Методическая статья

Обеспечение визуальной биологической обратной связи с использованием ультразвука режима яркости во время игры в гольф

DOI:

10.3791/64333

⸱

25 августа 2022 г.

 ,  , 
1REhabilitation, Athletic assessment, and DYnamic imaging (READY) Laboratory, Institute of Exercise Physiology and Rehabilitation Science, University of Central Florida

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Режим яркости ультразвука может быть использован для обеспечения визуальной биологической обратной связи мышц боковой брюшной стенки во время игры в гольф. Послесвинговые визуальные и вербальные инструкции могут увеличить мышечную активацию и сроки внешних и внутренних наклонов.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Использование ультразвуковой биологической обратной связи в сочетании со словесными сигналами может увеличить толщину мышц больше, чем только вербальные сигналы, и может дополнить традиционные методы реабилитации в спортивной, физически активной популяции. Ультразвуковой режим яркости (B-режим) может быть применен с использованием покадрового анализа, синхронизированного с видео, чтобы понять изменения толщины мышц во время этих динамических задач. Установлена визуальная биологическая обратная связь с ультразвуком в статических положениях для мышц боковой брюшной стенки. Однако, закрепляя датчик на животе с помощью эластичного ремня и пеноблока, биологическая обратная связь может быть применена во время более конкретных задач, распространенных в пожизненных видах спорта, таких как гольф. Чтобы проанализировать мышечную активность во время игры в гольф, можно сравнить изменения толщины мышц. Толщина должна увеличиваться на протяжении всей задачи, указывая на то, что мышца более активна. Эта методология позволяет клиницистам немедленно воспроизводить ультразвуковые видео для пациентов в качестве визуального инструмента для обучения правильной деятельности интересующих мышц. Например, ультразвук может быть использован для нацеливания на внешние и внутренние косые, которые играют важную роль в размахивании клюшкой для гольфа или любом другом ротационном виде спорта или деятельности. Эта методика направлена на увеличение толщины косых мышц во время игры в гольф. Кроме того, время сокращения мышц может быть нацелено, инструктируя пациента сокращать мышцы живота в определенные моменты времени, такие как начало нисходящего движения, с целью улучшения моделей мышечной стрельбы во время выполнения задач.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мышцы боковой брюшной стенки включают наружный косой, внутренний косой и поперечный живот. Внешние косые выполняют боковое сгибание и контралатеральное вращение туловища, в то время как внутренние косые выполняют ипсилатеральное вращение туловища. Поперечный живот является самым глубоким слоем брюшной мускулатуры, и он функционирует для повышения внутрибрюшного давления и повышения сегментарной стабильности позвоночника1. Правильная функция этих мышц важна для снижения риска боли в пояснице и улучшения спортивных результатов, поскольку стабильность ядра позволяет увеличить силу и мощность через конечности2.

Во время занятий спортом с акцентом на вращение туловища, таких как гольф, теннис, бейсбол или софтбол, существует высокий спрос на основные мышцы. Например, во время качелей для гольфа косые склоны на стороне следа тела достигают пика на 64% от максимального произвольного изометрического сжатия (MVIC) при измерении с помощью поверхностной электромиографии, в то время как свинец наклоняется к пику при 54% MVIC3. Вращение туловища является ключевым фактором расстояния и точности ударов в гольф4. Стрессы, связанные с гольф-свингом, и высокая потребность в основной мышечной активности могут способствовать боли в пояснице, которая является наиболее распространенной травмой в гольфе5. Кроме того, у элитных игроков в гольф с болью в пояснице время внешней косой активности задерживается во время свинга в гольфе по сравнению со здоровыми людьми6. Другое исследование с использованием электромиографии показало, что игроки в гольф с болью в пояснице имеют более раннее начало эректора позвоночника, чем гольфисты без боли в пояснице7, предполагая, что сосредоточение внимания на переднебоковых мышцах может быть полезным. Поэтому измерение степени и времени активности мышц живота во время игры в гольф важно для улучшения производительности и снижения риска боли в пояснице.

