Summary
Personer med kronisk ankel ustabilitet (CAI) udstille postural kontrol mangel og forsinket muskel aktivering af nedre ekstremiteter. Edb dynamisk posturografi kombineret med overfladeelektroografi giver indsigt i koordineringen af de visuelle, somatosensoriske og vestibulære systemer med muskelaktivering regulering for at opretholde postural stabilitet hos personer med CAI.
Abstract
Edb dynamisk posturografi (CDP) er en objektiv teknik til evaluering af postural stabilitet under statiske og dynamiske forhold og mikren. CDP er baseret på den omvendte pendulmodel, der sporer det indbyrdes forhold mellem trykkets centrum og tyngdepunktet. CDP kan bruges til at analysere proportionerne af vision, proprioception, og vestibulære fornemmelse at opretholde postural stabilitet. Følgende tegn definere kronisk ankel ustabilitet (CAI): vedvarende ankel smerter, hævelse, følelsen af "vige", og selv-rapporterede handicap. Postural stabilitet og fibular muskel aktivering niveau hos personer med CAI faldt på grund af lateral ankel ledbånd komplekse skader. Få undersøgelser har brugt CDP til at udforske postural stabilitet af personer med CAI. Undersøgelser, der undersøger postural stabilitet og relaterede muskelaktivering ved hjælp af synkroniseret CDP med overfladeelektromyografi mangler. Denne CDP-protokol omfatter en SOT (Sensory Organization Test), en motorstyringstest (MCT) og en tilpasningstest (ADT) samt test, der måler ensidig holdning (US) og begrænsning af stabilitet (LOS). Overfladen elektromyografi system er synkroniseret med CDP til at indsamle data om nedre lemmer muskel aktivering under måling. Denne protokol præsenterer en ny tilgang til evaluering af koordineringen af de visuelle, somatosensoriske og vestibulære systemer og relaterede muskelaktivering for at opretholde postural stabilitet. Desuden giver det ny indsigt i neuromuskulær kontrol af personer med CAI, når de klarer virkelige komplekse miljøer.
Introduction
Edb dynamisk posturografi (CDP) er en objektiv teknik til evaluering af postural stabilitet under statiske og dynamiske forhold og mikren. CDP er baseret på den omvendte pendulmodel, der sporer det indbyrdes forhold mellem centrum af trykket (COP) og tyngdepunktet (COG). COG er den lodrette projektion af massecentret (COM), mens KOM er det punkt, der svarer til den samlede kropsmasse i det globale referencesystem. COP er punktplaceringen af den lodrette jordreaktionskraftvektor. Den repræsenterer et vægtet gennemsnit af alle tryk over overfladen af kontaktområdet med jorden1. Postural stabilitet er evnen til at opretholde COM inden for bunden af støtte i et givet sensorisk miljø. Det afspejler neuromuskulær kontrol evne, der koordinerer centralnervesystemet med afferent sensoriske system (vision, proprioception, og vestibulære fornemmelse) og motor kommando output2.
Tidligere evalueringsmetoder for postural kontrol, såsom tiden for et enkelt ben og rækkeviddeafstanden for Y-balancetest, er resultatorienterede og kan ikke anvendes til objektivt at evaluere koordineringen mellem sensoriske systemer ogmotorstyring 3. Desuden, nogle undersøgelser anvendes bærbare edb wobble bord, som kvantificerede dynamisk balance forestillinger ud af laboratorieindstillinger4,5,6. CDP adskiller sig fra ovennævnte testmetoder, fordi det kan anvendes til analyse af andelen af syn, proprioception, og vestibulær fornemmelse i postural stabilitet vedligeholdelse og til evaluering af andelen af motoriske strategi, såsom ankel eller hofte dominerende strategi. Det er blevet betragtet som en guldstandard for posturalkontrolmåling 7 på grund af dets nøjagtighed, pålidelighed og gyldighed8.
