática é dividido em elevação e reduzindo as fases do movimento do úmero, tempo normalizado para cada fase do movimento, em seguida, a cinemática escapular são expressos em relação ao ângulo de elevação do úmero. <ol><li> Determinar a elevação e abaixamento da fase de elevação do úmero, tal como descrito abaixo (Figura 8). Estas fases são determinados a partir da velocidade angular do ângulo de elevação do úmero (Figura 8). Veja função ElevationLoweringPhases.marquivo. <ol><li> Determinar o início da elevação do úmero, quando a velocidade angular do úmero excede um limiar de 2% da velocidade angular máxima do úmero. </li><li> Determinar o final da fase de elevação como o ponto em que a velocidade angular do úmero cai abaixo de 2% do úmero velocidade angular máxima, ou quando a elevação do úmero excede 120 °. </li><li> Determinar o início da fase de abaixamento do úmero, quando a velocidade angular cai abaixo de 2% da velocidade angular mínima, ou o ponto em que a elevação do úmero cai abaixo de 120 °. </li><li> Determinar o final da fase de redução, quando a velocidade angular for superior a 2% da velocidade angular mínima. </li></ol></li><li> Normalizar os dados por interpolação dos dados cinemáticos em cada fase do movimento de 101 pontos de dados (Figura 9). Ver arquivo de função Time_normalisation.m. </li><li> Expresse cinemática escapular em relação à elevação do úmero traçando o ângulo do braço (graus) vs. para cima rotation (graus) (Figura 10). Ver arquivo de função PlotScapHumRhythm.m. </li></ol>

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H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+between+tripod+and+skin-fixed+recording+of+scapular+motion.">Comparison between tripod and skin-fixed recording of scapular motion.</a> J. Biomech. 40, 941-948 (2007).</li><li>Andel, C. J., van Hutten, K., Eversdijk, M., Veeger, D. J., Harlaar, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recording+scapular+motion+using+an+acromion+marker+cluster.">Recording scapular motion using an acromion marker cluster.</a> Gait and Posture. 29, 123-128 (2009).</li><li>Warner, M. B., Chappell, P. H., Stokes, 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=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.

A escolha da metodologia para determinar a cinemática escapular é crucial, e deve ser dada consideração da validade, confiabilidade e sua adequação para o estudo de pesquisa. Vários métodos têm sido adoptada em toda a literatura, mas cada método tem as suas limitações. O aglomerado marcador acromion supera um certo número destas limitações, tais como erros de projecção de imagens 2D ou requerendo uma interpretação repetida da localização da escápula, fornecendo medição dinâmica cinemática não-...

Objetivo medição quantitativa, de cinemática escapular pode fornecer uma avaliação dos padrões de movimentos anormais associadas à disfunção do ombro 1, como a redução da rotação superior e posterior inclinação durante a elevação do braço observada no impacto do ombro 2-8. Medição da cinemática escapular, no entanto, é difícil devido à posição profunda do osso e deslizando natureza sob a superfície da pele 1. Técnicas de medição de cinemáticas típicos de anexar marcadores reflexivos mais de marcos anatômicos não acompanhar adequadamente a escápula que desliza sob a superfície da pele 9. Vários métodos têm sido adoptada em toda a literatura para ultrapassar estas dificuldades, incluindo; imagem (raios-X ou ressonância magnética) 10-14, Genômetros 15,16, pinos ósseos 17-22, palpação manual de 23,24, eo método acrômio 3,5,19,25. Cada método, no entanto, tem as suas limitações, que incluem: exposure à radiação, os erros de projecção, no caso da análise baseada em imagem bidimensional, requerem repetidas interpretação subjectiva da localização da escápula, são de natureza estática ou são altamente invasiva (por exemplo, pinos de osso). Uma solução para ultrapassar algumas destas dificuldades é a de empregar o método acromion onde um sensor electromagnético é ligado à porção plana da acromion 25, uma porção plana de osso que se estende anteriormente na parte mais lateral da escápula que conduz a partir da coluna de escápula. O princípio idéia por trás usando o método acrômio é reduzir artefato movimento da pele, como o acrômio foi mostrado para ter o mínimo de artefato movimento pele em comparação com outros sites na escápula 26. O método acrômio é não-invasivo e oferece medição de cinemática escapular dinâmica tridimensional. Os estudos de validação têm mostrado o método acrômio para ser válido até 120 ° durante o braço elfase evation quando se utiliza sensores eletromagnéticos 17,27. Quando o uso de dispositivos de captura de movimento do marcador com base uma série de marcadores dispostos em um cluster, o cluster marcador acrômio (AMC), é necessária e tem sido mostrado para ser válido quando se utiliza um sistema de captura de movimento de presença ativa 28 e, embora utilizando um marcador passivo sistema de captura de movimento durante a elevação do braço e braço baixando 29. A utilização da AMC com um dispositivo de captura de movimento passivo marcador para medir cinemática escapular tem sido utilizado para avaliar as mudanças na cinemática escapular na sequência de uma intervenção para tratar do impacto do ombro 30. A utilização deste método válido, no entanto, depende da capacidade de aplicar com precisão o conjunto de marcadores, a posição de que foi demonstrado que afectam os resultados 31, calibre 32 e as estruturas anatómicas que asseguram os movimentos do braço são válidos dentro de um intervalo de movimento (ou seja abaixo de 120 ° a elevação do braço) 29. EleTambém foi sugerido a reaplicação do aglomerado marcador, quando usando um sistema de captura de movimento baseado marcador activo, verificou-se ser a fonte do aumento de erro para a inclinação posterior 28 escapular. É, portanto, importante para estabelecer a confiança entre o dia do método acromion para garantir que ele fornece uma medida estável de cinemática escapular. Garantir que as medições são confiáveis ​​permitirá alterações na cinemática escapular, devido a uma intervenção, por exemplo, a ser medido e analisado. Os métodos utilizados para medir cinemática escapular foram descritos em outros lugares 29,33; o objetivo do presente estudo foi o de fornecer um guia e referência ferramenta passo-a-passo para a aplicação destes métodos, utilizando um sistema de captura de movimento marcador passiva, tendo em consideração as potenciais fontes de erro, e para examinar a confiabilidade do método de medição .

