Summary
Personen met chronische enkelinstabiliteit (CAI) vertonen posturale controledeficiëntie en vertraagde spieractivering van de onderste ledematen. Geautomatiseerde dynamische posturografie in combinatie met oppervlakte-elektromyografie biedt inzicht in de coördinatie van de visuele, somatosensorische en vestibulaire systemen met spieractiveringsregeling om de posturale stabiliteit bij personen met CAI te behouden.
Abstract
Geautomatiseerde dynamische posturografie (CDP) is een objectieve techniek voor de evaluatie van de posturale stabiliteit onder statische en dynamische omstandigheden en verstoring. CDP is gebaseerd op het omgekeerde slingermodel dat de onderlinge relatie tussen het drukcentrum en het zwaartepunt traceert. CDP kan worden gebruikt om de verhoudingen van visie, proprioceptie en vestibulaire sensatie te analyseren om de posturale stabiliteit te behouden. De volgende personages definiëren chronische enkelinstabiliteit (CAI): aanhoudende enkelpijn, zwelling, het gevoel van "geven", en zelfgerapporteerde invaliditeit. Posturale stabiliteit en fibulaire spier activering niveau bij personen met CAI daalde als gevolg van laterale enkelband complexe verwondingen. Weinig studies hebben CDP gebruikt om de posturale stabiliteit van personen met CAI te verkennen. Studies die posturale stabiliteit en gerelateerde spieractivering onderzoeken met behulp van gesynchroniseerde CDP met oppervlakte-elektromyografie ontbreken. Dit CDP-protocol omvat een sensorische organisatietest (SOT), een motorbesturingstest (MCT) en een aanpassingstest (ADT), evenals tests die eenzijdige houding (VS) en stabiliteitslimiet (LOS) meten. Het oppervlakteelektromyografiesysteem wordt gesynchroniseerd met CDP om gegevens over spieractivering van de onderste ledematen tijdens de meting te verzamelen. Dit protocol presenteert een nieuwe aanpak voor de evaluatie van de coördinatie van de visuele, somatosensorische en vestibulaire systemen en aanverwante spieractivering om posturale stabiliteit te behouden. Bovendien biedt het nieuwe inzichten in de neuromusculaire controle van personen met CAI bij het omgaan met echte complexe omgevingen.
Introduction
Geautomatiseerde dynamische posturografie (CDP) is een objectieve techniek voor de evaluatie van de posturale stabiliteit onder statische en dynamische omstandigheden en verstoring. CDP is gebaseerd op het omgekeerde slingermodel dat de onderlinge relatie tussen het drukcentrum (COP) en het zwaartepunt (COG) traceert. COG is de verticale projectie van het massacentrum (COM), terwijl COM het puntequivalent is van de totale lichaamsmassa in het wereldwijde referentiesysteem. COP is de puntlocatie van de verticale grondreactiekrachtvector. Het vertegenwoordigt een gewogen gemiddelde van alle druk over het oppervlak van het contactgebied met de grond1. Posturale stabiliteit is de mogelijkheid om de COM te handhaven binnen de basis van de steun in een bepaalde zintuiglijke omgeving. Het weerspiegelt neuromusculaire controle vermogen dat het centrale zenuwstelsel coördineert met de afferent sensorische systeem (visie, proprioceptie, en vestibulaire sensatie) en motorische commando output2.
Eerdere evaluatiemethoden voor posturale controle, zoals de tijd voor een houding met één been en de bereikafstand voor Y-balanstests, zijn resultaatgericht en kunnen niet worden gebruikt om de coördinatie tussen sensorische systemen en motorbesturing objectief te evalueren3. Bovendien gebruikten sommige studies draagbare geautomatiseerde wiebelplank, die dynamische balansprestaties uit laboratoriuminstellingen4,5,6kwantificeerde . CDP verschilt van de bovengenoemde testmethoden, omdat het kan worden toegepast op de analyse van het aandeel van visie, proprioceptie en vestibulaire sensatie in postural stabiliteit onderhoud en de evaluatie van het aandeel van de motorische strategie, zoals enkel of heup dominante strategie. Het is gezien als een gouden standaard voor posturale controle meting7 vanwege de nauwkeurigheid, betrouwbaarheid, en geldigheid8.
