Summary
亮度模式超声可用于在高尔夫挥杆期间提供外腹壁肌肉的视觉生物反馈。摆动后的视觉和语言指导可以增加肌肉激活以及外斜和内斜的时间。
Abstract
与单独的言语提示相比，使用超声生物反馈与言语提示相比可以增加肌肉厚度，并且可以增强运动，身体活跃人群的传统康复技术。可以使用与视频同步的逐帧分析来应用亮度模式（B模式）超声，以了解这些动态任务期间的肌肉厚度变化。超声视觉生物反馈已在外腹壁肌肉的静态位置建立。然而，通过使用松紧带和泡沫块将换能器固定在腹部，生物反馈可以应用于终身运动中普遍存在的更具体的任务，例如高尔夫。为了分析高尔夫挥杆期间的肌肉活动，可以比较肌肉厚度的变化。在整个任务过程中，厚度必须增加，表明肌肉更加活跃。这种方法允许临床医生立即为患者重播超声视频，作为指导感兴趣肌肉适当活动的视觉工具。例如，超声波可用于靶向外部和内部斜肌，它们在挥动高尔夫球杆或任何其他旋转运动或活动中起着重要作用。这种方法旨在增加高尔夫挥杆过程中的斜肌厚度。此外，可以通过指示患者在特定时间点（例如下摆开始）收缩腹部肌肉来确定肌肉收缩的时间，目的是改善任务期间的肌肉放电模式。
Introduction
外腹壁的肌肉包括外斜肌、内斜肌和横腹肌。外斜肌进行侧屈和对侧躯干旋转，而内斜肌进行同侧躯干旋转。横腹是腹部肌肉组织的最深层，它的作用是增加腹内压，增加脊柱的节段稳定性1。这些肌肉的适当功能对于降低腰痛风险和提高运动表现非常重要，因为核心稳定性可以通过四肢增加力量和力量2.
在高尔夫、网球、棒球或垒球等强调躯干旋转的运动中，对核心肌肉的需求很高。例如，在高尔夫挥杆期间，当使用表面肌电图测量时，身体小径侧的斜肌在最大自主等长收缩 （MVIC） 的 64% 处达到峰值，而铅斜肌在 54% MVIC3 处达到峰值。躯干旋转是影响高尔夫击球距离和准确性的关键因素4.高尔夫挥杆的压力和对核心肌肉活动的高需求可能会导致腰痛，这是高尔夫5 中最常见的伤害。此外，在患有腰痛的精英高尔夫球手中，与健康个体相比，在高尔夫挥杆期间外斜活动的时间延迟6.另一项使用肌电图的研究发现，与没有腰痛的高尔夫球手相比，腰痛高尔夫球手的竖脊髓发作更早7，这表明关注前外侧肌肉可能是有益的。因此，测量高尔夫挥杆期间腹部肌肉活动的程度和时间对于提高表现和降低腰痛的风险非常重要。
康复超声通常用于评估外侧腹壁肌肉，因为这种肌肉组织的分层性质8，9，10。在仰卧位或功能更实用的高尔夫挥杆设置姿势有和没有腰痛的大学高尔夫球手的横腹激活方面没有差异11.然而，横腹活动只是高尔夫挥杆的一个组成部分，旋转对该人群可能更重要。以前的文献使用松紧带和泡沫块将超声换能器固定在腹部，允许在动态运动（例如单腿下蹲或步态）期间对核心肌肉组织进行超声评估8.在动态运动期间应用超声波已被证明具有可接受的出色可靠性12。该技术可用于测量高尔夫挥杆或其他运动特定任务期间侧腹壁的厚度变化。虽然表面肌电图通常用于测量肌肉的电活动，但这在腹部区域不太可行。分层解剖结构导致肌肉之间的串扰，并且不允许核心13的各个肌肉层的视觉表示。与核心肌肉组织的表面肌电图等替代方案相比，超声波具有优势，因为它可以表示每个单独的肌肉，同时还可以提供反馈图像14。
由于超声波实时提供感兴趣的肌肉图像，因此它也可以用作视觉生物反馈的工具。与单独的言语提示相比，超声生物反馈提高了增加横腹和腰椎多裂肌厚度的能力15，16。此外，在有和没有腰痛的高尔夫球手中，实时超声生物反馈会增加仰卧位和高尔夫设置位置的横腹厚度11.仰卧位的生物反馈训练也转化为直立负荷任务17.需要更多的研究来确定生物反馈训练所需的频率和持续时间，因为大多数研究是单次或短期训练方案15。由于超声波已被应用于功能任务，并且有证据表明高尔夫球手可以在设置位置增加深部肌肉的预激活，因此接下来应该研究使用超声波生物反馈来增加高尔夫挥杆期间的斜肌厚度。
因此，该方法旨在使用超声波作为反馈机制，以改善高尔夫挥杆过程中腹部斜肌的激活和时机。
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Protocol
