评估慢性脚踝不稳个体的姿势控制与下肢肌肉活化
2020年9月18日
患有慢性脚踝不稳症 （CAI） 的个人表现出姿势控制缺陷和下肢肌肉活动延迟。计算机化的动态后排图与表面肌电图相结合，提供视觉、躯体感觉和前庭系统与肌肉激活调节的配合，以保持与CAI个体的姿势稳定性。
该协议提出了一种新方法，用于评估视觉索玛塔感觉和前庭系统的协调，以及维持姿势稳定性所需的相关肌肉激活。该技术可用于通过计算机动态后科检查和相关肌肉活动的组合，对慢性脚踝不稳定性的神经肌肉控制进行全面调查。此方法还可用于探索姿势稳定性和相关肌肉活动在其他条件下，如神经或肌肉骨骼系统紊乱。
在开始分析之前，请打开 CDP 系统并完成自校准，以确认仪器以 100 赫兹采样频率工作。在软件中，双击平衡管理器系统、临床模块和新患者。输入学员姓名、身高、ID、体重和年龄，并选择评估、感官组织测试、电机控制测试、适应测试、稳定性限制和单边姿态。
打开表面 EMG 系统并双击 EMG 运动工具图标。指定触发信号并建立参与者 ID，并在要测量的每个下肢肌肉的腹部放置一个无线电极。然后使用同步线将表面 EMG 系统与 CDP 系统连接，并调整表面 EMG 系统摄像机以捕获 CDP 系统的信号指示灯。
当两个系统准备就绪时，使用安全带将学员固定到支撑杆上，并小心地将学员的赤脚与力板对齐，以便学员面向视觉环绕。然后关闭嵌入在视觉环绕声中的屏幕。要进行感官组织测试，请指示学员以尽可能稳定的重心直立站立，并在表所示的每个条件下，让学员完成每次测试三次，每次测试 20 秒。
对于单边姿势分析，指示参与者将双手放在前上侧脊柱上，睁开眼睛，将不稳定的脚踝侧视为支撑腿。让学员在稳定站立 10 秒时，将非支撑腿的膝关节完全伸展和弯曲约 30 度。第三次试验后，让参与者闭着眼睛重复同样的测量。
对于稳定性测试的限制，指示参与者在中心区域保持重心，直到他们听到铃声，此时参与者应倾斜身体，并在屏幕上以八个方向之一快速将重心转移到目标帧中 10 秒。要进行电机控制测试，请指示学员在力板意外滑落时恢复身体稳定性。要执行适应测试，请指示学员以 20 度/秒的速度连续五次意外旋转，通过引导身体向上或向下来恢复身体稳定性。
当所有测试在表面 EMG 软件的处理窗口中完成时，导入光视频的 EMG 原始数据和 MP4 文件的 CD3 文件。在处理管道操作中，将低通的巴特沃斯滤波器设置为 450 赫兹，顺序为 2，高通设置为 20 赫兹，槽口滤波器设置为 50 赫兹，根平均方形平滑窗口设置为 100 毫秒。在"生成事件"选项卡中，将所有通道设置为超过 5 个 X 基线噪声标准偏差至少 50 毫秒以肌肉打开，并且所有通道在基线上低于 5 X 标准差至少 50 毫秒以肌肉关闭。
然后在"生成参数"选项卡中，选择积分电图、根平均平方、平均功率频率、中等频率。在此分析中，如绿色条所示，参与者能够更好地协调其三个感官系统，并比其年龄在数据集中匹配的规范计数器更有效地响应。使用他们的视觉、自感知和前庭感觉，在整个感官分析过程中保持平衡。
参与者主要依靠脚踝策略和保持姿势稳定性的能力。左右腿之间的总摆动是正常的，当参与者的眼睛是睁开的，当他们是闭着的。参与者在发送移动信号和身体运动的开始之间表现出延迟的反应时间，但运动速度正常。
对于正向和右端点偏移，重心的运动距离未达到正常范围。然而，重心运动的最大距离是正常的。参与者表现出正常体重分布，但异常的向后位移反应表明存在单体矫形损伤。
此外，振幅缩放的增加与力板滑移的振幅成双倍对称，摇摆能量得分正常。请务必准确输入参与者的年龄、身高和体重，并正确对齐脚部位置，因为这些参数确定 CDP 的位置并影响姿势分析。
查看完整文字稿并访问数千部科学视频
概述
本研究通过使用计算机动态姿势图和表面肌电图，评估了慢性踝关节不稳定（CAI）患者的视觉、躯体感觉和前庭系统的协调以及肌肉激活情况。该方法研究了姿势稳定性，可能还能应用于其他神经和肌肉骨骼疾病。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经肌肉控制
- 姿势稳定性
- 慢性踝关节不稳定
背景
- 慢性踝关节不稳定会导致姿势控制缺陷。
- 延迟的肌肉激活可能会影响稳定性。
- 本研究使用先进技术来分析这些问题。
研究目的
- 评估CAI患者的感觉系统协调和肌肉激活以维持稳定性。
- 开发一种全面的方法来评估姿势稳定性。
- 探索在其他影响稳定性的条件下的潜在应用。
使用的方法
- 使用了计算机动态姿势图（CDP）和表面肌电图（EMG）。
- 研究参与者为慢性踝关节不稳定患者。
- 主要测试包括感觉组织、运动控制和单侧站立测试。
- 详细说明了CDP和EMG系统的校准和设置。
- 数据处理使用了特定的过滤器和参数进行分析。
主要结果
- 与标准数据相比，参与者展示了不同水平的稳定性和反应时间。
- 评估了感觉系统的协调性，发现维持稳定性依赖于踝关节策略。
- 发现一些异常反应，表明存在单侧骨科问题。
结论
- 本研究为CAI的神经肌肉控制机制提供了见解。
- 该方法可以适用于调查其他影响姿势稳定性的疾病。
- 研究结果强调了感觉系统之间协调对平衡的重要性。
常见问题
Executive Industry Relevance
Objective quantification of postural control and lower-extremity muscle activation using synchronized computerized dynamic posturography (CDP) and surface electromyography (EMG) addresses a critical gap in neuromuscular assessment for chronic ankle instability (CAI). This integrated approach enhances predictive confidence in target validation for sensorimotor pathways and supports risk-adjusted advancement of translational models in musculoskeletal and neurologic research portfolios.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables mechanistic de-risking of sensorimotor targets by quantifying sensory system contributions to postural stability.
