Summary
Personen mit chronischer Knöchelinstabilität (CAI) zeigen Haltungskontrollmangel und verzögerte Muskelaktivierung der unteren Extremitäten. Die computergestützte dynamische Posturographie in Kombination mit der Oberflächenelektromyographie liefert Einblicke in die Koordination der visuellen, somatosensorischen und vestibulären Systeme mit Muskelaktivierungsregulation, um die Haltungsstabilität bei Personen mit CAI aufrechtzuerhalten.
Abstract
Die Computerisierte dynamische Posturographie (CDP) ist eine objektive Technik zur Bewertung der Haltungsstabilität unter statischen und dynamischen Bedingungen und Störung. CDP basiert auf dem invertierten Pendelmodell, das die Wechselbeziehung zwischen dem Druckpunkt und dem Schwerpunkt nachverfolgt. CDP kann verwendet werden, um die Proportionen von Vision, Propriozeption und vestibuläre Empfindung zu analysieren, um die Haltungsstabilität aufrechtzuerhalten. Die folgenden Charaktere definieren die chronische Knöchelinstabilität (CAI): anhaltende Knöchelschmerzen, Schwellungen, das Gefühl des "Weggebens" und selbst gemeldete Behinderung. Haltungsstabilität und fibuläre Muskelaktivierung sebei Personen mit CAI verringert aufgrund von seitlichen Knöchel Bänder komplexe Verletzungen. Nur wenige Studien haben CDP verwendet, um die Haltungsstabilität von Personen mit CAI zu erforschen. Studien, die die Haltungsstabilität und die damit verbundene Muskelaktivierung durch die Verwendung von synchronisiertem CDP mit Oberflächenelektromyographie untersuchen, fehlen. Dieses CDP-Protokoll umfasst einen sensorischen Organisationstest (SOT), einen Motor control test (MCT) und einen Anpassungstest (ADT) sowie Tests, die einseitige Haltung (US) und Stabilitätsgrenze (LOS) messen. Das Oberflächenelektromyographiesystem wird mit CDP synchronisiert, um Daten über die Aktivierung der Unteren Gliedmaßenmuskeln während der Messung zu sammeln. Dieses Protokoll stellt einen neuartigen Ansatz zur Bewertung der Koordination der visuellen, somatosensorischen und vestibulären Systeme und der damit verbundenen Muskelaktivierung zur Aufrechterhaltung der Haltungsstabilität dar. Darüber hinaus bietet es neue Einblicke in die neuromuskuläre Kontrolle von Personen mit CAI, wenn es um reale komplexe Umgebungen geht.
Introduction
Die Computerisierte dynamische Posturographie (CDP) ist eine objektive Technik zur Bewertung der Haltungsstabilität unter statischen und dynamischen Bedingungen und Störung. CDP basiert auf dem invertierten Pendelmodell, das die Wechselbeziehung zwischen dem Druckmittelpunkt (COP) und dem Schwerpunkt (COG) nachverfolgt. COG ist die vertikale Projektion des Massenmittelpunkts (COM), während COM das Punktäquivalent der gesamten Körpermasse im globalen Referenzsystem ist. COP ist die Punktposition des vertikalen Bodenreaktionskraftvektors. Es stellt einen gewichteten Durchschnitt aller Drücke über der Oberfläche der Kontaktfläche mit dem Boden1dar. Haltungsstabilität ist die Fähigkeit, die COM innerhalb der Basis der Unterstützung in einer bestimmten sensorischen Umgebung zu halten. Es reflektiert neuromuskuläre Kontrollfähigkeit, die das zentrale Nervensystem mit dem affektiven Sensorsystem (Vision, Propriozeption und vestibuläre Empfindung) und Motorbefehlsausgang2koordiniert.
Frühere Auswertungsmethoden für die Haltungskontrolle, wie die Zeit für eine einbeinige Haltung und der Reichweitenabstand für Y-Balance-Tests, sind ergebnisorientiert und können nicht zur objektiven Bewertung der Koordination zwischen sensorischen Systemen und Motorsteuerung3verwendet werden. Darüber hinaus verwendeten einige Studien tragbare computerisierte Wackelplatten, die dynamische Balance-Leistungen aus Laboreinstellungen4,5,6quantifizierten. CDP unterscheidet sich von den oben genannten Prüfmethoden, da es auf die Analyse des Anteils von Sehkraft, Propriozeption und vestibulärem Empfindung bei der Haltungsstabilitätserhaltung und auf die Bewertung des Anteils der Motorstrategie, wie knöchel- oder hüftdominante Strategie, angewendet werden kann. Es wurde als Goldstandard für die Messung der Haltungskontrolle7 angesehen, da es genauigkeit, zuverlässigkeit und gültigkeit8ist.
Chronische Knöchelinstabilität (CAI) ist durch anhaltende Knöchelschmerzen, Schwellungen und das Gefühl des "Weggebens" gekennzeichnet; es ist eine der häufigsten Sportverletzungen9. CAI stammt hauptsächlich von seitlichen Knöchelverstauchungen, die die Integrität und Stabilität des seitlichen Knöchelbandkomplexes zerstören. Die Propriozeption, die fibuläre Muskelkraft und die normale Flugbahn des Talus sind10,11beeinträchtigt. Die Mängel des schwachen Knöchelsegments können zu einer mangelhaften Haltungskontrolle und Muskelaktivierung bei Personen mit CAI12führen. Jedoch, wenige Studien haben die Haltungsstabilität von Personen mit CAI mit CDP3untersucht ,13. Aktuelle Messungen konnten den Haltungskontrollmangel von CAI selten aus der Perspektive der sensorischen Analyse analysieren. Daher muss die Fähigkeit der sensorischen Organisation und der Haltungsstrategie von CAI, die Haltungsstabilität aufrechtzuerhalten, weiter erfordert werden.
Muskelaktivität ist ein wichtiger Bestandteil der neuromuskulären Kontrolle, die die Regulierung der Haltungsstabilität beeinflusst14,15. ALLERDINGS überwacht CDP die Wechselbeziehung zwischen COP und COG nur durch Kraftplatten, und seine Anwendung auf die Beobachtung des spezifischen Aktivierungsniveaus der unteren Gliedmaßenmuskeln bei Personen mit CAI ist schwierig. Derzeit haben nur wenige Studien die Haltungsstabilität von Individuen mit CAI durch eine Methode bewertet, die CDP mit Elektromyographie (EMG) kombiniert.