本协议是中佛罗里达大学机构审查委员会批准的一项研究的一部分。本研究已获得所有人类参与者的知情同意。要纳入研究，参与者必须在18岁至75岁之间，在过去一年中每月至少打一次高尔夫球，或在过去2个月内每周打一次高尔夫球，打高尔夫球至少2年，并且在过去12个月内至少有两次腰痛发作。排除标准是平衡障碍、当前怀孕、过去一年的腰部或下肢手术，或必须放置换能器的腹部开放性伤口。
1. 超声设置和数据收集
- 使用开/关按钮打开并打开超声设备（请参阅材料表）。
- 按键盘上的“患者 ” 按钮添加新患者，然后选择屏幕左侧的 “新建患者 ”。
- 输入所需的患者 ID 号，确保选择 MSK 作为检查类型，然后单击 注册。退出以开始考试并进入 B 模式。
注意：MSK 腹部预设中的超声设置，B 模式：B 颜色 = 色调贴图 D，写入缩放高度 = 4，写入缩放宽度 = 4，热指数 = TLS，ATO 级别 = 低，焦点数 = 2，焦点数 CrossXBeam = 2，焦点深度 = 50，深度 （cm） = 3，压缩 = 1，焦点宽度 = 1，对焦宽度 CrossXBeam = 1，线密度 = 3，线密度 CrossXBeam = 3， 抑制 = 0，帧平均值 = 4，从平均值 CrossXBeam = 2，CrossXBeam 2，CrossXBeam # = 低，CrossXBeam 类型 = 平均值，边沿增强 = 3，B 转向 = 0，灰度贴图 = 灰度图 C，增益 = 34，动态范围 = 69，抑制 = 0，频率 （MHz） = 12。
- 输入所需的患者 ID 号，确保选择 MSK 作为检查类型，然后单击 注册。退出以开始考试并进入 B 模式。
- 通过将线性探头的头部穿过皮带中间的水平狭缝，将线性阵列探头放置在松紧带中（参见 材料表）。接下来，应用一到两个泡沫块将换能器固定到位。
- 将超声凝胶（见 材料表）涂于线性换能器上。将换能器放在腹侧壁上，距脐部外侧约 10 cm8.
- 使用魔术贴将安全带固定在参与者身上。确保皮带足够紧，以便探头垂直于侧腹壁固定8.
- 如有必要，调整超声的深度和增益（亮度），以获得外斜腹、内斜腹肌和横腹肌筋膜边缘和肌肉厚度的清晰图像。确保在此纵向视图中，横腹的筋膜边界在屏幕边缘可见（图1）8。
注意：深度将取决于被测量个体的大小，但请确保腹横肌的深筋膜边界可见且图像清晰。 - 图像清晰后，以反映他们将完成的任务的方式定位患者。例如，如果他们进行高尔夫挥杆，请让他们站在设置位置。按 冻结，然后按 存储 以捕获静态图像，将其保存到患者的检查中，并实时测量或稍后访问以测量静息肌肉厚度。
注意：有关使用B型超声的外腹壁清晰图像的示例，请参见 图1 。
- 再次选择“ 冻结 ”以返回到实时映像。按 “存储 ”开始以B模式视频录制。在屏幕的右下角，检查计时器是否开始并以亮绿色突出显示，表示正在捕获视频。指示参与者在录制开始后进行完整的高尔夫挥杆。
- 再次按 “商店” 结束视频并将其保存到考试中。
注意：保存的图像和视频将显示在活动图像下方，每行最多可见五个。选择光标以滚动浏览或选择以前的图像。
- 再次按 “商店” 结束视频并将其保存到考试中。
- 根据需要多次重复步骤1.4。如果图像变得模糊，请根据需要调整超声探头在泡沫块内的位置。
注意：比较生物反馈和非生物反馈条件的典型协议在每个条件11，17 中使用 3 到 10 次重复。- 每次试用后，请查看视频以确保图像清晰度。如果图像在任何时候变为消声（全黑），则表明超声探头在摆动过程中移动。在这种情况下，排除试验并重新测量。
- 每次摆动后，将患者置于他们可以查看超声屏幕的位置。打开最新的试用版。
- 提供感兴趣的肌肉的简要概述和描述（对于旋转任务，这将包括外部和内部斜肌）。描述肌肉在运动过程中应该如何变厚，并向他们展示他们的试验，根据每次尝试提供教育。
- 例如，如果斜肌在整个任务中保持相对相同的大小，请指示它们在下一次尝试集中注意力，在整个运动过程中有力地收缩核心肌肉，而不是被动地旋转躯干。
注意：在高尔夫挥杆过程中强调躯干旋转作为动力源是高技能高尔夫球手的共同特征18.在旋转运动期间，在任务期间提供生物反馈通常是不可行的。因此，在每次试验后提供反馈被认为是可以接受的 19.