Chronische enkelinstabiliteit (CAI) wordt gekenmerkt door aanhoudende enkelpijn, zwelling en gevoel van "geven"; het is een van de meest voorkomende sportblessures9. CAI komt meestal voort uit laterale enkelverstuikingen, die de integriteit en stabiliteit van het laterale enkelbandcomplex vernietigen. De proprioceptie, fibulaire spierkracht, en normale baan van talus zijn aangetast10,11. De tekortkomingen van het zwakke enkelsegment kunnen leiden tot een gebrekkige posturale controle en spieractivering bij personen met CAI12. Weinig studies hebben echter de posturale stabiliteit van personen met CAI onderzocht met behulp van CDP3,13. Huidige metingen kunnen zelden analyseren van de houding controle tekort van CAI vanuit het perspectief van sensorische analyse. Daarom moet het vermogen van de sensorische organisatie en de posturale strategie van CAI om posturale stabiliteit te handhaven verder worden onderzocht.
Spieractiviteit is een belangrijk onderdeel van neuromusculaire controle die van invloed is op de regulering van de posturale stabiliteit14,15. CDP controleert echter alleen de onderlinge relatie tussen COP en COG door middel van krachtplaten, en de toepassing ervan op de observatie van het specifieke activeringsniveau van de onderste ledematen spieren bij personen met CAI is moeilijk. Momenteel hebben weinig studies de posturale stabiliteit van individuen met CAI geëvalueerd door middel van een methode die CDP combineert met elektromyografie (EMG).
Daarom is het ontwikkelde protocol gericht op het verkennen van posturale controle en aanverwante spieractiviteit door het combineren van CDP en oppervlakte elektromyografie systeem (sEMG). Dit protocol biedt een nieuwe aanpak om neuromusculaire controle te onderzoeken, inclusief zintuiglijke organisatie, posturale controle en gerelateerde spieractiviteit, voor deelnemers met CAI.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Voorafgaand aan de tests ondertekenden de deelnemers een geïnformeerde toestemming na het ontvangen van informatie over het experimentele proces. Dit experiment is goedgekeurd door de ethische commissie van shanghai University of Sports.
1. Inrichting van de apparatuur
- Schakel het CDP-systeem in, volledige zelfkalibratie en zorg ervoor dat het instrument normaal werkt op een bemonsteringsfrequentie van 100 Hz.
OPMERKING: Elk van de twee geïnstalleerde onafhankelijke krachtplaten meet drie krachten (Fx, Fy en Fz) en drie momenten (Mx, My en Mz). De x-as bevindt zich in de linker-rechtse richting en staat loodrecht op het sagittale vlak. De y-as bevindt zich in de voorwaartse-achterwaartse richting en staat loodrecht op het coronale vlak. De z-as staat loodrecht op het horizontale vlak. De oorsprong bevindt zich in de centra van de krachtplaten. - Dubbelklik op Balance Manager System | Klinische module,en klik vervolgens op Nieuwe patiënt en vast te stellen van de patiënt ID. Voer een nauwkeurige lengte, gewicht en leeftijd. Selecteer Sensorische Organisatietest, Unilateral Stance, Limits of Stability, Motor Control Test en Adaption Test.
OPMERKING: Dergelijke demografische gegevens worden ook gebruikt voor normatieve diagnostische analyse op leeftijd afgestemd. - Schakel het systeem van oppervlakte-elektromyografie (sEMG) in en dubbelklik op het pictogram EMG Motion Tools. Geef het triggersignaal op als Trigger In (Manual Stop),stel de deelnemers-ID vast en match de gemeten spieren met de draadloze elektrode. De spieren van onstabiele onderste ledematen zijn vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL), biceps femoris (BF), tibialis anterior (TA), peroneal longus (PL), gastrocnemius medialis (GM) en gastrocnemius lateralis (GL).
OPMERKING: De zin Trigger In (Manual Stop) geeft aan dat CDP het sEMG-systeem activeert om EMG-gegevens vast te leggen tijdens tests, maar de "einde"-vlag vereist handmatig klikken om de acquisitie te stoppen. - Sluit het SEMG-systeem aan met het CDP-systeem via de synchronisatielijn. Pas de camera van het SEMG-systeem aan om het signaalindicatorlicht van het CDP-systeem vast te leggen.
OPMERKING: De video van het indicatorlicht wordt synchroon verzameld met het CDP-systeem en sEMG om de overeenkomstige cyclus van de EMG te snijden in overeenstemming met de CDP-tests. "Light on" geeft aan dat de test aan de gang is, en "licht uit" geeft aan dat de test is onderbroken / gestopt.
2. Selectie en voorbereiding van deelnemers
- Gebruik de volgende inclusiecriteria voor CAI-deelnemers: (1) 35 mannelijke deelnemers met regelmatige dagelijkse activiteit, met uitzondering van professionele atleten of sedentaire deelnemers; (2) 20-29 jaar oud; (3) de geschiedenis van ten minste één significante enkelverstuiking en de aanvankelijke verstuiking moet ten minste twaalf maanden vóór inschrijving in het onderzoek hebben plaatsgevonden; (4) gevoelens van "weggeven" van het gewonde enkelgewricht en/of terugkerende verstuiking en/of "gevoel van instabiliteit;" en (5) een Cumberland Ankle Instability Tool vragenlijstscore van minder dan 24 punten16.