Daher zielt das entwickelte Protokoll darauf ab, die Haltungskontrolle und die damit verbundene Muskelaktivität durch die Kombination von CDP und Oberflächenelektromyographie (sEMG) zu untersuchen. Dieses Protokoll bietet einen neuartigen Ansatz zur Untersuchung der neuromuskulären Kontrolle, einschließlich der sensorischen Organisation, der Haltungskontrolle und der damit verbundenen Muskelaktivität, für Teilnehmer mit CAI.
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Protocol
Vor den Tests unterzeichneten die Teilnehmer eine informierte Einwilligung, nachdem sie Informationen über den Versuchsprozess erhalten hatten. Dieses Experiment wurde von der Ethikkommission der Shanghai University of Sports genehmigt.
1. Ausrüstungsaufbau
- Schalten Sie das CDP-System ein, führen Sie eine vollständige Selbstkalibrierung aus und stellen Sie sicher, dass das Gerät normal mit einer Abtastfrequenz von 100 Hz arbeitet.
HINWEIS: Jede der beiden installierten unabhängigen Kraftplatten misst drei Kräfte (Fx, Fy und Fz) und drei Momente (Mx, My und Mz). Die x-Achse befindet sich in der links-rechten Richtung und ist senkrecht zur sagittalen Ebene. Die y-Achse befindet sich in vorwärts-rückwärtsgerichteter Richtung und ist senkrecht zur koronalen Ebene. Die Z-Achse ist senkrecht zur horizontalen Ebene. Die Ursprünge befinden sich in den Zentren der Kraftplatten. - Doppelklicken Sie auf Balance Manager System | Klinisches Modul, und klicken Sie dann auf Neuer Patient und legen Sie die Patienten-ID fest. Geben Sie eine genaue Größe, Gewicht und Alter ein. Wählen Sie Sensorischer Organisationstest, einseitige Haltung, Stabilitätsgrenzen, Motorcontrol Test und Anpassungstestaus.
HINWEIS: Solche demografischen Daten werden auch für altersgerechte normative Diagnoseanalysen verwendet. - Schalten Sie das Oberflächenelektromyographiesystem (sEMG) ein, und doppelklicken Sie auf das EMG Motion Tools-Symbol. Geben Sie das Triggersignal als Trigger In (Manueller Stopp)an, richten Sie die Teilnehmer-ID ein und stimmen Sie die gemessenen Muskeln mit der drahtlosen Elektrode ab. Die Muskeln der instabilen unteren Extremität sind vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL), biceps femoris (BF), tibialis anterior (TA), peroneal longus (PL), gastrocnemius medialis (GM) und gastrocnemius lateralis (GL).
HINWEIS: Der Ausdruck Trigger In (Manueller Stopp) gibt an, dass CDP das sEMG-System auslöst, um EMG-Daten während Tests zu erfassen, aber das "End"-Flag erfordert manuelles Klicken, um die Erfassung zu stoppen. - Verbinden Sie das sEMG-System über die Synchronisationsleitung mit dem CDP-System. Passen Sie die Kamera des sEMG-Systems an, um die Signalanzeige des CDP-Systems zu erfassen.
HINWEIS: Das Video der Kontrollleuchte wird synchron mit dem CDP-System und sEMG gesammelt, um den entsprechenden Zyklus des EMG gemäß den CDP-Tests zu schneiden. "Licht an" gibt an, dass der Test ausgeführt wird, und "Light off" zeigt an, dass der Test angehalten/angehalten wird.
2. Auswahl und Vorbereitung der Teilnehmer
- Verwenden Sie die folgenden Inklusionskriterien für CAI-Teilnehmer: (1) 35 männliche Teilnehmer mit regelmäßiger täglicher Aktivität, ausgenommen Profisportler oder sitzende Teilnehmer; (2) 20-29 Jahre alt; (3) Vorgeschichte von mindestens einer signifikanten Knöchelverstauchung, und die anfängliche Verstauchung muss mindestens 12 Monate vor der Einschreibung in die Studie aufgetreten sein; (4) Gefühle des "Verschenkens" des verletzten Sprunggelenks und/oder der wiederkehrenden Verstauchung und/oder des "Gefühls der Instabilität"; und (5) ein Cumberland-Knöchel-Instabilitätswerkzeug-Fragebogenvon von weniger als 24 Punkten16.
- Teilnehmer mit einer Geschichte von bilateralen Verstauchungen, Unterschenkelfraktur, Operation, nervösen und vestibulären Systemerkrankungen oder Allergie gegen Taping ausschließen. Zusätzlich rekrutieren Sie 35 männliche Teilnehmer ohne CAI, deren demografische Daten mit der CAI-Gruppe übereinstimmten, als Kontrollgruppe.
- Zur Vorbereitung das Elektrodenstück am Bauch der gemessenen Muskeln zu fixieren. Weisen Sie die Teilnehmer an, einen Sicherheitsgurt zu tragen und barfuß auf den Kraftplatten zu stehen, um der visuellen Umgebung zu begegnen.
- Passen Sie die Ausrichtung der Füße auf den Kraftplatten an. Richten Sie die malleolus medialis an der horizontalen Linie und der seitlichen Fußkante mit der entsprechenden computergenerierten Höhenlinie (S-, M- und T-Linien) aus. Deaktivieren Sie den in den visuellen Surround eingebetteten Bildschirm (Abbildung 1).
HINWEIS: Diese Richtlinien basieren auf den folgenden Höhen. "S" bedeutet "klein" und umfasst Höhen von 76 cm bis 140 cm. "M" bedeutet "mittel" und umfasst Höhen von 141 cm bis 165 cm. "T" bedeutet "hoch" und umfasst Höhen von 166 cm bis 203 cm. Der Bildschirm kann Lerneffekte erzeugen, da er visuelles Feedback in Echtzeit liefern kann. Daher sollte der Bildschirm während des Tests geschlossen bleiben, außer während der Stabilitätsgrenze (LOS) Test17.