- 根据需要重复生物反馈试验进行尽可能多的尝试。在每次尝试后提供超声图像以及口头提示或说明，并根据需要调整提示。
图1：安静站立时右外侧腹壁的图像 。 （A）外斜。（二）内斜。（C） 横腹。 请点击此处查看此图的大图。
2. 静息图像处理
- 打开要测量的第一个静止图像。使用光标，将鼠标悬停在活动图像下方库中的所需图像上，然后单击 Enter。
- 单击测量一次以打开测量工具。当光标位于感兴趣肌肉的筋膜上边界上时，单击 Enter。
注意：对于本研究，测量了外部和内部斜肌，因为它们是感兴趣的肌肉，但也可以在此视图中测量横腹肌。 - 一旦光标位于下筋膜边界上，再次单击 Enter 。
注意：测量段的长度将显示在屏幕的左下角，以厘米为单位。将此长度记录在电子表格中，该电子表格的组织包括参与者或患者的姓名/编号以及静息肌肉厚度。
- 单击测量一次以打开测量工具。当光标位于感兴趣肌肉的筋膜上边界上时，单击 Enter。
- 对测量外部和内部倾斜所需的所有图像重复步骤2.1.1-2.1.2。
3. B模式视频处理
- 捕获所需数量的视频后，打开要处理的第一个视频。使用光标将鼠标悬停在活动图像下方库中的所需图像上，然后单击 Enter 按钮。
- 调整B模式视频中的观看帧，直到到达第一帧。确定所需的采样率。
注意：以前的文献使用总帧的10%间隔从0%-100%进行分析，但根据目标20，可能希望使用或多或少的间隔。 - 打开所需帧后，使用 测量 工具。单击按钮一次以打开工具，将光标放在感兴趣肌肉的上筋膜边界上，然后单击 Enter 以放置测量的第一端。
- 将测量线拖动到感兴趣肌肉的下筋膜边界，然后再次单击 Enter 以完成测量。
注意：测量的距离将显示在屏幕的左下角。 - 按 存储 保存测量图像。
- 将测量记录在电子表格中，该电子表格的组织包括参与者或患者的姓名/编号、帧号和厚度测量值。返回到原始 B 模式视频帧（步骤 3.2）。
- 滚动到要分析的下一帧。例如，如果对捕获 100 帧的摆动的 11 个时间点（0%-100% 间隔的 10% 间隔）进行采样，则现在将使用第 10 帧（即，10/100 对应于 100 帧中的第 10 帧）。
- 重复步骤3.3-3.4以测量下一帧。
- 重复步骤3.7，直到测量到所有所需的帧。
- 转到下一个视频并重复步骤3.1-3.8，直到测量完所有视频。
注意：请参阅 图 2 ，了解高尔夫挥杆各个阶段的处理帧的汇编。
4. 活化率计算
注意：激活率通常用于确定肌肉厚度变化的程度8，9，11。活化率的公式是收缩厚度（cm）/静息厚度（cm）。
- 要确定特定时间点的活化率，请按照步骤3测量厚度。将此值除以从步骤2获得的静止图像厚度。
图 2：右撇子高尔夫球手小径侧（右）侧腹壁上的 B 模式视频的逐帧分析。 EO = 外斜;IO = 内斜。 请点击此处查看此图的大图。
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Representative Results
| 无反馈 | 生物反馈 | |||||
| 挥杆持续时间 | 外斜厚度（厘米） | 内斜厚度（厘米） | 组合斜厚度（厘米） | 外斜厚度（厘米） | 内斜厚度（厘米） | 组合斜厚度（厘米） |
| 0.0% | 0.630 | 0.978 | 1.608 | 0.446 | 1.109 | 1.555 |
| 12.5% | 0.609 | 1.043 | 1.652 | 0.565 | 1.446 | 2.011 |
| 25.0% | 0.870 | 1.533 | 2.403 | 0.598 | 1.370 | 1.968 |
| 37.5% | 0.620 | 0.696 | 1.316 | 0.674 | 1.174 | 1.848 |
| 50.0% | 0.859 | 0.826 | 1.685 | 0.587 | 1.152 | 1.739 |
