Summary
Personer med kronisk ankel ustabilitet (CAI) viser postural kontrollmangel og forsinket muskelaktivering av nedre ekstremiteter. Datastyrt dynamisk posturografi kombinert med overflateelektromyografi gir innsikt i koordinering av visuelle, somatosensoriske og vestibulære systemer med muskelaktiveringsregulering for å opprettholde postural stabilitet hos personer med CAI.
Abstract
Datastyrt dynamisk posturografi (CDP) er en objektiv teknikk for evaluering av postural stabilitet under statiske og dynamiske forhold og perturbasjon. CDP er basert på den inverterte pendelmodellen som sporer forholdet mellom trykksenteret og tyngdepunktet. CDP kan brukes til å analysere proprioception proprioception, og vestibulær følelse for å opprettholde postural stabilitet. Følgende tegn definerer kronisk ankel ustabilitet (CAI): vedvarende ankelsmerter, hevelse, følelsen av "vike", og selv rapportert funksjonshemming. Postural stabilitet og fibular muskel aktiveringsnivå hos personer med CAI redusert på grunn av laterale ankel ligament komplekse skader. Få studier har brukt CDP til å utforske den posturale stabiliteten til personer med CAI. Studier som undersøker postural stabilitet og relatert muskelaktivering ved hjelp av synkronisert CDP med overflateelektromyografi mangler. Denne CDP-protokollen inkluderer en sensorisk organisasjonstest (SOT), en motorkontrolltest (MCT) og en tilpasningstest (ADT), samt tester som måler ensidig holdning (US) og grense for stabilitet (LOS). Overflaten elektromyografi systemet synkroniseres med CDP for å samle inn data om nedre lem muskel aktivering under måling. Denne protokollen presenterer en ny tilnærming for evaluering av koordinering av visuelle, somatosensoriske og vestibulære systemer og relatert muskelaktivering for å opprettholde postural stabilitet. Videre gir det ny innsikt i nevromuskulær kontroll av personer med CAI når de takler virkelige komplekse miljøer.
Introduction
Datastyrt dynamisk posturografi (CDP) er en objektiv teknikk for evaluering av postural stabilitet under statiske og dynamiske forhold og perturbasjon. CDP er basert på den inverterte pendelmodellen som sporer forholdet mellom trykksenteret (COP) og tyngdepunktet (COG). COG er den vertikale projeksjonen av midten av massen (COM), mens COM er poenget tilsvarende den totale kroppsmassen i det globale referansesystemet. COP er poengplasseringen til den vertikale bakkereaksjonskraftvektoren. Det representerer et vektet gjennomsnitt av alle trykk over overflaten av kontaktområdet med bakken1. Postural stabilitet er evnen til å opprettholde COM innenfor bunnen av støtte i et gitt sensorisk miljø. Det gjenspeiler nevromuskulær kontroll evne som koordinerer sentralnervesystemet med afferent sensorisk system (visjon, proprioception, og vestibulær følelse) og motor kommando utgang2.
Tidligere evalueringsmetoder for postural kontroll, for eksempel tid for en enkeltbensholdning og rekkeviddeavstand for Y-balansetester, er resultatorienterte og kan ikke brukes til objektivt å evaluere koordineringen mellom sensoriske systemer og motorkontroll3. I tillegg brukte noen studier bærbare datastyrte wobble bord, som kvantifisert dynamisk balanse forestillinger ut av laboratorieinnstillinger4,5,6. CDP skiller seg fra de ovennevnte testmetodene, fordi den kan brukes på analysen av synsandelen, proprioception og vestibulær følelse i postural stabilitetvedlikehold og til evaluering av andelen motorstrategi, for eksempel ankel eller hip dominerende strategi. Det har blitt sett på som en gullstandard for posturalkontrollmåling 7 på grunn av nøyaktighet, pålitelighet og gyldighet8.
