Summary
Dieses Protokoll verwendet Bewegungsmodus-Ultraschall und Oberflächenelektromyographie gleichzeitig, um die Muskelfunktion des Kerns zu messen. Die Muskeldicke und Aktivierung der lokalen Stabilisatoren (z. B. transversaler Abdominis, interner Schräg) und Global Mover (z. B. externer Schrägwand) ist zu bestimmten Zeitpunkten der Seitenplanken- und Totkäferübungen erreichbar.
Abstract
Bewegungsmodus (M-Mode) Ultraschall ermöglicht es Forschern und Klinikern, die Veränderung der Muskeldicke im Laufe der Zeit zu messen. Die Muskeldicke kann zwischen Fasziengrenzen zu einem bestimmten Zeitpunkt während einer Übung gemessen werden. Dieser ausgewählte Zeitpunkt erzeugt ein eindimensionales Bild, das zu einer Live-Beobachtung der Anatomie in Echtzeit führt. Ultraschall, der während der funktionellen Bewegung verwendet wird, kann als dynamischer Ultraschall bezeichnet werden; Dies ist machbar und zuverlässig mit der Verwendung eines linearen Wandlers, eines elastischen Bandes und eines Schaumstoffblocks, um eine konsistente Platzierung des Wandlers zu gewährleisten. Die laterale Bauchdecke wird aufgrund der Überlappung der Muskeln häufig mit Ultraschall untersucht. Die Oberflächenelektromyographie (sEMG) kann die M-Mode-Ultraschallbildgebung ergänzen, da sie die elektrische Darstellung der Muskelaktivierung misst. Es gibt minimale Beweise für die gleichzeitige Verwendung von M-Mode-Ultraschall und sEMG während des Kerntrainings. Übungen, die die Rumpfmuskulatur herausfordern, beinhalten sowohl isometrische Griffe (z. B. Seitenplanke) als auch oszillierende Extremitätenbewegungen (z. B. toter Käfer). In dieser Studie werden beide Instrumente gleichzeitig verwendet, um die Rumpfmuskelfunktion während des Trainings zu messen. Ultraschallmessungen werden mit einem linearen Wandler und einer Ultraschalleinheit durchgeführt, und sEMG-Messungen werden von einem drahtlosen sEMG-System erfasst. Um Vergleiche zwischen Teilnehmern und Übungen anzustellen, werden Normalisierungsmethoden mit statischen Übungsausgangspositionen für beide Instrumente verwendet. Ein Aktivierungsverhältnis wird für Ultraschall verwendet und berechnet, indem die kontrahierte Dicke (Dicke während eines Trainingszeitpunkts) durch die ruhende (Ausgangsposition) Dicke dividiert wird. Die Muskeldicke wird in Zentimetern vom oberen unteren Faszienrand zum unteren oberen Faszienrand gemessen. Diese Methoden zielen darauf ab, eine innovative und praktische Messung der Muskelfunktion mit M-Mode-Ultraschall und sEMG während der Kernausdauerübungen zu ermöglichen.
Introduction
Die seitliche Bauchdecke besteht aus dem Querabdominis, dem inneren Schrägband und dem äußeren Schrägband1. Die seitliche Bauchdecke zieht sich konzentrisch, exzentrisch und isometrisch zusammen, um den auf den Körper ausgeübten Kräften standzuhalten1. Die Co-Kontraktion dieser Muskelgruppe sorgt für eine Stabilisierung des Zentrums des menschlichen Körpers 2,3. Diese Muskeln sind wichtig bei der Prävention und Rehabilitation von Verletzungen der unteren Extremitäten, da eine schlechte Rumpffunktion mit einer erhöhten Hüftadduktion und einem Knievalgus verbunden ist, die Risikofaktoren für Verletzungen der unteren Extremitäten sind 4,5. Die Konzentration auf die Stärkung und Steigerung der Muskelausdauer der Rumpfmuskulatur verringert nicht nur die Risikofaktoren für die untere Extremität, sondern kann auch Rückenschmerzen verringern6. In letzter Zeit wurde empfohlen, dass Personen, die an akuten und chronischen Rückenschmerzen leiden, Rumpfstärkung, Ausdauer und spezifische Rumpfmuskelaktivierung in ihre Rehabilitation einbeziehensollten 6. Ein Beispiel für eine spezifische Aktivierung des Rumpfmuskels ist die gezielte Ausrichtung auf isolierte oder gruppierte Rumpfmuskeln unter Verwendung einer Co-Kontraktion, um die Kontrolle wiederherzustellen oder die Koordination der lumbopelvinen Hüftregion zu erhöhen6.