- Passen Sie die Ausrichtung der Füße auf den Kraftplatten an. Richten Sie die malleolus medialis an der horizontalen Linie und der seitlichen Fußkante mit der entsprechenden computergenerierten Höhenlinie (S-, M- und T-Linien) aus. Deaktivieren Sie den in den visuellen Surround eingebetteten Bildschirm (Abbildung 1).
Abbildung 1: Vorbereitung der Teilnehmer auf die Messung. Die Teilnehmer stehen aufrecht barfuß, um sich der visuellen Umgebung zu stellen, tragen Sicherheitsgurt, richten ihre Füße korrekt an den Kraftplatten aus und fixieren die drahtlosen EMG-Elektroden an ihren Beinen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
3. Messverfahren
- CDP-Messung
- Sensorischer Organisationstest
- Weisen Sie die Teilnehmer an, aufrecht zu stehen und ihre COG so stabil wie möglich zu halten, um mit den Interferenzen von Sehvermögen, somatosensorischer und vestibulärer Empfindung (singly oder combined) fertig zu werden (Tabelle 1). Führen Sie die Messungen der Bedingungen 1–6 durch. Jeder Test dauert 20 s. Wiederholen Sie den Vorgang dreimal für jede Bedingung.
- Einseitige Haltung
- Weisen Sie die Teilnehmer an, ihre Hände mit offenen/geschlossenen Augen auf die vordere überlegene Iliac-Spinne zu legen. Betrachten Sie die instabile Knöchelseite als das Stützbein. Verlängern Sie ihr Kniegelenk vollständig aus und beugen Sie das Knie ihres nicht stützenden Beins um ca. 30°. Lassen Sie die Teilnehmer stabil für 10 s stehen bleiben. Wiederholen Sie den Vorgang dreimal für jede visuelle Bedingung.
- Grenze der Stabilität
- Weisen Sie die Teilnehmer an, ihre COG im zentralen Bereich zu halten. Wenn Sie den Ring hören, lehnen Sie ihren Körper und verschieben Sie ihre COG schnell in den Zielrahmen im Bildschirm. Weisen Sie die Teilnehmer an, 10 s stabil zu bleiben. Schließen Sie die acht Richtungsverschiebungen ihrer COG (vorwärts, vorwärts rechts, rechts, rechts rückwärts, rückwärts, rückwärts-links, links und links-vorwärts) ab).
HINWEIS: Beim PROZESS der COG-Verschiebung wird der Körper gerade gehalten, die Ferse oder Zehen sind nicht weit von den Kraftplatten entfernt, und das Hüftgelenk ist nicht gebogen.
- Weisen Sie die Teilnehmer an, ihre COG im zentralen Bereich zu halten. Wenn Sie den Ring hören, lehnen Sie ihren Körper und verschieben Sie ihre COG schnell in den Zielrahmen im Bildschirm. Weisen Sie die Teilnehmer an, 10 s stabil zu bleiben. Schließen Sie die acht Richtungsverschiebungen ihrer COG (vorwärts, vorwärts rechts, rechts, rechts rückwärts, rückwärts, rückwärts-links, links und links-vorwärts) ab).
- Motorsteuerungstest
- Weisen Sie die Teilnehmer an, effektiv zu reagieren, um die Körperstabilität wiederherzustellen und mit dem unerwarteten Abrutschen der Kraftplatten fertig zu werden. Wiederholen Sie den Vorgang dreimal für jede Slipbedingung.
HINWEIS: Die Kraftplatten sind mit kleiner/mittlerer/großer Amplitude in vorderer/posteriorer Richtung verrutscht. Je nach Höhe des Teilnehmers wird die Rutschamplitude der Kraftplatten automatisch angepasst. Es müssen Standardverfahren befolgt werden, um die Fußposition auf den Kraftplatten auszurichten. Zwischen den Versuchen besteht eine zufällige Verzögerung.
- Weisen Sie die Teilnehmer an, effektiv zu reagieren, um die Körperstabilität wiederherzustellen und mit dem unerwarteten Abrutschen der Kraftplatten fertig zu werden. Wiederholen Sie den Vorgang dreimal für jede Slipbedingung.
- Anpassungstest
- Weisen Sie die Teilnehmer an, effektiv zu reagieren, um die Körperstabilität wiederherzustellen und fünf aufeinander folgende unerwartete Rotationen mit einer Geschwindigkeit von 20°/s zu bewältigen. Richten Sie die Zehen nach oben oder unten.
- Sensorischer Organisationstest
| Zustand | Augen | Kraftplatten | Visuelle Surround | Störungen | Erwartete Reaktion |
| 1 | Öffnen | Lösung | Lösung | Somatosensorik | |
| 2 | Schließen | Lösung | Lösung | Vision | Somatosensorik |
| 3 | Öffnen | Lösung | Sway-Referenz | Vision | Somatosensorik |
| 4 | Öffnen | Sway-Referenz | Lösung | Somatosensorik | Vision, vestiular |
| 5 | Schließen | Sway-Referenz | Lösung | Somatosensorik, Vision | Vestibulären |
| 6 | Öffnen | Sway-Referenz | Sway-Referenz | Somatosensorik, Vision | Vestibulären |
Tabelle 1: Unterschiedliche Interferenzen und entsprechende erwartete Reaktionen im sensorischen Organisationstest. Der Begriff "sway-referenced" bedeutet, dass die Bewegung der Kraftplatten und die visuelle Umgebung dem COG-Schwanken des Teilnehmers folgt.
- sEMG Mess- und Datenprozess
- Nach dem Auslösen durch CDP-System während SOT, US, LOS, MCT und ADT, starten Sie die automatische Erfassung der unteren Gliedmaßen Muskelaktivität Rohdaten. Stoppen Sie die Erfassung während des sEMG-Systems manuell, wenn das Licht ausgeschaltet ist. Die Stichprobengröße beträgt 1000 Hz.
- Geben Sie das Bearbeitungsfenster der sEMG-Software ein. Importieren Sie die C3d-Datei der EMG-Rohdaten und die mp4-Datei des Lichtvideos. Schneiden Sie den Testzyklus, wenn das Licht eingeschaltet ist.