Kronisk ankel ustabilitet (CAI) er karakteriseret ved vedvarende ankelsmerter, hævelse, og følelse af "vige en"; det er en af de mest almindelige sportsskader9. CAI stammer for det meste fra laterale ankel forstuvninger, som ødelægger integriteten og stabiliteten af den laterale ankel ledbånd kompleks. Den proprioception, fibular muskelstyrke, og normal bane af talus er nedsat10,,11. Manglerne i den svage ankel segment kan resultere i mangelfuld postural kontrol og muskel aktivering hos personer med CAI12. Men, få undersøgelser har undersøgt postural stabilitet af personer med CAI ved hjælp af CDP3,13. Aktuelle målinger kunne sjældent analysere kropsholdning kontrol mangel på CAI fra perspektivet af sensorisk analyse. Derfor er evnen til sensorisk organisation og postural strategi CAI at opretholde postural stabilitet behov yderligere udforskning.
Muskelaktivitet er en vigtig del af neuromuskulær kontrol, der påvirker reguleringen af postural stabilitet14,15. CDP overvåger imidlertid kun det indbyrdes forhold mellem COP og COG gennem kraftplader, og det er vanskeligt at anvendes på observation af det specifikke aktiveringsniveau for nedre lemmers muskler hos personer med CAI. I øjeblikket har kun få undersøgelser evalueret postural stabilitet af personer med CAI gennem en metode, der kombinerer CDP med elektromyografi (EMG).
Derfor har den udviklede protokol til formål at udforske postural kontrol og relateret muskelaktivitet ved at kombinere CDP og overfladeelektroografisystem (sEMG). Denne protokol giver en ny tilgang til at undersøge neuromuskulær kontrol, herunder sensorisk organisation, postural kontrol, og relaterede muskelaktivitet, for deltagere med CAI.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Forud for testene underskrev deltagerne et informeret samtykke efter at have modtaget oplysninger om forsøgsprocessen. Dette eksperiment er blevet godkendt af den etiske komité shanghai University of Sports.
1. Opsætning af udstyr
- Tænd cdp-systemet, komplet selvkalibrering, og sørg for, at instrumentet fungerer normalt ved 100 Hz samplingfrekvens.
BEMÆRK: Hver af de to installerede uafhængige kraftplader måler tre kræfter (Fx, Fy og Fz) og tre øjeblikke (Mx, My og Mz). X-aksen er i venstre-højre retning og er vinkelret på det sagittale plan. Y-aksen er i fremadgående retning og er vinkelret på koronalplanet. Z-aksen er vinkelret på det vandrette plan. Oprindelsen er placeret i centrum af kraftpladerne. - Dobbeltklik på Balancestyringssystem | Klinisk modul, og klik derefter på Ny patient, og opret patient-id'et. Indtast en nøjagtig højde, vægt og alder. Vælg Sensorisk organisationstest, ensidig holdning, grænser for stabilitet, motorkontroltest og tilpasningstest.
BEMÆRK: Sådanne demografiske data bruges også til aldersmatchet normativ diagnostisk analyse. - Tænd for systemet med overfladeelektomiografi (sEMG), og dobbeltklik på ikonet EMG Motion Tools. Angiv triggersignalet som Trigger In (Manuel stop),opret deltager-id'et, og match de målte muskler med den trådløse elektrode. Musklerne i ustabile underekstremiteter er vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL), biceps femoris (BF), tibialis anterior (TA), peroneal longus (PL), gastrocnemius medialis (GM), og gastrocnemius lateralis (GL).
BEMÆRK: Sætningen Trigger In (Manuel Stop) angiver, at CDP udløser, at sEMG-systemet registrerer EMG-data under test, men flaget "end" kræver manuel klik for at stoppe anskaffelsen. - Forbind sEMG-systemet med CDP-systemet via synkroniseringslinjen. Juster kameraet på sEMG-systemet for at opfange cdp-systemets signalindikatorlys.
BEMÆRK: Video af indikatorlyset indsamles synkront med CDP-systemet og sEMG for at afbryde EMG'ens tilsvarende cyklus i overensstemmelse med CDP-testene. "Lys tændt" angiver, at testen er i gang, og "light off" angiver, at testen er sat på pause/standset.
2. Deltagerudvælgelse og forberedelse
- Brug følgende inklusionskriterier for CAI-deltagere: (1) 35 mandlige deltagere med regelmæssig daglig aktivitet, bortset fra professionelle atleter eller stillesiddende deltagere; (2) 20-29 år gammel; 3) historien om mindst én signifikant ankelforstuvning og den oprindelige forstuvning skal være indtruffet mindst 12 måneder før undersøgelsens indskrivning (4) følelser af "give væk" af den skadede ankel fælles og / eller tilbagevendende forstuvning og / eller "følelse af ustabilitet," og (5) en Cumberland Ankel Ustabilitet Tool spørgeskema score på mindre end 24 point16.