Kronisk ankel ustabilitet (CAI) er preget av vedvarende ankelsmerter, hevelse, og følelsen av "vike"; det er en av de vanligste idrettsskader9. CAI stammer hovedsakelig fra laterale ankelforstuinger, som ødelegger integriteten og stabiliteten til det laterale ankelleddskomplekset. Proprioception, fibular muskelstyrke og normal bane av talus er svekket10,11. Manglene i det svake ankelsegmentet kan føre til mangelfull postural kontroll og muskelaktivering hos personer med CAI12. Få studier har imidlertid undersøkt den posturale stabiliteten til personer med CAI ved hjelp av CDP3,13. Nåværende målinger kan sjelden analysere holdningskontrollmangelen til CAI fra perspektivet til sensorisk analyse. Derfor trenger evnen til sensorisk organisering og postural strategi for CAI for å opprettholde postural stabilitet ytterligere utforskning.
Muskelaktivitet er en viktig komponent i nevromuskulær kontroll som påvirker reguleringen av postural stabilitet14,15. CDP overvåker imidlertid bare forholdet mellom COP og COG gjennom kraftplater, og dets anvendelse på observasjon av det spesifikke aktiveringsnivået av nedre lemmuskler hos personer med CAI er vanskelig. For tiden har få studier evaluert den posturale stabiliteten til personer med CAI gjennom en metode som kombinerer CDP med elektromyografi (EMG).
Derfor tar den utviklede protokollen sikte på å utforske postural kontroll og relatert muskelaktivitet ved å kombinere CDP og overflateelektromyografisystem (sEMG). Denne protokollen gir en ny tilnærming til å undersøke nevromuskulær kontroll, inkludert sensorisk organisering, postural kontroll og relatert muskelaktivitet, for deltakere med CAI.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Før testene signerte deltakerne et informert samtykke etter å ha mottatt informasjon om den eksperimentelle prosessen. Dette eksperimentet er godkjent av etikkkomiteen ved Shanghai University of Sports.
1. Oppsett av utstyr
- Slå på CDP-systemet, fullstendig selvkalibrering, og kontroller at instrumentet fungerer normalt med 100 Hz samplingsfrekvens.
MERK: Hver av de to installerte uavhengige kraftplatene måler tre krefter (Fx, Fy og Fz) og tre øyeblikk (Mx, My og Mz). X-aksen er i venstre-høyre retning og er vinkelrett på sagittalplanet. Y-aksen er i fremover-bakover retning og er vinkelrett på koronarplanet. Z-aksen er vinkelrett på det horisontale planet. Opprinnelsen er plassert i sentrene til kraftplatene. - Dobbeltklikk På Balance Manager System | Klinisk modul, og klikk deretter Ny pasient og opprett pasient-ID.Angi en nøyaktig høyde, vekt og alder. Velg Sensorisk organisasjonstest, ensidig holdning, grenser for stabilitet, motorkontrolltest og tilpasningstest.
MERK: Slike demografiske data brukes også til alderstilpasset normativ diagnostisk analyse. - Slå på overflaten elektromyografi (sEMG) system, og dobbeltklikk på EMG Motion Tools ikonet. Angi utløsersignalet som Trigger In (Manual Stop),opprett deltaker-ID-en, og match de målte musklene med den trådløse elektroden. Musklene i ustabil underekstremitet er vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL), biceps femoris (BF), tibialis fremre (TA), peroneal longus (PL), gastrocnemius medialis (GM) og gastrocnemius lateralis (GL).
MERK: Uttrykket Utløser i (Manuell stopp) angir at CDP utløser sEMG-systemet for å registrere EMG-data under tester, men "slutt"-flagget krever manuell klikking for å stoppe anskaffelsen. - Koble sEMG-systemet til CDP-systemet via synkroniseringslinjen. Juster kameraet på sEMG-systemet for å fange signalindikatorlampen til CDP-systemet.
MERK: Videoen av indikatorlampen samles synkront med CDP-systemet og sEMG for å kutte den tilsvarende syklusen til EMG i samsvar med CDP-testene. "Lys på" indikerer at testen pågår, og "lys av" indikerer at testen er satt på pause/ stoppet.
2. Deltakervalg og forberedelse
- Bruk følgende inklusjonskriterier for CAI-deltakere: (1) 35 mannlige deltakere med regelmessig daglig aktivitet, unntatt profesjonelle idrettsutøvere eller stillesittende deltakere; (2) 20–29 år gammel; (3) tidligere med minst én signifikant ankelforstuing, og den første forstuingen må ha skjedd minst 12 måneder før innmelding i studien; (4) følelser av å "gi bort" av den skadede ankelleddet og / eller tilbakevendende forstuing og / eller "følelse av ustabilitet;" og (5) en Cumberland Ankle Instability Tool spørreskjema score på mindre enn 24 poeng16.
