Kim, Yoon-Hyuk;Phong, Le Dinh;Kim, Kyung-Soo;Kim, Tae-Seong
대한의용생체공학회:의공학회지
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제29권6호
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pp.431-435
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2008
Quantitative information of a three dimensional(3D) kinematics of joint is very useful in knee joint surgery, understanding how knee kinematics related to joint injury, impairment, surgical treatment, and rehabilitation. In this paper, an automated 2D/3D image matching technique was developed to estimate the 3D in vivo knee kinematics using dual X-ray images. First, a 3D geometric model of the knee was reconstructed from CT scan data. The 3D in vivo position and orientation of femoral and tibial components of the knee joint could be estimated by minimizing the pixel by pixel difference between the projection images from the developed 3D model and the given X-ray images. The accuracy of the developed technique was validated by an experiment with a cubic phantom. The present 2D/3D image matching technique for the estimation of in vivo joint kinematics could be useful for pre-operative planning as well as post-operative evaluation of knee surgery.
Shoulder kinematics is important, as it is associated with shoulder arthropathy and pain mechanisms. Various static and dynamic analysis methods are prevalent for shoulder kinematics. These include 2-dimensional plane x-ray, computed tomography, and magnetic resonance imaging, cadaver study, electromagnetic motion analysis, transcortical bone pins technique, and in vivo 3-dimensional motion analysis. Although these methods provide the value of the shoulder kinematics angle, they are unable to explain why such changes occur. Since each method has its pros and cons, it is important to understand all factors accurately, and to choose a method that best meets the purpose of the researcher.
Kim, Eugene;Park, Se-Jin;Jeong, Haw-Jae;Ahn, Jin Whan;Shin, Hun-Kyu;Park, Jai Hyung;Lee, Mi Yeon;Tsuyoshi, Murase;Sumika, Ikemototo;Kazuomi, Sugamoto;Choi, Young-Min
Clinics in Shoulder and Elbow
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제17권1호
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pp.25-30
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2014
Background: Normal elbow joint kinematics has been widely studied in cadaver, whilst in vivo study, especially of the forearm, is rare. Our study analyses, in vivo, the kinematics of normal forearm and of malunited forearm using a three-dimensional computerized simulation system. Methods: We examined 8 patients with malunited Monteggia fracture and 4 controls with normal elbow joint. The ulna and radius were reconstructed from CT data placing the forearm in three different positions; full pronation, neutral, and full supination using computer bone models. We analyzed the axis of rotation 3-dimentionally based on the axes during forearm rotation from full pronation to full supination. Results: Axis of rotation of normal forearm was pitch line, with a mean range of 2 mm, from full pronation to full supination, connecting the radial head center proximally and ulnar fovea distally. In normal forearm, the mean range was 1.32 mm at the proximal radioulnar joint and 1.51 mm at the distal radioulnar joint. However in Monteggia fracture patients, this range changed to 7.65 mm at proximal and 4.99 mm at distal radoulnar joint. Conclusions: During forearm rotation, the axis of rotation was constant in normal elbow joint but unstable in malunited Monteggia fracture patients as seen with radial head instability. Therefore, consideration should be given not only to correcting deformity but also to restoring AOR by 3D kinematics analysis before surgical treatment of such fractures.
In the total knee arthroplasty (TKA), kinematic benefic of a mobile-bearing total knee prosthesis is still arguing. Main reasons for implant failure are loosening and polyethylene wear and should be solved with new designs with mob ile bearings. The kinematics of the knee prosthesis also affects the implant failure. Recently, a second generation of p rostheses with a mobile-bearing was developed. The current study aimed to assess the kinematic path of the 2nd generation mobile knee prosthesis compared to the normal knees. Using 3D/2D registration method, CT-derived 3D knee models were fitted to sequential 2D X-ray images during knee flexion. 3D kinematics of the femur and the tibia were analyzed. The 2nd generation mobile-bearing TKA prosthesis (e.motion, Aesculap, Germany) knees showed less external rotation and knee flexion range compared to the normal knee, but the trend of external rotation was similar each other.
