文摘

客观的。没有报告比较僵硬的标记集提供的协议(RMS)和点集群技术(PCT),这是类似的估计基于标记连着一段解剖标志。本研究的目的是阐明相关的两个不同的协议,协议的膝盖运动步态,并确定测量错误出现在特定的时期在立场阶段。方法。研究对象是10个健康的成年人。估计解剖标志都是他们的位置,计算每个协议的PCT和RMS,比较产品使用皮尔逊相关系数。检查膝关节角度变化的可靠性衡量RMS和PCT,多重相关性系数(cmc)使用。结果。虽然解剖标志显示高相关性的估计> 0.90 ( < 0 。 0 1 )Y- - -Z坐标的相关性很低X坐标解剖标志。弯曲/扩展的CMC是0.94,0.71 0.74绑架/内收,内部/外部旋转。结论。膝盖弯曲/扩展和绑架/内收的由两种不同的协议有相对小的错误和良好的可靠性后30%的立场阶段。

1。介绍

步态分析和运动分析基于摄像系统已广泛应用临床和研究。它是用来评估患者随时间变化和评估他们的步态模式的差异相比正常的受试者。步态分析问题,如骨关节炎患者和韧带受伤的膝盖之前已经报道过了1- - - - - -3]。然而,测量误差造成的方法把反光标记人体步态分析和运动分析,以及这些错误影响结果的可靠性。在以前的研究中,没有获得足够可靠的结果额或水平面运动,尽管可靠性较高的矢状面运动的膝关节4,5]。

至少一组三个noncollinear反光标记在每一段需要定义一个刚体在三维空间中。同时测量标志设置安装在骨头针(6)是相对准确的,过程是侵入性和难以使用。虽然反光标记可以直接附着在皮肤skin-mounted标记集(7],软组织工件增加肌肉收缩和初始接触的影响在立场阶段,导致测量误差的发展当关节角和关节力矩计算。

刚性标记集(RMS)方法在运动估计解剖地标的位置校准解剖标志的三个标志安装在刚性板块的站立位置,之前已经报道过(8- - - - - -10]。该方法使用标记安装在刚性板块可以阻止每一个标记的独立运动而使用skin-mounted标记集的方法。

点集群技术(PCT)报道Andriacchi et al。11),这是一个计算方法,减少了测量误差引起的工件的皮肤标记,作为非侵入性方法[临床使用12,13]。多个反射的PCT涉及附件标记(通常约5 - 20)在大腿和小腿一起解剖标志。在这种技术中,膝关节的三维运动估计的计算位置的股骨和胫骨骨体内,在主轴段标记集群转换是用来定义本地参考系统评估。Andriacchi et al。11计算模拟,PCT可以减少皮肤运动构件的影响。他们还表明,获得的数据与相对运动的大腿和小腿的骨头在走之前的一项研究报告(6]。然而,它也被认为是PCT是不足以引起膝关节的三维运动测量期间(14]。RMS和PCT被设计为协议来减少测量误差引起的皮肤运动构件。虽然这些协议类似的估计解剖地标基于标记连着一段描述膝关节的三维运动,没有以前的比较的研究报告提供的协议RMS和PCT。评价结果的这两个协议和考试估计的解剖标志将揭示影响结果的协议和确定立场的时期阶段发生错误。

本研究的目的是阐明相关的两个不同的协议,RMS和PCT。为此,我们检查的变化估计解剖标志和膝关节角度获得的RMS和PCT协议对膝关节运动步态分析和确定测量误差是否出现在特定的时期在立场阶段。

2。方法

2.1。主题

研究对象是10健康成人(7男性和3女性;平均年龄±SD, 29.2±5.0年;平均身高±标准差,1.70±0.12米;平均质量±SD, 67.4±9.5公斤;平均BMI±标准差,23.3±2.4公斤/米2),他们既没有下肢骨科疾病,包括韧带损伤或骨/脊柱骨折、神经损害和没有限制在他们的日常生活的活动。所有科目提供书面知情同意之前,任何评估。伦理批准本研究从茨城县获得全州健康科学大学伦理委员会。

