慢性足首不安定性を有する個人における姿勢制御と下肢筋活性化の評価

サマリー

慢性足首不安定性(CAI)を有する個人は、下肢の姿勢制御欠乏および遅れた筋肉活性化を示す。表面筋電図と組み合わせたコンピュータ化された動的姿勢学は、視覚、体性感覚、および前庭システムと筋肉活性化調節の協調に関する洞察を提供し、CAIを有する個人の姿勢安定性を維持する。

要約

コンピュータ化された動的姿勢法(CDP)は、静的および動的条件下での姿勢安定性と摂動性を評価するための客観的な技術です。CDP は、圧力の中心と重心の間の相互関係をトレースする反転振り子モデルに基づいています。CDPは、視力、プロプリオセプション、前庭感覚の割合を分析して姿勢の安定性を維持するために使用できます。慢性足首不安定性(CAI)を定義する文字は、持続的な足首の痛み、腫れ、「道を譲る」感覚、および自己申告された障害。CAIを有する個人の姿勢安定性および毛状筋活性化レベルは、側足首靭帯複雑な傷害のために減少した。CAIを持つ個人の姿勢の安定性を探求するためにCDPを使用した研究はほとんどありません。表面筋電図と同期CDPを用いて姿勢安定性と関連筋活性化を調べる研究が欠けている。この CDP プロトコルには、感覚組織テスト (SOT)、モータ制御テスト (MCT)、および適応テスト (ADT) のほか、一方的な姿勢 (米国) と安定性の限界 (LOS) を測定するテストが含まれています。表面筋電図システムはCDPと同期し、測定中に下肢の筋肉活性化に関するデータを収集する。このプロトコルは、視覚、体性感覚、前庭系および関連する筋肉活性化の協調を評価し、姿勢の安定性を維持するための新しいアプローチを提示する。さらに、実際の複雑な環境に対処する際にCAIを持つ個人の神経筋制御に関する新しい洞察を提供します。

概要

コンピュータ化された動的姿勢法(CDP)は、静的および動的条件下での姿勢安定性と摂動性を評価するための客観的な技術です。CDP は、圧力中心(COP)と重心(COG)の間の相互関係をトレースする反転振り子モデルに基づいています。COG は重心 (COM) の垂直投影であり、COM はグローバル参照系の全質量に相当する点です。COPは、垂直地盤反力ベクトルのポイント位置である。接地¹との接触領域の表面上のすべての圧力の加重平均を表す。姿勢の安定性とは、特定の感覚環境で COM をサポート基盤内で維持する機能です。これは、中枢神経系を眼球感覚系(視力、プロプリオセプション、前庭感覚)と運動指令出力²とを調整する神経筋制御能力を反映している。

姿勢制御の以前の評価方法は、単足姿勢の時間やYバランステストの到達距離など、結果指向であり、感覚システムとモータ制御³との間の協調を客観的に評価するためには使用できない。さらに、いくつかの研究は、実験室の設定^4、5、65から動的バランス性能を定量化するポータブルコンピュータ化ウォ⁴ブルボード^を使用^しました。CDPは、上記の試験方法とは異なり、姿勢安定性維持における視力、プロプリオセプション、及び前庭感覚の割合の分析及び足首や股関節優勢戦略などの運動戦略の割合の評価に適用することができるからである。それは、その精度、信頼性、および有効性⁸のために、姿勢制御測定⁷のゴールドスタンダードと見なされてきた。

慢性的な足首不安定性(CAI)は、持続的な足首の痛み、腫れ、および「道を譲る」感じによって特徴付けられる。それは最も一般的なスポーツ傷害^{の1つである9}.CAIは主に外側足首捻挫に由来し、外側足首靭帯複合体の完全性と安定性を破壊する。この支柱、頭筋力、およびタルスの正常な軌道は^10、11,11に障害を与える。弱い足首セグメントの欠乏は、CAI¹²を有する個人における姿勢制御および筋肉活性化の欠乏をもたらす可能性がある。しかし、CDP^,3,13を用いてCAIを持つ個人の姿勢安定性を調査³した研究はほとんどない。現在の測定では、感覚分析の観点から、CAIの姿勢制御の欠陥を分析することはほとんどありませんでした。したがって、CAIの感覚組織と姿勢戦略が姿勢の安定性を維持する能力は、さらなる探求を必要とする。