- Ekskluder deltakere med en historie med bilaterale forstuinger, nedre lembrudd, operasjon, nerve- og vestibulære systemsykdommer eller allergi mot taping. I tillegg rekrutterer du 35 mannlige deltakere uten CAI, hvis demografiske data matchet med CAI-gruppen, som kontrollgruppe.
- For forberedelse, fest elektrodestykket på magen til de målte musklene. Be deltakerne bruke en sikkerhetssele og stå barbeint på kraftplatene for å møte den visuelle omrammingen.
- Juster justeringen av føttene på kraftplatene. Juster malleolus-medierisen etter den horisontale linjen og sidekanten av foten etter de tilsvarende datagenererte høydelinjene (S,M og T-linjene). Slå av skjermen som er innebygd i den visuelle omrammingen (figur 1).
MERK: Disse retningslinjene er basert på følgende høyder. "S" betyr "liten" og inkluderer høyder fra 76 cm til 140 cm. "M" betyr "medium" og inkluderer høyder fra 141 cm til 165 cm. "T" betyr "høy" og inkluderer høyder fra 166 cm til 203 cm. Skjermen kan gi læringseffekter, fordi den kan gi visuell tilbakemelding i sanntid. Dermed bør skjermen forbli stengt under testen, unntatt under grensen for stabilitet (LOS) test17.
- Juster justeringen av føttene på kraftplatene. Juster malleolus-medierisen etter den horisontale linjen og sidekanten av foten etter de tilsvarende datagenererte høydelinjene (S,M og T-linjene). Slå av skjermen som er innebygd i den visuelle omrammingen (figur 1).
Figur 1: Deltakerforberedelse for måling. Deltakerne står oppreist barbeint for å møte den visuelle omrammingen, bruker sikkerhetssele, justerer føttene riktig etter kraftplatene og fikser de trådløse EMG-elektrodene på beina. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
3. Måleprosedyrer
- CDP-måling
- Sensorisk organisasjonstest
- Be deltakerne om å stå oppreist og holde varehjulet så stabilt som mulig for å takle interferensen fra syn, somatosensorisk og vestibulær følelse (enkeltvis eller kombinert) (Tabell 1). Fullfør målingene av forholdene 1–6. Hver test varer i 20 s. Gjenta prosedyren tre ganger for hver betingelse.
- Ensidig holdning
- Be deltakerne om å legge hendene på den fremre overlegne iliac ryggraden med øynene åpne/ lukket. Vurder den ustabile ankelsiden som støttebenet. Fullt uttrekk kneleddet, og bøy kneet på deres ikke-støttende ben med ca 30°. La deltakerne bli stående stabilt i 10 s. Gjenta prosedyren tre ganger for hver visuelle tilstand.
- Grense for stabilitet
- Be deltakerne om å vedlikeholde sin VAREFORBRUK I det sentrale området. Når du hører ringen, lener kroppen og skifter cog raskt inn i den målrettede rammen på skjermen. Be deltakerne om å holde seg stødige i 10 s. Fullfør de åtte retningsbestemte giringen av cog (fremover, fremover-høyre, høyre, høyre bakover, bakover, bakover-venstre, venstre og venstre fremover).
MERK: I prosessen med COG-giring holdes kroppen rett, hælen eller tærne er ikke langt fra kraftplatene, og hofteleddet er ikke bøyd.
- Be deltakerne om å vedlikeholde sin VAREFORBRUK I det sentrale området. Når du hører ringen, lener kroppen og skifter cog raskt inn i den målrettede rammen på skjermen. Be deltakerne om å holde seg stødige i 10 s. Fullfør de åtte retningsbestemte giringen av cog (fremover, fremover-høyre, høyre, høyre bakover, bakover, bakover-venstre, venstre og venstre fremover).
- Test av motorkontroll
- Be deltakerne om å reagere effektivt for å gjenopprette kroppsstabiliteten og å takle den uventede glidingen av kraftplatene. Gjenta prosedyren tre ganger for hver slip tilstand.