- Sluit deelnemers met een voorgeschiedenis van bilaterale verstuikingen, breuk in de onderste ledematen, operatie, zenuw- en vestibulaire systeemziekten of allergie voor taping uit. Daarnaast werven 35 mannelijke deelnemers zonder CAI, waarvan de demografische gegevens overeenkomen met de CAI-groep, als de controlegroep.
- Voor de voorbereiding, bevestig de elektrode stuk op de buik van de gemeten spieren. Instrueer de deelnemers om een veiligheidsharnas te dragen en sta blootsvoets op de krachtplaten om de visuele omlijsting onder ogen te zien.
- Pas de uitlijning van de voeten op de krachtplaten aan. Lijn de malleolus medialis uit met de horizontale lijn en de zijrand van de voet met de bijbehorende door de computer gegenereerde hoogtelijn (S-, M- en T-lijnen). Schakel het scherm uit dat is ingebed in de visuele surround(figuur 1).
LET OP: Deze richtlijnen zijn gebaseerd op de volgende hoogtes. "S" betekent "klein" en omvat hoogtes variërend van 76 cm tot 140 cm. "M" betekent "medium" en omvat hoogtes variërend van 141 cm tot 165 cm. "T" betekent "hoog" en omvat hoogtes variërend van 166 cm tot 203 cm. Het scherm kan leereffecten produceren, omdat het real-time visuele feedback kan geven. Zo moet het scherm gesloten blijven tijdens de test, behalve tijdens de stabiliteitsgrens (LOS) test17.
- Pas de uitlijning van de voeten op de krachtplaten aan. Lijn de malleolus medialis uit met de horizontale lijn en de zijrand van de voet met de bijbehorende door de computer gegenereerde hoogtelijn (S-, M- en T-lijnen). Schakel het scherm uit dat is ingebed in de visuele surround(figuur 1).
Figuur 1: Voorbereiding van deelnemers voor de meting. De deelnemers staan rechtop op blote voeten om de visuele surround gezicht, dragen veiligheidsharnas, correct uitlijnen hun voeten met de kracht platen, en bevestig de draadloze EMG elektroden op hun benen. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
3. Meetprocedures
- CDP-meting
- Sensorische organisatietest
- Instrueer de deelnemers om rechtop te staan en hun COG zo stabiel mogelijk te houden om te gaan met de interferentie van visie, somatosensorische en vestibulaire sensatie (afzonderlijk of gecombineerd) (Tabel 1). Vul de metingen van de omstandigheden 1–6. Elke test duurt 20 s. Herhaal de procedure driemaal voor elke voorwaarde.
- Eenzijdige houding
- Instrueren de deelnemers om hun handen te plaatsen op de voorste superieure iliacale wervelkolom met hun ogen open / dicht. Beschouw de onstabiele enkelzijde als het steunbeen. Breid hun kniegewricht volledig uit en buig de knie van hun niet-ondersteunende been met ongeveer 30°. Laat de deelnemers stabiel blijven staan voor 10 s. Herhaal de procedure driemaal voor elke visuele toestand.
- Stabiliteitsgrens
- Instrueren de deelnemers om hun COG te handhaven in het centrale gebied. Bij het horen van de ring, leun hun lichaam en verschuiving hun COG snel in het beoogde frame in het scherm. Instrueer de deelnemers om stabiel te blijven voor 10 s. Voltooi de acht directionele verschuiving van hun COG (vooruit, naar rechts, rechts, rechts-achterwaarts, achterwaarts, achterwaarts-links, links en links naar voren).
OPMERKING: Tijdens het schakelen van COG wordt het lichaam recht gehouden, de hiel of tenen zijn niet ver van de krachtplaten en het heupgewricht is niet gebogen.
- Instrueren de deelnemers om hun COG te handhaven in het centrale gebied. Bij het horen van de ring, leun hun lichaam en verschuiving hun COG snel in het beoogde frame in het scherm. Instrueer de deelnemers om stabiel te blijven voor 10 s. Voltooi de acht directionele verschuiving van hun COG (vooruit, naar rechts, rechts, rechts-achterwaarts, achterwaarts, achterwaarts-links, links en links naar voren).
- Motorcontroletest
- Instrueer de deelnemers om effectief te reageren om de stabiliteit van het lichaam te herstellen en om te gaan met het onverwachte uitglijden van de krachtplaten. Herhaal de procedure driemaal voor elke slipvoorwaarde.