2.2。过程

三维运动分析系统(Vicon,牛津大学,英国)和底座上的力板(Kistler仪器,温特图尔,瑞士),每个采样率为200 Hz,被用于这项研究。受试者赤脚走在10米人行道在他们自我选择的习惯性的速度和被定向到踩板和右下肢的力量。5试验进行,足够的休息之间的试验。反光标记9.5毫米直径的高度用双面胶带每个主题的骨盆和解剖标志右边大腿,小腿和脚段。触诊鉴定后,标记被直接放置在接下来的解剖标志:双边前和髂后上棘,单边大转子,外侧和内侧股骨上髁外侧和内侧胫骨髁部,外侧和内侧malleoli,跟骨,脚底部的第二跖骨。此外,RMS附带三个反光标记放置在大腿和小腿的外侧(图1)。此外,10个标记在柄上的大腿和6标记连接到计算PCT的膝关节的运动(图1)。附件的标记后,决定了关于解剖标志的相对位置的两个刚性板块RMS和PCT标记基于单个静态校准估计大腿的解剖标志和柄从RMS和PCT标记。PCT算法描述的Ida et al。15)是显示如下。从其他试验(例如,安静站),主轴转换决定了本地参考系统集群,是固定的标记。解剖标志的位置描述在本地集群参考系统的标志。动态试验,解剖地标的位置是推断的基础上标记集群运动试验过程中,本地参考系统的计算集群数据的每一帧标志。使用外推解剖具有里程碑意义的数据,股骨和胫骨骨的位置估计。解剖标志的估计RMS与数值计算软件(Vicon,健美运动员)使用三个标记每个刚性板上。

(一)
(一)
(b)
(b)
图1
刚性标记集(黑色广场有三个反光标记出现白色附着在大腿和小腿)和点集群技术(10标记大腿的前部和6标记的前面柄)。图片(一个)显示了RMS在外侧,和图像(b)显示了PCT在正面。全球坐标系统(b)所示。
2.3。数据分析

脚步和脚趾头被确定使用力板数据,和相应的帧数是确定的运动学数据。100%的运动学数据规范化的立场阶段(脚步脚趾头= 100%)使用样条插值。计算运动学数据,当地坐标系统中定义的大腿和小腿大腿的三维解剖位置的地标和柄估计从RMS和PCT。膝关节角度在立场阶段计算使用关节坐标系(JCS)方法描述Grood和Suntay16]。全球坐标系统定义如下:x设在侧,y设在前,z设在垂直(图1 (b))。大腿的坐标系统(T)和柄(年代)定义如下: :向量直接从内侧到外侧股骨上髁外侧, :一个向量的叉积直接在前面膝关节中心(内侧和外侧股骨上髁之间的中点)和大转子 , :向量的叉积 和 , :向量的叉积 和 , :叉积 和一个向量直接在前面从内侧到外侧胫骨髁, :向量直接从踝关节中心(外侧和内侧malleoli)之间的中点之间的中点内侧和外侧胫骨髁部。

膝盖关节角,计算两个轴的JCS嵌入在相对运动的两个部分是被描述。两个向量的 大腿的向量坐标系统和 柄的向量坐标系统。第三轴被称为浮动轴和常见的垂直于 和 。弯曲伸缩发生的 轴。弯曲伸缩的角度,α通过之间的角度 和浮动轴弯曲时积极扩展是负面的。External-internal旋转发生有关 轴。external-internal角,γ通过之间的角度 和浮动轴,外部是积极的内部是负面的。Abduction-adduction发生浮动轴。abduction-adduction角,β获得的价值π从/ 2δ定义的夹角 和 轴。绑架时积极引用是负面的。

2.4。统计分析

对比RMS和PCT是检查使用皮尔逊积矩相关系数为每个阶段估计解剖标志的立场。此外,多个相关系数(cmc)是用于检查膝关节角度变化的差异运动姿态阶段提供的RMS和PCT和计算使用方法描述Kadaba et al。17]。

3所示。结果

的相关系数估计RMS和PCT的解剖标志的立场阶段如表所示1。的Y- - -Z坐标显示很高的相关性≥0.90 ( < 0 。 0 1 对所有解剖标志)。的X坐标显示略低于正相关性Y- - -Z坐标。的X坐标的内侧髁有特别低价值0.75 ( < 0 。 0 1 )。

