Summary
אנשים עם חוסר יציבות כרונית בקרסול (CAI) להפגין חוסר שליטה יציבה והפעלת שריר מושהית של גפיים תחתונות. פוסטורוגרפיה דינמית ממוחשבת בשילוב עם אלקטרומיוגרפיה פני השטח מספק תובנות על התיאום של מערכות חזותיות, somatosensory, ו vestibular עם ויסות הפעלת שריר כדי לשמור על יציבות יציבה אצל אנשים עם CAI.
Abstract
פוסטורוגרפיה דינמית ממוחשבת (CDP) היא טכניקה אובייקטיבית להערכת יציבות יציבה בתנאים סטטיים ודינמיים וסטינמיות. CDP מבוסס על מודל המטוטלת ההפוך העוקב אחר הקשר בין מרכז הלחץ למרכז הכובד. CDP יכול לשמש כדי לנתח את הפרופורציות של חזון, proprioception, ותחושה שריד כדי לשמור על יציבות יציבה. הדמויות הבאות מגדירות חוסר יציבות כרונית בקרסול (CAI): כאבים מתמשכים בקרסול, נפיחות, תחושה של "נתינה", ונכות שדווחה על-ידי עצמם. יציבות יציבה ואת רמת הפעלת שריר סיבית אצל אנשים עם CAI ירד עקב פציעות מורכבות ברצועה בקרסול לציבי. מחקרים מעטים השתמשו CDP כדי לחקור את היציבות יציבה של אנשים עם CAI. מחקרים לחקור יציבות יציבה והפעלת שרירים קשורים באמצעות CDP מסונכרן עם אלקטרומיוגרפיה פני השטח חסרים. פרוטוקול CDP זה כולל בדיקת ארגון חושי (SOT), בדיקת בקרה מוטורית (MCT) ומבחן הסתגלות (ADT), כמו גם בדיקות המודדות עמידה חד-צדדית (ארה"ב) והגבלת היציבות (LOS). מערכת אלקטרומיוגרפיה פני השטח מסונכרנת עם CDP כדי לאסוף נתונים על הפעלת שריר הגפיים התחתונות במהלך המדידה. פרוטוקול זה מציג גישה חדשנית להערכת התיאום של מערכות חזותיות, somatosensory, שריד והפעלת שרירים קשורים כדי לשמור על יציבות יציבה. יתר על כן, הוא מספק תובנות חדשות על השליטה neuromuscular של אנשים עם CAI בעת התמודדות עם סביבות מורכבות אמיתיות.
Introduction
פוסטורוגרפיה דינמית ממוחשבת (CDP) היא טכניקה אובייקטיבית להערכת יציבות יציבה בתנאים סטטיים ודינמיים וסטינמיות. CDP מבוסס על מודל המטוטלת ההפוך העוקב אחר הקשר בין מרכז הלחץ (COP) למרכז הכובד (COG). COG היא ההקרנה האנכית של מרכז המסה (COM), בעוד ש- COM הוא המקבילה הנקודתית של מסת הגוף הכוללת במערכת ההתייחסות הגלובלית. COP הוא המיקום הנקודתי של וקטור כוח התגובה הקרקעית האנכית. הוא מייצג ממוצע משוקלל של כל הלחצים על פני השטח של אזור המגע עם הקרקע1. יציבות יציבה היא היכולת לשמור על COM בתוך בסיס התמיכה בסביבה חושית נתונה. הוא משקף יכולת שליטה עצבית-שרירית שמתאמת את מערכת העצבים המרכזית עם מערכת החושית האדישה (ראייה, תפיסה ותחושתשריד) ופלט פיקודמוטורי 2 .