LET OP: De krachtplaten worden uitgegleden met kleine/middelgrote/grote amplitude in de voorste/achterste richting. Afhankelijk van de hoogte van de deelnemer wordt de slipamplitude van de krachtplaten automatisch aangepast. Standaardprocedures moeten worden gevolgd om de voetpositie op de krachtplaten uit te lijnen. Er bestaat willekeurige vertraging tussen de proeven.
- Instrueer de deelnemers om effectief te reageren om de stabiliteit van het lichaam te herstellen en om te gaan met het onverwachte uitglijden van de krachtplaten. Herhaal de procedure driemaal voor elke slipvoorwaarde.
- Aanpassingstest
- Instrueer de deelnemers om effectief te reageren op het herstel van de stabiliteit van het lichaam en om te gaan met vijf opeenvolgende onverwachte rotaties met een snelheid van 20°/s. Richt de tenen omhoog of omlaag.
- Sensorische organisatietest
| Voorwaarde | Ogen | Krachtplaten | Visuele surround | Interferentie | Verwachte reactie |
| 1 | Open | Fix | Fix | Somatosensory | |
| 2 | Sluiten | Fix | Fix | Visie | Somatosensory |
| 3 | Open | Fix | Sway-referentie | Visie | Somatosensory |
| 4 | Open | Sway-referentie | Fix | Somatosensory | Visie, vestibulaire |
| 5 | Sluiten | Sway-referentie | Fix | Somatosensory, visie | Vestibulair |
| 6 | Open | Sway-referentie | Sway-referentie | Somatosensory, visie | Vestibulair |
Tabel 1: Verschillende interferentie en overeenkomstige verwachte respons in sensorische organisatietest. De term "sway-referenced" betekent dat de beweging van de krachtplaten en visuele surround volgt de cog-sway van de deelnemer.
- sEMG-meting en gegevensproces
- Na triggering door CDP-systeem tijdens SOT, US, LOS, MCT en ADT, start de automatische verwerving van spieractiviteit in de onderste ledematen ruwe gegevens. Stop handmatig de aanschaf tijdens het sEMG-systeem wanneer het licht uit is. De steekproefgrootte is 1000 Hz.
- Voer het verwerkingsvenster van de sEMG-software in. Importeer het C3d-bestand van de EMG-onbewerkte gegevens en het mp4-bestand van de lichte video. Snijd de proefcyclus door als het licht aan is.
- In de bewerkingen "processing pipeline" bevatten u de volgende opties in de run-pijplijn: Butterworth-filter met low-pass (450 Hz, 2. Order) en high-pass (20 Hz, 2. Orde); inkepingsfilter op 50 Hz; en wortel gemiddelde vierkante gladmaken venster van 100 ms.
LET OP: Kies het Butterworth-filter met low-pass (450 Hz, 2. Order) en high-pass (20 Hz, 2. Orde) om ongewenste lage en hoogfrequente componenten uit te filteren. Stel het inkepingsfilter in op 50 Hz om 50 Hz-interferentie van het hoofdvermogen te verwijderen. Gebruik het gemiddelde vierkante gladvlak van 100 ms om het lawaaierige signaal glad te strijken. - Neem in de opties Gebeurtenissen genereren de volgende gebeurtenissen op in de run-pijplijn. "muscle on" wordt gedefinieerd als "alle kanalen gaan boven 5x baseline ruis standaard afwijkingen voor ten minste 50 ms". "muscle off" wordt gedefinieerd als "alle kanalen dalen tot onder de 5x standaard afwijkingen ten opzichte van baseline voor ten minste 50 ms ".
- Neem in de opties Parameters genereren de volgende parameters op in de run-pijplijn: integrale elektromyografie (iEMG); wortelgemiddeld vierkant (RMS); gemiddelde vermogensfrequentie (MPF); gemiddelde frequentie (MDF); en co-activatieverhouding.
OPMERKING: De volgende berekeningsformules voor de bovenstaande parameters (vergelijkingen 1–4):
- Normaliseer de RMS-waarden van de proeven SOT, US, LOS, MCT en ADT met de RMS-waarden van maximale vrijwillige isometrische samentrekking (MVIC) voor elke spier (vergelijking 5).