Zwei Möglichkeiten, die Muskelfunktion objektiv zu messen, sind die Verwendung von Bewegungsmodus (M-Mode) Ultraschall und Oberflächenelektromyographie (sEMG). M-Mode-Ultraschall bietet eine Echtzeit-Visualisierung der Muskel- und Faszienbewegung während einer aufgezeichneten Zeit, die Beginn und Ausmaß der Bewegung anzeigen kann7. Der Abstand zwischen dem oberen unteren Faszienrand und dem unteren oberen Faszienrand wird zu einem ausgewählten Zeitpunkt gemessen, um die Muskeldicke zu erhalten. Die Muskeldicke während eines bestimmten Zeitpunkts einer Übung kann durch Ruhedicke geteilt werden, um ein Aktivierungsverhältnisvon 8 zu erreichen. sEMG gibt Aufschluss über Muskelaktivierung und Ermüdung, da die Leistung mit der maximalen Kontraktion des Muskels verglichen werden kann9. Diese beiden Instrumente und Methoden wurden zuvor verwendet, um den Beginn der Aktivierung der Hüftmuskulatur während einer Vielzahl von Übungen bei gesunden und verletzten Personen zu messen10. Übungen, die auf den Rumpf und speziell auf die seitliche Bauchdecke abzielen, sind die Seitenplanke und der tote Käfer11,12,13. Die Seitenplanke wird in einer seitlich liegenden Position mit dem Ellbogen direkt unter der Schulter und dem Unterarm auf dem Boden ausgeführt, die Hüften werden vom Boden abgehoben, bis sich die Wirbelsäule in einer neutralen Position befindet. Die Knie sind gestreckt und die Füße übereinander gelegt9 (Ergänzende Abbildung 1). Der tote Käfer wird in Rückenlage ausgeführt, wobei beide Arme gerade darüber liegen und die Hüften und Knie in einem 90 ° -Winkel gebeugt sind. Die Übung beginnt, wenn ein Arm über dem Kopf gebeugt wird und das kontralaterale Bein ausgestreckt wird. Der gegenüberliegende Arm und das gegenüberliegende Bein bleiben in einer neutralen Position und beugen und strecken sich dann, sobald der ursprüngliche bewegliche Arm und das Bein in die neutrale Position13 zurückkehren (ergänzende Abbildung 2 und ergänzende Abbildung 3).
Die Aktivierung der äußeren Schräglage liegt im Bereich von 37% bis 62% der maximalen freiwilligen isometrischen Kontraktion (MVIC) während der Seitenplanke11,12,14. Während des toten Fehlers wurde die Aktivierung der externen Schräglage zwischen 20% und 30% des MVIC für nur fünf Wiederholungen der Übung15 aufgezeichnet. Der innere schräge und transversale Abdominis, die tieferen Bauchmuskeln der lateralen Bauchdecke, aktivieren zwischen 22% und 28% der MVIC während der Seitenplanke12,14. Aufgrund der Überlappung des inneren schrägen und transversalen Abdominis wurden die beiden Muskeln während der sEMG-Sammlung14 kombiniert. Eine Einschränkung von sEMG ist das Übersprechen von benachbarten Muskeln, wobei der sEMG-Sensor möglicherweise einen Ausgang eines anderen Muskels erzeugt, was zu einem falschen Verständnis der Aktivierungführt 16. Muskeldickenmessungen, die mit Ultraschall durchgeführt werden, können verwendet werden, um diese Einschränkung zu mildern, und diese Messung ist während Rumpfübungen möglich, wie z. B. die zuvor erwähnten isometrischenGriffe 17.
Die Muskeldicke der seitlichen Bauchdecke wurde während der Seitenplanke als absolute Größe der Differenz zwischen kontrahierter Dicke und ruhender Dicke aufgezeichnet. Zum Zeitpunkt von 30 s einer Seitenplanke nahm die Muskeldicke des inneren schrägen und äußeren Schräggangs um 0,526 mm bzw. 0,205 mm bzw.17 zu. Diese Messungen wurden im Helligkeitsmodus Ultraschall zu einem Zeitpunkt während der Seitenplanke aufgezeichnet. B-Mode-Ultraschall wird häufig durchgeführt, um Vorher-Nachher-Bilder zu beurteilen; Diese Methode ermöglicht jedoch nur Messungen zu zwei Zeitpunkten18. Der M-Mode-Ultraschall bietet im Vergleich zum B-Mode-Ultraschall erhöhte Vorteile, da er den Beginn der Muskelaktivierung sowie die Muskeldicke während der gesamten Übung mit jedem Zeitpunkt erkennen kann, der für die Messung ausgewählt werden kann18. Daher ist das übergeordnete Ziel des aktuellen Protokolls, eine innovative und praktische Messung der Muskelfunktion mit M-Mode-Ultraschall und sEMG während der Kernausdauerübungen zu ermöglichen. Dies ist für Forscher und Kliniker von Vorteil, um zu verstehen, wie Muskeln während der gesamten Dauer einer Übung funktionieren, insbesondere während der Ausdauer, im Gegensatz zu einer Messung, die auf einen einzigen Zeitpunkt isoliert ist.