- Ekskluder deltagere med en historie af bilaterale forstuvninger, underklemme fraktur, operation, nervøse og vestibulære system sygdomme, eller allergi over for tape. Derudover rekrutterer du 35 mandlige deltagere uden CAI, hvis demografiske data svarede til CAI-gruppen som kontrolgruppe.
- Til forberedelse, fastgør elektrode stykke på maven af de målte muskler. Instruer deltagerne i at bære sikkerhedssele og stå barfodet på kraftpladerne for at imødegå den visuelle omramning.
- Juster justeringen af fødderne på kraftpladerne. Juster malleolus medialis med den vandrette linje og sidekanten af foden med den tilsvarende computergenererede højdelinje (S, M og T-linjer). Sluk skærmen indlejret i den visuelle surround(Figur 1).
BEMÆRK: Disse retningslinjer er baseret på følgende højder. "S" betyder "lille" og omfatter højder fra 76 cm til 140 cm. "M" betyder "medium" og omfatter højder fra 141 cm til 165 cm. "T" betyder "høj" og omfatter højder fra 166 cm til 203 cm. Skærmen kan producere læringseffekter, fordi det kan give visuel feedback i realtid. Således bør skærmen forblive lukket under testen, undtagen under grænsen for stabilitet (LOS) test17.
- Juster justeringen af fødderne på kraftpladerne. Juster malleolus medialis med den vandrette linje og sidekanten af foden med den tilsvarende computergenererede højdelinje (S, M og T-linjer). Sluk skærmen indlejret i den visuelle surround(Figur 1).
Figur 1: Deltagerforberedelse til måling. Deltagerne står oprejst barfodet til ansigt den visuelle surround, slid sikkerhedssele, korrekt tilpasse deres fødder med kraft plader, og fastsætte den trådløse EMG elektroder på deres ben. Klik her for at se en større version af dette tal.
3. Måleprocedurer
- CDP-måling
- Sensorisk organisationstest
- Instruer deltagerne i at stå oprejst og holde deres COG så stabil som muligt for at klare interferensen fra syn, somatosensorisk og vestibulær fornemmelse (enkeltvis eller kombineret) (tabel 1). Gennemfør målingerne af betingelser 1-6. Hver test varer i 20 s. Gentag proceduren tre gange for hver betingelse.
- Ensidig holdning
- Instruer deltagerne til at placere deres hænder på den forreste overlegne iliaca rygsøjlen med øjnene åbne / lukkede. Overvej den ustabile ankelside som støttebenet. Fuldt udvid deres knæleddet, og bøje knæet af deres ikke-støtteben med ca 30 °. Lad deltagerne forblive stabilt i 10 s. Gentag proceduren tre gange for hver visuel tilstand.
- Begrænsning af stabilitet
- Instruer deltagerne i at vedligeholde deres COG i det centrale område. Når du hører ringen, læne deres krop og flytte deres COG hurtigt ind i målrettet ramme på skærmen. Instruer deltagerne i at forblive stabile i 10 s. Fuldføre de otte retningsbestemte forskydning af deres COG (frem, frem-højre, højre, højre-tilbage, tilbage, bagud-venstre, venstre, og venstre-forward).
BEMÆRK: I forbindelse med COG-gearskift holdes kroppen lige, hælen eller tæerne er ikke langt fra kraftpladerne, og hofteleddet bøjes ikke.
- Instruer deltagerne i at vedligeholde deres COG i det centrale område. Når du hører ringen, læne deres krop og flytte deres COG hurtigt ind i målrettet ramme på skærmen. Instruer deltagerne i at forblive stabile i 10 s. Fuldføre de otte retningsbestemte forskydning af deres COG (frem, frem-højre, højre, højre-tilbage, tilbage, bagud-venstre, venstre, og venstre-forward).
- Prøvning af motorstyring
- Instruer deltagerne til at reagere effektivt for at genoprette kroppens stabilitet og til at klare den uventede glidning af kraftpladerne. Gentag proceduren tre gange for hver slip betingelse.