LET OP: MVIC geeft de maximale krachtcontractie van elke spier aan voor deelnemers in de standaardhouding voor 5 s (Aanvullend bestand 1)18.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Representatieve CDP-resultaten
Sensorische organisatietest
Het systeem evalueert het vermogen van de deelnemer om COG te onderhouden in het vooraf bepaalde doelgebied, wanneer de omgeving verandert als de perifere signaalinvoer. Evenwichtsscore (ES) is de score onder omstandigheden 1–6 die de mogelijkheid weerspiegelt om het sensorische systeem te coördineren om de posturale stabiliteit te behouden (vergelijking 6). De samengestelde score (COMP) is de gewogen gemiddelde score van alle voorwaarden. Grote nadruk wordt gelegd op de uitdagende omstandigheden van 4, 5 en 6. De samengestelde score wordt berekend door onafhankelijk de evenwichtsscores voor de voorwaarden SOT1 en SOT2 te gemiddelderen, door deze twee scores toe te voegen aan de evenwichtsscores van elke drie proef met conditie SOT 3 tot SOT 6 , en door de som te delen door de totale uitgevoerde proeven19,20. In de cijfers geven groene balken aan dat de deelnemer zijn drie sensorische systemen beter kan coördineren en effectiever kan reageren dan hun leeftijdsgematchte normatieve contrapunt in de dataset. Rode balken geven aan dat het zintuiglijke organisatievermogen van de deelnemer slechter is dan dat van hun leeftijdsgematchte normatieve contrapunt in de gegevensset(figuur 2A).
OPMERKING: De theoretische maximale voorste-achterste richting verplaatsing van de COG voor een gezonde volwassene is 12,5°. de swayhoek van de COG. Het evenwichtsscorebereik is 0-100. Een score van 0 geeft het verlies van evenwicht aan. Scores in de buurt van 100 geven aan dat de deelnemer een goede balansfunctie heeft.
Sensorische Analyse Score: Het systeem coördineert de deelname verhouding van visie, proprioceptie, en vestibulaire sensatie onder zes omstandigheden en leidt af de afhankelijkheid graad van visie (VIS), proprioceptie (SOM), en vestibule (VEST) in het proces van het handhaven van posturale stabiliteit (Vergelijkingen 8-10). Het uiterlijk van een rode balk geeft aan dat de deelnemer vis/SOM/VEST-sensorische sensatie niet kan gebruiken om het evenwicht te bewaren. Visuele voorkeur (PREF) geeft de mogelijkheid aan om verkeerde visuele informatie te negeren in een conflicterende visuele interferentieomgeving (vergelijking 11). Het verschijnen van een rode balk geeft aan dat de deelnemer vertrouwt op visuele informatie om evenwicht te bewaren, zelfs met onjuiste visuele informatie (figuur 2B).
Strategiescore: Het systeem exporteert de strategiescore (STR) in overeenstemming met de onderlinge relatie van COG en COP tijdens het proces van stabiliteitsonderhoud. Een STR bijna 100 geeft het gebruik van een hoog percentage van de enkel strategie. Een STR-score in de buurt van 0 geeft het gebruik van een hoog percentage heupstrategie aan. Merken van voorwaarden 1-6 dicht bij de rechterkant van het kwadrant geven de dominantie van de enkelstrategie aan; die dicht bij de linkerkant wijzen op de dominantie van de heupstrategie(figuur 2C).
COG-uitlijning: Cog-locatiewijzigingen in de vorm van coördinaten onder elke voorwaarde(figuur 2D).
Figuur 2: Representatief resultaat voor deelnemers met CAI tijdens het SOT. (A) Grafische weergave van evenwichts- en samengestelde scores. (B) Grafische weergave van de resultaten van de sensorische analyse. cC) Grafische weergave van de resultaten van strategieanalyse. (D) Grafische weergave van cog-uitlijningsresultaten. In de grafische resultaten van SOT, US, LOS, MCT en ADT vertegenwoordigen de effen groene balken de resultaten in het normale bereik. De effen rode balken vertegenwoordigen de resultaten buiten het normale bereik. De gestreepte balken vertegenwoordigen de herhaalde test. De grijze gebieden vertegenwoordigen het abnormale gegevensbereik. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Eenzijdige houding
De zwaaisnelheid van COG (°/s) tijdens eenzijdige houding wordt geëxporteerd. Het uiterlijk van een rode balk geeft aan dat de mogelijkheid om single-stance stabiliteit te behouden is erger dan normaal. Links/rechts verschil (%) geeft de vergelijking aan van de totale schommeling tussen de linker- en rechterbenen (figuur 3).
Figuur 3: Sway snelheid van COG voor deelnemers met CAI tijdens de VS met open ogen /gesloten (°/s).
Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Los
LOS is de beste vrijwillige bewegingsmeting in het CDP-systeem. LOS test evalueert de reactietijd, bewegingssnelheid, waargenomen vermogen voor LOS, en beweging controle vermogen. De volgende variabelen worden uitgevoerd:
Reactietijd (RT) (s): De tijd tussen het verzenden van het bewegingssignaal en het begin van de beweging van het lichaam. Het verschijnen van een rode balk duidt op een vertraagde reactietijd(figuur 4A).