- Supports functional target validation through objective measurement of neuromuscular coordination in CAI.
- Facilitates portfolio triage by distinguishing between central and peripheral contributors to instability.
Screening & Assay Development
- Prepares validated, quantitative postural control assays for downstream compound or intervention screening.
- Standardizes measurement of muscle activation and sensory integration for reproducible cross-study comparisons.
- Enables scalable, platform-based evaluation of candidate therapeutics targeting neuromuscular function.
Translational & Preclinical Research
- Aligns postural control metrics with disease-relevant endpoints for translational biomarker development in musculoskeletal disorders.
- Provides continuity from discovery through preclinical validation by linking sensory-motor outputs to functional outcomes.
- De-risks advancement decisions by quantifying compensatory strategies and residual deficits in CAI models.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling hypothesis testing, quantitative readouts, and cross-model standardization for neuromuscular and sensorimotor research.
- Discovery Biology: Objectively interrogates the interplay of visual, proprioceptive, and vestibular systems in postural control.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for muscle activation and stability metrics.
- Analytics: Provides statistical analysis of dependent variables such as reaction time, movement velocity, and center of gravity displacement.
- Translational Research: Bridges discovery findings to preclinical endpoints relevant for musculoskeletal and neurologic indications.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for evaluating neuromuscular interventions across diverse disease models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in sensorimotor target validation and mechanistic de-risking.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of neuromuscular assessments.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and reduces late-stage biological risk in musculoskeletal portfolios.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of translational candidates.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neuromuscular physiology and sensorimotor integration.
- Demands access to synchronized CDP and surface EMG instrumentation with high-frequency sampling.
- Necessitates rigorous cross-team standardization of participant setup and data processing parameters.
- Adaptation across disease models may require protocol modifications for specific sensory or motor deficits.
- Accurate demographic and anthropometric data entry is critical for valid postural analysis outputs.