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Protocol
Alle menschlichen Teilnehmer gaben eine informierte Einwilligung. Das Protokoll war Teil einer Studie, die vom Institutional Review Board der University of Central Florida genehmigt wurde. Zu den Einschlusskriterien gehörten das Alter von 18 bis 45 Jahren und körperliche Aktivität gemäß den ACSM-Richtlinien (30 Minuten moderate bis kräftige Aktivität an 5 Tagen pro Woche)19. Zu den Ausschlusskriterien gehörten Rückenschmerzen innerhalb des vergangenen Jahres, aktuelle Schmerzen oder Verletzungen in der Hüfte, der oberen oder unteren Extremitäten, eine einjährige Vorgeschichte von Operationen im unteren Rückenbereich oder Operationen der unteren Extremitäten, selbstberichtete Gleichgewichtsstörungen, Muskelanomalien, derzeit schwanger oder eine offene Wunde im Bauchbereich (Tabelle 1).
1. Vorbereitung des Datenerhebungsinstruments
- Überprüfen Sie die Integrität des Ultraschallgeräts und des sEMG-Geräts (siehe Materialtabelle).
- Schalten Sie das Ultraschallgerät ein, drücken Sie Patient und fügen Sie einen neuen Patienten hinzu. Klicken Sie auf Neuer Patient und geben Sie die Patientenidentifikationsnummer ein. Wählen Sie MSK-Prüfungstyp > Abdominal preset und drücken Sie Registrieren. Drücken Sie Beenden.
- Schalten Sie das Tablet ein (siehe Materialtabelle) und klicken Sie auf die EMG-Aufzeichnungsanwendung. Klicken Sie auf die Schaltfläche Menü oben links und suchen Sie nach Sensoren. Nehmen Sie den Sensor aus der Basis und bewegen Sie den Mauszeiger über die Aktivierungstaste. Sobald der Sensor mit der Anwendung verbunden ist, erstellen Sie einen neuen Ordner mit der Identifikationsnummer des Teilnehmers.
HINWEIS: Ultraschalleinstellungen im Bauch-Preset, B-Modus: B-Farbe = 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, Suppression = 0, Frame Average = 4, from Average 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. Ultraschalleinstellungen im Bauch-Preset, M-Modus: Sweep-Geschwindigkeit = 0, M-Farbe = Tint Map C, Dop Display Format = Vert 1/2 B, Rejection = 0, Compression = 1, Gray Scale Map = Gray Map D, M Gain (Delta von B) = 0.
2. Vorbereitung der Oberflächenelektromyographie (siehe Materialtabelle)
- Bestimmen Sie die Position des externen schrägen Sensors, indem Sie den rechten Beckenkamm und die rechte untere Rippe abtasten, während der Teilnehmer in Rückenlage liegt (Abbildung 1). Platzieren Sie den Sensor 3 cm vor der Mitte zwischen der unteren Rippe und dem Beckenkamm, parallel zu den Muskelfasern20.
- Rasieren, reinigen und debrizieren Sie den Bereich der Haut, in dem der Sensor (siehe Materialtabelle) platziert wird. Klebstoff (siehe Materialtabelle) auf den Sensor geben und auf der Haut befestigen.
Abbildung 1: Untersuchungsort der seitlichen Bauchdecke. Der sEMG-Sensor wird 3 cm vor der Mitte zwischen der unteren Rippe und dem Beckenkamm parallel zu den Muskelfasern20 platziert. Der Schallkopf befindet sich 10 cm seitlich zum Nabel, bis die seitliche Bauchdecke auf dem Bildschirm sichtbar ist. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
3. Ultraschallpräparation (siehe Materialtabelle)
- Platzieren Sie den Schallkopf im Stehen durch den elastischen Gurt und den Schaumstoffblock (Abbildung 2).
- Fügen Sie dem Schallkopf Gel hinzu und legen Sie den Schallkopf 10 cm seitlich zum Nabel. Stellen Sie ein, bis die seitliche Bauchdecke auf dem Bildschirm21 sichtbar ist (Abbildung 3).
- Stellen Sie sicher, dass der Schallkopf fest an der seitlichen Bauchdecke befestigt ist.
- Befestigen Sie den Gürtel mit den Klettverschlüssen. Passen Sie die Tiefe an, um eine optimale Bildqualität im B-Modus zu erzielen (Abbildung 4).
Abbildung 2: Messumformer durch den elastischen Gürtel und den Schaumstoffblock platziert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 3: Beispiel eines Ruhebildes zur Überprüfung der seitlichen Bauchdecke. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 4: Wandler, der durch den elastischen Gürtel und den Schaumstoffblock an der seitlichen Bauchdecke befestigt ist. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
4. Statische Seitenplanke mit Ultraschall
- Weisen Sie den Teilnehmer auf einer Yogamatte (siehe Materialtabelle) an, sich mit dem Ellbogen in 90 Grad Beugung auf die rechte Seite zu legen, so dass der Rumpf und die obere Extremität vom Boden abgehoben werden. Die Füße des Teilnehmers sollten mit vollständig ausgestreckten Knien aufeinander gestapelt werden. Die Beine sollten parallel sein und die Yogamatte berühren.
- Drücken Sie Einfrieren und dann Speichern für jedes Bild, um drei statische Ultraschallbilder der seitlichen Bauchdecke aufzunehmen.
HINWEIS: Gespeicherte Bilder befinden sich unter dem aktiven Bildbildschirm.