שיטות הערכה קודמות לבקרת יציבה, כגון הזמן לתנוחות של רגל אחת ומרחק התפוצה לבדיקות איזון Y, מונחות תוצאות ולא ניתן להשתמש בהן כדי להעריך באופן אובייקטיבי את הקואורדינציה בין מערכות חושיותובקרה מוטורית 3. בנוסף, חלק מהמחקרים השתמשו בלוח מתנדנד ממוחשב נייד, אשר כימת ביצועי איזוןדינמיים מתוך הגדרות מעבדה 4,5,6. CDP שונה משיטות הבדיקה הנ"ל, כי זה יכול להיות מיושם על ניתוח של חלק הראייה, proprioception, ותחושה שריד בתחזוקת יציבות יציבה ועל הערכה של חלקה של אסטרטגיה מוטורית, כגון קרסול או אסטרטגיה דומיננטית ירך. הוא נתפס כסטנדרט זהב למדידת בקרת יציבה7 בשל הדיוק, האמינות והתוקףשלו 8.
חוסר יציבות כרונית בקרסול (CAI) מאופיין בכאבים מתמשכים בקרסול, נפיחות ותחושה של "נתינה"; זוהי אחת מפציעות הספורט הנפוצות ביותר9. CAI מקורו בעיקר נקעים בקרסול לחוץ, אשר להרוס את היושרה והיציבות של תסביך הרצועה לחוץ בקרסול. ההתרבבטות, כוח השריר הפיבוטי והמסלול הרגיל של הטלוס נפגעים10,,11. הליקויים של קטע הקרסול החלש יכול לגרום לבקרת יציבה לקויה והפעלת שרירים אצל אנשים עם CAI12. עם זאת, מחקרים מעטים חקרו את היציבות היציתית של אנשים עם CAI באמצעות CDP3,13. מדידות נוכחיות לעתים נדירות יכול לנתח את חוסר בקרת היציבה של CAI מנקודת המבט של ניתוח חושי. לכן, היכולת של ארגון חושי ואסטרטגיית יציבה של CAI כדי לשמור על יציבות יציבה צריך מחקר נוסף.
פעילות שרירים היא מרכיב חשוב של שליטה עצבית-שרירית המשפיעה על הרגולציה של יציבותיציבה 14,15. עם זאת, CDP רק מנטר את יחסי הגומלין בין COP ו COG באמצעות לוחות כוח, ואת היישום שלה להתבוננות של רמת ההפעלה הספציפית של שרירי הגפיים התחתונות אצל אנשים עם CAI קשה. כיום, מחקרים מעטים העריכו את היציבות היציתית של אנשים עם CAI באמצעות שיטה המשלבת CDP עם אלקטרומיוגרפיה (EMG).
לכן, הפרוטוקול שפותח שואף לחקור שליטה יציבה ופעילות שרירים קשורה על ידי שילוב CDP ומערכת אלקטרומיוגרפיה פני השטח (sEMG). פרוטוקול זה מספק גישה חדשנית לחקור שליטה עצבית-שרירית, כולל ארגון חושי, בקרת יציבה ופעילות שרירים קשורה, עבור משתתפים עם CAI.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
לפני הבדיקות חתמו המשתתפים על הסכמה מושכלת לאחר שקיבלו מידע על התהליך הניסיוני. ניסוי זה אושר על ידי ועדת האתיקה של אוניברסיטת שנגחאי לספורט.
1. הגדרת ציוד
- הפעל את מערכת CDP, כיול עצמי מלא, וודא שהמכשיר פועל כרגיל בתדר דגימה של 100 הרץ.
הערה: כל אחת משתי לוחיות הכוח העצמאיות המותקנות מודדת שלושה כוחות (Fx, Fy ו-Fz) ושלושה רגעים (Mx, My ו-Mz). ציר ה-x נמצא בכיוון שמאל-ימין והוא ניצב אל מישור הקשת. ציר ה-Y נמצא בכיוון קדימה-אחורה והוא ניצב על מישור הקורונה. ציר ה-z ניצב אל הישור האופקי. המקורות ממוקמים במרכזי לוחיות הכוח. - לחץ פעמיים על מערכת מנהל איזון | מודולקליני ולאחר New Patient מכן לחץ על מטופל חדש ותבסס את מזהה המטופל. בחר מבחן ארגון חושי, עמידה חד-צדדית, גבולות יציבות, בדיקת בקרה מוטורית ובמבחן הסתגלות.