Kim, Eugene;Park, Se-Jin;Lee, Ho-Seok;Park, Jai-Hyung;Park, Jong Kuen;Ha, Sang Hoon;Murase, Tsuyoshi;Sugamoto, Kazuomi
Clinics in Shoulder and Elbow
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제21권3호
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pp.151-157
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2018
Background: Nonunion of lateral humeral condyle fracture causes cubitus valgus deformity. Although corrective osteotomy or osteosynthesis can be considered, there are controversies regarding its treatment. To evaluate elbow joint biomechanics in non-united lateral humeral condyle fractures, we analyzed the motion of elbow joint and pseudo-joint via in vivo three-dimensional (3D) kinematics, using 3D images obtained by computed tomography (CT) scan. Methods: Eight non-united lateral humeral condyle fractures with cubitus valgus and 8 normal elbows were evaluated in this study. CT scan was performed at 3 different elbow positions (full flexion, $90^{\circ}$ flexion and full extension). With bone surface model, 3D elbow motion was reconstructed. We calculated the axis of rotation in both the normal and non-united joints, as well as the rotational movement of the ulno-humeral joint and pseudo-joint of non-united lateral condyle in 3D space from full extension to full flexion. Results: Ulno-humeral joint moved to the varus on the coronal plane during flexion, $25.45^{\circ}$ in the non-united cubitus valgus group and $-2.03^{\circ}$ in normal group, with statistically significant difference. Moreover, it moved to rotate externally on the axial plane $-26.75^{\circ}$ in the non-united cubitus valgus group and $-3.09^{\circ}$ in the normal group, with statistical significance. Movement of the pseudo-joint of fragment of lateral condyle showed irregular pattern. Conclusions: The non-united cubitus valgus group moved to the varus with external rotation during elbow flexion. The pseudo-joint showed a diverse and irregular motion. In vivo 3D motion analysis for the non-united cubitus valgus could be helpful to evaluate its kinematics.
Despite its importance for the understanding of joint kinematics in vivo, there has been few studies about shoulder joints. The purpose of this study is to analyze the glenohumeral joint during internal and external rotation at 90 degrees of abduction using in vivo noninvasive motion analysis system. MRI was performed for the following seven positions from maximum internal rotation to maximum external rotation at intervals of 30 degrees. We used 3D-gradient echo sequencing (TR: 12 ms, TE: 5.8 ms, 0.8 mm-slice thickness). Our method is based on matching three-dimensional MR images by the similarity of the image intensity. We analyzed the in vivo three-dimensional motions of the glenohumeral and scapulothoracic joint during this motion. In scapla plane, the mean rotation angle of the glenohumeral join was 105.5 degrees ($SD{\pm}39.0^{\circ}$). The mean rotation angle of the scapulothracic joint was 27.5 degrees ($SD\;{\pm}\;7.7^{\circ}$). The contribution ratio is almost 3.8:1 of glenohumeral and scapulothracic joint respectively.
Kim, Hyungkyoo;Jeong, Jaemin;Seo, Jeonhee;Lee, Young-Won;Choi, Ho-Jung;Park, Jiyoung;Jeong, Seong Mok;Lee, Haebeom
한국임상수의학회지
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제34권5호
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pp.318-324
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2017
The objective of this study was to establish kinematic reference ranges for the femorotibial (FT) joint and the patellofemoral (PF) joint in healthy small-breed dogs by measuring 3D kinematics at the walk. Single-plane fluoroscopy was used to image the stifle joints of five healthy beagle dogs while the dogs were walking. 3D bone models of the femur, patella, and tibia were reconstructed by computed tomography scanning of the beagle dogs' hind limbs. The shape-matching technique was used to measure kinematic data from the fluoroscopic images and the 3D bone models. The cranial translation of the tibia during walking was inversely proportional to the FT joint flexion. There were significant correlations between the patellar motion and the tibial motion. The FT joint flexion had a strong correlation with the patellar proximodistal translation and flexion. Additionally, the tibial mediolateral translation had a strong correlation with the patellar shift and tilt. In this study, normal in vivo 3D FT joint and PF joint kinematics were demonstrated, and the average kinematic parameters were determined in walking beagle dogs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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