测量方法轴向和近端肌肉音

Summary

我们已经开发出一种装置（龙卷风）研究补药肌肉活动期间积极体位维护监管。扭腰措施在扭动身体的纵轴扭转阻力，站在学科和肌肉反应。该设备可灵活配置进补控制研究的各个方面，整个颈部，躯干，和/或臀部。

Abstract

滋补肌肉活动的控制，仍然知之甚少。虽然异常音通常是通过测量¹放松四肢的消极抵抗的临床评估，没有系统研究一种天然补品，反引力支持的活跃状态的肌肉控制。我们已经开发出一种装置（龙卷风）研究过程中积极体位维修（即体位音）的轴向和近端肌肉补药监管。扭腰旋转轴向期间立场垂直轴相对彼此的身体部位，这样才能扭转颈部，躯干或髋部地区。这对轴向肌肉长度的变化而改变身体的关系重力扭曲。由于倍捻机不提供支持姿势，语调必须进行调整以抵消引力扭矩。我们这动荡的扭矩进补监管扭曲，这反映了所有发生肌肉长度变化的状态，以及肌电图的量化相关肌肉。由于音的特点是长期的低层次的肌肉活动，补虚控制研究与肌肉长度的变化产生“强心剂”动作缓慢，没有唤起快“阶段性”的反应。龙卷风可以重新配置研究的各个方面，如肌肉共同收缩，补虚调制体位变化，细分整个身体进补的相互作用，以及知觉阈值缓慢轴向旋转，。扭腰也可用于提供轴向和近端体位音疾病的影响的定量测量和评估干预的疗效。