BEMÆRK: Kraftpladerne er gledet med små/mellemstore/store amplitude i forreste/bageste retning. Ifølge deltagerens højde justeres kraftpladernes slip-amplitude automatisk. Standardprocedurerne skal følges for at justere fodpositionen på kraftpladerne. Tilfældig forsinkelse mellem forsøg.
- Instruer deltagerne til at reagere effektivt for at genoprette kroppens stabilitet og til at klare den uventede glidning af kraftpladerne. Gentag proceduren tre gange for hver slip betingelse.
- Tilpasningstest
- Instruer deltagerne i at reagere effektivt for at genoprette kroppens stabilitet og håndtere fem på hinanden følgende uventede rotationer med en hastighed på 20°/s. Direkte tæerne opad eller nedad.
- Sensorisk organisationstest
| Betingelse | Øjne | Kraftplader | Visuel surround | Interferens | Forventet respons |
| 1 | Åbne | Lave | Lave | Somatosensori | |
| 2 | Tæt | Lave | Lave | Vision | Somatosensori |
| 3 | Åbne | Lave | Sway-reference | Vision | Somatosensori |
| 4 | Åbne | Sway-reference | Lave | Somatosensori | Vision, vestibulær |
| 5 | Tæt | Sway-reference | Lave | Somatosensori, vision | Vestibulære |
| 6 | Åbne | Sway-reference | Sway-reference | Somatosensori, vision | Vestibulære |
Tabel 1: Forskellig interferens og tilsvarende forventet respons ved sensorisk organisationstest. Udtrykket "svajende refereres" betyder, at bevægelsen af kraftplader og visuelle surround følger deltagerens COG svaje.
- sEMG-måling og -dataproces
- Efter udløsning af CDP system under SOT, USA, LOS, MCT og ADT, starte den automatiske erhvervelse af nedre lemmer muskelaktivitet rå data. Stop anskaffelsen manuelt under sEMG-systemet, når lyset er slukket. Stikprøvestørrelsen er 1000 Hz.
- Angiv behandlingsvinduet for sEMG-softwaren. Importer C3d-filen med EMG-rådata- og mp4-filen i lysvideoen. Skær prøvecyklussen, når lyset er tændt.
- I "processing pipeline"-operationerne skal du medtage følgende muligheder i løberørledningen: Butterworth-filter med low-pass (450 Hz, 2. Rækkefølge) og high-pass (20 Hz, 2. Bestil) hakfilter ved 50 Hz; og rod gennemsnitlige firkantede udjævning vindue på 100 ms.
BEMÆRK: Vælg Butterworth-filteret med low-pass (450 Hz, 2. Rækkefølge) og high-pass (20 Hz, 2. ordre) for at bortfiltrere uønskede lav- og højfrekvente komponenter. Indstil hakfilteret til 50 Hz for at fjerne 50 Hz interferens fra hovedeffekten. Brug rod gennemsnitlige firkantede udjævning vindue på 100 ms for at udjævne støjende signal. - I indstillingerne Generer hændelser skal du medtage følgende hændelser i kørselspipelinen. "muskel på" defineres som "alle kanaler går over 5x baseline støj standardafvigelser for mindst 50 ms". "muskel off" defineres som "alle kanaler falder til under 5x standardafvigelser over baseline i mindst 50 ms ".
- I indstillingerne Generer parametre skal du medtage følgende parametre i kørselspipelinen: integreret elektromyografi (iEMG); rod gennemsnitlige firkant (RMS); gennemsnitlig effektfrekvens (MPF) mellemfrekvens (MDF) og co-aktiveringsforhold.
BEMÆRK: Følgende er de beregningsformler, der refereres til for ovennævnte parametre (ligning 1-4):
- Normalisere RMS-værdierne for SOT-, US-, LOS-, MCT- og ADT-forsøgene med RMS-værdierne af maksimal frivillig isometrisk sammentrækning (MVIC) for hver muskel (ligning 5).