5. sEMG statische Seitendiele
HINWEIS: Gleichzeitig erhält der Forscher auch den sEMG-Ausgang während der in Schritt 4.1 beschriebenen statischen Positionierung.
- Wählen Sie im sEMG-Menü oben links der EMG-Aufzeichnungsanwendung Einstellungen aus, was ein Zahnradsymbol ist.
- Wählen Sie auf der Seite mit den Sensoreinstellungen das Bizepssymbol aus. Dadurch wird die Seite für Normalisierungsmessungen geöffnet.
- Drücken Sie Klicken Sie auf Play, um zu beginnen. Es wird einen 5 s Countdown geben. Während dieser Zeit weisen Sie den Patienten an, die Testposition einzunehmen. Die Aufnahme dauert weitere 5 s.
- Notieren Sie die "MVC = . XXXXmV", da dies für die Normalisierungsberechnung verwendet wird.
HINWEIS: Die EMG Mobile Suite filtert automatisch Bandpassfilter zwischen 20 und 450 Hz. EMG (RMS) 333,3, 1125 ms Fensterbreite.
6. Seitendiele
- Als nächstes weisen Sie den Teilnehmer an, die Seitenplanke für 60 s unter Beibehaltung der korrekten Form22 zu vervollständigen. Drücken Sie das M am Ultraschallgerät, um den M-Modus einzuschalten.
- Drücken Sie Plot, drücken Sie die rote Taste und drücken Sie die Schaltfläche Speichern erneut in der EMG-Anwendung. Der Teilnehmer erhält einen Countdown von 3 s. Sobald dieser Countdown beginnt, drücken Sie auf Speichern auf dem Ultraschall, um die Ultraschallaufzeichnung zu starten.
HINWEIS: Der Teilnehmer hält die richtige Form bis 60 s oder wenn der Forscher feststellt, dass die richtige Form gestört wurde. - Um das aufgezeichnete M-Mode-Video zu speichern, drücken Sie Speichern , sobald die Übung beendet ist, und die Stop-Taste in der sEMG-Anwendung.
- Klicken Sie auf Datei speichern unter und geben Sie einen Dateinamen ein, um die Ausgabe zu speichern, die auf dem Bildschirm angezeigt wird, wenn die Aufnahme beendet wird.
7. Ultraschall statischer toter Fehler
- Auf der Yogamatte weisen Sie den Teilnehmer an, sich in Rückenlage mit den Beinen in eine hakenliegende Position zu legen.
- Drücken Sie B , um in den Helligkeitsmodus zu wechseln. Drücken Sie Einfrieren und dann Speichern für jedes Bild, um drei statische Bilder der seitlichen Bauchdecke per Ultraschall aufzunehmen. Gespeicherte Bilder befinden sich unterhalb des aktiven Bildbildschirms.
8. sEMG statischer toter Fehler
- Wählen Sie im Menü der EMG-Anwendung (oben links) Einstellungen, was ein Zahnradsymbol ist.
- Wählen Sie auf der Seite mit den Sensoreinstellungen das Bizepssymbol aus. Dadurch wird die Seite für Normalisierungsmessungen geöffnet.
- Drücken Sie auf Play (Spielen), um zu beginnen. Während des 5-s-Countdowns weisen Sie den Patienten an, die Testposition einzunehmen. Die Aufnahme dauert weitere 5 s.
- Notieren Sie die "MVC = . XXXXmV", da dies für die Normalisierungsberechnung verwendet wird.
9. Toter Fehler
- Als nächstes weisen Sie den Teilnehmer an, den toten Fehler für 60 Sekunden abzuschließen und die korrekte Form beizubehalten. Drücken Sie das M am Ultraschallgerät, um den M-Modus einzuschalten.
- Weisen Sie den Teilnehmer an, seine rechte Schulter maximal zu strecken, während er seine linke Hüfte und sein Knie maximal streckt, während er gleichzeitig die Ausgangsposition der kontralateralen Extremitäten beibehält.
- Weisen Sie den Teilnehmer an, dann Schulter, Hüfte und Knie zu beugen, um in die Ausgangsposition zurückzukehren. Die kontralateralen Extremitäten führen dann die gleiche Bewegung aus.
- Bitten Sie den Teilnehmer, die Übung zu einem Metronom durchzuführen, das auf 45 Schläge pro Minute eingestellt ist. Dies führt zu 22 Wiederholungen des toten Käfers in 60 s.
HINWEIS: Der Teilnehmer sollte die richtige Form bis 60 s halten oder bis der Forscher feststellt, dass die richtige Form gestört oder der Metronomrhythmus unterbrochen wurde. - Drücken Sie Plot, drücken Sie die rote Taste und drücken Sie dann Play. Drücken Sie die Schaltfläche Speichern erneut in der EMG-Anwendung. Der Teilnehmer erhält einen Countdown von 3 s. Sobald dieser Countdown beginnt, drücken Sie auf Speichern auf dem Ultraschall, um die Ultraschallaufzeichnung zu starten.
10. Statische Ultraschallmessung
- Klicken Sie auf die Eingabetaste , wenn das erste statische Bild, das Sie messen möchten, ausgewählt ist.