MERK: Kraftplatene er skled med liten/middels/stor amplitude i fremre/bakre retning. I henhold til deltakerens høyde justeres slip amplituden til kraftplatene automatisk. Standardprosedyrer må følges for å justere fotposisjonen på kraftplatene. Det finnes tilfeldig forsinkelse mellom forsøk.
- Be deltakerne om å reagere effektivt for å gjenopprette kroppsstabiliteten og å takle den uventede glidingen av kraftplatene. Gjenta prosedyren tre ganger for hver slip tilstand.
- Tilpasning test
- Be deltakerne om å reagere effektivt for å gjenopprette kroppsstabiliteten og å takle fem påfølgende uventede rotasjoner med en hastighet på 20°s. Rett tærne oppover eller nedover.
- Sensorisk organisasjonstest
| Tilstand | Øyne | Kraftplater | Visuell surround | Forstyrrelser | Forventet respons |
| 1 | Åpne | Fikse | Fikse | Somatosensorisk | |
| 2 | Lukke | Fikse | Fikse | Visjon | Somatosensorisk |
| 3 | Åpne | Fikse | Sway-referanse | Visjon | Somatosensorisk |
| 4 | Åpne | Sway-referanse | Fikse | Somatosensorisk | Syn, vestibulær |
| 5 | Lukke | Sway-referanse | Fikse | Somatosensorisk, syn | Vestibulær |
| 6 | Åpne | Sway-referanse | Sway-referanse | Somatosensorisk, syn | Vestibulær |
Tabell 1: Ulike forstyrrelser og tilsvarende forventet respons i sensorisk organisasjonstest. Begrepet "sway-referert" betyr at bevegelsen av kraftplatene og visuell surround følger deltakerens COG-svaie.
- sEMG-måling og dataprosess
- Etter å ha utløst av CDP-systemet under SOT, USA, LOS, MCT og ADT, starter du automatisk anskaffelse av lavere lem muskelaktivitet rådata. Stopp oppkjøpet manuelt under sEMG-systemet når lyset er av. Prøvestørrelsen er 1000 Hz.
- Angi behandlingsvinduet for sEMG-programvaren. Importer C3d-filen til EMG-rådata og mp4-filen i lysvideoen. Klipp prøvesyklusen når lyset er på.
- I "processing pipeline"-operasjonene inkluderer du følgende alternativer i kjørerørledningen: Butterworth-filter med lavpass (450 Hz, 2. Bestilling) og high-pass (20 Hz, 2. Orden); hakk filter på 50 Hz; og rot bety firkantet utjevning vindu på 100 ms.
MERK: Velg Butterworth-filteret med lavpass (450 Hz, 2. Bestilling) og high-pass (20 Hz, 2. Bestill) å filtrere ut uønskede lav- og høyfrekvente komponenter. Sett hakkfilteret på 50 Hz for å fjerne 50 Hz interferens fra hovedeffekten. Bruk roten gjennomsnittlig firkantet utjevning vindu på 100 ms for å glatte støyende signal. - I alternativene Generer hendelser, ta med følgende hendelser i run-rørledningen. "muskel på" er definert som "alle kanaler går over 5x baseline støy standard avvik for minst 50 ms". "muskel av" er definert som "alle kanaler faller under 5x standardavvik over baseline for minst 50 ms ".
- I alternativene Generer parametere, ta med følgende parametere i run pipeline: integrert elektromyografi (iEMG); rot gjennomsnittlig firkant (RMS); gjennomsnittlig effektfrekvens (MPF); middels frekvens (MDF); og samaktiveringsforhold.
MERK: Følgende er de refererte beregningsformlene for de ovennevnte parameterne (Ligninger 1–4):
- Normaliser RMS-verdiene for SOT-, USA-, LOS-, MCT- og ADT-studiene med RMS-verdiene for maksimal frivillig isometrisk sammentrekning (MVIC) for hver muskel (Formel 5).