הערה: נתונים דמוגרפיים כאלה משמשים גם לניתוח אבחון נורמטיבי התום לגיל. - הפעל את מערכת האלקטרומיוגרפיה (sEMG) של פני השטח ולחץ פעמיים על סמל כלי תנועה EMG. ציין את אות הגורם המפעיל כגורם מפעיל (עצירה ידנית),צור את מזהה המשתתף והתאים את השרירים הנמדדים לאלקטרודה האלחוטית. השרירים של גפה תחתון לא יציב הם vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL), שרירי femoris (BF), טיביאלי קדמי (TA), לונגוס peroneal (PL), גסטרוקנמיוס מדיאליס (GM), ו גסטרוקנמיוס lateralis (GL).
הערה: צירוף המילים Trigger In (עצירה ידנית) מציין כי CDP מפעיל את מערכת sEMG כדי ללכוד נתוני EMG במהלך בדיקות, אך הדגל "סיום" דורש לחיצה ידנית כדי לעצור את הרכישה. - חבר את מערכת sEMG עם מערכת CDP באמצעות קו הסינכרון. כוונן את המצלמה של מערכת sEMG כדי ללכוד את נורית מחוון האות של מערכת CDP.
הערה: הווידאו של נורית מחוון נאסף באופן סינכרוני עם מערכת CDP ו sEMG כדי לחתוך את המחזור המתאים של EMG בהתאם לבדיקות CDP. "אור דוהר" מציין שהבדיקה מתבצעת, ו-"light off" מציין שהבדיקה מושהית/נעצרת.
2. בחירת משתתף והכנה
- השתמש בקריטריונים הבאים להכללה עבור משתתפי CAI: (1) 35 משתתפים גברים עם פעילות יומית סדירה, לא כולל ספורטאים מקצועיים או משתתפים בישיבה; (2) בני 20-29; (3) היסטוריה של נקע אחד משמעותי לפחות בקרסול, ונקע ראשוני כנראה התרחש לפחות 12 חודשים לפני ההרשמה למחקר; (4) תחושות של "מתן" של מפרק הקרסול הפצוע ו /או נקע חוזר ו / או "תחושה של חוסר יציבות;" ו (5) ציון שאלון כלי אי יציבות קרסול Cumberland של פחות מ 24נקודות 16.
- לא לכלול משתתפים עם היסטוריה של נקעים דו-צדדיים, שבר בגפיים התחתונות, ניתוח, מחלות מערכת העצבים והורידיות, או אלרגיה להדבקה. בנוסף, גייסו 35 משתתפים גברים ללא CAI, שהנתונים הדמוגרפיים שלהם תואמים לקבוצת CAI, כקבוצה הבקרה.
- להכנה, לתקן את חתיכת האלקטרודה על הבטן של השרירים המדודים. הנחו את המשתתפים ללבוש רתמת בטיחות ולעמוד יחפים על לוחות הכוח כדי להתמודד עם הסביבה החזותית.
- כוונן את יישור כפות הרגליים על לוחות הכוח. יישר את ה- malleolus medialis עם הקו האופקי והקצה הרוחבי של כף הרגל עם קו הגובה המתאים שנוצר על-ידי המחשב (S, M ו- T). כבה את המסך המוטבע סראונד חזותי (איור 1).
הערה: קווים מנחים אלה מבוססים על הגבהים הבאים. "S" פירושו "קטן" וכולל גבהים הנעים בין 76 ס"מ ל-140 ס"מ. "M" פירושו "בינוני" וכולל גבהים הנעים בין 141 ס"מ ל-165 ס"מ. "T" פירושו "גבוה" וכולל גבהים הנעים בין 166 ס"מ ל-203 ס"מ. המסך עשוי להפיק אפקטי למידה, מכיוון שהוא יכול לספק משוב חזותי בזמן אמת. לכן, המסך צריך להישאר סגור במהלך הבדיקה, למעט במהלך מגבלת היציבות (LOS) מבחן17.
- כוונן את יישור כפות הרגליים על לוחות הכוח. יישר את ה- malleolus medialis עם הקו האופקי והקצה הרוחבי של כף הרגל עם קו הגובה המתאים שנוצר על-ידי המחשב (S, M ו- T). כבה את המסך המוטבע סראונד חזותי (איור 1).