Bewegingssnelheid (MVL) (°/s): De gemiddelde snelheid tussen 5% en 95% vanaf het oorspronkelijke punt tot het doel. Het uiterlijk van een rode balk geeft aan dat de gemiddelde zwaartekrachtsnelheid langzamer is dan normaal(figuur 4B).
Eindpunt Excursies (EPE) (%): De COG-bewegingsafstand van het beginpunt tot het eindpunt. Het uiterlijk van een rode balk geeft aan dat de bewegingsafstand van het COG het normale bereik(figuur 4C)niet bereikt.
Maximale excursies (MXE) (%): De maximale afstand van de COG-beweging. Het uiterlijk van een rode balk geeft aan dat de maximale excursie van het COG het normale bereik(figuur 4C)niet bereikt.
Directionele controle (DCL) (%): de hoeveelheid beweging naar de beoogde richting minus de hoeveelheid off-axis beweging (Figuur 4D).
Figuur 4: Representatief resultaat voor deelnemers met CAI tijdens LOS. (A) Grafische weergave van het resultaat(en) van de reactietijd. (B) Grafische weergave van de resultaten van de bewegingssnelheid (°/s). (C) Grafische weergave van eindpunt en maximale excursieresultaten (%). (D) Grafische weergave van directionele controleresultaten (%). Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Motorcontroletest: Gebruik deze test om het vermogen van de deelnemer om een effectieve motorische respons te produceren te evalueren en de COG-stabiliteit te herstellen om de plotselinge voorste-achterste verplaatsing van de krachtplaten het hoofd te bieden.
Gewichtssymmetrie: Dit verwijst naar de gewichtsdragende verdeling van beide benen. Het uiterlijk van een rode balk geeft het asymmetrische gewicht van de linker- en rechterbenen aan(figuur 5A). De balken tonen de door de computer gegenereerde bevestiging. Als deze waarde laag is (≤2), is latentie abnormaal. Als deze waarde 0 is, ontbreekt het antwoord en moet het opnieuw worden getest.
Latentie (ms): De reactietijd van de beweging van drukkrachtplaten naar de beweging van de COP. (1) Het verschijnen van een rode balk in de eenzijdige zijde tijdens voorwaartse/achterwaartse verplaatsing kan te wijten zijn aan eenzijdig orthopedisch letsel. (2) Het verschijnen van een rode staaf in de bilaterale zijden tijdens voorwaartse/achterwaartse verplaatsing kan wijzen op het optreden van schade in de efferent tak van het lange circulatiepad. (3) Het verschijnen van een rode staaf in de bilaterale zijden tijdens voorwaartse en achterwaartse verplaatsing kan te wijten zijn aan perifere neuropathie, spinale ziekten, multiple sclerose en hersenstam/corticale pathologie(figuur 5B).
Amplitudeschaling: Dit is de kracht die door het been op de krachtplaat wordt uitgeoefend in reactie op verstoring. De toename van amplitude scaling (AS) moet tweevoetig symmetrisch zijn en moet betrekking hebben op de amplitudes van krachtplaat ontsporing (figuur 5C).
Figuur 5: Representatieve resultaten van deelnemers met CAI tijdens de motorcontroletest. (A) Grafische weergave van de resultaten van de gewichtssymmetrie. (B) Grafische weergave van latentieresultaten (ms). cC) Grafische weergave van de resultaten van AS. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Aanpassingstest
De sway energy score (SES) wordt bepaald op basis van de snelheid en versnelling van de COP tijdens de eerste 2 s van verstoring en wordt geëxporteerd (figuur 6). Een rode balk die 200 punten bereikt, duidt op het verlies van evenwicht (daling). (1) Als rode balken in vijf proeven minder dan twee maal 200 punten bereiken in het grijze gebied en andere balken groen blijven, is de variatie normaal en is het risico om te vallen afwezig. (2) Rode balken die in vijf proeven telkens 200 punten bereiken, kunnen om de volgende redenen gaan. De COG is te achterwaarts te hoog wanneer de krachtplaten draaien in de tenen-up richting en vice versa. Het enkelbereik van de beweging is beperkt. De enkelgewrichten of onderste ledematen zijn zwak. Het centrale zenuwstelsel is disfunctioneel. (3) De rode balken bereiken 200 punten twee keer in vijf proeven, terwijl andere staven groen blijven als gevolg van de invloed van angst of angst. (4) Het verschijnen van een rode balk in het grijze gebied vijf keer kan te wijten zijn aan zwakke enkelgewrichten, onderste ledematen, angst, of angst.
Figuur 6: SES van de deelnemers met CAI tijdens ADT. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
sEMG Resultaten
Met bijvoorbeeld vastus medialis worden de ruwe en verwerkte gegevens van sEMG getoond tijdens SOT, US, MCT en ADT(figuur 7 en figuur 8). Het interval aangegeven door de rode lijn en tips is het interval waar het indicatorlicht van het CDP-systeem is ingeschakeld en is de testfase.
