3D-Analyse der Armbewegung: eine neue Methode und erste klinische Anwendung

Zusammenfassung

Studienziel: Für die diagnostische Erfassung und zur Beurteilung von Therapie- und Rehabilitationsergebnissen sind objektivierbare Kriterien zur Schultergelenksbeweglichkeit von besonderer Bedeutung. Damit die Kriterien der Schultergelenksbeweglichkeit gemessen werden können, ist es notwendig, ein „Tool” in der Hand zu haben, das objektiv, vergleichbar und in der Lage ist, die Komplexität, Variabilität und Umfang der Bewegung zu erfassen. Hierfür stellt die Bewegungsanalyse ein Standardverfahren dar. Methode: Aufbauend auf die Marker-gestützte Bewegungsanalyse des Handgelenks und Ellenbogens entwickelten wir eine Marker-gestützte dreidimensionale Bewegungsanalyse der oberen Extremität. Wir untersuchten 10 Probanden ohne Schulterbeschwerden und 8 Patienten mit Impingement-Syndrom (7 operativ/1 konservativ). Ergebnisse: Es zeigte sich bei den Probanden für jede Bewegungsaufgabe eine spezifische Bewegungskurve. Die Bewegungskurve verbesserte sich bei den Patienten im Verlauf der Therapie. Schlussfolgerung: Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die neu entwickelte Marker-gestützte dreidimensionale Bewegungsanalyse in der Lage ist, komplexe dreidimensionale Bewegungen zu erfassen. Die gewonnenen Informationen der Bewegungsanalyse der oberen Extremitäten sind als Qualitätskontrolle der Schulterrehabilitation geeignet.

Abstract

Aim: An investigation into the objective criteria of shoulder mobility possesses special meaning for diagnostic documentation, the evaluation of therapy and the effects of rehabilitation in the treatment of diseases of the shoulder. In order to ascertain the criteria which characterise shoulder mobility, it is necessary to have a tool available that is objective, comparable and allows the complexity, variability and range of motion to be recorded. Motion analysis represents one such standard procedure used to measure joint movement. Method: Accordingly, a marker- based motion analysis of the wrist and elbow, a marker-based three-dimensional motion analysis system for the upper extremities was developed. We evaluated 10 healthy subjects without shoulder conditions and 8 patients with impingement syndrome (7 operative, 1 conservative therapy). Results: The healthy subjects revealed a reproductable motion curve for the specific motion tested. The curves were defined as the normal standard and we used them for comparative purposes. In the treatment group, an improvement of the 3D range of motion could be documented for the affected shoulder following rehabilitation. Conclusion: It can be stated that this newly developed marker-based procedure for the three-dimensional motion analysis is suitable for recording complex unconstrained movements. This was found to be more relevant for the assessment of the ability of patients to manage the physical demands of daily living than traditional clinical tests. Furthermore, the information gained from motion analysis of the upper extremities will play a valuable role in the future for quality control during diagnosis and treatment, as well as for the design of shoulder rehabilitation programs.

Schlüsselwörter

3D-Analyse - Bewegungsanalyse - Schulter - Rehabilitation - Impingement-Syndrom

Key words

3D-Motion - shoulder - rehabilitation - impingement syndrome

Literatur

• 1 Gohlke F. Biomechanik der Schulter.  Orthopäde. 2000;  29 834-844
• 2 Blakley R L, Palmer M L. Analysis of rotation accompanying shoulder flexion.  Phy Ther. 1984;  64 1211-1216
• 3 Ellenbecker T S, Roetert E P, Pierkowski P A, Schulz D A. Glenohumeral joint internal and external rotation range of motion in elite junior tennis players.  J Orthop Sports Phys Ther. 1996;  24 336-341
• 4 Davies R B, Ounpuu S, Tyburski D. A gait analysis data collection and reduction technique.  Human Movement Science. 1991;  10 575-587
• 5 Kadaba M, Ramakrishnan H K, Wootten M E. Measurement of lower extremity kinematics during level walking.  J Orthop Sports Res. 1990;  8 383-392
• 6 Biryukova E V, Frolov A, Mokhtari M, Roby-Brami A. Reconstructions of joint centers and axis of rotations from spatial tracking system recording.  In: Proceeding of the fourth international symposium on 3d-analysis of human movement . Grenoble; 1996
• 7 Högfors C, Peterson B, Sigholm G, Herbert P. Biomechanical model of human shoulder joint. The shoulder rhythm.  J Biomech. 1991;  24 699-709
• 8 Peterson B, Palmerud G. Measurement of upper extremity orientation by video sterometry system.  Med Biol Eng Comput. 1996;  34 149-154
• 9 Blauth W, Hahne H J, Voigiatzis M. Der Kieler Arthrograph - Ein Gerät zur Aufzeichnung der aktiven und passiven Schultergelenksbeweglichkeit.  Z Orthop. 1990;  128 199-205
• 10 Rau G, Disselhorst-Klug C, Schmid R. Movement biomechanics goes upwards: from the leg to the arm.  J Biomech. 2000;  33 1207-1216
• 11 Schmidt R, Disselhorst-Klug C, Silny J, Rau G. A marker based measurement procedure for unconstrained wrist and elbow motions.  J Biomech. 1999;  32 615-621
• 12 Hatze H. A mathematical model for the computational determination of parameter values of anthropometric segments.  J Biomech. 1980;  13 833-843
• 13 Anglin C, Wyss U P. Review of arm motion analysis.  Proc Instn Mech Engrs. 2000;  214 541-555
• 14 D'Amico M, Ferringo G. Technique for the evaluation of derivatives from noisy biomechanical displacement data using a model-based bandwidth-selection procedure.  Med Biol Eng Comput. 1990;  28 407-415
• 15 Dohrmann C, Busby H R. A dynamic programming approach to smoothing and differentiating noisy data with spline functions. In: Capozzo A, Berme N (eds) Biomechanics of human movement-applications in Rehabilitation, Sports and Ergonomics. Washington; Bertec Corporation 1990
• 16 Engin A E, Chen S M. Statistical data base for the biomechanical properties of the human shoulder complex-I: kinematics of the shoulder complex; II: passive resistive properties beyond the shoulder complex sinus.  J Biomech Engng. 1989;  108 215-227
• 17 Johnson G R, Anderson J M. Measurement of threedimensional shoulder movement by an electromagnetic sensor.  Clin Biomechanics. 1990;  5 131-136