- Fügen Sie in die Vorgänge "Verarbeitungspipeline" die folgenden Optionen in die Laufpipeline ein: Butterworth-Filter mit Tiefpass (450 Hz, 2). Ordnung) und High-Pass (20 Hz, 2. Ordnung); Notenfilter bei 50 Hz; und Wurzel mittlere quadratische Glättung Fenster von 100 ms.
HINWEIS: Wählen Sie den Butterworth-Filter mit Tiefpass (450 Hz, 2. Ordnung) und High-Pass (20 Hz, 2. Auftrag), um unerwünschte Nieder- und Hochfrequenzkomponenten herauszufiltern. Stellen Sie den Kerbfilter auf 50 Hz ein, um 50 Hz-Interferenzen von der Hauptstromversorgung zu entfernen. Verwenden Sie das mittlere quadratische Glättungsfenster von 100 ms, um das laute Signal zu glätten. - Fügen Sie in die Optionen Ereignisse generieren die folgenden Ereignisse in die Ausführungspipeline ein. "muscle on" ist definiert als "alle Kanäle gehen über 5x Grundwertrauschen Standardabweichungen für mindestens 50 ms". "Muskel aus" ist definiert als "alle Kanäle fallen unter 5x Standardabweichungen über Basislinie für mindestens 50 ms ".
- Fügen Sie in die Optionen Parameter generieren die folgenden Parameter in die Laufpipeline ein: integrale Elektromyographie (iEMG); Wurzel mittelgroßes Quadrat (RMS); mittlere Leistungsfrequenz (MPF); mittlere Frequenz (MDF); und Co-Aktivierungsverhältnis.
HINWEIS: Im Folgenden sind die referenzierten Berechnungsformeln für die oben genannten Parameter (Gleichungen 1–4):
- Normalisieren Sie die RMS-Werte der SOT-, US-, LOS-, MCT- und ADT-Studien mit den RMS-Werten der maximalen freiwilligen isometrischen Kontraktion (MVIC) für jeden Muskel (Gleichung 5).
HINWEIS: MVIC zeigt die maximale Kraftkontraktion jedes Muskels für Teilnehmer in der Standardhaltung für 5 s an (Zusatzdatei 1)18.
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Representative Results
Repräsentative CDP-Ergebnisse
Sensorischer Organisationstest
Das System bewertet die Fähigkeit des Teilnehmers, COG im vorgegebenen Zielbereich beizubehalten, wenn sich die Umgebung als peripherer Signaleingang ändert. Equilibrium Score (ES) ist die Punktzahl unter den Bedingungen 1–6, die die Fähigkeit widerspiegelt, das Sensorsystem zu koordinieren, um die Haltungsstabilität aufrechtzuerhalten (Gleichung 6). Der zusammengesetzte Wert (KOMPOs) ist die gewichtete Durchschnittspunktzahl aller Bedingungen. Große Betonung wird auf die herausfordernden Bedingungen von 4, 5 und 6 gelegt. Der zusammengesetzte Score wird berechnet, indem die Gleichgewichtswerte für die Bedingungen SOT1 und SOT2 unabhängig mittelt, indem diese beiden Scores zu den Gleichgewichtswerten aus jedem drei Versuch der Bedingung SOT 3 bis SOT 6 addiert werden, und indem die Summe durch die insgesamt durchgeführten Versuche19,20dividiert wird. In den Abbildungen zeigen grüne Balken an, dass der Teilnehmer seine drei Sinnessysteme besser koordinieren und effektiver reagieren kann als sein altersgerechter normativer Kontrapunkt im Datensatz. Rote Balken zeigen an, dass die sensorische Organisationsfähigkeit des Teilnehmers schlechter ist als die des altersgerechten normativen Kontrapunkts im Dataset (Abbildung 2A).
HINWEIS: Die theoretische maximale vordere-hintere Richtungsverschiebung des COG für einen gesunden Erwachsenen beträgt 12,5°. - gibt den Sway-Winkel des COG an. Der Gleichgewichts-Score-Bereich ist 0–100. Eine Punktzahl von 0 gibt den Saldoverlust an. Werte nahe 100 zeigen an, dass der Teilnehmer eine gute Balancefunktion hat.
Sensory Analysis Score: Das System koordiniert den Anteil der Teilnahme von Vision, Propriozeption und vestibularen Empfindung unter sechs Bedingungen und leitet den Abhängigkeitsgrad von Vision (VIS), Propriozeption (SOM)und Vestibül (VEST) im Prozess der Aufrechterhaltung der Haltungsstabilität ab (Gleichungen 8–10). Das Erscheinungsbild eines roten Balkens zeigt an, dass der Teilnehmer das sensorische Gefühl VIS/SOM/VEST nicht verwenden kann, um das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Die visuelle Voreinstellung (PREF) gibt die Möglichkeit an, falsche visuelle Informationen in einer in Konflikt stehenden Umgebung visueller Interferenz zu ignorieren (Gleichung 11). Das Erscheinungsbild eines roten Balkens zeigt an, dass der Teilnehmer auf visuelle Informationen angewiesen ist, um das Gleichgewicht auch bei falschen visuellen Informationen zu halten (Abbildung 2B).
Strategie-Score: Das System exportiert den Strategie-Score (STR) entsprechend der Wechselbeziehung von COG und COP während des Prozesses der Stabilitätserhaltung. Eine STR nahe 100 zeigt die Verwendung eines hohen Anteils der Knöchelstrategie an. Ein STR-Score nahe 0 gibt die Verwendung eines hohen Anteils der Hüftstrategie an. Markierungen der Bedingungen 1-6 in der Nähe der rechten Seite des Quadranten zeigen die Dominanz der Knöchelstrategie; Personen in der Nähe der linken Seite weisen auf die Dominanz der Hüftstrategie hin (Abbildung 2C).
COG-Ausrichtung: COG-Position ändert sich in Form von Koordinaten unter jeder Bedingung (Abbildung 2D).