Реабилитационное ультразвуковое исследование обычно используется для оценки боковых мышц брюшной стенки из-за слоистой природы этой мускулатуры 8,9,10. Нет никакой разницы в активации поперечного живота у игроков в гольф колледжа с болью в пояснице и без нее в положении лежа на спине или в более функциональном положении11 для гольфа. Тем не менее, поперечная активность абдоминиса является лишь одним из компонентов качелей для гольфа, и вращение может быть более важным для этой популяции. Предыдущая литература использовала эластичный пояс и пеноблок для крепления ультразвукового преобразователя к брюшной полости, что позволяет проводить ультразвуковую оценку мышечной массы ядра во время динамических движений, таких как приседание одной ноги или походка8. Было показано, что применение ультразвука во время динамических движений имеет приемлемую и отличную надежность12. Этот метод может быть применен для измерения изменений толщины боковой брюшной стенки во время игры в гольф или другой спортивной задачи. В то время как поверхностная электромиография обычно используется для измерения электрической активности мышц, это менее осуществимо в брюшной области. Слоистая анатомия приводит к перекрестным помехам между мышцами и не позволяет визуально представить отдельные мышечные слои ядра13. Ультразвук обеспечивает преимущество перед альтернативами, такими как поверхностная электромиография для основной мускулатуры, поскольку он позволяет представлять каждую отдельную мышцу, а также дает изображение для обратной связи14.

Поскольку ультразвук обеспечивает изображение интересующих мышц в режиме реального времени, его также можно использовать в качестве инструмента для визуальной биологической обратной связи. Ультразвуковая биологическая обратная связь улучшила способность увеличивать мышечную толщину поперечного живота и поясничного мультифидуса по сравнению с только вербальным сигналом15,16. Кроме того, у игроков в гольф с болью в пояснице и без нее ультразвуковая биологическая обратная связь в режиме реального времени увеличивает толщину поперечного живота в лежачем положении и в положении11 для гольфа. Обучение биологической обратной связи в лежачем положении также переводится в вертикально нагруженные задачи17. Необходимы дополнительные исследования для определения требуемой частоты и продолжительности обучения биологической обратной связи, поскольку большинство исследований представляют собой односессионные или краткосрочные тренировочные протоколы15. Поскольку ультразвук применяется во время функциональных задач, и есть доказательства того, что игроки в гольф могут увеличить глубокую мышечную предварительную активацию в установочном положении, исследования должны затем изучить использование ультразвуковой биологической обратной связи для увеличения толщины косых мышц во время качелей для гольфа.

Поэтому данная методика направлена на использование ультразвука в качестве механизма обратной связи для улучшения активации и времени абдоминальных косых мышц во время качелей в гольфе.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Настоящий протокол был частью исследования, одобренного Институциональным наблюдательным советом в Университете Центральной Флориды. Для участия в настоящем исследовании было получено информированное согласие от всех участников исследования. Чтобы быть включенными в исследование, участники должны были быть в возрасте от 18 до 75 лет, играть в гольф не реже одного раза в месяц в течение прошлого года или один раз в неделю в течение последних 2 месяцев, играть в гольф не менее 2 лет и иметь по крайней мере два эпизода боли в пояснице за последние 12 месяцев. Критериями исключения были нарушения равновесия, текущая беременность, операция на пояснице или нижних конечностях в прошлом году или открытая рана в брюшной области, где должен быть размещен датчик.