筋肉活動は、姿勢安定性^14,15,15の調節に影響を及ぼす神経筋制御の重要な構成要素である。しかし、CDPは、力板を介してCOPとCOGの相互関係のみを監視し、CAIを有する個人における下肢筋の特異的活性化レベルの観察への応用は困難である。現在、CDPと筋電図(EMG)を組み合わせた方法を通じて、CAIを有する個人の姿勢安定性を評価する研究はほとんどありません。

そこで、開発されたプロトコルは、CDPと表面電図システム(sEMG)を組み合わせることにより、姿勢制御と関連する筋肉活動を探求することを目的としています。このプロトコルは、CAIを有する参加者に対して、感覚組織、姿勢制御および関連する筋肉活動を含む神経筋制御を調査するための新しいアプローチを提供する。

プロトコル

試験の前に、参加者は実験プロセスに関する情報を受け取った後、インフォームド・コンセントに署名しました。この実験は、上海スポーツ大学の倫理委員会によって承認されました。

1. 機器のセットアップ

1. CDPシステムをオンにし、完全な自己キャリブレーションを行い、計器が100Hzのサンプリング周波数で正常に動作することを確認します。
   注: 2 つの独立したフォース プレートのそれぞれは、3 つのフォース(Fx、Fy、および Fz)と 3 つのモーメント(Mx、My、Mz)を測定します。X 軸は左方向に向き、矢状平面に対して垂直です。Y 軸は前方方向と後方方向にあり、コロナ平面に対して垂直です。Z 軸は水平面に対して垂直です。原点はフォースプレートの中心に配置されます。
2. [残高マネージャ システム] をダブルクリックします。臨床モジュールをクリックし、新しい患者をクリックし、患者 ID を確立します。感覚組織テスト、一方的なスタンス、安定性の限界、モータ制御テスト、および適応試験を選択します。
   注: このような人口統計データは、年齢に一致する標準診断分析にも使用されます。
3. 表面電図(sEMG)システムをオンにして 、EMGモーションツール アイコンをダブルクリックします。トリガー信号を トリガーイン(手動停止)として指定し、参加者IDを設定し、測定した筋肉をワイヤレス電極と一致させます。不安定な下肢の筋肉は、広大な内側蓋(VM)、広大な外側道(VL)、上腕二頭筋(BF)、脛骨長長(TA)、腹腔長門(PL)、胃頭門内側(GM)、および胃頭間症(GL)である。
   注: トリガーイン (手動停止) という語句は、CDP がテスト中に EMG データをキャプチャするために sEMG システムをトリガーすることを示しますが、"end" フラグは手動でクリックして取得を停止する必要があります。
4. 同期回線を介して、sEMGシステムとCDPシステムを接続します。SEMGシステムのカメラを調整して、CDPシステムの信号インジケータライトをキャプチャします。
   注:インジケータライトのビデオはCDPシステムとsEMGと同期して収集され、CDPテストに従ってEMGの対応するサイクルをカットします。「ライトオン」はテストが進行中であることを示し、「ライトオフ」はテストが一時停止/停止していることを示します。

2. 参加者の選考と準備

1. CAI参加者に対して以下の包含基準を使用する:(1)プロスポーツ選手または座りっぱなしの参加者を除く、定期的な毎日の活動を持つ35人の男性参加者。(2) 20~29歳(3)少なくとも1つの重要な足首捻挫の歴史、および最初の捻挫は、研究に登録する少なくとも12ヶ月前に発生している必要があります。(4)負傷した足首関節および/または再発性捻挫および/または「不安定感」および(5)カンバーランド足首不安定性ツールアンケートスコア24ポイント未満の「与える」感情^16。
   1. 両側捻挫、下肢骨折、手術、神経系および前庭系疾患、またはテーピングに対するアレルギーの既往歴のある参加者を除外する。さらに、CAIグループと一致する人口統計データを持つCAIを持たない35人の男性参加者を対照グループとして募集します。
2. 準備のために、測定された筋肉の腹に電極片を固定します。参加者に安全ハーネスを着用し、フォースプレートの上に裸足で立って、視覚的なサラウンドに向かうように指示します。
   1. フォース プレート上の足の位置合わせを調整します。可鍛性の内側を、コンピュータで生成した水平線(S、M、T線)に合わせます。ビジュアルサラウンドに埋め込まれた画面をオフにします(図1)。
      注: これらのガイドラインは、次の高さに基づいています。「S」とは「小」を意味し、76cmから140cmまでの高さを含み、「M」は「中」を意味し、141cmから165cmまでの高さを含み、「T」は「背が高い」を意味し、166cmから203cmまでの高さを含みます。リアルタイムの視覚的フィードバックを提供できるため、画面は学習効果を生み出す可能性があります。したがって、画面は、安定性(LOS)テスト¹⁷の制限の間を除いて、テスト中に閉じたままにする必要があります。