Abbildung 2: Repräsentatives Ergebnis für Teilnehmer mit CAI während der SOT. (A) Grafische Darstellung von Gleichgewichts- und zusammengesetzten Partituren. (B) Grafische Darstellung sensorischer Analyseergebnisse. (C) Grafische Darstellung der Ergebnisse der Strategieanalyse. (D) Grafische Darstellung der COG-Ausrichtungsergebnisse. In den grafischen Ergebnissen von SOT, US, LOS, MCT und ADT stellen die durchgezogenen grünen Balken die Ergebnisse im Normalbereich dar. Die durchgezogenen roten Balken stellen die Ergebnisse a-normaler Bereich dar. Die gestreiften Balken stellen den wiederholten Test dar. Die grauen Bereiche stellen den abnormalen Datenbereich dar. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Einseitige Haltung
Die Swechselgeschwindigkeit von COG (°/s) während der einseitigen Haltung wird exportiert. Das Auftreten eines roten Balkens zeigt an, dass die Fähigkeit, die Stabilität der Einzelnenposition aufrechtzuerhalten, schlechter ist als normal. Links/Rechts Differenz (%) zeigt den Vergleich des Gesamtschwungs zwischen dem linken und dem rechten Bein an (Abbildung 3).
Abbildung 3: Sway-Geschwindigkeit von COG für Teilnehmer mit CAI während der USA mit offenen/geschlossenen Augen (°/s).
Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Los
LOS ist die beste freiwillige Bewegungsmessung im CDP-System. LOS-Test bewertet die Reaktionszeit, Bewegungsgeschwindigkeit, wahrgenommene Fähigkeit für LOS und Bewegungssteuerungsfähigkeit. Die folgenden Variablen werden exportiert:
Reaktionszeit (RT) (s): Die Zeit zwischen dem Senden des Bewegungssignals und dem Beginn der Körperbewegung. Das Auftreten eines roten Balkens zeigt eine verzögerte Reaktionszeit an (Abbildung 4A).
Bewegungsgeschwindigkeit (MVL) (°/s): Die durchschnittliche Geschwindigkeit zwischen 5% und 95% vom Anfangspunkt bis zum Ziel. Das Auftreten eines roten Balkens zeigt an, dass die durchschnittliche Schwerkraftgeschwindigkeit langsamer ist als normal (Abbildung 4B).
Endpunktexkursionen (EPE) (%): Der COG-Bewegungsabstand vom Anfangspunkt zum endk.- Das Erscheinungsbild eines roten Balkens zeigt an, dass der Bewegungsabstand des COG nicht den normalen Bereich erreicht (Abbildung 4C).
Maximale Ausflüge (MXE) (%): Die maximale Entfernung der COG-Bewegung. Das Erscheinungsbild eines roten Balkens zeigt an, dass die maximale Exkursion des COG nicht den normalen Bereich erreicht (Abbildung 4C).
Richtungssteuerung (DCL) (%): Die Menge der Bewegung in Richtung der beabsichtigten Richtung abzüglich der Menge der Bewegung außerhalb der Achse (Abbildung 4D).
Abbildung 4: Repräsentatives Ergebnis für Teilnehmer mit CAI während LOS. (A) Grafische Darstellung der Reaktionszeitergebnisse.(n). (B) Grafische Darstellung der Bewegungsgeschwindigkeitsergebnisse (°/s). (C) Grafische Darstellung von Endpunkt und maximalen Ausflugsergebnissen (%). (D) Grafische Darstellung der Ergebnisse der Richtungssteuerung (%). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Motorsteuerungstest: Verwenden Sie diesen Test, um die Fähigkeit des Teilnehmers zu bewerten, eine effektive motorische Reaktion zu erzeugen, und um die COG-Stabilität wiederherzustellen, um mit der plötzlichen vorderen-hinteren Verschiebung der Kraftplatten fertig zu werden.
Gewichtssymmetrie: Dies bezieht sich auf die gewichtstragende Verteilung beider Beine. Das Aussehen eines roten Balkens zeigt das asymmetrische Gewicht der linken und rechten Beine an (Abbildung 5A). Die Balken zeigen die computergenerierte Bestätigung an. Wenn dieser Wert niedrig ist (≤2), ist die Latenz ungewöhnlich. Wenn dieser Wert 0 ist, fehlt die Antwort und muss erneut getestet werden.
Latenz (ms): Die Reaktionszeit von der Bewegung der Druckkraftplatten bis zur Bewegung der COP. (1) Das Auftreten eines roten Balkens in der einseitigen Seite während der Vorwärts-/Rückwärtsverschiebung kann auf einseitige orthopädische Verletzungen zurückzuführen sein. (2) Das Auftreten eines roten Balkens in den seitender Seiten während der Vorwärts-/Rückwärtsverschiebung kann auf das Auftreten von Schäden im effelösen Zweig des langen Zirkulationswegs hinweisen. (3) Das Auftreten eines roten Balkens in den bilateralen Seiten während der Vorwärts- und Rückwärtsverschiebung kann auf periphere Neuropathie, Wirbelsäulenerkrankungen, Multiple Sklerose und Hirnstamm/kortikale Pathologie zurückzuführen sein (Abbildung 5B).
Amplitudenskalierung: Dies ist die Kraft, die das Bein als Reaktion auf Störungen auf die Kraftplatte ausübt. Die Erhöhung der Amplitudenskalierung (AS) sollte bipedal symmetrisch sein und sich auf die Amplituden des Schubplattenverrutschens beziehen (Abbildung 5C).
