Optical Motion Capture Systems for 3D Kinematic Analysis in Patients with Shoulder Disorders

Abstract

Shoulder dysfunctions represent the third musculoskeletal disorder by frequency. However, monitoring the movement of the shoulder is particularly challenging due to the complexity of the joint kinematics. The 3D kinematic analysis with optical motion capture systems (OMCs) makes it possible to overcome clinical tests’ shortcomings and obtain objective data on the characteristics and quality of movement. This systematic review aims to retrieve the current knowledge about using OMCs for 3D shoulder kinematic analysis in patients with musculoskeletal shoulder disorders and their corresponding clinical relevance. The Preferred Reporting Items for Systematic reviews and Meta-Analyses (PRISMA) guidelines were used to improve the reporting of the review. Studies employing OMCs for 3D kinematic analysis in patients with musculoskeletal shoulder disorders were retrieved. Eleven articles were considered eligible for this study. OMCs can be considered a powerful tool in orthopedic clinical research. The high costs and organizing complexities of experimental setups are likely outweighed by the impact of these systems in guiding clinical practice and patient follow-up. However, additional high-quality studies on using OMCs in clinical practice are required, with standardized protocols and methodologies to make comparing clinical trials easier.

New methods for the in vivo diagnostics of shoulder kinematics

“…Die dreidimensionale (3D) kinematische Analyse mit markerbasierten optischen Systemen (z. B. Vicon, Qualisys) ist ein geeignetes Instrument für die Bewertung der Schulterfunktion [21]. Mehrere syn-chronisierte Kameras schätzen die 3D-Positionen von Markern (passiv: photoreflektierend, aktiv: infrarotlichtemittierend) durch Triangulation innerhalb eines kalibrierten Volumens.…”

“…Mehrere syn-chronisierte Kameras schätzen die 3D-Positionen von Markern (passiv: photoreflektierend, aktiv: infrarotlichtemittierend) durch Triangulation innerhalb eines kalibrierten Volumens. Die Literatur zu Schulterkinematik basierend auf dieser Technologie ist hinsichtlich der jeweils verwendeten kinematischen Modelle, Markersets, analysierten Bewegungen und Outcomes sehr heterogen [21]. Zur Bestimmung der lokalen Koordinatensysteme von Körpersegmenten (Thorax, Skapula und Humerus) werden in der Regel Marker gemäß den ISB-Leitlinien [30] Hysterese -Wirkung dauert auch nach Wegfall der Energiezufuhr/Bewegung an; kann zu Messfehlern führen und muss bei der Interpretation von Messungen berücksichtigt werden diert sind [21].…”

“…Die Literatur zu Schulterkinematik basierend auf dieser Technologie ist hinsichtlich der jeweils verwendeten kinematischen Modelle, Markersets, analysierten Bewegungen und Outcomes sehr heterogen [21]. Zur Bestimmung der lokalen Koordinatensysteme von Körpersegmenten (Thorax, Skapula und Humerus) werden in der Regel Marker gemäß den ISB-Leitlinien [30] Hysterese -Wirkung dauert auch nach Wegfall der Energiezufuhr/Bewegung an; kann zu Messfehlern führen und muss bei der Interpretation von Messungen berücksichtigt werden diert sind [21]. Außerdem ist eine adäquate Messung der glenohumeralen Translation mittels markerbasierten optischen Systemen vermutlich nicht möglich.…”

Monitoring Scapular Kinematics through Wearable Magneto-Inertial Measurement Units: State of the Art and New Frontiers

“…In the selected articles, the upper arm sensor was placed on the posterior and distal end of the humerus, positioned halfway between the medial and lateral epicondyle [14,[17][18][19][21][22][23][24][25][26][27][28][29]. The forearm sensor was used only in a few articles, and it was placed dorsally at the distal end close to the ulnar process [18,19,23,[27][28][29]. Moreover, in the study of ula M-IMU was placed over the central third between the angulus acromialis (AA) the trigonum spinae (TS) by palpating the scapular spine from the most lateral part of acromion to the most medial aspect of the scapula [35,36,38,[42][43][44][45][46][47]49].…”

“…For scapular monitoring, singl double and static or dynamic calibrations were proposed and investigated [52,53]. St calibration consisted of strictly aligning the axes of the sensors with those of the b segments [18]. During a dynamic calibration procedure, the subject performed a serie…”