- Drücken Sie Messen, um das Messwerkzeug zu öffnen. Messen Sie die maximale Muskeldicke während der statischen Positionen in Zentimetern vom oberen unteren Faszienrand bis zum unteren oberen Faszienrand (Abbildung 5 [Seitenplanke] und Abbildung 6 [toter Käfer]).
- Klicken Sie am übergeordneten unteren Rand auf die Eingabetaste und am unteren oberen Rand erneut auf Enter .
- Wiederholen Sie die Schritte 10.1-10.3 für statische Messungen von Seitenplanken und toten Fehlern. Mittelwert der Messungen der drei statischen Bilder.
Abbildung 5: Beispiel einer seitlichen Bauchdecke während der statischen Seitenplanke, Übungsstartposition und Messungen der Muskeln. A = äußere Schräglage (0,554 cm), B = innere Schräglage (0,761 cm) und C = Querbauch (0,326 cm). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 6: Beispiel der seitlichen Bauchdecke in der statischen Wanze des toten Käfers, Ausgangsposition der Übung und Messungen der Muskeln. A = äußere Schräglage (0,618 cm), B = innere Schräglage (0,820 cm) und C = Querbauch (0,438 cm). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
11. Dynamische Ultraschallmessungen
- Messen Sie die maximale Dicke der äußeren schrägen, inneren schrägen und queren Bauchdicke während der ersten 5 s und letzten 5 s der Übung. Notieren Sie zusätzlich die maximale Dicke über die gesamten 60 s.
HINWEIS: Die Seitenplanke wird üblicherweise für eine Dauer von 5 s durchgeführt. Unter Berücksichtigung von Sätzen und Wiederholungsrichtlinien früherer Autoren wurde in diesem Protokoll eine längere Dauer von 60 s zum Vergleich gewählt. Die ersten 5 s und letzten 5 s der Aufgabe wurden verglichen, um sowohl die Kraft- als auch die Ausdaueraspekte der Muskelgruppe23,24 zu bewerten. - Suchen Sie mit der Schaltfläche Scrollen die ersten 5 s und letzten 5 s jeder Übung. Überprüfen Sie außerdem visuell die größte Dicke jedes Muskels während der 60-s-Übung.
- Drücken Sie Messen, um das Messwerkzeug zu öffnen. Messen Sie die maximale Muskeldicke während der statischen Positionen in Zentimetern vom oberen unteren Faszienrand bis zum unteren oberen Faszienrand (Abbildung 7 [Seitenplanke] und Abbildung 8 [toter Käfer]).
- Teilen Sie jede der drei während der Übungen erhaltenen Dickenmessungen durch die gemittelte statische Position, um ein Aktivierungsverhältnis von 25 zu erhalten.
Abbildung 7: Beispiel einer seitlichen Bauchdecke während der Seitenplankenübung und Messungen der Muskeln im M-Modus. A = äußerer Schräg (0,968 cm), B = innerer Schräg (0,937 cm) und C = Querbauch (0,714 cm). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 8: Beispiel einer seitlichen Bauchdecke während der Totkäferübung und Messungen der Muskeln im M-Modus. A = äußere Schräglage (0,840 cm), B = innere Schräglage (0,840 cm) und C = Querbauch (0,720 cm). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
12. sEMG-Messung
- Drücken Sie auf der EMG-Datenaufzeichnungsseite auf das Home-Symbol . Wählen Sie das Ordnersymbol in der oberen rechten Ecke des Bildschirms aus. Die gespeicherte Ausgabe aus den statischen und Übungsversuchen wird hier gespeichert. Konvertieren Sie jede Datei in eine .xlsx Datei. Exportieren Sie die .xlsx Datei.
- Rufen Sie in einer Tabelle die Maximalwerte während der ersten und letzten 5 s sowie den Gesamtmaximalwert ab.
- Teilen Sie die statische sEMG-Ausgabe, die in den Schritten 5 (statische Seitenplanke sEMG) und 8 (toter Käfer sEMG) erhalten wurde, durch die Ausgabe während der Übungen.
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Representative Results
Die Messungen von Ultraschall und sEMG während der statischen Übungsstartposition sind in Tabelle 2 dargestellt. Diese Zahlen werden bei der Berechnung des Aktivierungsverhältnisses als Nenner verwendet. Die Dickenwerte des äußeren schrägen, des inneren schrägen und des transversalen Abdominis während der ersten 5 s, der letzten 5 s und der Gesamtdauer (60 s) sind in Tabelle 3 aufgeführt. Diese Zahlen werden durch die Zahlen in Tabelle 2 geteilt. Die sEMG-Werte, die auf statische Werte normalisiert wurden, die Ausgangsposition des Trainings während der ersten 5 s, der letzten 5 s und der Spitzenaktivität sind in Tabelle 4 dargestellt.