1. Настройка ультразвука и сбор данных

  1. Откройте и включите ультразвуковое устройство (см. Таблицу материалов) с помощью кнопки Вкл/Выкл .
  2. Нажмите кнопку «Пациент» на клавиатуре, чтобы добавить нового пациента, и выберите «Новый пациент» в левой части экрана.
    1. Введите желаемый идентификационный номер пациента, убедитесь, что в качестве типа экзамена выбран MSK , и нажмите « Зарегистрироваться». Выйдите, чтобы начать экзамен и войти в B-режим.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Ультразвуковые настройки в MSK Abdominal Preset, B-mode: B color = Tint Map D, Write Zoom Height = 4, Write Zoom Width = 4, Thermal Index = Tls, ATO Level = Low, Focus Number = 2, Focus Number CrossXBeam = 2, Focus Depth = 50, Depth (cm) = 3, Compression = 1, Focus Width = 1, Focus Width CrossXBeam = 1, Line Density = 3, Line Density CrossXBeam = 3, Подавление = 0, Среднее значение кадра = 4, От среднего CrossXBeam = 2, CrossXBeam 2, CrossXBeam # = Low, CrossXBeam Type = Mean, Edge Enhance = 3, B Steer = 0, Gray Scale Map = Gray Map C, Gain = 34, Dynamic Range = 69, Rejection = 0, Frequency (MHz) = 12.
  3. Расположите преобразователь линейной решетки в эластичном поясе, поместив головку линейного преобразователя через горизонтальную щель в середине ленты (см. Таблицу материалов). Затем нанесите один-два пеноблока, чтобы закрепить преобразователь на своем месте.
    1. Нанесите ультразвуковой гель (см. Таблицу материалов) на линейный преобразователь. Расположите датчик на боковой брюшной стенке, примерно на 10 см латерально к пупку8.
    2. Закрепите ремень на участнике с помощью крючка и петли крепежа. Убедитесь, что ремень достаточно плотный, чтобы датчик был закреплен перпендикулярно боковой брюшной стенке8.
    3. Отрегулируйте глубину и усиление (яркость) ультразвука при необходимости для получения четкого изображения фасциальных границ и толщины мышц наружного косого, внутреннего косого и поперечного живота. Убедитесь, что фасциальная граница поперечного живота видна на краю экрана в этом продольном виде (рисунок 1)8.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Глубина будет зависеть от размера измеряемого человека, но убедитесь, что глубокая фасциальная граница поперечного живота видна, а изображение четкое.
    4. Как только изображение станет ясным, расположите пациента таким образом, чтобы отразить задачу, которую он выполнит. Например, если они выполняют качели для гольфа, пусть они встанут в свое установочное положение. Нажмите «Заморозить», затем «Сохранить », чтобы захватить статическое изображение, сохраните его на экзамене пациента и измерьте в режиме реального времени или получите к нему доступ позже, чтобы измерить толщину мышц покоя.
      ПРИМЕЧАНИЕ: См. Рисунок 1 для примера четкого изображения боковой брюшной стенки с использованием ультразвука B-режима.
  4. Снова выберите «Заморозить », чтобы вернуться к динамическому изображению. Нажмите Магазин , чтобы начать запись видео в B-режиме. В правом нижнем углу экрана убедитесь, что таймер начинается и выделяется ярко-зеленым цветом, указывая на то, что снимается видео. Попросите участника сделать полный замах в гольф после начала записи.
    1. Нажмите Store еще раз, чтобы закончить видео и сохранить его на экзамене.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Сохраненные изображения и видео будут отображаться под активным изображением, до пяти видимых в строке. Нажмите курсор для прокрутки или выберите предыдущие изображения.
  5. Повторите шаг 1.4 столько раз, сколько необходимо для исследования. Отрегулируйте положение ультразвукового зонда внутри пеноблока по мере необходимости, если изображение становится размытым.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Типичные протоколы, сравнивающие условия биологической обратной связи и небиообратной связи, используют от 3 до 10 повторений на условие11,17.
    1. После каждой пробной версии просматривайте видео для четкости изображения. Если изображение становится безэховым (полностью черным) в любой точке, это указывает на то, что ультразвуковой зонд двигался во время качания. В таком случае исключить судебное разбирательство и повторно мерить.
  6. После каждого поворота поместите пациента в положение, где он может просматривать ультразвуковой экран. Откройте последнюю пробную версию.
    1. Предоставьте краткий обзор и описание интересующих мышц (для вращательной задачи сюда войдут внешние и внутренние косые). Опишите, как мышцы должны стать толще во время движения и покажите им их испытание, обеспечивая обучение на основе каждой попытки.
    2. Например, если косые мышцы остаются относительно одного и того же размера на протяжении всей задачи, попросите их сосредоточиться во время следующей попытки, чтобы принудительно сокращать свои основные мышцы на протяжении всего движения вместо пассивного вращения туловища.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Акцент на вращении туловища в качестве источника питания во время свинга в гольфе является общей чертой более квалифицированных игроков в гольф18. Во время вращательных движений, как правило, невозможно обеспечить биологическую обратную связь во время выполнения задачи. Поэтому предоставление обратной связи после каждого испытания считается приемлемым19.
  7. Повторите испытания биологической обратной связи для любого количества попыток. Предоставьте ультразвуковые изображения, а также словесные подсказки или инструкции после каждой попытки, корректируя сигнал по мере необходимости.

figure-protocol-1
Рисунок 1: Изображение правой боковой брюшной стенки во время спокойного стояния. (А) Наружный косой. (B) Внутренняя косая. (C) Поперечные абдомины. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

2. Обработка изображений в состоянии покоя

  1. Откройте первое покоящееся изображение для измерения. С помощью курсора наведите курсор на нужное изображение из библиотеки под активным изображением и нажмите Enter.
    1. Нажмите « Измерить» один раз, чтобы открыть инструмент измерения. Нажмите enter, когда курсор находится над верхней фасциальной границей интересующей мышцы.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для настоящего исследования внешние и внутренние косые были измерены, поскольку они являются мышцами, представляющими интерес, но можно также измерить поперечные животы с этой точки зрения.
    2. Нажмите Enter еще раз, как только курсор окажется над нижней фасциальной границей.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Длина измеряемого сегмента будет отображаться в нижней левой части экрана, измеряемая в сантиметрах. Запишите эту длину в электронную таблицу, организованную таким образом, чтобы включить имя /число участника или пациента и толщину мышц покоя.
  2. Повторите шаги 2.1.1-2.1.2 для всех изображений, необходимых для измерения как внешних, так и внутренних косых.