| 62.5% | 0.652 | 1.022 | 1.674 | 0.880 | 1.326 | 2.206 |
| 75.0% | 0.837 | 1.022 | 1.859 | 0.761 | 1.511 | 2.272 |
| 87.5% | 0.717 | 0.859 | 1.576 | 0.772 | 0.761 | 1.533 |
| 100.0% | 0.685 | 0.859 | 1.544 | 0.598 | 1.304 | 1.902 |
表 1：非反馈和超声生物反馈条件下整个高尔夫挥杆的组合斜厚度比较。
为了获得所需的结果，与传统的非反馈摆动相比，在生物反馈试验期间，倾斜厚度的测量值必须更大。理想情况下，这将发生在高尔夫挥杆的所有阶段。可以使用多个试验，并在下一次尝试之前讨论每个试验。比较生物反馈和非生物反馈条件的典型协议在每个条件11，17 中使用 3 到 10 次重复。例如，根据 表1中的试验，临床医生对患者的下一个指示必须是让他们瞄准斜肌并在后摆期间增加躯干旋转功率。在生物反馈试验期间，该参与者的斜骨组合厚度在25%的时间点减少，这大约对应于后摆的中间。在大多数其他点，在生物反馈试验期间，斜肌较大，这表明患者了解如何在高尔夫挥杆期间有效地使用斜肌。
在本例中，5%的图像用于采样。在挥杆过程中捕获了 180 帧，其中 9 帧被测量以代表高尔夫挥杆的阶段，如图 2 所示。如果需要，可以提高采样率以表示超声视频的更大百分比。这只需要分析更多图像，如协议的“B模式视频处理”部分所述。
为了计算生物反馈试验是否有效，可以比较摆动不同时间点的激活率。活化比取收缩厚度或摆动过程中的厚度，并将其除以静止（或设置）厚度。高于 1.0 的比率表示肌肉厚度增加且活跃。例如， 表 1 中的 0% 摆动持续时间可用作静息厚度，因为这是摆动开始前外斜和内斜的厚度。为了确定在提供生物反馈的50%时间点，组合斜厚度是否增加，活化率可以计算如下：
非生物反馈：1.685 厘米/1.608 厘米 = 1.048
生物反馈：1.739 厘米/1.555 厘米 = 1.118
基于这个单独的样本，可以推断生物反馈导致在高尔夫挥杆 50% 的持续时间内斜肌激活的小幅增加。
视频 1：右撇子高尔夫球手挥杆时右外侧腹壁的全 B 型超声视频。请点击此处下载此视频。
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Discussion
在基于旋转的运动（如高尔夫挥杆）后提供超声生物反馈可用于增加外腹壁的肌肉厚度。如代表性结果所示，超声生物反馈的单次试验可导致整个高尔夫挥杆过程中斜肌活动的短期增加。
以前的研究还使用了在动态任务期间用松紧带固定的B型超声20。这是在个人在跑步机上行走时测量的。与目前的方法类似，作者将B模式视频减少到静止图像的较小百分比以进行测量，以表示步行步态周期。这使得数据处理和分析更加可行，因为它们在整个步态周期中以10%的间隔进行采样。目前的协议建立在这种方法的基础上，在复杂的、基于旋转的运动中应用B模式超声作为生物反馈工具。然而，由于步态是周期性的，因此必须谨慎与该方案的直接比较。高尔夫挥杆可以分解为较小的部分，例如地址、后挥杆、下挥杆和后续挥杆21。然而，将 B 型超声视频同步到高尔夫挥杆的特定阶段可能具有挑战性，因为精英球员的后挥杆平均不到 1 秒，而下挥杆平均不到 0.25 秒21。为了直接比较摆动阶段，临床医生可以通过同步摆动视频和 B 型超声视频来查看肌肉活动的变化。然后可以逐帧比较挥杆和超声图像，以确定秋千中各个点的肌肉活动。将B模式视频同步到秒表，并在挥杆的开始和结束时提供拍打时间也可以粗略估计挥杆相位。随着后挥杆的开始，可以预期小径侧（右手高尔夫球手的右侧）内斜在后挥杆期间将躯干向右侧旋转时厚度增加。同样，在后挥杆期间，领先侧（右撇子高尔夫球手的左边）外斜的厚度应该增加，因为在挥杆的这个阶段有对侧躯干旋转21。参见 图 2 ，逐帧比较高尔夫挥杆各个阶段的倾斜活动。