図1:測定のための参加者の準備。参加者は裸足で立って視覚的なサラウンドに向かい、安全ハーネスを着用し、足をフォースプレートに正しく合わせ、ワイヤレスEMG電極を脚に固定します。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

3. 測定手順

1. CDP測定
   1. 感覚組織テスト
      1. 参加者に対して、視力、感覚、前庭感覚(単独または組み合わせ)からの干渉に対処するために、できるだけCOGを安定させ、できるだけ安定するように指示する(表1)。条件1~6の測定を完了します。各テストは20 sで続く。条件ごとに手順を 3 回繰り返します。
   2. 一方的な姿勢
      1. 参加者に目を開いたり閉じたりして、前の上腸骨の脊椎に手を置くように指示します。不安定な足首側をサポートレッグと考えてください。膝関節を十分に伸ばし、非支持脚の膝を約30°曲げる。参加者が10 sのために安定して立ち続けることを許可します。各表示条件に対して、手順を 3 回繰り返します。
   3. 安定性の限界
      1. 参加者に対して、中心領域での COG を維持するよう指示します。リングを聞いて、自分の体を傾け、画面のターゲットフレームにCOGを素早くシフトします。参加者に10sの安定を保つように指示します。COG の 8 方向シフト (前方、前方、右、右、右、後方、後方、左、左)を完了します。
         注: COG シフトの過程で、ボディは直線に保たれ、かかとやつま先はフォースプレートから遠くないし、股関節は曲がっていません。
   4. モータ制御試験
      1. 身体の安定性を回復し、フォースプレートの予期せぬ滑りに対処するために効果的に対応するように参加者に指示します。スリップ条件ごとに手順を 3 回繰り返します。
         注:フォースプレートは、前/後方向に小/中/大の振幅で滑ります。参加者の高さに応じて、フォースプレートのスリップ振幅が自動的に調整されます。力板の足の位置を揃えるために標準的な手順に従わなければなりません。試行の間にランダムな遅延が存在します。
   5. 適応試験
      1. 身体の安定性を回復し、20°/sの速度で5回連続した予期しない回転に対処するために効果的に対応するように参加者に指示します。つま先を上または下に向けます。

条件	目	フォースプレート	ビジュアルサラウンド	干渉	予想される応答
1	開く	修正	修正		体性感覚
2	閉じる	修正	修正	ビジョン	体性感覚
3	開く	修正	スウェイリファレンス	ビジョン	体性感覚
4	開く	スウェイリファレンス	修正	体性感覚	ビジョン、前庭
5	閉じる	スウェイリファレンス	修正	体性感覚,視力	前庭
6	開く	スウェイリファレンス	スウェイリファレンス	体性感覚,視力	前庭

表1:感覚組織テストにおける異なる干渉と対応する予想される応答。 「揺れ参照」という用語は、フォースプレートとビジュアルサラウンドの動きが参加者のCOGの揺れに従うことを意味します。