3. Обработка видео в режиме B

  1. После того, как нужное количество видео будет захвачено, откройте первое видео для обработки. С помощью курсора наведите курсор на нужное изображение из библиотеки под активным изображением и нажмите на кнопку Enter .
  2. Отрегулируйте кадр просмотра в B-режиме видео до тех пор, пока не будет достигнут первый кадр. Определите желаемую частоту дискретизации.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Предыдущая литература использовала 10% интервалы от общего числа кадров от 0% до 100% для анализа, но можно было бы использовать более или менее в зависимости от целей20.
  3. После открытия нужного кадра используйте инструмент «Измерение ». Нажмите кнопку один раз, чтобы открыть инструмент, поместите курсор на верхнюю фасциальную границу интересующей мышцы и нажмите Enter , чтобы поместить первый конец измерения.
  4. Перетащите линию измерения к нижней фасциальной границе интересующей мышцы и нажмите Enter еще раз, чтобы завершить измерение.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Измеренное расстояние появится в левой нижней части экрана.
  5. Нажмите «Магазин », чтобы сохранить измеренное изображение.
  6. Запишите измерение в электронную таблицу, организованную таким образом, чтобы включить имя/номер участника или пациента, номер кадра и измерения толщины. Вернитесь к исходному видеокадру B-режима (шаг 3.2).
  7. Прокрутите страницу до следующего кадра для анализа. Например, если вы выбираете 11 временных точек (10% интервалов от 0% до 100%) колебаний, которые захватили 100 кадров, теперь вы будете использовать кадр 10 (т. Е. 10/100 соответствует кадру 10 из 100 общих кадров).
    1. Повторите шаги 3.3-3.4, чтобы измерить следующий кадр.
  8. Повторяйте шаг 3.7 до тех пор, пока не будут измерены все желаемые кадры.
  9. Перейдите к следующему видео и повторяйте шаги 3.1-3.8, пока все видео не будут измерены.
    ПРИМЕЧАНИЕ: См. рисунок 2 для компиляции обработанных кадров на всех этапах свинга для гольфа.

4. Расчет коэффициента активации

ПРИМЕЧАНИЕ: Коэффициент активации обычно используется для определения степени изменения толщины мышц 8,9,11. Формулой для коэффициента активации является сжатая толщина (см)/толщина покоя (см).

  1. Чтобы определить коэффициент активации в определенный момент времени, измерьте толщину, выполнив шаг 3. Разделите это значение на толщину покоящегося изображения, полученную на шаге 2.

figure-protocol-2
Рисунок 2: Покадровый анализ видео B-режима на боковой (правой) боковой брюшной стенке праворукого игрока в гольф. ЭО = внешний косой; IO = внутренний косой. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
Отсутствие обратной связиБиологической обратной связи
Продолжительность качелейВнешняя косая толщина (см)Внутренняя косая толщина (см)Комбинированная косая толщина (см)Внешняя косая тол...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Обеспечение ультразвуковой биологической обратной связи после спортивного движения на основе вращения, такого как качели для гольфа, может быть использовано для увеличения мышечной толщины боковой брюшной стенки. Как показано в репрезентативных результатах, одно испытание ультразвуковой биологической обратной связи может привести к кратковременному увеличению активности косых мышц во время игры в гольф.

Предыдущие исследования также использовали ультразвук B-режима, закрепленный эластичным поя...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

У авторов нет соответствующих раскрытий, о которых можно было бы сообщить.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Aquasonic 100ParkerBT-025-0037LУльтразвуковой
гель GE NextGen Logig e Ультразвуковой аппаратGE HealthcareHR48382AR
Линейный матричный зондGE HealthcareH48062AB
Velcro ремнейVELCROЗастежки для эластичного ремня, используемые для крепления ультразвукового датчика