MERK: MVIC indikerer maksimal kraftsammentrekning av hver muskel for deltakere i standardstillingen for 5 s (tilleggsfil 1)18.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Representative CDP-resultater
Sensorisk organisasjonstest
Systemet evaluerer deltakerens evne til å vedlikeholde COG i det forhåndsbestemte målområdet, når miljøet endres som ekstern signalinngang. Likevektspoeng (ES) er poengsummen under forhold 1–6 som gjenspeiler evnen til å koordinere sensorisk system for å opprettholde postural stabilitet (Ligning 6). Den sammensatte poengsummen (COMP) er den vektede gjennomsnittlige poengsummen for alle forhold. Det legges stor vekt på de utfordrende forholdene på 4, 5 og 6. Den sammensatte poengsummen beregnes ved uavhengig gjennomsnitt av likevektspoengene for forholdene SOT1 og SOT2, ved å legge til disse to poengsummene til likevektsresultatene fra hver tre studie av tilstand SOT 3 til SOT 6, og ved å dele summen med de totale utførtestudiene 19,20. I tallene viser grønne stolper at deltakeren kan koordinere sine tre sensoriske systemer bedre og reagere mer effektivt enn deres alderstilpassede normative kontrapunkt i datasettet. Røde stolper indikerer at den sensoriske organiseringsevnen til deltakeren er verre enn for deres alderstilpassede normative kontrapunkt i datasettet (figur 2A).
MERK: Den teoretiske maksimale fremre–bakre retningsforskyvningen av COG for en sunn voksen er 12,5°. θ indikerer svaievinkelen til COG. Likevektspoengområdet er 0–100. En poengsum på 0 indikerer tap av balanse. Score nær 100 indikerer at deltakeren har en god balansefunksjon.
Sensorisk analysescore: Systemet koordinerer deltakelsesandelen av syn, proprioception og vestibulær følelse under seks forhold og utleder avhengighetsgraden på syn (VIS), proprioception (SOM)og vestibyle (VEST) i ferd med å opprettholde postural stabilitet (Ligninger 8-10). Utseendet til en rød bar indikerer at deltakeren ikke kan bruke VIS/SOM/VEST sensorisk følelse for å opprettholde balansen. Visual preference (PREF) angir muligheten til å ignorere feil visuell informasjon i et motstridende miljø for visuell interferens (Formel 11). Utseendet til en rød linje angir at deltakeren er avhengig av visuell informasjon for å opprettholde balansen selv med feil visuell informasjon (figur 2B).
Strategi Score: Systemet eksporterer strategiresultatet (STR) i samsvar med forholdet mellom COG og COP under prosessen med stabilitetsvedlikehold. En STR nær 100 indikerer bruk av en høy andel av ankelstrategi. En STR-poengsum nær 0 indikerer bruk av en høy andel hoftestrategi. Merker av forhold 1-6 nær høyre side av kvadranten indikerer dominans av ankelstrategien; de nær venstre side indikerer dominans av hoftestrategien (Figur 2C).
COG Justering: COG-plassering endres i form av koordinater under hver betingelse (figur 2D).
Figur 2: Representativt resultat for deltakere med CAI under SOT. (A)Grafisk representasjon av likevekt og sammensatte score. (B) Grafisk representasjon av sensoriske analyseresultater. (C) Grafisk representasjon av strategianalyseresultater. (D) Grafisk representasjon av COG justering resultater. I de grafiske resultatene av SOT, USA, LOS, MCT og ADT representerer de heldekkende grønne linjene resultatene i normalområdet. De solide røde stolpene representerer resultatene utenfor normalområdet. De stripete stolpene representerer den gjentatte testen. De grå områdene representerer det unormale dataområdet. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Ensidig holdning
Svaihastigheten til COG (°/s) under ensidig holdning eksporteres. Utseendet til en rød linje indikerer at evnen til å opprettholde stabilitet med én holdning er verre enn normalt. Venstre/høyre-forskjell (%) angir sammenligningen av den totale svingen mellom venstre og høyre ben (figur 3).
Figur 3: Sway-hastigheten på COG for deltakere med CAI under USA med åpne øyne/lukkede øyne (°/s).
Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Los
LOS er den beste frivillige bevegelsesmålingen i CDP-systemet. LOS-testen evaluerer reaksjonstiden, bevegelseshastigheten, oppfattet evne til LOS og bevegelseskontrollevne. Følgende variabler eksporteres:
Reaksjonstid (RT) (er): Tiden mellom sending av flyttesignalet og begynnelsen av kroppsbevegelse. Utseendet til en rød linje indikerer forsinket reaksjonstid (figur 4A).