Das Aktivierungsverhältnis beschreibt das Ausmaß der Zunahme der Muskeldicke als Folge der Übung im Vergleich zur statischen Ausgangsposition der Übung. Wenn zum Beispiel die äußere Schräge während der Seitenplanke ein Aktivierungsverhältnis von 1,73 hatte, bedeutet dies, dass die Muskeldicke während der Übung um 73% zunahm. Die Aktivierungsverhältnisse für den externen schrägen, den inneren schrägen und den transversalen Abdominis sind in Tabelle 5 zusammengefasst. Die Verwendung des Aktivierungsverhältnisses ermöglicht es Forschern und Klinikern, das Ausmaß der Veränderung der Muskeldicke in einer Vielzahl von Übungen und Positionen zu bestimmen26. Die Erfassung von Ultraschallbildern mit dem M-Modus ermöglicht auch die Synchronisierung des Timings, um den Beginn der Aktivierung und die entsprechende Dicke zum Zeitpunkt des Beginnszu bestimmen 7.
| Demographien | |
| Alter | 22,75 ± 4,94 Jahre |
| Höhe | 169,25 ± 6,88 cm |
| Masse | 67,32 ± 4,94 kg |
Tabelle 1: Patientendemografie.
| Übung | Erste 5 s | Letzte 5 s | Spitzenaktivität |
| TESP | 0,01499725 mV | 0,019264 mV | 0,021207 mV |
| Toter Fehler | 0,02534 mV | 0,021346 mV | 0,02534 mV |
Tabelle 2: sEMG-Spitzenaktivität während der ersten 5 s, letzten 5 s und Gesamtspitze. EO = extern schräg, IO = innen schräg, mV = Millivolt, TrA = transversale Bauch.
| Übung | Statisch, Übungsstartdicke | Statisch, Übung Start sEMG | ||
| EO | IO | Tra | EO | |
| TESP | 0.554 cm | 0,761 cm | 0,326 cm | 0,0059 mV |
| Toter Fehler | 0,618 cm | 0,82 cm | 0.438 cm | 0,0029 mV |
Tabelle 3: Dicke und maximale sEMG-Aktivität während der Startpositionen der statischen Seitenplanke und der toten Käferübung. cm = Zentimeter, EO = äußerlich schräg, IO = innen schräg, TrA = Querabdominis.
| Übung | Erste 5 s | Letzte 5 s | Maximale Dicke | ||||||
| EO | IO | Tra | EO | IO | Tra | EO | IO | Tra | |
| TESP | 0,96 cm | 1 cm | 0,73 cm | 0,91 cm | 0,93 cm | 0,58 cm | 0,98 cm | 1 cm | 0,73 cm |
| Toter Fehler | 0,61 cm | 0,82 cm | 0,43 cm | 0,56 cm | 0,79 cm | 0,38 cm | 0,62 cm | 0,88 cm | 0,5 cm |
Tabelle 4: Muskeldicke während der ersten 5 s, letzten 5 s und insgesamt dickster Punkt während der Seitenplanken- und Totkäferübungen. cm = Zentimeter.
| Erste 5 s | Letzte 5 s | Maximale Dicke | |||||||
| Aktivierungsverhältnis | EO | IO | Tra | EO | IO | Tra | EO | IO | Tra |
| Seitendiele | 1.73 | 1.31 | 2.24 | 1.64 | 1.22 | 1.78 | 1.77 | 1.31 | 2.24 |
| Toter Fehler | 0.99 | 1.00 | 0.98 | 0.91 | 0.96 | 0.87 | 1.00 | 1.07 | 1.14 |
Tabelle 5: Ultraschall-Aktivierungsverhältnisse während der Seitenplanken- und Totkäferübungen. EO = äußere Schräglage, IO = innere Schräglage, TrA = Querabdominis.
Ergänzende Abbildung 1: TESP-Übungspositionierung. TESP = Rumpf erhöhte Seitenstütze. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 2: Startposition des toten Fehlers. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 3: Wiederholung toter Fehler. TESP = Rumpf erhöhte Seitenstütze. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
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Discussion
M-Mode-Ultraschall ermöglicht den Beginn der Muskelgewebebewegung und Muskeldickenänderung während der Echtzeitbeobachtung der Anatomie über einen ausgewählten Zeitraum21. M-Mode-Ultraschall in Kombination mit sEMG bietet ein umfassendes Verständnis der Muskelfunktion, einschließlich elektrischer Darstellung und visueller Beobachtung. Diese Instrumente können während des Trainings zusammen verwendet werden, um Forschern ein globales Verständnis der Muskelfunktion zu vermitteln.
Ein spezifisches Training von Ultraschall- und sEMG-Techniken ist notwendig, um zuverlässige und valide Messungen zu erstellen. Normalisierungsmethoden, die mit M-Mode-Ultraschall und sEMG verwendet werden, müssen ähnlich sein, um Instrumente zu vergleichen (d. h. statisch, Übungsausgangsposition)26.