איור 1: הכנת משתתף למדידה. המשתתפים עומדים זקוף יחפים כדי להתמודד עם הסביבה החזותית, ללבוש רתמת בטיחות, ליישר כראוי את רגליהם עם לוחות הכוח, ולתקן את אלקטרודות EMG אלחוטי על רגליהם. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
3. הליכי מדידה
- מדידת CDP
- מבחן ארגון חושי
- הנחה את המשתתפים לעמוד זקוף ולשמור על ה-COG שלהם יציב ככל האפשר כדי להתמודד עם ההפרעה מחזון, somatosensory, ותחושה שריד (ביניח או בשילוב)(טבלה 1). השלם את מידות התנאים 1-6. כל בדיקה נמשכת 20 שניות. חזור על ההליך שלוש פעמים עבור כל תנאי.
- עמדה חד-צדדית
- הנחו את המשתתפים למקם את ידיהם על עמוד השדרה העליון הקדמי בעיניים פקוחות/עצומות. תחשיב את הצד הלא יציב בקרסול כרגל התמיכה. להאריך באופן מלא את מפרק הברך שלהם, ולכופף את הברך של הרגל הלא תומכת שלהם על ידי כ 30 מעלות. לאפשר למשתתפים להישאר עומדים בייצבות במשך 10 שניות. חזור על ההליך שלוש פעמים עבור כל מצב חזותי.
- הגבלת יציבות
- הנחה את המשתתפים לשמור על ה-COG שלהם באזור המרכז. לאחר שמיעת הטבעת, להישען על גופם ולהזיז COG שלהם במהירות לתוך המסגרת המקודדת במסך. הנחה את המשתתפים להישאר יציבים במשך 10 שניות. השלם את שמונת ההתנוגים הכיווניים של ה-COG שלהם (קדימה, קדימה-ימינה, ימין, אחורה, אחורה, שמאלה ושמאל-קדימה).
הערה: בתהליך של הסטת COG, הגוף נשמר ישר, העקב או הבהונות אינם רחוקים מהצלחות הכוח, ומפרק הירך אינו כפוף.
- הנחה את המשתתפים לשמור על ה-COG שלהם באזור המרכז. לאחר שמיעת הטבעת, להישען על גופם ולהזיז COG שלהם במהירות לתוך המסגרת המקודדת במסך. הנחה את המשתתפים להישאר יציבים במשך 10 שניות. השלם את שמונת ההתנוגים הכיווניים של ה-COG שלהם (קדימה, קדימה-ימינה, ימין, אחורה, אחורה, שמאלה ושמאל-קדימה).
- בדיקת בקרה מוטורית
- הנחה את המשתתפים להגיב ביעילות כדי לשקם את יציבות הגוף ולהתמודד עם ההחלקה הבלתי צפויה של לוחות הכוח. חזור על ההליך שלוש פעמים עבור כל תנאי החלקה.
הערה: לוחות הכוח מחליקים עם משרעת קטנה/בינונית/גדולה בכיוון הקדמי/אחורי. על פי גובה המשתתף, משרעת החלקה של לוחות הכוח מותאמת באופן אוטומטי. יש לבצע הליכים סטנדרטיים כדי ליישר את מיקום כף הרגל על לוחות הכוח. עיכוב אקראי קיים בין ניסויים.
- הנחה את המשתתפים להגיב ביעילות כדי לשקם את יציבות הגוף ולהתמודד עם ההחלקה הבלתי צפויה של לוחות הכוח. חזור על ההליך שלוש פעמים עבור כל תנאי החלקה.
- בדיקת הסתגלות
- הנחה את המשתתפים להגיב ביעילות כדי לשקם את יציבות הגוף ולהתמודד עם חמש סיבובים בלתי צפויים רצופים במהירות של 20°/s. כוון את ההונות כלפי מעלה או כלפי מטה.