关键步骤是确保皮肤与换能器的一致接触，以便在旋转运动期间获得准确、清晰的图像。这可能需要对所使用的泡沫块进行故障排除或修改。例如，较大或较小的个体可能需要不同数量的填充，因此建议在数据收集之前确认图像清晰度。指导个人进行几次练习摆动，这使他们能够熟悉定位，同时临床医生观察超声屏幕以确保图像清晰。由于换能器将用紧紧缠绕在腹部的松紧带固定，因此这个熟悉期很重要。它使个人能够对设备感到舒适并尽可能正常地摆动。传送带可能会对它们的机械结构进行最小的改变，但它将允许始终如一的清晰图像。
这种方法的其他局限性包括图像不清晰的可能性。虽然通过适当的定位和熟悉时间可以降低图像不清晰的风险，但整个B模式视频中的某些帧可能不清楚。在选择采样率或确定要测量的帧百分比时，可能需要进行一些调整以确保分析清晰的图像。例如，如果从第 1 帧开始每 10 帧测量一次，如果所需的图像失焦，研究人员和/或临床医生可能必须选择稍微不按顺序排列的帧 - 例如使用第 12 帧而不是第 11 帧。保持皮肤和换能器之间的一致接触对于降低图像质量差的风险至关重要。 视频 1 显示了完整 B 模式视频的示例。当在不同的时间点暂停时，观看者可以看到，即使遵循适当的程序，偶尔也会有模糊的帧。尽管存在这些挑战，动态超声评估是可靠的措施12.
除了目前在超声设备上执行的图像处理方法外，其它处理软件还可以测量厚度变化12。例如，将视频保存到外部驱动器并使用免费提供的测量软件在计算机上打开它们，可以在不需要超声波设备的情况下进行后续处理。这种类型的软件使用类似的程序，其中从视频中获取所需帧的屏幕截图，然后使用测量工具进行分析。如果使用此方法，请确保使用超声图像右侧的深度测量值作为参考线来设置图像的比例。
用超声生物反馈培训参与者需要对解剖结构有充分的了解，熟悉超声设备，以及实时向参与者解释图像或视频的能力22，23。这种超声生物反馈方法被认为是具有性能知识的增强反馈，其中患者获得额外的信息（他们的肌肉活动视频），显示他们在完成运动时做了什么。在受伤人群中，由于感觉通路的变化，增强反馈可以提供缺失的信息19。增强反馈可以增强学习并减少学习复杂任务所需的练习量19.生物反馈的时机一直存在争议，这种方法的一个局限性是并发反馈似乎是最有效的19。然而，由于超声成像和高尔夫挥杆的性质，在挥杆期间提供反馈是不可行的。因此，提供摆动后的反馈是一种合理的选择。最后，生物反馈训练的理想频率尚未确定24，未来的研究应比较长期反馈训练以确定最有效的策略。
虽然目前的协议侧重于高尔夫挥杆，但其他专注于躯干旋转的运动也可以采用类似的方法。其中包括网球、棒球和垒球等。由于这些也涉及旋转成分，因此可以类似地靶向侧腹壁，并且超声可用于生物反馈。由于高尔夫球手腰痛的患病率很高，该协议侧重于高尔夫挥杆，通常归因于躯干的快速旋转以及横向剪切力和压缩力4。未来的研究应该调查超声生物反馈训练是否可以改善肌肉活动模式，并降低高尔夫和其他基于旋转的运动中腰痛的风险。
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Disclosures
作者没有相关的披露要报告。
Acknowledgments
没有。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Aquasonic 100 | Parker | BT-025-0037L | Ultrasound gel |
| GE NextGen Logig e Ultrasound Unit | GE Healthcare | HR48382AR | |
| Linear Array Probe | GE Healthcare | H48062AB | |
| Velcro straps | VELCRO | Fasteners for the elastic belt used to secure the ultrasound transducer |
References
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