Bevegelseshastighet (MVL) (°/s): Gjennomsnittlig hastighet mellom 5 % og 95 % fra startpunktet til målet. Utseendet til en rød bar indikerer at den gjennomsnittlige hastigheten på tyngdekraften er langsommere enn normalt (figur 4B).
Endepunktutflukter (EPE) (%): COG-bevegelsen avstand fra det første punktet til det endelige punktet. Utseendet til en rød linje indikerer at bevegelsesavstanden til COG ikke når normalområdet (figur 4C).
Maksimal utflukt (MXE) (%): Maksimal avstand for COG-bevegelsen. Utseendet til en rød linje indikerer at COG's maksimale utflukt ikke når normalområdet (figur 4C).
Retningskontroll (DCL) (%): Mengden bevegelse mot den tiltenkte retningen minus mengden bevegelse utenfor akse (figur 4D).
Figur 4: Representativt resultat for deltakere med CAI under LOS. (A) Grafisk representasjon av reaksjonstidsresultatene. (B) Grafisk representasjon av bevegelseshastighetsresultater (°/s). (C) Grafisk representasjon av endepunkt og maksimale utfluktsresultater (%). (D) Grafisk representasjon av retningskontrollresultater (%). Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Test av motorkontroll: Bruk denne testen til å evaluere deltakerens evne til å produsere en effektiv motorrespons og for å gjenopprette COG stabilitet for å takle den plutselige fremre-bakre forskyvningen av kraftplatene.
Vektsymmetri : Detterefererer til vektbærende fordeling av begge beina. Utseendet til en rød bar indikerer den asymmetriske vekten på venstre og høyre ben (figur 5A). Stolpene viser den datagenererte bekreftelsen. Hvis denne verdien er lav (≤2), er ventetid unormal. Hvis denne verdien er 0, mangler svaret og trenger en test på nytt.
Ventetid (ms): Responstiden fra bevegelse av trykkkraftplater til bevegelsen av COP. (1) Utseendet til en rød bar i den ensidige siden under forover/bakoverforskyvning kan skyldes ensidig ortopedisk skade. (2) Utseendet til en rød bar i bilaterale sider under forover/bakoverforskyvning kan indikere forekomsten av skade i den sprudlende grenen av den lange sirkulasjonsveien. (3) Utseendet til en rød bar i bilaterale sider under forover og bakover forskyvning kan skyldes perifer nevropati, spinal sykdommer, multippel sklerose, og brainstem / kortikal patologi (figur 5B).
Amplitude skalering: Dette er kraften som utøves på kraftplaten av benet som svar på perturbasjon. Økningen i amplitudeskalering (AS) bør være topedalt symmetrisk og bør forholde seg til amplitudene til kraftplateglidning (figur 5C).
Figur 5: Representative resultater fra deltakere med CAI under motorkontrolltesten. (A) Grafisk representasjon av vekt symmetri resultater. (B) Grafisk representasjon av latensresultater (ms). (C) Grafisk representasjon av AS-resultater. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Tilpasning test
Svaieenergiscoren (SES) bestemmes basert på hastigheten og akselerasjonen til COP i løpet av de første 2 årene av perturbasjon og eksporteres (figur 6). En rød linje som når 200 poeng indikerer tap av balanse (fall). (1) Hvis røde barer ikke når 200 poeng i gråsonen mindre enn to ganger i fem forsøk, og andre barer forblir grønne, så er variasjonen normal, og risikoen for å falle er fraværende. (2) Røde stenger som når 200 poeng hver gang i fem forsøk kan skyldes følgende årsaker. COG er for mye bakover når kraftplatene roterer i tærne og omvendt. Ankelen bevegelsesområdet er begrenset. Ankelleddene eller underdelene er svake. Sentralnervesystemet er dysfunksjonelt. (3) De røde linjene når 200 poeng to ganger i fem forsøk, mens andre barer forblir grønne på grunn av påvirkning av frykt eller angst. (4) Utseendet til en rød bar i gråsonen fem ganger kan skyldes svake ankelledd, nedre lemmer, frykt eller angst.
Figur 6: SES av deltakere med CAI under ADT. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
sEMG Resultater
Tar vastus medialis for eksempel, de rå og bearbeidede dataene til sEMG vises under SOT, USA, MCT og ADT (Figur 7 og Figur 8). Intervallet som indikeres av den røde linjen og spissene er intervallet der indikatorlampen for CDP-systemet er på og er teststadiet.