Protocol

<p class="jove_title"> 1。简介</p><p class="jove_content">倍捻机是一个量化过程中积极，正直的立场，在轴向和近端身体部位的体位音的伺服控制装置。原来的设备建在俄勒冈卫生科学大学，英国南安普敦大学的一个类似的装置正在建设中。在这份报告中，我们描述的倍捻机和各种用途的功能和理由。然后，我们提供了详细的说明，以方便其繁殖和展示它如何可用于调查控制体位音。</p><p class="jove_title"> 2。概述</p><p class="jove_content">倍捻机由一个刚性的钢架，旋转平台，扭矩传感器，平衡悬架系统，上部和下部的录制品，和车身附件（图1），以及一个监管平台旋转伺服控制系统。扭腰量化站在科目相对上段的垂直轴旋转约下半身段体位音。这曲折之间的区域，改变肌肉的长度内。上限和下限的录制品可以附加传授扭到颈部，躯干或髋部地区（图2）。由于扭腰不提供姿势支持，补虚骨骼肌的活动是必要的，以抵消引力力矩。这补药调控扭转抵抗扭以及相关肌肉的肌电图研究。评估抗扭曲是由扭矩传感器内的上部固定和反映了所有发生肌肉长度变化的状态。倍捻机使用几种不同的平台řotation剖面研究进补控制，包括一个三角形配置，加强轮廓，和三角形日益严重的个人资料（图3）。这些旋转的平台，在一个恒定的缓慢速度，最大限度地减少对主体和测量惯性的影响。</p><p class="jove_content"我们使用一个垂直轴扭扰动，因为：1）改变了轴向和近端肌肉的长度，因为这些结构是面向斜刺，并有广泛的解剖起源和插入; 2）不改变整个身体的关系，部分重力; 3）身体绕轴惯性最小的时刻²; 4）对应一个中立区^3,4，所以，小位移的位置向前面临的阻力反映，而不是骨韧带力量肌肉; 5）自然发生在日常活动^3,5。</p><p class="jove_content">倍捻机是一种灵活的设备，可用于解决滋补控制的各个方面。这些措施包括：1）刚度进补活动^6-8 2）肌肉长度变化进补反应^6,8。 3）扭动身体在远程地区的影响; 4）动觉信息的滋补功效⁹; 5）对疾病的体位音^{7,10</sup知觉阈值;> 11}。<br ><p class="jove_title"> 3。设备的详细描述</p><p class="jove_content">我们详细的倍捻机以下组件。</p><ol><li<strong>旋转平台</strong<br>主题站在一个平台，旋转°有关垂直轴的轴承（图1，4A）± 20。一个电动马达的权力，在传动比达到0.5 ° / s和5 ° / s的高扭矩之间的平台速度旋转。倍捻机在空间旋转的下半身，而不是上半身，以消除前庭的信号可能会破坏安静的立场。</li><li>皮带和滑轮系统是用于驱动器减少，从而降低了振动和消除睫毛，可以干扰扭矩测量。振动最小化，因为它可以提示有关平台的议案主题。</li><li为了安全起见，硬盘停止是用来限制最大的平台位移。</li><li>光学编码器（惠普HEDS – 5540）固定平台轴伺服控制和数据分析报告的旋转移位。<br /></li><li<strong>相框</strong><br />一个刚性，钢架与对角线交叉支撑（1.5mx 1.5mx 3M）创建平台之间的装配和扭矩传感器的高抗扭刚度，准确的扭矩测量所必需的。<br /></li><li<strong>上的固定和悬挂系统</strong<br>上部固定，重量轻，平衡悬挂系统连接扭曲的区域上缘的框架（图4B）。扭矩传感器（Futek TFF220，加利福尼亚州欧文）内上部固定位置的措施主体的旋转阻力。</li><li>悬挂系统由四个矩形铝板交替沿前后和mediolateral轴铰链。这将创建一个垂直的轴（590牛顿米/ °）约高刚度，旋转，以便准确地测量扭矩，不限制在其他尺寸的运动。特别是，在X，Y和Z方向（0.25牛顿/厘​​米）翻译的低刚度，确保受试者自己保持姿势稳定，防止上部固定提供了一个空间参考。这也让每个人保持自己的，独特的垂直姿势不影响在水平面姿势运动。</li><li>泉行为抵消了悬架系统的重量。</li><li>垂直轴承装配（图1，4B）是用来调整受到高度的上部固定。<br /></li><li<strong>下固定</strong<br>一个较低的固定连接扭曲的地区利润率较低的旋转平台。低于下固定的机身段旋转的平台。</li><li>较低的固定由一个轻量级的伸缩条连接到旋转平台。铰链连接伸缩栏的平台，让前后的姿势摇摆。<br /></li><li<strong>车身附件</strong<br>三个附件均采用扭腰：一个轻量级的头盔，一个肩带和骨盆矫正，可以牢固地固定在人体（图2）。</li><li>扭脖子，将上述头盔和肩膀下面。</li><li>扭曲的树干附加的肩膀和骨盆以下</li><li>扭动臀部重视骨盆以上。在这种情况下，扭曲的是本地化的内部和外部的髋关节旋转脚，小腿和大腿的旋转平台。<br /></li><li<strong>外固定支架</strong<br><li>外固定由一个轻量级的伸缩栏，防止从垂直轴旋转的连接段。一个酒吧和框架之间的铰链关节允许体位前后摇摆。</li><li>图4C显示在树干扭脖子扭矩测量的配置。另外，连接骨盆外固定颈部，髋关节扭力矩可以评估。</li><li>可以放在一个标准forceplate科目之间的脚和旋转平台，同时测量电阻扭矩扭曲的段。这forceplate也可以用来量化在扭曲的姿势摇摆。<br /></li><li<strong>伺服控制平台旋转</strong<br><li>控制器生成平台旋转的三个配置文件。选择三角形的配置文件之间交替恒定速度顺时针和逆时针旋转（图3，微量元素1）。使用步骤配置文件实现不连续旋转（图3，跟踪2）。旋转也可以带动一个三角形轮廓，在跨周期振幅（图3，跟踪3）增加。</li><li所有配置文件，旋转平滑加速到12 ° / S限制²在运动的发起和方向变化。</li></ol><p class="jove_title"> 4。实验协议</p><p class="jove_content">一个典型的实验运行如下：</p><ol><li>广场体附件（即头盔，肩带或骨盆矫正）所需的线段上，确保它们都是正常的，并没有扭转发挥的。</li><li>调整直线轴承的高度，使上固定在相同高度的相应机构附件。