Abbildung 5: Repräsentative Ergebnisse der Teilnehmer mit CAI während der Motorsteuerungsprüfung. (A) Grafische Darstellung der Ergebnisse der Gewichtssymmetrie. (B) Grafische Darstellung der Latenzergebnisse (ms). (C) Grafische Darstellung der AS-Ergebnisse. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Anpassungstest
Der Sway Energy Score (SES) wird auf der Grundlage der Geschwindigkeit und Beschleunigung der COP während der ersten 2 s der Störung bestimmt und exportiert (Abbildung 6). Ein roter Balken, der 200 Punkte erreicht, zeigt den Verlust des Gleichgewichts (Fall) an. (1) Wenn rote Balken 200 Punkte im Graubereich nicht weniger als zweimal in fünf Versuchen erreichen und andere Balken grün bleiben, dann ist die Variation normal, und das Sturzrisiko ist nicht vorhanden. (2) Rote Balken, die in fünf Versuchen jeweils 200 Punkte erreichen, können folgende Gründe haben. Der COG ist rückwärts übermäßig, wenn sich die Kraftplatten in Zehen-Nach-oben-Richtung drehen und umgekehrt. Der Bewegungsumfang des Knöchels ist begrenzt. Die Sprunggelenke oder unteren Gliedmaßen sind schwach. Das zentrale Nervensystem ist dysfunktional. (3) Die roten Balken erreichen in fünf Versuchen zweimal 200 Punkte, während andere Balken aufgrund des Einflusses von Angst oder Angst grün bleiben. (4) Das Aussehen eines roten Balkens im Grauen Bereich kann fünfmal auf schwache Sprunggelenke, untere Gliedmaßen, Angst oder Angst zurückzuführen sein.
Abbildung 6: SES der Teilnehmer mit CAI während ADT. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
sEMG Ergebnisse
Unter mansolis z. B. werden die Roh- und Verarbeiteten Daten von sEMG während SOT, US, MCT und ADT angezeigt (Abbildung 7 und Abbildung 8). Das Intervall, das durch die rote Linie und die Spitzen angezeigt wird, ist das Intervall, in dem die Kontrollleuchte des CDP-Systems eingeschaltet ist und die Testphase ist.
Abbildung 7: Rohdaten von sEMG für Vastus medialis während SOT, US, MCT und ADT.
Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 8: Verarbeitete Daten von sEMG für Vastus medialis während SOT, US, MCT und ADT.
Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Die sEMG-Parameter, die den Testphasen von SOT, US, LOS, MCT und ADT entsprechen, sind wie folgt. iEMG reflektiert die Muskelenergie, die pro Zeiteinheit angesammelt wird. RMS spiegelt die mittlere Leistung des EMG-Signals wider. MPF bezeichnet den Durchschnittswert jeder Leistung in der Leistungsspektrumverteilung. MDF teilt das Leistungsspektrum in zwei Teile mit gleichen Flächen. Das Koaktivierungsverhältnis spiegelt die Koordination zwischen den agonistischen und antagonistischen Muskeln der Aktivierungsphase in Tests wider.
Ergänzende Datei 1: Einführung für Computerisiertes dynamisches Posturographiesystem. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Tabelle 1: Anwendungstechnik auf den Muskelseiten von sEMG Elektroden Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.
Zusatztabelle 2: Standardhaltung für EMG-Normalisierungsmethode für gemessene Muskeln. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.
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Discussion
Das vorgestellte Protokoll wird verwendet, um die dynamische Haltungskontrolle und die damit verbundene Muskelaktivität bei Personen mit CAI zu messen, indem CDP mit sEMG synchronisiert wird. CDP verfolgt die Flugbahn der COP und COG und gibt Einblick in die Wechselwirkung zwischen sensorischen Informationen (visuelle, somatosensorische und vestibuläre Empfindung) Eingang und die externe Umgebung8,21,22. Es ist ein effektives Werkzeug zur Diagnose der funktionellen Aktivitätsbegrenzung, die durch sensorische oder motorische Systemstörungen verursacht wird. Die Muskelaktivität wird synchron während DER CDP-Aufgaben gesammelt, um die Koordination der unteren Gliedmaßen zu untersuchen. Dieses Protokoll gleicht unter bestimmten Umständen die Einschränkungen früherer Studien aus. Es ermöglicht die umfassende Untersuchung der neuromuskulären Kontrolle von CAI durch die Kombination von CDP und damit verbundenen Muskelaktivität.
Die folgenden Schritte im Protokoll sind entscheidend für die Untersuchung der Haltungsstabilität und sind mit der genauen Messung von Signalen verbunden. Die Ergebnisse vor dem Experiment zeigten, dass der Abschluss des gesamten Tests ohne Pause 25 min dauert. Dabei konzentrieren sich die Teilnehmer auf die Anpassung der Motorstrategien und die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts. Müdigkeit verändert die Bewegungsregulierungsstrategie des zentralnervösen Systems und unterbricht Propriozeption, Muskelreaktion und dynamische Haltungskontrolle23,24. Daher sollte nach jedem Test eine Ruhezeit von mindestens 5 min eingestellt werden, um kognitive Belastung und Körperermüdung zu vermeiden25. Anthropometrische Merkmale sollten genau kontrolliert werden, um die Variabilität für die genaue Bewertung des Haltungssaldos26,27,28zu begrenzen. In diesem Protokoll sollten in diesem Protokoll Alter, Größe, Gewicht und Fußpositionsausrichtung genau gesteuert werden, da sie den Standort der COP bestimmen und die Analyse der Gewichtsverteilung und der Kraft2beeinflussen. Der Sicherheitsgurt sollte nicht zu locker oder zu fest sein, um die Sicherheit des Teilnehmers zu schützen, ohne die normale Bewegung zu beeinträchtigen. Nach Abschluss der Fußausrichtung sollte sich die Fußposition erst nach Abschluss der Tests bewegen. Der Teilnehmer sollte nicht den Sicherheitsgurt greifen oder sich auf die visuelle Umgebung stützen dürfen, um externe Unterstützung zu suchen, um die Genauigkeit des Ergebnisses nicht zu beeinträchtigen. Die zufällige Sequenzierung der Versuche in MCT mit unterschiedlichen Größen hilft, die Teilnehmer daran zu hindern, die Störbedingungen vorherzusagen.
Bei der Durchführung der Messung müssen die folgenden Einschränkungen berücksichtigt werden. Erstens werden nur männliche Teilnehmer einbezogen, um die Einmischung geschlechtsspezifischer Unterschiede in die Interpretation der Ergebnisse zu vermeiden. Zukünftige Forschung muss Haltungskontrolle und Muskelaktivierung bei weiblichen Teilnehmern mit CAI zu erforschen. Zweitens werden die meisten CAI-Verletzungen invertiert oder mit plantarer Flexion in der Frontebene kombiniert, während MCT- und ADT-Störungen ein vorderes- posteriores Rutschen in der horizontalen Ebene und eine Flexions-Dorsiflexion-Rotation in der sagittalen Ebene der Kraftplatten beinhalten. Daher sollten zukünftige Interferenzmodelle den Schadensmechanismus berücksichtigen.