<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

A medição da cinemática escapular dinâmicos é complexo devido à natureza de deslizamento da escápula abaixo da superfície da pele. O objetivo do estudo foi descrever claramente o método de cluster marcador acrômio (AMC) de determinar a cinemática escapular ao utilizar um sistema de captura de marcador de movimento passivo, tendo em consideração as fontes de erro que podem afetar a validade e confiabilidade das medidas. O método AMC envolve a colocação de um conjunto de marcadores sobre o acrômio posterior, e através da calibração de marcos anatômicos em relação ao cluster marcador é possível obter medições válidas de cinemática escapular. A confiabilidade do método foi analisada entre dois dias em um grupo de 15 indivíduos saudáveis ​​(com idade entre 19-38 anos, oito do sexo masculino), como eles realizaram a elevação do braço, a 120 °, e baixando no frontal, escapular e sagital. Os resultados mostraram que entre os dias confiabilidade foi boa para rotação superior da escápula (Coeficiente de MultCorrelação iple; CMC = 0,92) e de inclinação posterior (CMC = 0,70), mas justo para rotação interna (CMC = 0,53) durante a fase de elevação do braço. O erro de forma de onda foi menor para rotação superior (2,7 ° a 4,4 °) e inclinação posterior (1,3 ° C a 2,8 °), em comparação com rotação interna (5,4 ° C a 7,3 °). A fiabilidade durante a fase de redução era comparável aos resultados observados durante a fase de elevação. Se o protocolo descrito neste estudo é respeitado, a AMC fornece uma medida confiável de rotação superior e posterior inclinação durante a elevação e reduzindo as fases do movimento do braço.

Quinze participantes que não tinham conhecido histórico de lesões no ombro, pescoço ou braços foram recrutados para o estudo (Tabela 2). Para avaliar intra-avaliador (entre-dia) confiabilidade, os participantes participaram de duas sessões de recolha de dados separados por pelo menos 24 horas e um máximo de 7 dias. Durante cada sessão de coleta de dados, o mesmo examinador realizou o protocolo para a fixação de marcadores reflexivos, o cluster marcador acrômio e anatômicas calibrações marc...

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

Este relatório apresenta detalhes de como adotar o método de cluster marcador acrômio de obtenção de cinemática escapular ao usar um dispositivo marcador de captura de movimento passivo. Como já foi descrito na literatura, este método proporciona uma medição robusto, não-invasiva, tridimensional, dinâmico e válida da cinemática escapular, minimizando artefato movimento pele.

Medição da dinâmica Escapulário Cinemática Usando um Cluster acrômio marcador para Minimizar Artefato Movimento Pele

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 ...

measurement-dynamic-scapular-kinematics-using-an-acromion-marker

Research

JoVE Journal

Medicine

19.1K visualizações.  University of Southampton.  Este relatório apresenta detalhes de como adotar o método de cluster marcador acrômio de obtenção de cinemática escapular ao usar um dispositivo marcador de captura de movimento passivo. Como já foi descrito na literatura, este método proporciona uma medição robusto, não-invasiva, tridimensional, dinâmico e válida da cinemática escapular, minimizando artefato movimento pele. 