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Betts, J. G., et al. Anatomy and Physiology. , OpenStax. Houston, TX. (2017).
  2. Saeterbakken, A. H., vanden Tillaar, R., Seiler, S. Effect of core stability training on throwing velocity in female handball players. Journal of Strength and Conditioning Research. 25 (3), 712-718 (2011).
  3. Pink, M., Perry, J., Jobe, F. W. Electromyographic analysis of the trunk in golfers. The American Journal of Sports Medicine. 21 (3), 385-388 (1993).
  4. Cole, M. H., Grimshaw, P. N. The biomechanics of the modern golf swing: Implications for lower back injuries. Sports Medicine. 46 (3), 339-351 (2016).
  5. McHardy, A. J., Pollard, H. P., Luo, K. Golf-related lower back injuries: An epidemiological survey. Journal of Chiropractic Medicine. 6 (1), 20-26 (2007).
  6. Horton, J. F., Lindsay, D. M., Macintosh, B. R. Abdominal muscle activation of elite male golfers with chronic low back pain. Medicine and Science in Sports and Exercise. 33 (10), 1647-1654 (2001).
  7. Cole, M. H., Grimshaw, P. N. Trunk muscle onset and cessation in golfers with and without low back pain. Journal of Biomechanics. 41 (13), 2829-2833 (2008).
  8. Mangum, L. C., Henderson, K., Murray, K. P., Saliba, S. A. Ultrasound assessment of the transverse abdominis during functional movement. Journal of Ultrasound in Medicine. 37 (5), 1225-1231 (2018).
  9. Sutherlin, M. A., et al. Changes in muscle thickness across positions on ultrasound imaging in participants with or without a history of low back pain. Journal of Athletic Training. 53 (6), 553-559 (2018).
  10. Teyhen, D. S., et al. The use of ultrasound imaging of the abdominal drawing-in maneuver in subjects with low back pain. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. 35 (6), 346-355 (2005).
  11. Skibski, A., Burkholder, E., Goetschius, J. Transverse abdominis activity and ultrasound biofeedback in college golfers with and without low back pain. Physical Therapy in Sport. 46, 249-253 (2020).
  12. Mangum, L. C., Sutherlin, M. A., Saliba, S. A., Hart, J. M. Reliability of ultrasound imaging measures of transverse abdominis and lumbar multifidus in various positions. PM&R. 8 (4), 340-347 (2016).
  13. Stokes, I. A. F., Henry, S. M., Single, R. M. Surface EMG electrodes do not accurately record from lumbar multifidus muscles. Clinical Biomechanics. 18 (1), 9-13 (2003).
  14. Valera-Calero, J. A., et al. Ultrasound imaging as a visual biofeedback tool in rehabilitation: an updated systematic review. International Journal of Environmental Research and Public Health. 18 (14), 7554(2021).
  15. Cha, H. -G., Kim, M. -K., Shin, Y. -J. The effects of visual biofeedback using ultrasonograpy on deep trunk muscle activation. Journal of Physical Therapy Science. 28 (12), 3310-3312 (2016).
  16. Van, K., Hides, J. A., Richardson, C. A. The use of real-time ultrasound imaging for biofeedback of lumbar multifidus muscle contraction in healthy subjects. The Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 36 (12), 920-925 (2006).
  17. McPherson, S. L., Watson, T. Training of transversus abdominis activation in the supine position with ultrasound biofeedback translated to increased transversus abdominis activation during upright loaded functional tasks. PM&R. 6 (7), 612-623 (2014).
  18. Burden, A. M., Grimshaw, P. N., Wallace, E. S. Hip and shoulder rotations during the golf swing of sub-10 handicap players. Journal of Sports Sciences. 16 (2), 165-176 (1998).
  19. Magill, R. A., Anderson, D. Motor Learning and Control: Concepts and Applications. , McGraw-Hill. New York, NY. (2014).
  20. DeJong, A. F., Mangum, L. C., Hertel, J. Gluteus medius activity during gait is altered in individuals with chronic ankle instability: An ultrasound imaging study. Gait & Posture. 71, 7-13 (2019).
  21. Hume, P. A., Keogh, J., Reid, D. The role of biomechanics in maximising distance and accuracy of golf shots. Sports Medicine. 35 (5), 429-449 (2005).
  22. Smith, J., Finnoff, J. T. Diagnostic and interventional musculoskeletal ultrasound: Part 1. fundamentals. PM&R. 1 (1), 64-75 (2009).
  23. Smith, J., Finnoff, J. T. Diagnostic and interventional musculoskeletal ultrasound: Part 2. clinical applications. PM&R. 1 (2), 162-177 (2009).
  24. Ribeiro, D. C., Mącznik, A. K., Milosavljevic, S., Abbott, J. H. Effectiveness of extrinsic feedback for management of non-specific low back pain: A systematic review protocol. BMJ Open. 8 (5), 021259(2018).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи