评估脊柱的运动再现性分析扫描在散步

文摘

Formetric 4 d动态系统(Schlangenbad Diers国际GmbH,德国)是一个基于rasterstereography成像系统设计评估脊柱畸形,提供无辐射成像的位置,旋转和脊柱的形状在步态周期。目的。本研究旨在评估是否重复测量与Formetric 4 d动态系统将重现的标准差小于+ /−3度。这项研究着眼于实时运动节段,测量驼背、脊柱前弯症,躯干长度、骨盆、T4和L1椎体旋转。方法。20个健康志愿者接受3连续扫描。测量驼背、脊柱前弯症、躯干长度和旋转的T4, L1,骨盆被记录为每个审判。结果。当天内重复测量的平均标准偏差+ /−3度的0.51度至2.3度。结论。地表地形系统计算的测量误差范围与当前的黄金标准动态脊髓运动分析。因此,这种技术应该考虑的临床价值高可靠地评估运动节段脊柱的弯曲度和应进一步评估在青少年特发性脊柱侧凸的设置。

1。介绍

青少年特发性脊柱侧凸(AIS)是一种常见的条件影响2 - 4%,在美国估计有600万青少年,(1]。频繁的评估和监测的患者人群是必要的,以确定一个人的脊柱畸形的发展。卫生保健提供者最常使用脊髓片作为评价的标准。x射线目前提供最可靠的方式量化曲线的大小的缺点暴露患者有害辐射。纳什等人报道,在三年内,一群十几岁的女孩与AIS接受平均22片(2]。Ronckers等人发现癌症死亡率是8%高于预期为脊柱侧凸患者重复射线照片,以及四倍相对风险乳腺癌女性患者脊柱疾病(3]。

表面形貌的研究的三维表面的形状。使用表面形貌测量系统不涉及暴露于电离辐射,因此完全安全(4]。一项研究显示,诺特et al .,如果表面形貌可以提供可靠的结果,那么它应该取代射线照片在一定数量的后续临床访问时曲线监测是必要的,可以避免辐射5]。除了Formetric 4 d机器,许多表面地形设备已经开发和测试的目的筛查脊柱侧凸(6- - - - - -20.]。

Formetric发展的三维/四维设备DIERS生物医学技术为静态成像提供了一个新选项的脊柱。这个无辐射的技术使用箱子的表面形貌分析表面不对称和识别评价的骨性标志从而帮助脊柱畸形。与其他表面地形系统、it项目平行条纹的光到病人的站。光栅线的畸变计算表面形貌提供了依据。10000个人点获得的地图和一个表面应用于这些点。大型数据库的CT扫描是用来创建一个数学模型表面形貌与脊柱的位置。计算机软件包含该数学模型,并利用它来预测脊椎位置每当接触一个新的地形扫描。Formetric系统使用这种复杂的算法产生一个三维的计算机表示病人的脊柱(21]。先前的研究已经表明,病人的评估使用Formetric 3 d / 4 d的静态测量脊髓曲率与射线照片的两次试验法的再现性和似乎是一个可靠的方法监控AIS患者(21]。根据一项研究使用静态执行Formetric 4 d机器,树干测量非常可靠,与标准差与站射线照片一致。测量是可再生的,只有几度的标准偏差角测量和只有几毫米距离测量(5]。

直到现在,表面形貌的技术只应用于静态成像。然而,医生经常需要分析病人的运动诊断病态或异常变化。静态图像的大小可能会低估脊柱侧凸或一般脊柱弯曲畸形。这将是有价值的能够三维分析脊柱动态条件下更好地理解脊髓运动在脊柱侧凸等畸形。步态分析是一个选项在脊髓曲率测量动态变化和位置;但是它需要一个昂贵的大型实验室设备和依赖于观察者的眼睛。

另一种步态分析是新版本的Formetric 3 d / 4 d, Formetric 4 d动态模型。也由DIERS,该设备使用与前面的模型,以实现类似的表面形貌技术辐射和联系免费脊柱在动态条件下的分析。Formetric 4 d动态捕捉影像的病人的50帧每秒的速度在简单的运动(如跑步机上行走)的持续时间5秒。因此,大约250静态图像采集并迅速转化为病人的脊柱的三维表示。的组合的结果在一个实时三维图像表示脊柱的形状在运动步态周期。客观值从脊柱、骨盆和肩胛骨可以计算,这可能提供福利在诊断和监控AIS患者和患者在姿势控制赤字。

本研究的目的是测量的重现性Formetric 4 d动态系统通过分析主干长度、脊柱后凸的角,脊柱前凸的角,T4椎相对于骨盆的旋转,旋转的L1椎相对于骨盆,和旋转骨盆正常步态周期。可再生的测量会支持这种成像技术的可靠性,这是第一步确定是否应该进一步利用作为筛选的一种有效方法,监测,和治疗脊柱侧弯,以及其他条件影响的姿势。重复测量在受试者正常脊柱弯曲应评估的第一步技术的准确性。

测量被认为是可再生的,如果平均标准偏差+ /−3度内,这是错误的运动节段性取向与VICON光学跟踪测量系统,目前的黄金标准脊髓运动分析(22]。VICON系统使用摄像头捕捉人类复杂的实时运动通过记录标记的位置在整个范围的运动(22]。这个光学跟踪系统主要局限于步态实验室设置由于高成本和体积的设备,但它是目前最普遍地使用动态的人体运动分析方法(22,23]。因此,它是最好的比较对这部小说的可靠性技术的动态表面形貌测量。

2。意义

这项研究的理由是,如果一个准确nonradiographic方法测量脊髓曲率和运动可以发现,临床医生可以减少或消除需要年轻患者暴露于电离辐射在治疗AIS。这台机器也可以消除需要一个更加正式的步态实验室分析。步态分析可以很昂贵、费时和物理上收费的病人。本研究的目的是确定动态表面形貌运动分析可以产生可靠的测量。测试这个系统使用对象没有任何已知的再现性脊柱畸形应评估的第一步动态表面形貌的效用作为临床脊髓运动分析的有效工具。

3所示。材料和方法

Formetric 4 d的最新版本(动态特性)收购了伊利诺斯州的骨和关节研究所和2011年的首席研究员学会使用机器根据制造商的基本建议。获取机构审查委员会批准后,所有口头志愿者招募了来自伊利诺斯州的骨和关节研究所和罗莎琳德富兰克林大学医学和科学的首席研究员。主要的先决条件是在跑步机上行走的能力。包容不是基于性别、种族、宗教、保险、或社会经济地位。参与者不理解知情同意或不愿参与这项研究被排除在外。这项研究包括20名健康志愿者(7男13女)20到27岁之间的。

最初,一个试点研究是为了让调查人员进行学习如何更好地使用机器和扫描识别任何潜在的问题为主题,获得测量。从这个试点研究基于观察和一般协议所描述的制造商,一个标准化的程序开发运营商提出的任何变化降到最低。下面描述的协议。

3.1。过程

受试者提供标准一次性考试短裤与弹性腰带。调查人员确保短裤定位足够低在臀部,这样上面的臀沟是可见的。女性受试者提供胶粘纸窗帘穿在胸部。窗帘被调整,他们不可见。志愿者提供了长头发的发夹和调查人员确保头发定位安全的和完全的脖子。所有项链、手表等等,这可能是可见的框架来看,被删除。

3.1.1。标记位置

主审查员放置3反光贴纸的回来了,一个C7的棘突,一个在每个在骶髂后上棘(psi)地区。这些标记可以帮助机器快速找到这些点允许更快和更准确的数据处理。考官触诊每个位置前将贴纸。适当的标记位置与静态成像确认如下。贴纸被放置后,受试者被要求站在明显位置在地板上正常的放松的位置与武器在他们的身边,回到Formetric 4 d照相机。机器在静态模式下,平均曲率屏幕被选中(图1)。研究人员证实,贴纸是正确位于中心的psi萧条(蓝色酒窝)和C7(红色结节)。主审查员在必要时调整贴纸根据表面形貌图像如图2。从先前的研究结果比较解剖标志使用的自动检测Formetric 4 d和临床医生的手动检测显示,自动检测使用表面形貌是更可靠24]。一旦反光贴纸是正确放置,他们住在那里,直到所有测量完成。

接下来,主题是针对跑步机,站即使带标志指示的用2米高的马克Formetric立体成像。

3.1.2。相机定位和设置

相机列调整是基于主题的高度,脊柱中心视图和绿色十字准线肩胛骨下方。跑步机的任何灯/反射部分被覆盖,确保相机视图。调查人员正在谨慎以确保受试者的头发仍的,短裤是足够低的可视化脊椎和臀部,和额窗帘女性患者还相机视图的这个职位。

研究者然后点击“项目条纹”按钮把灯打开。主题的位置在跑步机上检查以确保光的条纹是夏普和焦点。Formetric 4 d系统的一个例子光栅线投影到代表主题的图所示3。

3.1.3。照明条件

适当的照明考试房间变暗,使光栅线投射到主题的背部很容易可见。最好的结果是可能与以上病人关上灯,天花板灯在房间的另一边。这些条件是所有科目保持一致。

3.1.4。测量

跑步机设置为每小时1.8英里,这个话题开始走在一个稳定、舒适的步伐。调查人员密切观察,以确保他们在适当的距离相机走这样的条纹仍在焦点和主题是指示行走均匀2米带是在跑步机上。步行30秒后,考官点击“开始记录”开始测量。运动图像捕获完成5秒后,灯自动关闭。考官停止了跑步机,休息2分钟,而Formetric软件处理数据。对于每一个主题,这些步骤是重复两次总共3试验。

3.1.5。数据

对于每个试验,5秒钟运动成像获取步态周期的记录至少3步骤。Formetric系统多个测量记录与每个审判。专门的再现性研究中,研究者研究的最大和最小值测量的驼背,前凸的旋转T4脊椎,L1椎的旋转,旋转骨盆,躯干长度。这些参数是基于临床意义,易于从计算机获得测量报告。示例截图显示的示例数据报告数据所示4,5,6。

调查人员平均的脊椎和骨盆旋转3步骤通过记录3峰旋转和3最小旋转。从每个审判每一个参数的平均值计算。此外,所有三个试验的平均值为每一个参数进行了计算。这是用于计算每个参数的标准偏差。对于每个参数,标准偏差来自三个试验执行清单上的每一个项目。这20个标准差(一个为每个参数从每个主题)然后平均来确定参数的平均标准偏差。

例如,第一个接受审判。两个的参数测量和记录的最大和最小脊柱后凸的角。审判人的平均脊柱后凸的角度计算和记录使用最大和最小值。这个话题进行了实验2和3,进行相同的测量和计算。因此,3最大,3最低,3脊柱后凸的角测量的平均值。3的值相同的参数,例如,三个最大的脊柱后凸的角度值(分别来自试验),然后平均为了获得整体平均最大脊柱后凸的角度值。整体平均为每个参数是用来计算标准差的三个试验特定参数(如最大脊柱后凸的角)。这样做是为每个参数前面提到的。这种数据收集的一个例子为一个主题表所示1。

4所示。结果

平均标准偏差,平均数标准误差,范围从下面列出了所有12个参数表2。在评估当天重复扫描,标准差范围从0.51到2.3度和标准错误的手段从0.14到0.51度。

5。讨论

表面形貌已经被大量的监测设备的AIS患者脊柱曲线发展。先前的研究已经表明,静态表面形貌测量与Formetric 4 d与射线照片在评估脊柱的位置据Frerich et al。21]。因此这项技术的动态表面形貌,结合多个静态图像经过一段时间,应该同样能够预测脊柱的位置在一个动态步态周期皮肤下。动态表面形貌特征的优点是,它允许额外的参数包括椎旋转度和测量脊髓曲度的变化在整个步态周期,这将是有用的在特定的临床情况。这项研究代表的第一步确定动态表面形貌扫描是一个可靠的脊柱畸形患者的临床评估的工具。

本研究的局限性包括一个小样本大小(),受试者被关闭在年龄,肤色,和身体体质。小样本的标准偏差没有相关的大样本量的大小,因为它是。小样本大小也使测定的实际意思是更加困难。可能的测量,中间的三个不是一个最正确的。然而,它是测量的可变性这是最相关的研究。

关于身体体质的限制,使用表面形貌的测量显示仍然是可靠的脊柱模型在创建一个精确的BMI(29日25]。此外,维斯和Seibel的文章题为“表面形貌能取代放射学在脊柱侧凸患者的管理?“州”虽然x光和表面之间的相关性测量相当发表之前,我们不能得出这样的结论:该设备能可靠地用于监视的AIS患者,在一种情况下的差异是高达38°”[26]。有一个学习曲线使用Formetric扫描仪,在考官培训扫描的结果可能不准确。此外,似乎有一些特定类型的畸形,不会让自己地形扫描。极端胸hypokyphosis就是其中之一,一个非常瘦的女性脊柱侧凸患者非常平坦的胸部曲线,Formetric算法可能无法产生精确的结果。可能是这样的一个病人维斯和Seibel的研究有38度的x射线和地形扫描的区别。

结果显示统计重复测量连续健康受试者接受3运动扫描。收集到的测量是在+ /−3度,也见过与节段定位跟踪VICON光学运动测量系统(脊柱运动分析当前黄金标准)(23]。因此,在这项研究中提出的技术应该考虑临床可再生的。VICON系统最接近的运动形式分析跟踪,目前用于临床实践,因此本研究衡量成功的最佳标准。

6。结论

本研究旨在评估技术的动态表面形貌的再现性,与脊髓的测量,以确定这种方法是否可以进一步用于临床。在进行研究的过程中,标准化协议创建基于先前发现的试点研究评估变量如照明条件下,相机的高度和角度,在相机视图背景材料,和定位的服装和长头发。结果显示标准差小于+ /−3度和一系列0.51度至2.3度,SEM小于1度对所有参数进行了研究。因此,这种技术的表面形貌运动分析能够衡量临床相关的,可再生的,和脊柱姿势数据在散步。很明显,这种技术提供了可靠的测量与当天健康受试者重复测量。未来的研究将旨在确定这种方法的再现性脊柱畸形患者罹如AIS、以及评估会议,会议再现性。这可能再现性研究应该作为一个步骤的过程中其他潜在应用这种技术的评估,如脊髓脊柱融合术患者的运动分析,前和术后,脊椎按摩疗法的有效性的评价药物预处理和post-manipulation。

信息披露

亚伦Gipsman,丽莎Rauschert,帕特里克·诺特和迈克尔Daneshvar合作者。

利益冲突

作者没有利益冲突的披露。

确认

没有收到基金表现的研究,尽管Formetric 4 d机器被租借到伊利诺斯州的骨和关节这个评估研究所。没有收到资金或由制造商对于这个研究。

引用

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版权

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