Figur 7: Rådata for sEMG for vastus-medier under SOT, USA, MCT og ADT.
Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 8: Behandlede data for sEMG for vastus-medier under SOT, USA, MCT og ADT.
Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
SEMG-parameterne som tilsvarer teststadiene til SOT, USA, LOS, MCT og ADT, er som følger. iEMG gjenspeiler muskelenergien som akkumuleres per enhetstid. RMS gjenspeiler den gjennomsnittlige kraften i EMG-signalet. MPF betyr den gjennomsnittlige verdien av hver kraft i kraftspekterfordelingen. MDF deler effektspekteret i to deler med like områder. Koaktiveringsforholdet gjenspeiler koordineringen mellom de agonistiske og antagonistiske musklene i aktiveringsfasen i tester.
Tilleggsfil 1: Introduksjon for datastyrt dynamisk posturografisystem. Vennligst klikk her for å laste ned denne filen.
Supplerende tabell 1: Søknadsteknikk på muskelstedene til sEMG-elektroder Vennligst klikk her for å laste ned denne tabellen.
Tilleggstabell 2: Standard holdning til EMG normaliseringsmetode for målte muskler. Vennligst klikk her for å laste ned denne tabellen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Den presenterte protokollen brukes til å måle dynamisk postural kontroll og relatert muskelaktivitet hos personer med CAI ved å synkronisere CDP med sEMG. CDP sporer banen til COP og COG og gir innsikt i samspillet mellom sensorisk informasjon (visuell, somatosensorisk og vestibulær følelse) inngang og det ytre miljøet8,,21,,22. Det er et effektivt verktøy for diagnostisering av funksjonsaktivitetsbegrensningen forårsaket av sensoriske eller motoriske systemforstyrrelser. Muskelaktivitet samles synkront under CDP oppgaver for å undersøke nedre lem koordinering. Denne protokollen kompenserer for begrensningene i tidligere studier under visse omstendigheter. Det tillater omfattende undersøkelse av nevromuskulær kontroll av CAI gjennom kombinasjonen av CDP og relatert muskelaktivitet.
Følgende trinn i protokollen er avgjørende for å undersøke postural stabilitet og er forbundet med nøyaktig måling av signaler. Pre-eksperiment resultater viste at ferdigstillelse av hele testen uten hvile tar 25 min. I løpet av denne prosessen konsentrerer deltakerne sin oppmerksomhet om justering av motorstrategier og om vedlikehold av balanse. Tretthet endrer bevegelsesreguleringsstrategien i sentralnervesystemet og avbryter proprioception, muskelrespons og dynamisk postural kontroll23,24. Derfor bør en hviletid på minst 5 min stilles inn etter hver test for å unngå kognitiv belastning og kroppstretthet25. Antropometriske egenskaper bør kontrolleres nøyaktig for å begrense variasjonen for nøyaktig evaluering av postural balanse26,,27,,28. Tilsvarende, i denne protokollen, alder, høyde, vekt og fot posisjon justering bør styres nøyaktig, fordi de bestemmer plasseringen av COP og påvirke analysen av fordelingen av vekt og kraft2. Sikkerhetsselen skal ikke være for løs eller for stram til å beskytte deltakernes sikkerhet uten å påvirke normal bevegelse. Etter å ha fullført fotjusteringen, bør ikke fotposisjonen bevege seg før testene er fullført. Deltakeren skal ikke få lov til å gripe sikkerhetsselen eller lene seg på den visuelle omrammingen for å søke ekstern støtte for å unngå å påvirke nøyaktigheten av resultatet. Tilfeldig sekvensering av forsøkene i MCT med forskjellige størrelser bidrar til å hindre deltakerne i å forutsi perturbasjonsforholdene.
Følgende begrensninger må vurderes ved implementering av måling. For det første er bare mannlige deltakere inkludert for å unngå innblanding av kjønnsforskjeller i tolkningen av resultatene. Fremtidig forskning må utforske holdningskontroll og muskelaktivering hos kvinnelige deltakere med CAI. For det andre er de fleste CAI-skader invertert eller kombinert med plantarfleksjon i frontalplanet, mens MCT- og ADT-perturbasjoner involverer fremre-bakre glidning i horisontalplanet og fleksjon-dorsiflexion rotasjon i sagittalplanet på kraftplatene. Derfor bør fremtidige interferensmodeller vurdere skademekanismen.