2. sEMG測定およびデータ処理
   1. SOT、米国、LOS、MCTおよびADTの間にCDPシステムによって誘発された後、下肢の筋肉活動の生データの自動取得を開始する。ライトがオフの場合、sEMGシステムの間に手動で取得を停止します。サンプルサイズは1000 Hzです。
   2. sEMG ソフトウェアの処理ウィンドウを入力します。ライトビデオのEMG生データとmp4ファイルのC3dファイルをインポートします。ライトが点灯したら、トライアルサイクルをカットします。
   3. 「処理パイプライン」操作では、実行パイプラインに次のオプションを含めます: 低パス (450 Hz、2.順序)とハイパス(20 Hz、2.注文);50 Hzでノッチフィルター。そして、100 msの平方平滑化ウィンドウを意味する。
      注:ローパス(450 Hz、2)のバターワースフィルタを選択してください。順序)とハイパス(20 Hz、2.Order) 不要な低周波数および高周波コンポーネントを除外します。50 Hz のノッチ フィルタを設定して、主電源から 50 Hz の干渉を取り除きます。100 ms の二乗平均平方平滑化ウィンドウを使用して、騒がしい信号を滑らかにします。
   4. [ イベントの生成] オプションで、実行パイプラインに次のイベントを含めます。「筋肉上」は、「すべてのチャネルが少なくとも50ミリ秒の5倍のベースラインノイズ標準偏差を超える」と定義される。「マッスルオフ」は、「すべてのチャネルがベースライン上の5倍標準偏差を下回る(少なくとも50 ms)」と定義される。
   5. [ パラメータの生成] オプションで、実行パイプラインに次のパラメータを含めます。二乗平均平方根 (RMS)平均電力周波数(MPF)。中周波数(MDF)と共活性化率。
      注: 上記のパラメータ (方程式 1 ~ 4) の参照計算式は次のとおりです。
      
      
      
      
   6. SOT、米国、LOS、MCT、ADT試験のRMS値を、各筋肉の最大自主等角体収縮(MVIC)のRMS値で正規化します(式5)。
      
      注:MVICは、5 s(補助ファイル1)18¹⁸の標準姿勢の参加者の各筋肉の最大力収縮を示します。

結果

CDP 代表結果
感覚組織テスト
システムは、周辺信号入力として環境が変化したときに、所定のターゲット領域でCOGを維持する参加者の能力を評価します。平衡スコア(ES)は、姿勢安定性を維持するために感覚系を調整する能力を反映した条件1~6のスコアです(式6)。複合スコア(COMP)は、すべての条件の加重平均スコアです。4、5、6という困難な条件に重点が置かれています。複合スコアは、SOT1およびSOT2の条件に対する平衡スコアを個別に平均化し、条件SOT3からSOT6までの3つの試験のそれぞれから平衡スコアにこれらの2つのスコアを加算し、合計を合計試験^19,20,20で割ることによって計算される。図では、緑色のバーは、参加者がデータセット内の年齢に一致した規範的なカウンターポイントよりも、3つの感覚システムをより良く調整し、より効果的に応答できることを示しています。赤いバーは...

ディスカッション

提示されたプロトコルは、CDPとsEMGを同期させることによって、CAIとの個人における動的姿勢制御および関連する筋肉活動を測定するために使用される。CDPは、COPとCOGの軌跡を追跡し、知覚情報(視覚、体性感覚、前庭感覚)入力と外部環境^{88、21、2221,22}との相互作用に関する洞察を提供する。これは、感覚または運動システム障害によって引き起こされる機能的活動制限の診断のための有効なツールである。筋肉活動は、下肢の協調を調査するためにCDPのタスク中に同期的に収集されます。このプロトコルは、特定の状況下での以前の研究の限界を補償します。これは、CDP と関連する筋肉活動の組み合わせを通じて CAI の神経筋制御の包括的な調査を可能にします。.

プロトコルの次の手順は、姿勢の安定性を調査する上で重要であり、信号の正確な測定に関連しています。実験前の結果は、休息なしで全体のテストの完了が25分か...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
NeuroCom Balance Manager SMART EquiTest	Natus Medical Incorporated, USA		その主要コンポーネントには、NeuroCom Balance Manager Software Suite、ダイナミックデュアルフォースプレート(回転&平行移動)、15インチの可動式ビジュアルサラウンドが含まれます。LCDディスプレイ(被写体のリアルタイム表示を提供できます」タスク中にカーソルとして表示される重心)と照明、患者ハーネス、コンピューター、その他の部品を備えたオーバーヘッドサポートバー。
ワイヤレスMyon 320 sEMGシステム	Myon AG		このシステムは、送信機信号、受信機、「EMGモーションツール」および「ProEMG」ソフトウェア、コンピュータ、その他の部品の16の並列チャネルで構成されています。