Vorhandene Methoden werden wiefolgtin mehrere Kategorien eingeteilt und zur Beurteilung der Haltungsstabilität verwendet. Klinische Skalen, wie die Berg Balance Scale, lassen sich einfach in die klinische funktionelle Bewertung implementieren. Die Ergebnisse sind jedoch subjektiv, und das schwache Segment ist schwer zu finden. Die ergebnisorientierte Messung der freiwilligen dynamischen Steuerung, wie z. B. Reichweite des Y-Balance-Tests, konnte Haltungskontrollmängel identifizieren, ignoriert aber die Aktionsqualität während des Prozesses30,31. Eine bestimmte sensorische Umgebung zu ändern, wie das Stehen mit geschlossenen Augen für Sehentzug, das Stehen mit einem Bein, um die Basis der Stütze zu reduzieren, oder das Stehen auf einer instabilen Oberfläche (schaum- oder wackelfähig), um das somatosensorische System zu stören, ist eine kostengünstige und tragbare Möglichkeit, den Mangel des spezifischen Sensoriksystems zu unterscheiden, um eine dynamische Balancesteuerung zu erreichen4,5. CDP könnte den Abhängigkeitsanteil der drei sensorischen Systeme analysieren und Haltungsstrategien untersuchen, indem sie COP und COG nachverfolgt. SOT wird insbesondere zur Bewertung der Qualität des Motorsystemausgangs (COG-Dynamiksteuerung) eingesetzt, indem der periphere Umgebungssignaleingang (Sensorgewicht) in einer kompletten sensorischen Motorschleife gesteuert wird. US und LOS können autonome freiwillige Motorsteuerungsfähigkeit auf kortikaler Ebene bewerten. MCT und ADT können die automatische Haltungsreaktion auf Hirnstamm- und Kortikalebene durch externe Stimulation bewerten. Die mangelhafte Propriozeption, die fibuläre Muskelkraft und die Bändernintegrität von Personen mit CAI können an sensorischem Input und Motorleistung teilnehmen und können im schwachen Gelenk durch Messungen des CDP-Systems erkannt werden. Der Anwendungsbereich kann jedoch durch die Laborumgebung und die Komplexität eingeschränkt werden.
Dieses explorative Protokoll misst die Muskelaktivität der unteren Gliedmaßen während CDP-Aufgaben und gibt Einblick in die Muskelkoordination einer instabilen unteren Extremität. Erhebliche Unterschiede bestehen zwischen dem CAI und gesunden Gruppen aufgrund der mangelhaften Stabilität der seitlichen Knöchelbänder der Teilnehmer mit CAI. Im Vergleich zu den Teilnehmern der gesunden Gruppe können diejenigen in der CAI-Gruppe eine erwartete Hüftstrategie und unangemessene Verwendung von Sehvermögen in SOT, eine höhere Geschwindigkeit von COG in den USA, längere Latenz und größere Amplituden in MCT und größere Schwundenergie in ADT aufweisen. Darüber hinaus kann die Muskelaktivität für Peronealmuskeln während CDP-Aufgaben abnehmen. Eine sichere Schlussfolgerung über den Inhalt dieses Protokolls ist jedoch aufgrund der Ergebnisse der aktuellen Studie aufgrund der zukünftigen Anwendung auf CAI-Teilnehmer nicht möglich.
Dieses Protokoll basiert auf genauen Werten und einem vollständigen sensorischen motorischen Weg, der Beweise für die wissenschaftliche Gemeinschaft liefern könnte. Bei Anwendung in der Klinik bietet dieses Protokoll Eine Haltungsstrategie im Training und eine spezifische Muskelrehabilitation für die Behandlung von Patienten mit CAI. Forscher können dieses Protokoll verwenden, um die Haltungsstabilität und die damit verbundene Muskelaktivität in anderen Situationen zu untersuchen, wie folgt: die neuromuskuläre Kontrollbewertung von neurologischen Störungen wie Parkinson und Multiple Sklerose; die Haltungsstabilitätsbewertung von Stützhilfen wie High Heels und Unterkörperprothese; und das Sturzrisiko und die Muskelaktivierungsbewertung von speziellen Gruppen, wie älteren Menschen, Flachfußmenschen und Kindern mit Zerebralparese.
Das CDP-System bietet einen Trainingsmodus, der für Balance-Trainings verwendet werden kann, der Sequenz-, Gewichts- und Labor-individuelle Schulungen für Patienten während des CDP umfasst. Forscher können den Forschungsmodus des Systems verwenden, um den Motormodus und die Dauer der Kraftplatten und die visuelle Umrandung durch die Sinuswellenfunktion anzupassen. Zukünftige Forschung auf neuromuskuläre Kontrolle kann eine Kombination von anderen Instrumenten, wie Motion Capture und Plantar Drucksysteme verwenden.
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Disclosures
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Acknowledgments
Die Autoren würdigen die Finanzierung des National Natural Science Fund of China (11572202, 11772201 und 31700815).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| NeuroCom Balance Manager SMART EquiTest | Natus Medical Incorporated, USA | Its major components include: NeuroCom Balance Manager Software Suite, dynamic dual force plate (rotate & translate), moveable visual surround with 15” LCD display (it could provide a real time display of the subject’s center of gravity shown as a cursor during the task) and illumination, overhead support bar with patient harness, computer and other parts. | |
| wireless Myon 320 sEMG system | Myon AG | The system consists of 16 parallel channels of transmitter signals, receiver, "EMG motion Tools" and "ProEMG" software,computer and other parts. |
References
- Winter, D. A. Human balance and posture control during standing and walking. Gait & Posture. 3, 193-214 (1995).
- Vanicek, N., King, S. A., Gohil, R., Chetter, I. C., Coughlin, P. A. Computerized dynamic posturography for postural control assessment in patients with intermittent claudication. Journal of Visualized Experiments. (82), e51077 (2013).