Eksisterende metoder er delt inn i flere kategorier og brukes til å evaluere postural stabilitet, somfølger 29. Kliniske vekter, som Berg Balance Scale, er enkle å implementere i klinisk funksjonell evaluering. Resultatene er imidlertid subjektive, og det svake segmentet er vanskelig å finne. Den resultatorienterte målingen av frivillig dynamisk kontroll, for eksempel rekkeviddeavstand for Y-balansetest, kan identifisere holdningskontrollmangel, men den ignorerer handlingskvaliteten under prosessen30,,31. Endre et bestemt sensorisk miljø, for eksempel å stå med øynene lukket for synsmangel, stående med ett ben for å redusere støttens base, eller stå på ustabil overflate (et skum eller wobble bord), for å forstyrre somatosensorisk system er en rimelig og bærbar måte å skille mangelen på det spesifikke sensoriske systemet for å oppnå dynamisk balansekontroll4,5. CDP kunne analysere avhengighetsandelen av de tre sensoriske systemene og kunne undersøke posturale strategier ved å spore COP og COG. SOT brukes spesielt til å evaluere kvaliteten på motorsystemutgangen (COG dynamisk kontroll) ved å kontrollere den eksterne miljøsignalinngangen (sensorisk vekt) i en komplett sensorisk motorsløyfe. USA og LOS kan vurdere autonom frivillig motorkontrollevne på kortikalnivå. MCT og ADT kan evaluere automatisk holdningsrespons på hjernestammen og kortikale nivåer gjennom ekstern stimulering. Mangelfull proprioception, fibular muskelstyrke og ligament integritet av personer med CAI kan delta i sensorisk inngang og motoreffekt og kan oppdages i den svake ledd gjennom CDP system målinger. Omfanget av søknaden kan imidlertid begrenses av laboratorieinnstillingen og kompleksiteten.
Denne utforskende protokollen måler muskelaktivitet under CDP under CDP-oppgaver og gir innsikt i muskelkoordinering av et ustabilt underekstremitet. Det er betydelige forskjeller mellom CAI og friske grupper på grunn av den mangelfulle stabiliteten til laterale ankelledd av deltakere med CAI. Sammenlignet med deltakerne i den sunne gruppen, kan de i CAI-gruppen vise en forventet hoftestrategi og upassende bruk av syn i SOT, større hastighet på COG i USA, lengre ventetid og større amplituder i MCT, og større svingenergi i ADT. I tillegg kan muskelaktiviteten for peroneale muskler reduseres under CDP-oppgaver. Det er imidlertid ikke mulig å konkludere med innholdet i denne protokollen basert på funnene i den nåværende studien på grunn av den fremtidige søknaden om CAI-deltakere.
Denne protokollen er basert på nøyaktige verdier og en komplett sensorisk motorvei, noe som kan gi bevis for det vitenskapelige samfunnet. Når den brukes i klinikken, gir denne protokollen postural strategi i trening og spesifikk muskelrehabilitering for behandling av pasienter med CAI. Forskere kan bruke denne protokollen til å undersøke postural stabilitet og relatert muskelaktivitet i andre situasjoner, som følger: den nevromuskulære kontrollvurderingen av nevrologiske lidelser, som Parkinsons sykdom og multippel sklerose; den posturale stabilitetsevalueringen av støttehjelpemidler, som høye hæler og protese underekstremiteter; og fallrisiko og muskelaktiveringsvurdering av spesielle grupper, for eksempel eldre, flatfooted mennesker og barn med cerebral parese.
CDP-systemet gir en treningsmodus som kan brukes til å utføre balansetrening, som inkluderer sekvens, vektbærende og laboratorietilpasset opplæring for pasienter under CDP. Forskere kan bruke forskningsmodus av systemet til å tilpasse motormodus og varighet av kraftplatene og den visuelle omrammingen gjennom sinusbølgefunksjonen. Fremtidig forskning på nevromuskulær kontroll kan bruke en kombinasjon av andre instrumenter, for eksempel motion capture og plantar trykksystemer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Forfatterne anerkjenner finansieringen av National Natural Science Fund of China (11572202, 11772201 og 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).