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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.

<meta charset="utf8"></head><body>Conjunto de dados de videoradiografia biplanar para desenvolvimento de estimativa de pose baseada em modelo e treinamento de novos usuários

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.

Conjunto de dados de videoradiografia biplanar para desenvolvimento de estimativa de pose baseada em modelo e treinamento de novos usuários

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

Engenharia

A Test Bed to Examine Helmet Fit and Retention and Biomechanical Measures of Head and Neck Injury in Simulated Impact

Conventional wisdom and the language in international helmet testing and certification standards suggest that appropriate helmet fit and retention during an impact are important factors in protecting the helmet wearer from impact-induced injury. This manuscript aims to investigate impact-induced injury mechanisms in different helmet fit scenarios through analysis of simulated helmeted impacts with an anthropometric test device (ATD), an array of headform acceleration transducers and neck force/moment transducers, a dual high speed camera system, and helmet-fit force sensors developed in our research group based on Bragg gratings in optical fiber. To simulate impacts, an instrumented headform and flexible neck fall along a linear guide rail onto an anvil. The test bed allows simulation of head impact at speeds up to 8.3 m/s, onto impact surfaces that are both flat and angled. The headform is fit with a crash helmet and several fit scenarios can be simulated by making context specific adjustments to the helmet position index and/or helmet size. To quantify helmet retention, the movement of the helmet on the head is quantified using post-hoc image analysis. To quantify head and neck injury potential, biomechanical measures based on headform acceleration and neck force/moment are measured. These biomechanical measures, through comparison with established human tolerance curves, can estimate the risk of severe life threatening and/or mild diffuse brain injury and osteoligamentous neck injury. To our knowledge, the presented test-bed is the first developed specifically to assess biomechanical effects on head and neck injury relative to helmet fit and retention.

Using an anthropometric head and neck, optical fiber-based fit force transducers, an array of head acceleration and neck force/moment transducers, and a dual high speed camera system, we present a test bed to study helmet retention and effects on biomechanical measures of head and neck injury secondary to head impact.

Uma cama de teste para examinar o capacete Fit e retenção e medidas biomecânicas de cabeça e pescoço lesão em impacto simulado

Conventional wisdom and the language in international helmet testing and certification standards suggest that appropriate helmet fit and retention during ...

Bioengenharia

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.

Assunto específico modelo músculo-esquelético para estudar a estirpe de osso durante o movimento dinâmico

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

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.

Modelo do rato de capsulite adesiva do ombro

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

Four-Dimensional CT Analysis Using Sequential 3D-3D Registration

Four-dimensional computed tomography (4DCT) provides a series of volume data and visualizes joint motions. However, numerical analysis of 4DCT data remains difficult because segmentation in all volumetric frames is time-consuming. We aimed to analyze joint kinematics using a sequential 3D-3D registration technique to provide the kinematics of the moving bone with respect to the fixed bone semiautomatically using 4DCT DICOM data and existing software. Surface data of the source bones are reconstructed from 3DCT. The trimmed surface data are respectively matched with surface data from the first frame in 4DCT. These trimmed surfaces are sequentially matched until the last frame. These processes provide positional information for target bones in all frames of the 4DCT. Once the coordinate systems of the target bones are decided, translation and rotation angles between any two bones can be calculated. This 4DCT analysis offers advantages in kinematic analyses of complex structures such as carpal or tarsal bones. However, fast or large-scale motions cannot be traced because of motion artifacts.

We analyzed joint kinematics from four-dimensional computed tomography data. The sequential 3D-3D registration method semiautomatically provides the kinematics of the moving bone with respect to the subject bone from four-dimensional computed tomography data.

Análise de TC quadridimensional usando registro 3D-3D sequencial

Four-dimensional computed tomography (4DCT) provides a series of volume data and visualizes joint motions. However, numerical analysis of 4DCT data ...

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.

Avaliação da Criança Antropometria Em um grande estudo epidemiológico

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

Medicina

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.

<meta charset="utf8"></head><body>Videoradiografia biplanar para estudo do punho e articulações radioulnares distais

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.

Videoradiografia biplanar para estudo do punho e articulações radioulnares distais

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.

Medindo kinemática de ombro 3D in vivo usando videoradiografia biplanar

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