- מבחן ארגון חושי
| תנאי | העיניים | לוחות כוח | סראונד חזותי | הפרעה | תגובה צפויה |
| 1 | לפתוח | לתקן | לתקן | חוש סומטוס | |
| 2 | קרוב | לתקן | לתקן | חזון | חוש סומטוס |
| 3 | לפתוח | לתקן | הפניה לתנוע | חזון | חוש סומטוס |
| 4 | לפתוח | הפניה לתנוע | לתקן | חוש סומטוס | חזון, שריד |
| 5 | קרוב | הפניה לתנוע | לתקן | חוש סומטוס, חזון | וסטיבל (119) |
| 6 | לפתוח | הפניה לתנוע | הפניה לתנוע | חוש סומטוס, חזון | וסטיבל (119) |
טבלה 1: הפרעות שונות ותגובה צפויה מתאימה במבחן הארגון החושי. משמעות המונח "הפניה מתנדנדת" היא שהתנועה של לוחות הכוח וההקף החזותי עוקבת אחר ההתנדנדות של המשתתף ב-COG.
- sEMG מדידה ותהליך נתונים
- לאחר הפעלת מערכת CDP במהלך SOT, ארה"ב, לוס, MCT ו ADT, להתחיל רכישה אוטומטית של נתונים גולמיים פעילות שרירים בגפיים התחתונות. הפסק את הרכישה באופן ידני במהלך מערכת sEMG כאשר האור כבוי. גודל המדגם הוא 1000 הרץ.
- הזן את חלון העיבוד של תוכנת sEMG. יבא את קובץ C3D של הנתונים הגולמיים EMG וקובץ mp4 של וידאו אור. תחתוך את מחזור הניסיון כשהאור דול.
- בפעולות "צינור עיבוד", כלול את האפשרויות הבאות בצינור הריצה: מסנן Butterworth עם מעבר נמוך (450 הרץ, 2. סדר) ו-high-pass (20 הרץ, 2. סדר); מסנן חריץ ב- 50 הרץ; ושורשי אומר חלון החלקה מרובע של 100 ms.
הערה: בחר את המסנן Butterworth עם מעבר נמוך (450 הרץ, 2. סדר) ו-high-pass (20 הרץ, 2. Order) כדי לסנן רכיבים לא רצויים בתדר נמוך ובתדירות גבוהה. הגדר את מסנן חריץ ב- 50 הרץ כדי להסיר הפרעות של 50 הרץ מהחשמל הראשי. השתמש בחלון החלקה מרובע ממוצע של 100 ms כדי להחליק את האות הנויר. - באפשרויות צור אירועים, כלול את האירועים הבאים בצבר ההפעלה. "שריר ים" מוגדר כ"כל הערוצים לעבור מעל 5x סטיות תקן רעש בסיסי עבור לפחות 50 ms". "שריר כבוי" מוגדר כ"כל הערוצים לרדת מתחת 5x סטיות תקן מעל הבסיס עבור לפחות 50 ms ".
- באפשרויות יצירת פרמטרים, כלול את הפרמטרים הבאים בצבר הריצה: אלקטרומיוגרפיה אינטגרלית (iEMG); ריבוע משמעות שורש (RMS); תדר הספק מתכוון (MPF); תדר בינוני (MDF); ויחס הפעלה-שיתוף.
הערה: להלן נוסחאות החישוב שאליו בוצעה הפניה עבור הפרמטרים לעיל (משוואות 1-4):
- נרמל את ערכי RMS של ניסויי SOT, ארה"ב, לוס, MCT ו- ADT עם ערכי RMS של התכווצות איזומטרית מרצון מרצון (MVIC) עבור כל שריר (משוואה 5).