</li><li>调整较低的固定使用伸缩栏对应高度的下半身附件。</li><li>指示的主题，站在旋转平台上，面向前方。</li><li>附加的上限和下限的录制品中向的相应机构附件，定位调整，使零转矩适用于在审前的位置的问题。</li><li>眼罩的主题。</li><li>指示受宽松的立场，不干预。</li><li>选择根据身体的地区是扭曲的，为了最大限度地发挥这一信号的动态范围的扭矩传感器放大器的增益。</li><li>复位扭矩传感器的偏见。</li><li>开始在偏航和数据记录面的振荡。扭矩和平台的旋转信号通常在50赫兹，使用穗2采集软件（剑桥电子设备，英国剑桥）记录。</li><li>启动所需的平台旋转轮廓扭。在一般的运动应该是缓慢而平稳，足以使主体不准确的感知扭曲。</li></ol><p class="jove_title"> 5。代表性的成果</p><p class="jove_content">电阻转矩通常与平台漂移增加，但增幅减缓较大的游览。总电阻通常是由量化峰 – 峰值扭矩，平均跨周期。图5A显示了审单跨为扭转恒定速度坡道阻力为主干学科的反​​应。我们观察到超过数月内的主题的数据重现（图5B班际相关系数= 0.89）。平均耐扭不同细分整个身体，并已报颈部，5.11 ± 1.94 Nm的0.54 ± 0.24 Nm的躯干和臀部3.23 ± 1.67 Nm的⁶（图6）。重要的是该平台的转动是否顺畅，有没有睫毛。睫毛缺席期间显示方向的变化和在迅速变化的扭矩在发病，可能是由于肌肉僵硬短程扭矩平稳变化（见图3A Gurfinkel<em>等。</em⁶）。</p><p class="jove_content">测量扭矩反映扭曲基线进补活动（其中包括共同收缩）的分布以及在音的动态变化。由于扭曲的速度缓慢增加，扭矩在每度相当于内在的刚度<sup> 12</sup只有当肌肉活动是不变的。请注意，因为活跃的结构作出贡献的测量电阻扭腰技术上评估pseudostiffness。</p><p class="jove_content">一般情况下，两种类型的反应观察，扭曲的区域内对应常数或调制补药活动。前者的特点是低循环周期的变化，在扭矩，高峰 – 峰值扭矩的大小，和相对恒定的肌电图。相比之下，动态调制的特点是高循环周期的变异性，低抗扭性和肌电图调制相干与扭曲。未调制角度与扭矩图科目表现出常规的磁滞回线，而调制的科目有一个不规则的图案，可以反向（见图3A Gurfinkel<em>等。</em⁶动态调制，一般包括增加在肌肉缩短和减少活动期间延长（即谢林顿的延长和缩短反应进补活动¹³），这是相反的签署牵张反射。一个调制程度的综合措施，可在一个周期内的转移主体的中性线（零扭矩）的位置，简称为力矩相位超前^6,8。</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig1.jpg" alt="Figure 1" ><strong>图1。</strong从侧面的倍捻机示意图。组件被标记如下：1）旋转平台;><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig2.jpg" alt="Figure 2" ><strong>图2。</strong>适用于轴向和近端水平的捻线。科目站在一个旋转平台（黄色）全身上下贴传授扭所需的身体区域的附件。上面的附件是一个悬挂系统（锯齿线）（T）的扭矩传感器，这是绕垂直轴旋转固定连接。较低的附件连接到旋转的平台，使主体的矢状面的旋转通过一个铰链关节（黑圈）。答：脖子扭取得附加扭矩传感器的头盔和肩膀的平台。乙：主干扭曲的肩膀附加扭矩传感器和骨盆平台实现。 C：髋关节扭连接骨盆的扭矩传感器实现。</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig3.jpg" alt="Figure 3" ><strong>图3。</strong>不同的扭曲配置文件。可用于各种型材研究进补控制的具体方面。指定的光学平台，旋转编码器的输出显示在伏特。向上偏转对应反顺时针平台旋转时，从上面看。 1）三角轮廓：在这种情况下的旋转速度，最大偏移和指定的周期数。两个周期12 °。 2）间断，加强个人资料：幅度，速度，和持有时间了一步的规定。两个周期12 °旋转，四，3 °度的步骤组成。 3）增加幅度三角波：两个周期各3 °，6 °和13 °旋转显示。在这个例子中，平台旋转速度是所有条件不变。</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig4.jpg" alt="Figure 4" ><strong>图4。</strong从侧面照片的倍捻机。答：标记如下的组件宽大的配置：1）旋转平台;><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig5.jpg" alt="Figure 5" ><strong>图5。</strong>扭转阻力的主干。一）从来自不同学科的个别试验扭矩的痕迹。三个周期为10 °，1 ° / s的三角波。科目，跨周期一致的扭矩行为，与主体之间的阻力大的变化。阻力最高的痕迹是典型的未调制的行为，而阻力最小的痕迹是典型的高调制。二）跨学科的重复性扭转阻力，跨越时间。从7科的两个测量相隔1个月。峰 – 峰值主干扭矩显示了一致的测试会话内主体的行为，但广泛的跨学科的变化。</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig6.jpg" alt="Figure 6" ><strong>图6。</strong>动荡不安的扭矩，从不同的轴向水平。电阻的扭矩为10 °，1 ° / s的三角波的颈部，躯干和臀部水平。从代表主体单一的试验表明。注意各个级别和不同程度的timecorse。</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig7.jpg" alt="Figure 7" ><strong图7。</strong>伺服控制示意图。控制回路包括一个PID（比例，积分，微分）控制器，接收光学编码器连接到平台的轴输入。控制器决定电机的驱动电流。在PC上运行的定制软件，用于选择所需的平台的运动轨迹，然后下载到控制器的信息。</p>