Für den Schaumstoffblock, der zur Sicherung des Schallkopfes verwendet wird, kann eine Änderung erforderlich sein, die auf der Körpergröße des Teilnehmers basiert. Die Dichtigkeit des elastischen Gürtels muss ebenfalls in Abhängigkeit von der Körpergröße des Teilnehmers geändert werden. Der Schallkopf kann sich während der Bewegung vor oder nach dem Training leicht von der ursprünglichen Position entfernen. Es ist wichtig, das Bild der seitlichen Bauchdecke während des gesamten Datenerfassungsprozesses auf dem Ultraschallbildschirm zu überwachen. Um eine klare Bildgebung zu gewährleisten, ist ausreichend Ultraschallgel erforderlich, aber zu viel kann den Klebstoff des sEMG-Sensors stören. Die Modifikation der optimalen Menge des verwendeten Ultraschallgels ist während der gesamten Datenerfassung wichtig.
Eine Einschränkung beider Instrumente besteht darin, dass sie aufgrund des jeweils begrenzten Sendebereichs nur die Anatomie direkt unter dem sEMG-Sensor und dem Ultraschallwandler darstellen. Es wird allgemein angenommen, dass die Anatomie direkt unter dem Sensor immer noch eine adäquate Darstellung des Muskels27,28 liefert.
M-Mode-Ultraschall bietet eine effiziente Möglichkeit, den Beginn der Muskelaktivierung und die Muskeldickenänderung während der gesamten Dauer einer Übung zu erkennen21. Dieses eindimensionale Live-Bild der Anatomie im Laufe der Zeit ist hilfreich, um die Veränderung der Muskeldicke während einer Aufgabe zu verstehen. M-Mode-Ultraschall kann mit einem zusätzlichen Instrument wie sEMG ergänzt werden, um ein vollständiges Verständnis der Muskelfunktion zu ermöglichen. Der Helligkeitsmodus sollte weiterhin verwendet werden, um die Muskeldicke zu messen. Während des dynamischen Trainings kann jedoch der M-Mode-Ultraschall alternativ von Vorteil sein. Die Verwendung von M-Mode-Ultraschall kann während Präventions- und Rehabilitationsübungen bei gesunden und pathologischen Personen verwendet werden18. Rumpfstärkung, Steigerung der Ausdauer und spezifische Aktivierung der Rumpfmuskulatur werden für Personen mit akuten und chronischen Rückenschmerzen empfohlen. M-Mode-Ultraschall kann während Übungen verwendet werden, die auf die oben genannten Empfehlungen abzielen, um den Beginn der Aktivierung, die Muskeldicke zu bestimmten Trainingszeiten und die Veränderung der Dicke zu beobachten.
Die Korrelation zwischen den beiden Instrumenten wurde im aktuellen Protokoll nicht untersucht. Frühere Studien haben jedoch festgestellt, dass Vergleiche zwischen den beiden Instrumenten mit Vorsicht verwendet werden sollten. Es wurde gezeigt, dass Ultraschall den Beginn der Muskelaktivierung vor der Elektromyographie erkennt, was die Idee unterstützt, dass diese beiden Instrumente unterschiedliche Aspekte der Muskelfunktion messen29.
Diese Methoden eignen sich für die Anwendung, wenn das Ziel darin besteht, den Beginn der Muskelaktivierung sowie die Muskeldicke während des Trainings zu messen. Da der M-Mode-Ultraschall eine visuelle Darstellung des beteiligten Muskels liefert, ergänzt sEMG diese Beurteilung durch die elektrische Darstellung des Muskels. Der prozentuale MVIC einer Person während des Trainings darf sich im Laufe der Zeit oder nach der Intervention nicht ändern. in einem solchen Szenario kann M-Mode-Ultraschall sEMG ergänzen, um die Dickenänderung 7,10 zu beurteilen. Obwohl Ultraschallbilder seit vielen Jahren in beiden Modi verwendet werden, um Muskelbewegungen zu beschreiben, beschreibt dieses Protokoll eine neuere dynamische Anwendung, die einen direkten Einfluss auf den Einsatz von Ultraschall nicht nur in der Forschung und in stark kontrollierten Umgebungen, sondern vor allem in der klinischen Praxis mit aktiven Personen und im Sport haben kann.
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Disclosures
Die Autoren erklären keine Interessenkonflikte im Zusammenhang mit diesem Manuskript.
Acknowledgments
Nichts.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Alcohol prep pads | Henry Schein | HS1007 | |
| Amazon Basics 1/2- Inch Extra Thick Exercise Yoga Mat | Amazon | YM2001BK | |
| Delsys Trigno Sensor Adhesive Interface, 4-Slot | Delsys | SC:F03 | |
| Delsys Trigno Wireless System | Delsys | T03-A16014 | |
| Galaxy Tablet S5e | Samsung | SM-TS20N | |
| GE NextGen Logig e Ultrasound Unit | GE Healthcare | HR48382AR | |
| Linear Array Probe | GE Healthcare | H48062AB | |
| Trigno Avanti sensors | Delsys | T03-A16014 |
References
- Kendall, F., McCreary, E., Provance, P., Rodgers, M., Romani, W. Muscles: Testing and Function with Posture and Pain. , Lippincott Williams & Wilkins. Baltimore, MD. (2005).
- Bergmark, A. Stability of the lumbar spine. A study in mechanical engineering. Acta Orthopaedica Scandinavica. Supplementum. 230, 1-54 (1989).