BEMÆRK: MVIC angiver den maksimale kraftsammentrækning af hver muskel for deltagere i standardstillingen i 5 s (supplerende fil 1)18.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Repræsentative CDP-resultater
Sensorisk organisationstest
Systemet evaluerer deltagerens evne til at opretholde COG i det forudbestemte målområde, når miljøet ændres som den perifere signalindgang. Ligevægtsscore (ES) er scoren under forhold 1-6, der afspejler evnen til at koordinere det sensoriske system for at opretholde postural stabilitet (ligning 6). Den sammensatte score (COMP) er den vægtede gennemsnitlige score for alle betingelser. Der lægges stor vægt på de udfordrende forhold på 4, 5 og 6. Den sammensatte score beregnes ved uafhængigt at beregne ligevægtsscoren for betingelserne SOT1 og SOT2 ved at tilføje disse to scorer til ligevægtsscoren fra hver tre prøveversion af betingelse SOT 3 til SOT 6 og ved at dividere summen med de samlede udførteforsøg 19,20. I tallene viser grønne bjælker, at deltageren kan koordinere deres tre sensoriske systemer bedre og reagere mere effektivt end deres aldersmatchede normative kontrapunkt i datasættet. Røde bjælker angiver, at deltagerens sensoriske organisationsevne er værre end deres aldersmatchede normative kontrapunkt i datasættet (Figur 2A).
BEMÆRK: Den teoretiske maksimale forreste-bageste retning forskydning af COG for en sund voksen er 12,5°. θ angiver cog'ens svajevinkel. Ligevægtsscoreområdet er 0-100. En score på 0 angiver tab af balance. Scores tæt på 100 angiver, at deltageren har en god balancefunktion.
Sensorisk analysescore:Systemet koordinerer deltagelsesandelen af syn, proprioception og vestibulær fornemmelse under seks forhold og udfører afhængighedsgraden på vision (VIS), proprioception (SOM)og vestibule (VEST) i processen med at opretholde postural stabilitet (Ligninger 8-10). Udseendet af en rød bjælke indikerer, at deltageren ikke kan bruge VIS/SOM/VEST sensoriske fornemmelse til at opretholde balancen. Pref (Visual Preference) angiver muligheden for at ignorere forkerte visuelle oplysninger i et modstridende visuelt interferensmiljø (Ligning 11). Udseendet af en rød bjælke angiver, at deltageren er afhængig af visuelle oplysninger for at opretholde balancen selv med forkerte visuelle oplysninger (Figur 2B).
Strategiscore: Systemet eksporterer strategiscoren (STR) i overensstemmelse med det indbyrdes forhold mellem COG og COP under stabilitetsvedligeholdelsesprocessen. En STR tæt på 100 angiver brugen af en høj andel af ankel strategi. En STR-score tæt på 0 angiver brugen af en høj andel af hoftestrategien. Mark af betingelser 1-6 tæt på højre side af kvadranten angiver dominans af ankel strategi; dem tæt på venstre side angiver hoftestrategiens dominans (Figur 2C).
Justering af tandhjul: Ændringer i COG-placeringen i form af koordinater under hver betingelse (figur 2D).
Figur 2: Repræsentativt resultat for deltagere med CAI under SOT' en. (A) Grafisk repræsentation af ligevægt og sammensatte scorer. BB) Grafisk gengivelse af sensoriske analyseresultater. CC) Grafisk fremstilling af strategianalyseresultater. dD) Grafisk gengivelse af cog-justeringsresultater. I de grafiske resultater af SOT, USA, LOS, MCT og ADT repræsenterer de solide grønne bjælker resultaterne i normalområdet. De solide røde bjælker repræsenterer resultaterne uden for normalområdet. De stribede bjælker repræsenterer den gentagne test. De grå områder repræsenterer det unormale dataområde. Klik her for at se en større version af dette tal.
Ensidig holdning
Cog-hastigheden (°/s) under ensidig holdning eksporteres. Udseendet af en rød bjælke indikerer, at evnen til at opretholde en enkelt holdning stabilitet er værre end normalt. Venstre/højre forskel (%) viser sammenligningen af det samlede sving mellem venstre og højre ben (Figur 3).
Figur 3: Swayhastighed for deltagere med CAI under USA med åbne/lukkede øjne (°/s).
Klik her for at se en større version af dette tal.
Los
LOS er den bedste frivillige bevægelsesmåling i CDP-systemet. LOS test evaluerer reaktionstid, bevægelseshastighed, opfattet evne til LOS, og bevægelse kontrol evne. Følgende variabler eksporteres:
Reaktionstid (RT) (r): Tiden mellem afsendelse af bevægelsessignalet og begyndelsen af kroppens bevægelse. Udseendet af en rød bjælke indikerer forsinket reaktionstid (Figur 4A).