Discussion

这是我们认为，扭腰，可用于解决许多问题进补控制。迄今为止，龙卷风已导致7 ^6-11,14等出版物。也许最重要的倍捻机的特点是，它提供了一个集成，音动能措施。这种语气的扭矩措施是不提供运动学，逆动力学或肌电图的方法，并回答关于音的许多问题是必要的。此外，龙卷风是在不会大幅干预自然反引力或体位行为的独特，提供了一剂强心剂，而不是一个阶段性的扰动。

倍捻机的一个潜在用途是体位音疾病的滋补功效的量化。虽然内在和反射刚度许多神经和肌肉骨骼使用快速扰动的条件得到了很好的研究，许多疾病的体位音的定量效果不是很好的特点。特别是，扭腰可以为USED量化刚性^7,10,14，肌无力，肌张力障碍，并沿身体纵轴的规模，分布和对称性姿势音的背部和颈部疼痛等疾病的影响。它也可以用来衡量轴向动觉，例如;在轴向扭¹⁴直行的代表性;基于肌肉proprioceptors和¹¹ perceptuomotor对称，如身体旋转的看法。最后，扭腰，可以用来研究在轴向体位音⁸这些措施的干预效果。

我们估计聘用工程公司制造倍捻机的成本约为30,000美元。此设备可能会在内部制造，这个成本的一小部分，因为原材料价格低，但显著制造是必需的。纵观其使用，扭腰已发生了显着变化，并继续这样做。有许多解决的基本问题，可与倍捻机。我们希望这报告将帮助其他研究者建立捻线设备，或以其他方式刺激到这个根本，但知之甚少的领域的研究。

Materials