- Borghuis, J., Hof, A. L., Lemmink, K. A. P. M. The importance of sensory-motor control in providing core stability. Sports Medicine. 38 (11), 893-916 (2008).
- Ireland, M. L., Willson, J. D., Ballantyne, B. T., Davis, I. M. Hip strength in females with and without patellofemoral pain. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. 33 (11), 671-676 (2003).
- Zazulak, B. T., Hewett, T. E., Reeves, N. P., Goldberg, B., Cholewicki, J. Deficits in neuromuscular control of the trunk predict knee injury risk: prospective biomechanical-epidemiologic study. The American Journal of Sports Medicine. 35 (7), 1123-1130 (2007).
- George, S. Z., et al. Interventions for the management of acute and chronic low back pain: revision 2021. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. 51 (11), (2021).
- Dieterich, A. V., et al. M-mode ultrasound used to detect the onset of deep muscle activity. Journal of Electromyography and Kinesiology. 25 (2), 224-231 (2015).
- Teyhen, D. S., et al. Abdominal and lumbar multifidus muscle size and symmetry at rest and during contracted states normative reference ranges. Journal of Ultrasound in Medicine. 31 (7), 1099-1110 (2012).
- Oliva-Lozano, J. M., Muyor, J. M. Core muscle activity during physical fitness exercises: A systematic review. International Journal of Environmental Research and Public Health. 17 (12), 4306 (2020).
- Dieterich, A., Petzke, F., Pickard, C., Davey, P., Falla, D. Differentiation of gluteus medius and minimus activity in weight bearing and non-weight bearing exercises by M-mode ultrasound imaging. Manual therapy. 20 (5), 715-722 (2015).
- Biscarini, A., Contemori, S., Grolla, G. Activation of scapular and lumbopelvic muscles during core exercises executed on a whole-body wobble board. Journal of Sport Rehabilitation. 28 (6), 623-634 (2019).
- Calatayud, J., et al. Progression of core stability exercises based on the extent of muscle activity. American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation. 96 (10), 694-699 (2017).
- McGill, S. M., Karpowicz, A. Exercises for spine stabilization: motion/motor patterns, stability progressions, and clinical technique. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 90 (1), 118-126 (2009).
- Czaprowski, D., et al. Abdominal muscle EMG-activity during bridge exercises on stable and unstable surfaces. Physical Therapy in Sport. 15 (3), 162-168 (2014).
- Souza, G. M., Baker, L. L., Powers, C. M. Electromyographic activity of selected trunk muscles during dynamic spine stabilization exercises. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 82 (11), 1551-1557 (2001).
- Criswell, E. Cram's Introduction to Surface Electromyography. , Jones & Bartlett Publishers. (2010).
- Mirmohammad, R., Minoonejhad, H., Sheikhhoseini, R. Ultrasonographic comparison of deep lumbopelvic muscles activity in plank movements on stable and unstable surface. Physical Treatments: Specific Physical Therapy Journal. 9 (3), 147-152 (2019).
- Bunce, S. M., Hough, A. D., Moore, A. P. Measurement of abdominal muscle thickness using M-mode ultrasound imaging during functional activities. Manual Therapy. 9 (1), 41-44 (2004).
- Garber, C. E., et al. American College of Sports Medicine position stand. Quantity and quality of exercise for developing and maintaining cardiorespiratory, musculoskeletal, and neuromotor fitness in apparently healthy adults: guidance for prescribing exercise. Medicine & Science in Sports & Exercise. 43 (7), 1334-1359 (2011).
- Vera-Garcia, F. J., Moreside, J. M., McGill, S. M. MVC techniques to normalize trunk muscle EMG in healthy women. Journal of Electromyography and Kinesiology. 20 (1), 10-16 (2010).
- Partner, S. L., et al. Changes in muscle thickness after exercise and biofeedback in people with low back pain. Journal of Sport Rehabilitation. 23 (4), 307-318 (2014).
- Devorski, L., Bazett-Jones, D., Mangum, L. C., Glaviano, N. R. Muscle activation in the shoulder girdle and lumbopelvic-hip complex during common therapeutic exercises. Journal of Sport Rehabilitation. 31 (1), 31-37 (2021).
- Youdas, J. W., et al. Magnitudes of muscle activation of spine stabilizers in healthy adults during prone on elbow planking exercises with and without a fitness ball. Physiotherapy Theory and Practice. 34 (3), 212-222 (2018).
- Ekstrom, R. A., Donatelli, R. A., Carp, K. C. Electromyographic analysis of core trunk, hip, and thigh muscles during 9 rehabilitation exercises. The Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 37 (12), 754-762 (2007).
- 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).
- 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).
- Carovac, A., Smajlovic, F., Junuzovic, D. Application of ultrasound in medicine. Acta Informatica Medica. 19 (3), 168-171 (2011).
- Chowdhury, R. H., et al. Surface electromyography signal processing and classification techniques. Sensors. 13 (9), 12431-12466 (2013).
- Tweedell, A. J., Tenan, M. S., Haynes, C. A. Differences in muscle contraction onset as determined by ultrasound and electromyography. Muscle & Nerve. 59 (4), 494-500 (2019).