Figuur 7: Ruwe gegevens van sEMG voor vastus medialis tijdens SOT, US, MCT en ADT.
Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 8: Verwerkte gegevens van sEMG voor vastus medialis tijdens SOT, US, MCT en ADT.
Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
De sEMG-parameters die overeenkomen met de testfasen van SOT, US, LOS, MCT en ADT zijn als volgt. iEMG weerspiegelt de spierenergie die wordt opgebouwd per eenheidstijd. RMS weerspiegelt de gemiddelde kracht van het EMG-signaal. MPF betekent de gemiddelde waarde van elk vermogen in de power spectrum distributie. MDF verdeelt het machtsspectrum in twee delen met gelijke gebieden. De coactiviteitsverhouding weerspiegelt de coördinatie tussen de agonistische en antagonistische spieren van de activeringsfase in tests.
Aanvullend bestand 1: Inleiding voor geautomatiseerd dynamisch posturografiesysteem. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende tabel 1: Toepassingstechniek op de spiersites van sEMG elektroden Klik hier om deze tabel te downloaden.
Aanvullende tabel 2: Standaardhouding voor EMG Normalisatiemethode voor gemeten spieren. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Het gepresenteerde protocol wordt gebruikt om dynamische posturale controle en gerelateerde spieractiviteit te meten bij personen met CAI door CDP te synchroniseren met sEMG. CDP traceert het traject van de COP en COG en geeft inzicht in de interactie tussen sensorische informatie (visuele, somatosensorische en vestibulaire sensatie) input en de externe omgeving8,21,22. Het is een effectief hulpmiddel voor de diagnose van de functionele activiteit beperking veroorzaakt door sensorische of motorische systeemaandoeningen. Spieractiviteit wordt synchroon verzameld tijdens CDP-taken om de coördinatie van de onderste ledematen te onderzoeken. Dit protocol compenseert de beperkingen van eerdere studies onder bepaalde omstandigheden. Het maakt het uitgebreide onderzoek van de neuromusculaire controle van CAI door de combinatie van CDP en gerelateerde spieractiviteit mogelijk.
De volgende stappen in het protocol zijn van cruciaal belang bij het onderzoeken van de posturale stabiliteit en worden geassocieerd met de nauwkeurige meting van signalen. Pre-experiment resultaten bleek dat de voltooiing van de hele test zonder rust duurt 25 min. Tijdens dit proces richten de deelnemers hun aandacht op de aanpassing van motorische strategieën en op het behoud van de balans. Vermoeidheid verandert de bewegingsregulatiestrategie van het centrale zenuwstelsel en onderbreekt proprioceptie, spierrespons en dynamische posturale controle23,24. Daarom moet na elke test een rusttijd van ten minste 5 min worden ingesteld om cognitieve belasting en lichaamsmoeheid25te voorkomen. Antropometrische kenmerken moeten nauwkeurig worden gecontroleerd om de variabiliteit voor de nauwkeurige evaluatie van het posturale saldo26,27,28tebeperken . Op dezelfde manier moeten in dit protocol leeftijd, lengte, gewicht en voetpositie uitlijning nauwkeurig worden gecontroleerd, omdat ze de locatie van de COP bepalen en de analyse van de verdeling van gewicht en kracht2beïnvloeden. Het veiligheidsharnas mag niet te los of te strak zitten om de veiligheid van de deelnemer te beschermen zonder de normale beweging te beïnvloeden. Na het voltooien van de voetuitlijning mag de voetpositie niet bewegen tot de voltooiing van de tests. De deelnemer mag het veiligheidsharnas niet begrijpen of op de visuele omlijsting leunen om externe ondersteuning te zoeken om te voorkomen dat de nauwkeurigheid van het resultaat wordt aangetast. Het willekeurig sequencing van de proeven in MCT met verschillende grootheden helpt voorkomen dat de deelnemers de verstoringsvoorwaarden voorspellen.
Bij de uitvoering van de meting moet rekening worden gehouden met de volgende beperkingen. Ten eerste worden alleen mannelijke deelnemers opgenomen om te voorkomen dat genderverschillen worden veroorzaakt bij de interpretatie van de resultaten. Toekomstig onderzoek moet houdingscontrole en spieractivatie bij vrouwelijke deelnemers met CAI onderzoeken. Ten tweede worden de meeste CAI-verwondingen omgekeerd of gecombineerd met plantaire flexie in het frontale vlak, terwijl MCT- en ADT-verstoringen anterieel-achterste ontsporing in het horizontale vlak en flexie-dorsiflexierotatie in het sagittale vlak van de krachtplaten omvatten. Daarom moeten toekomstige interferentiemodellen rekening houden met het schademechanisme.