Bevægelseshastighed (MVL) (°/s): Den gennemsnitlige hastighed mellem 5 % og 95 % fra det oprindelige punkt til målet. Udseendet af en rød bjælke indikerer, at den gennemsnitlige tyngdehastighed er langsommere end normalt (Figur 4B).
Slutpunktsudflugter (EPE) (%): COG-bevægelsesafstanden fra det oprindelige punkt til det sidste punkt. Udseendet af en rød bjælke angiver, at cog'ens bevægelsesafstand ikke når normalområdet (Figur 4C).
Maksimal udflugter (MXE) (%): Den maksimale afstand af COG-bevægelsen. Udseendet af en rød bjælke angiver, at COG's maksimale udflugt ikke når normalområdet (Figur 4C).
Retningskontrol (DCL) (%): Bevægelses mængden mod den tilsigtede retning minus mængden af off-axis bevægelse (Figur 4D).
Figur 4: Repræsentativt resultat for deltagere med CAI under LOS. aA) Grafisk gengivelse af reaktionstidsresultat(er). bB) Grafisk repræsentation af bevægelseshastighedsresultater (°/s). (C) Grafisk repræsentation af slutpunkt og maksimale udflugtsresultater (%). dD) Grafisk repræsentation af retningsbestemte kontrolresultater (%). Klik her for at se en større version af dette tal.
Prøvning af motorstyring: Brug denne test til at vurdere deltagerens evne til at producere en effektiv motorrespons og genoprette COG-stabiliteten for at klare den pludselige forreste-bageste forskydning af kraftpladerne.
Vægtsymmetri : Dettehenviser til vægtbærende fordeling af begge ben. Udseendet af en rød bjælke angiver den asymmetriske vægt af venstre og højre ben (Figur 5A). Søjlerne viser den computergenererede bekræftelse. Hvis denne værdi er lav (≤2), er ventetiden unormal. Hvis denne værdi er 0, mangler svaret og skal testes igen.
Latency (ms): Responstiden fra bevægelsen af trykkraft plader til flytning af COP. (1) Udseendet af en rød bjælke i den ensidige side under frem / tilbage forskydning kan skyldes ensidig ortopædisk skade. (2) Fremkomsten af en rød bjælke i de bilaterale sider under frem-/tilbage forskydning kan indikere, at der opstår skader i den brusende gren af den lange cirkulationsvej. (3) Fremkomsten af en rød bjælke i de bilaterale sider under frem- og tilbageforskydning kan skyldes perifer neuropati, rygmarvssygdomme, multipel sklerose og hjernestamme/kortikat patologi (Figur 5B).
Amplitude skalering: Dette er den kraft, der udøves på kraftpladen af benet som reaktion på forstyrret.... Stigningen i amplitudeskalering (AS) skal være bipedally symmetrisk og skal relatere til amplituder af kraftpladenlidning (Figur 5C).
Figur 5: Repræsentative resultater af deltagere med CAI under motorstyringsprøvningen. aA) Grafisk gengivelse af vægtsymmetriresultater. (B) Grafisk repræsentation af latensresultater (ms). (C) Grafisk gengivelse af AS resultater. Klik her for at se en større version af dette tal.
Tilpasningstest
Svajeenergiscoren (SES) bestemmes ud fra COP'ens hastighed og acceleration under de første 2 s af forstyrrelsen og eksporteres (figur 6). En rød bjælke, der når 200 point, angiver tabet af balance (fald). (1) Hvis røde bjælker ikke når 200 point i det grå område mindre end to gange i fem forsøg, og andre barer forbliver grønne, så variationen er normal, og risikoen for at falde er fraværende. (2) Røde bjælker, der når 200 point hver gang i fem forsøg kan skyldes følgende grunde. COG'en er bagud for meget, når kraftpladerne roterer i toes-up retning og vice versa. Ankel vifte af bevægelse er begrænset. Ankelleddene eller underlestremiteterne er svage. Centralnervesystemet er dysfunktionelt. (3) De røde bjælker når 200 point to gange i fem forsøg, mens andre barer forbliver grønne på grund af indflydelse af frygt eller angst. (4) Udseendet af en rød bjælke i det grå område fem gange kan skyldes svage ankel led, underlestremiteter, frygt, eller angst.