- Yin, L., Wang, L. Acute Effect of Kinesiology Taping on Postural Stability in Individuals With Unilateral Chronic Ankle Instability. Frontiers in Physiology. 11, 192 (2020).
- Fusco, A., et al. Dynamic Balance Evaluation: Reliability and Validity of a Computerized Wobble Board. Journal of Strength and Conditioning Research. 34 (6), 1709-1715 (2020).
- Fusco, A., et al. Wobble board balance assessment in subjects with chronic ankle instability. Gait & Posture. 68, 352-356 (2019).
- Silva Pde, B., Oliveira, A. S., Mrachacz-Kersting, N., Laessoe, U., Kersting, U. G. Strategies for equilibrium maintenance during single leg standing on a wobble board. Gait & Posture. 44, 149-154 (2016).
- Domènech-Vadillo, E., et al. Normative data for static balance testing in healthy individuals using open source computerized posturography. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology. 276 (1), 41-48 (2019).
- Harro, C. C., Garascia, C. Reliability and validity of computerized force platform measures of balance function in healthy older adults. Journal of Geriatric Physical Therapy. 42 (3), 57-66 (2019).
- Doherty, C., et al. The incidence and prevalence of ankle sprain injury: a systematic review and meta-analysis of prospective epidemiological studies. Sports Medicine. 44 (1), 123-140 (2014).
- Hertel, J. Sensorimotor deficits with ankle sprains and chronic ankle instability. Clinics in Sports Medicine. 27 (3), 353-370 (2008).
- Munn, J., Sullivan, S. J., Schneiders, A. G. Evidence of sensorimotor deficits in functional ankle instability: a systematic review with meta-analysis. Journal of Science and Medicine in Sport. 13 (1), 2-12 (2010).
- Arnold, B. L., De La Motte, S., Linens, S., Ross, S. E. Ankle instability is associated with balance impairments: a meta-analysis. Medicine & Science in Sports & Exercise. 41 (5), 1048-1062 (2009).
- de-la-Torre-Domingo, C., Alguacil-Diego, I. M., Molina-Rueda, F., Lopez-Roman, A., Fernandez-Carnero, J. Effect of kinesiology tape on measurements of balance in subjects with chronic ankle instability: a randomized controlled trial. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 96 (12), 2169-2175 (2015).
- Jaber, H., et al. Neuromuscular control of ankle and hip during performance of the star excursion balance test in subjects with and without chronic ankle instability. PLoS One. 13 (8), 0201479 (2018).
- Simpson, J. D., Stewart, E. M., Macias, D. M., Chander, H., Knight, A. C. Individuals with chronic ankle instability exhibit dynamic postural stability deficits and altered unilateral landing biomechanics: A systematic review. Phys Ther Sport. 37, 210-219 (2019).
- Gribble, P. A., et al. Selection criteria for patients with chronic ankle instability in controlled research: a position statement of the International Ankle Consortium. Br J Sports Medicine. 48 (13), 1014-1018 (2014).
- Wrisley, D. M., et al. Learning effects of repetitive administrations of the sensory organization test in healthy young adults. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 88 (8), 1049-1054 (2007).
- Tabard-Fougère, A., et al. EMG normalization method based on grade 3 of manual muscle testing: Within- and between-day reliability of normalization tasks and application to gait analysis. Gait & Posture. 60, 6-12 (2018).
- Shim, D. B., Song, M. H., Park, H. J. Typical sensory organization test findings and clinical implication in acute vestibular neuritis. Auris Nasus Larynx. 45 (5), 916-921 (2018).
- Nam, G. S., Jung, C. M., Kim, J. H., Son, E. J. Relationship of vertigo and postural instability in patients with vestibular schwannoma. Clinical and Experimental Otorhinolaryngology. 11 (2), 102-108 (2018).
- Faraldo-Garcia, A., Santos-Perez, S., Crujeiras, R., Soto-Varela, A. Postural changes associated with ageing on the sensory organization test and the limits of stability in healthy subjects. Auris Nasus Larynx. 43 (2), 149-154 (2016).
- Gofrit, S. G., et al. The association between video-nystagmography and sensory organization test of computerized dynamic posturography in patients with vestibular symptoms. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology. 276 (12), 3513-3517 (2019).
- Gribble, P. A., Hertel, J., Denegar, C. R., Buckley, W. E. The effects of fatigue and chronic ankle instability on dynamic postural control. Journal of Athletic Training. 39 (4), 321-329 (2004).
- Gribble, P. A., Hertel, J., Denegar, C. R. Chronic ankle instability and fatigue create proximal joint alterations during performance of the Star Excursion Balance Test. International Journal of Sports Medicine. 28 (3), 236-242 (2007).
- Le Clair, K., Riach, C. Postural stability measures: what to measure and for how long. Clinical Biomechanics. 11 (3), 176-178 (1996).
- Fusco, A., et al. Y balance test: Are we doing it right. Journal of Science and Medicine in Sport. 23 (2), 194-199 (2020).
- Riemann, B., Davies, G. Limb, sex, and anthropometric factors influencing normative data for the Biodex Balance System SD athlete single leg stability test. Athletic Training & Sports Health Care. 5, 224-232 (2013).
- Chiari, L., Rocchi, L., Cappello, A. Stabilometric parameters are affected by anthropometry and foot placement. Clinical Biomechanics. 17 (9-10), 666-677 (2002).
- Chaudhry, H., Bukiet, B., Ji, Z., Findley, T. Measurement of balance in computer posturography: Comparison of methods--A brief review. Journal of Bodywork and Movement Therapies. 15 (1), 82-91 (2011).
- Hertel, J., Braham, R. A., Hale, S. A., Olmsted-Kramer, L. C. Simplifying the Star Excursion Balance Test Analyses of Subjects With and Without Chronic Ankle Instability. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. 36 (3), (2006).
- Gribble, P. A., Hertel, J., Plisky, P. Using the Star Excursion Balance Test to assess dynamic postural-control deficits and outcomes in lower extremity injury: a literature and systematic review. Journal of Athletic Training. 47 (3), 339-357 (2012).