Bestaande methoden zijn onderverdeeld in verschillende categorieën en worden gebruikt om de posturale stabiliteit te evalueren, als volgt29. Klinische schalen, zoals de Berg Balance Scale, zijn eenvoudig te implementeren in klinische functionele evaluatie. Echter, resultaten zijn subjectief, en het zwakke segment is moeilijk te vinden. De resultaatgerichte meting van vrijwillige dynamische controle, zoals bereikafstand van de Y-balanstest, kan een tekort aan houdingscontrole identificeren, maar negeert de actiekwaliteit tijdens het proces30,31. Het veranderen van een bepaalde zintuiglijke omgeving, zoals staan met de ogen gesloten voor gezichtsbedekkendeving, staan met een been om de basis van de steun te verminderen, of staande op een onstabiele oppervlak (een schuim of wiebelplank), te interfereren met de somatosensorische systeem is een low-cost en draagbare manier om het tekort van de specifieke sensorische systeem te onderscheiden om dynamische balans controle4,5te bereiken . CDP zou het afhankelijkheidsdeel van de drie sensorische systemen kunnen analyseren en posturale strategieën kunnen onderzoeken door COP en COG te traceren. SOT wordt met name toegepast om de kwaliteit van de motorische systeemoutput (COG dynamic control) te evalueren door de perifere milieusignaalinvoer (sensorisch gewicht) in een volledige sensorische motorlus te regelen. DE V.S. en LOS kunnen autonome vrijwillige motorcontrolecapaciteit op corticaal niveau evalueren. MCT en ADT kunnen de automatische houdingsrespons op hersenstam- en corticale niveaus evalueren door middel van externe stimulatie. De gebrekkige proprioceptie, fibulaire spierkracht, en ligament integriteit van personen met CAI kan deelnemen aan zintuiglijke input en motorische output en kan worden gedetecteerd in de zwakke gezamenlijke door middel van CDP-systeem metingen. Het toepassingsgebied kan echter worden beperkt door de laboratoriuminstelling en de complexiteit.
Dit verkennende protocol meet spieractiviteit van de onderste ledematen tijdens CDP-taken en geeft inzicht in de spiercoördinatie van een onstabiele onderste ledemaat. Er bestaan aanzienlijke verschillen tussen de CAI en gezonde groepen als gevolg van de gebrekkige stabiliteit van laterale enkelbanden van deelnemers met CAI. Vergeleken met de deelnemers aan de gezonde groep, kunnen die in de CAI-groep vertonen een verwachte heup strategie en ongepast gebruik van visie in SOT, grotere snelheid van COG in de VS, langere latentie en grotere amplitudes in MCT, en een grotere sway energie in ADT. Bovendien kan de spieractiviteit voor peroneale spieren afnemen tijdens CDP-taken. Een veilige conclusie over de inhoud van dit protocol is echter niet mogelijk op basis van de bevindingen van de huidige studie vanwege de toekomstige toepassing op CAI-deelnemers.
Dit protocol is gebaseerd op nauwkeurige waarden en een volledig sensorisch motortraject, dat bewijs zou kunnen leveren voor de wetenschappelijke gemeenschap. Wanneer toegepast in de kliniek, dit protocol biedt posturale strategie in opleiding en specifieke spierrevalidatie voor de behandeling van patiënten met CAI. Onderzoekers kunnen dit protocol gebruiken om posturale stabiliteit en gerelateerde spieractiviteit in andere situaties te onderzoeken, als volgt: de neuromusculaire controlebeoordeling van neurologische aandoeningen, zoals de ziekte van Parkinson en multiple sclerose; de posturale stabiliteitsevaluatie van ondersteunende hulpmiddelen, zoals hoge hakken en protheses met een lagere ledematen; en de val risico en spier activering beoordeling van speciale groepen, zoals ouderen, flatfooted mensen, en kinderen met cerebrale parese.
Het CDP-systeem biedt een trainingsmodus die kan worden gebruikt om balanstraining uit te voeren, waaronder sequentie, gewichtsdragende en laboratoriumgebaseerde training voor patiënten tijdens CDP. Onderzoekers kunnen de onderzoeksmodus van het systeem gebruiken om de motormodus en duur van de krachtplaten en de visuele surround door de sinusgolffunctie aan te passen. Toekomstig onderzoek naar neuromusculaire controle kan gebruik maken van een combinatie van andere instrumenten, zoals motion capture en plantaire druksystemen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
De auteurs erkennen de financiering van het National Natural Science Fund of China (11572202, 11772201 en 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).