表1
皮尔逊积矩相关系数的地标估计RMS和PCT。

膝关节角度的时间变化的立场相图所示2。所有科目的数据代表了意味着±SD在立场阶段两种测量方法。在这些结果中,CMC值在立场阶段膝关节角度变化计算了RMS和PCT 0.94弯曲/扩展,绑架/内收0.74,0.71外部/内部旋转。如图2,差异大约4°28%的立场在弯曲/扩展阶段,大约1.6°的5%的立场阶段绑架/内收,和大约9.8°立场的初始接触阶段的外部/内部旋转。这些结果表明,不同的膝关节角度衡量RMS和PCT是最大的。external-internal旋转,误差逐渐从最初的接触减少大约70%的立场阶段,但70%后,再次错误倾向于增加。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图2
膝关节角度变化的运动以均方根(细线)和PCT(粗线)。纵栏显示SD。图像(一个)显示弯曲/扩展,图像(b)显示了绑架/内收,和图像(c)显示外部/内部旋转。CMC值每个图所示。

4所示。讨论

这项研究调查了估计解剖标志和膝关节运动的差异获得使用RMS和PCT的立场阶段。解剖标志的估计显示很高的正相关性Y- - -Z坐标,X坐标显示略低于正相关性Y- - -Z坐标。的X坐标的内侧髁有特别低价值0.75。因为我们将膝关节中心定义为每一个中间点的链接的外侧和内侧上髁和胫骨长轴的每一个中间点的链接外侧和内侧malleoli中间的点外侧和内侧髁部在这项研究中,错误的X坐标的解剖学标志影响了大腿的长轴的倾斜程度和柄。这提供了增加的角度计算误差的可能性,被认为是一个因素为什么绑架的CMC值/内收和外部/内部旋转较低而弯曲的值/扩展。

根据数据显示在图2,误差增长30%从最初接触之间的立场相RMS和PCT。此外,在膝关节的旋转运动,误差增长阶段后大70%的立场。作为制动胫骨前肌踝关节跖屈的立场早期阶段。的标记数组中使用PCT被认为是影响皮肤变形收缩引起的PCT的胫骨前肌位置前面的柄。另一方面,均方根高度的外表面柄,估计影响收缩的胫骨前肌腓骨肌肌肉而不是。因为所需的长腓骨肌肌肉大收缩末立场阶段(18),建议大长腓骨肌的收缩肌肉的旋转运动误差影响后期阶段的立场。

被认为可能产生的错误估计的解剖地标X坐标估计解剖标志的柄,因为肌肉的标记与标记附件位置是不同的。这些值可能影响结果绑架/内收和外部/内部旋转。立场早期阶段,大腿周围的地面反作用力和肌肉活动变得活跃,并认为大变形引起的膝盖周围的皮肤在大腿肌肉收缩。和内侧外侧上髁将特别受到大腿肌肉收缩,和Ishii et al。19)报道,内侧上髁之间的最大误差与误差皮肤标记集和PCT。在这项研究中,外侧和内侧上髁显示> 0.90的高相关性。然而,的相关性X坐标是低于Y- - -Z坐标,这被认为影响膝角的计算。特别是,错误往往生长大的旋转运动膝关节在早期和晚期的立场阶段;这是认为的错误X坐标的大腿和小腿都强烈影响膝关节的旋转运动演变为大。

这项研究的一个限制是RMS和PCT是一个真正的骨骼的运动;因此,真正的值无法计算。虽然皮肤运动工件的误差仍是一个无法避免的问题在步态分析使用skin-mounted标记,建议这些分析可能得到比较可靠的结果通过使用协议,估计解剖标志。PCT使用很多反光标记,很难附加标记几部分,因为肌肉收缩的影响。然而,对RMS,认为测量结果可以带来更接近精确值通过设置三个标记部分尽可能少的肌肉收缩的影响。在这项研究中,RMS和PCT的协议之间的相关性是降低的X比为坐标的解剖标志Y- - -Z坐标。特别是,很难获得一个充分可靠的测量膝关节的旋转运动,和错误的X坐标的解剖学标志在膝关节旋转运动的一个重要因素是膝关节。然而,建议弯曲/扩展和绑架/内收的RMS和PCT有相对小的错误和良好的可靠性后30%的姿态在这个阶段的研究。

5。结论

膝盖弯曲/扩展和绑架/内收的由两种不同的协议有相对小的错误和良好的可靠性后30%的立场阶段。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突。