Figur 6: SES af deltagere med CAI under ADT. Klik her for at se en større version af dette tal.
sEMG-resultater
Under vastus medialis for eksempel, de rå og forarbejdede data fra sEMG er vist under SOT, USA, MCT, og ADT(Figur 7 og Figur 8). Det interval, der er angivet med den røde linje og spidserne, er det interval, hvor INDIKATORlyset for CDP-systemet er tændt og er testfasen.
Figur 7: Rå data fra sEMG for vastus medialis under SOT, USA, MCT og ADT.
Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 8: Behandlede data fra sEMG for vastus medialis under SOT, USA, MCT og ADT.
Klik her for at se en større version af dette tal.
De sEMG parametre, der svarer til testfaserne af SOT, USA, LOS, MCT og ADT er som følger. iEMG afspejler den muskelenergi, der akkumuleres pr. tid i enheden. RMS afspejler den gennemsnitlige effekt af EMG-signalet. MPF betyder den gennemsnitlige værdi af hver effekt i effektspektrumfordelingen. MDF opdeler effektspektret i to dele med lige store områder. Samaktiveringsprocenten afspejler koordineringen mellem de agonistiske og antagonistiske muskler i aktiveringsfasen i test.
Supplerende fil 1: Introduktion til edb dynamisk posturografi system. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende tabel 1: Ansøgning teknik på muskel sites af sEMG elektroder Klik her for at downloade denne tabel.
Supplerende tabel 2: Standardholdning for EMG Normaliseringsmetode for målte muskler. Klik her for at downloade denne tabel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Den præsenterede protokol bruges til at måle dynamisk postural kontrol og relateret muskelaktivitet hos personer med CAI ved at synkronisere CDP med sEMG. CDP sporer COP's og COG's bane og giver indsigt i samspillet mellem sensorisk information (visuel, somatosensorisk og vestibulær fornemmelse) input og det ydre miljø8,21,22. Det er et effektivt redskab til diagnosticering af den funktionelle aktivitetsbegrænsning forårsaget af sensoriske eller motoriske systemforstyrrelser. Muskelaktivitet indsamles synkront under CDP opgaver for at undersøge underlemmer koordinering. Denne protokol kompenserer for begrænsningerne i tidligere undersøgelser under visse omstændigheder. Det giver mulighed for omfattende undersøgelse af neuromuskulær kontrol af CAI gennem kombinationen af CDP og relaterede muskelaktivitet.
Følgende trin i protokollen er afgørende for at undersøge postural stabilitet og er forbundet med nøjagtig måling af signaler. Pre-eksperiment resultater viste, at afslutningen af hele testen uden hvile tager 25 min. Under denne proces koncentrerer deltagerne deres opmærksomhed om justering af motorstrategier og om opretholdelse af balance. Træthed ændrer bevægelsen regulering strategi centralnervesystemet og afbryder proprioception, muskel respons, og dynamisk postural kontrol23,24. Derfor bør en hviletid på mindst 5 min indstilles efter hver test for at undgå kognitiv belastning og kropstræthed25. Antropometriske egenskaber bør kontrolleres nøjagtigt for at begrænse variabiliteten for den nøjagtige vurdering af posturalbalance26,27,28. Tilsvarende bør justeringen af alder, højde, vægt og fodposition i denne protokol styres nøjagtigt, fordi de bestemmer COP'ens placering og påvirker analysen af vægt- ogkraftfordelingen 2. Sikkerhedsselen må ikke være for løs eller for stram til at beskytte deltagerens sikkerhed uden at påvirke normal bevægelse. Når fodjusteringen er afsluttet, må fodpositionen ikke bevæge sig, før prøverne er afsluttet. Deltageren må ikke gribe fat i sikkerhedsselen eller læne sig op ad den visuelle omgiver for at søge ekstern støtte for at undgå at påvirke resultatets nøjagtighed. Tilfældigt sekventering af forsøg i MCT med forskellige størrelser hjælper med at forhindre deltagerne i at forudsige nejernehedsforholdene.
Følgende begrænsninger skal tages i betragtning ved gennemførelsen af målingen. For det første er det kun mandlige deltagere, der er inkluderet for at undgå indblanding i kønsforskelle i fortolkningen af resultaterne. Fremtidig forskning skal udforske kropsholdning kontrol og muskel aktivering i kvindelige deltagere med CAI. For det andet er de fleste CAI skader inverteret eller kombineret med plantar fleksion i frontalplanet, mens MCT og ADT-udsving involverer forreste-bageste skred i det vandrette plan og fleksion-dorsiflexion rotation i den sagittale plan af kraftpladerne. Derfor bør fremtidige interferensmodeller overveje skadesmekanismen.
Eksisterende metoder er opdelt i flere kategorier og anvendes til at evaluere postural stabilitet som følger29. Kliniske skalaer, såsom Berg Balance Scale, er nemme at implementere i klinisk funktionel evaluering. Men resultaterne er subjektive, og det svage segment er svært at finde. Den resultatorienterede måling af frivillig dynamisk kontrol, såsom Y-balances afstand, kunne identificere mangel på kropsholdningskontrol, men den ignorerer handlingskvaliteten underprocessen 30,,31. Ændring af et bestemt sensorisk miljø, såsom at stå med øjnene lukket for synsafsav, stående med det ene ben for at reducere bunden af støtte, eller stående på ustabil overflade (en skum eller wobble bord), at forstyrre somatosensoriske system er en billig og bærbar måde at differentiere mangel på det specifikke sensoriske system til at opnå dynamisk balance kontrol4,5. CDP kunne analysere afhængighedsandelen af de tre sensoriske systemer og kunne undersøge posturale strategier ved at spore COP og COG. SOT anvendes især til at evaluere kvaliteten af motorsystemets udgang (COG dynamisk kontrol) ved at styre det perifere miljø signalindgang (sensorisk vægt) i en komplet sensorisk motorløkke. USA og LOS kan evaluere autonome frivillige motoriske kontrol evne på kortikalt niveau. MCT og ADT kan evaluere automatisk kropsholdning respons på hjernestammen og kortikale niveauer gennem ekstern stimulation. Den mangelfulde proprioception, fibular muskelstyrke, og ledbånd integritet af personer med CAI kan deltage i sensorisk input og motoroutput og kan påvises i den svage fælles gennem CDP systemmålinger. Anvendelsesområdet kan dog begrænses af laboratorieindstillingen og kompleksiteten.
Denne udforskende protokol måler nedre lemmer muskelaktivitet under CDP opgaver og giver indsigt i muskel koordination af en ustabil underlemmer. Der er betydelige forskelle mellem CAI og raske grupper på grund af den mangelfulde stabilitet af laterale ankelledbånd hos deltagere med CAI. Sammenlignet med deltagerne i den sunde gruppe, kan dem i CAI gruppen udviser en forventet hofte strategi og uhensigtsmæssig brug af vision i SOT, større hastighed af COG i USA, længere ventetid og større amplituder i MCT, og større svaje energi i ADT. Desuden, muskelaktivitet for peroneal muskler kan falde under CDP opgaver. Det er dog ikke muligt at drage en sikker konklusion om indholdet af denne protokol på grundlag af resultaterne af den aktuelle undersøgelse på grund af den fremtidige anvendelse på CAI-deltagere.
Denne protokol er baseret på nøjagtige værdier og en komplet sensorisk motorvej, som kan give dokumentation for det videnskabelige samfund. Når det anvendes i klinikken, denne protokol giver postural strategi i uddannelse og specifik muskel rehabilitering til behandling af patienter med CAI. Forskere kan bruge denne protokol til at undersøge postural stabilitet og relaterede muskelaktivitet i andre situationer, som følger: den neuromuskulære kontrol vurdering af neurologiske lidelser, såsom Parkinsons sygdom og multipel sklerose; evalueringen af den posturale stabilitet af støttemidler, såsom høje hæle og proteser i under-lemmer og faldrisiko og muskelaktivering vurdering af særlige grupper, såsom ældre, flatfooted mennesker, og børn med cerebral parese.
CDP-systemet indeholder en træningstilstand, der kan bruges til at udføre balancetræning, som omfatter sekvens, vægtbærende og laboratorietilpasset træning til patienter under CDP. Forskere kan bruge forskningen tilstand af systemet til at tilpasse motortilstand og varighed af den kraft plader og den visuelle surround gennem sinus bølge funktion. Fremtidig forskning i neuromuskulær kontrol kan bruge en kombination af andre instrumenter, såsom motion capture og plantar tryksystemer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Forfatterne anerkender finansieringen af 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).