הערה: MVIC מציין את התכווצות הכוח המרבית של כל שריר עבור המשתתפים ביתנוחה הסטנדרטית עבור 5 שניות (קובץ משלים 1)18.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
תוצאות CDP מייצגות
מבחן ארגון חושי
המערכת מעריכה את יכולתו של המשתתף לשמור על COG באזור היעד המוכן מראש, כאשר הסביבה משתנה כקלט האות ההיקפי. ציון שיווי משקל (ES) הוא הציון בתנאים 1-6 המשקף את היכולת לתאם את המערכת החושית כדי לשמור על יציבות יציבה (משוואה 6). הציון המורכב (COMP) הוא הציון הממוצע המשוקלל של כל התנאים. דגש רב ניתן לתנאים המאתגרים של 4, 5 ו-6. הציון המורכב מחושב על-ידי ממוצע ציוני שיווי המשקל באופן עצמאי עבור תנאי SOT1 ו SOT2, על-ידי הוספת שתי תוצאות אלה לתוצאות שיווי המשקל מכל שלושה משפטים של תנאי SOT 3 עד SOT 6, ועל ידי חלוקת הסכום בסךהכל ניסויים שבוצעו 19,20. בנתונים, פסים ירוקים מצביעים על כך שהמשתתפים יכולים לתאם טוב יותר את שלוש מערכות החישה שלהם ולהגיב בצורה יעילה יותר מאשר נקודת הנגד הנורמטיבית התואמת לגילם ב- dataset. פסים אדומים מצביעים על כך שהיכולת של הארגון החושי של המשתתף גרועה יותר מזה של נקודת הנגד הנורמטיבית התואמת לגילם ב- dataset (איור 2א).
הערה: העקירה התיאורטית המרבית של הכיוון הקדמי-אחורי של ה-COG למבוגר בריא היא 12.5°. מציין את זווית ההתנדנדות של ה-COG. טווח הניקוד של שיווי המשקל הוא 0-100. ציון של 0 מצביע על אובדן שיווי משקל. ציונים של קרוב ל- 100 מצביעים על כך שלמשתתפים יש פונקציית איזון טובה.
ציון ניתוח חושי:המערכת מתאמת את שיעור ההשתתפות של ראייה, proprioception, ותחושה פרוזדורית בשישה תנאים ומסתירה את מידת התלות בראייה (VIS), proprioception (SOM) ו- פרוזדור (VEST) בתהליך של שמירה על יציבות יציבה (משוואות 8-10). המראה של סרגל אדום מציין כי המשתתף אינו יכול להשתמש בתחושה חושית VIS/SOM/VEST כדי לשמור על איזון. העדפה חזותית (PREF) מציינת את היכולת להתעלם ממידע חזותי שגוי בסביבת הפרעה חזותית מתנגשת (משוואה 11). המראה של סרגל אדום מציין כי המשתתף מסתמך על מידע חזותי כדי לשמור על איזון גם עם מידע חזותי שגוי (איור 2B).
ציון אסטרטגיה: המערכת מייצאת את ציון האסטרטגיה (STR) בהתאם ליחסים בין COG ו-COP במהלך תהליך של תחזוקת יציבות. STR קרוב ל 100 מציין את השימוש של חלק גבוה של אסטרטגיית הקרסול. ציון STR קרוב ל- 0 מציין את השימוש של שיעור גבוה של אסטרטגיית הירך. סימנים של תנאים 1-6 קרוב לצד ימין של הרביע מצביעים על הדומיננטיות של אסטרטגיית הקרסול; אלה הקרובים לצד שמאל מצביעים על הדומיננטיות של אסטרטגיית הירך (איור 2C).
יישור COG: שינויי מיקום COG בצורת קואורדינטות בכל תנאי(איור דו-מיוד).
איור 2: תוצאה מייצגת עבור משתתפים עם CAI במהלך SOT. (א)ייצוג גרפי של שיווי משקל וציונים מורכבים. (ב)ייצוג גרפי של תוצאות ניתוח חושי. (ג)ייצוג גרפי של תוצאות ניתוח אסטרטגיה. (ד)ייצוג גרפי של תוצאות יישור COG. בתוצאות הגרפיות של SOT, ארה"ב, לוס אנג'לס, MCT ו- ADT, הסורגים הירוקים המוצקים מייצגים את התוצאות בטווח הרגיל. הסורגים האדומים המוצקים מייצגים את התוצאות מחוץ לטווח הרגיל. הפסים מייצגים את המבחן החוזר. האזורים האפורים מייצגים את טווח הנתונים החריג. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
עמדה חד-צדדית
מהירות ההתנדנדות של COG (°/s) במהלך עמדה חד-צדדית מיוצאים. המראה של רף אדום מצביע על כך שהיכולת לשמור על יציבות בעמדה אחת גרועה מהרגיל. הפרש שמאל/ימין (%) מציין את ההשוואה בין הנדנדה הכוללת בין הרגליים השמאליות והייניות (איור 3).
איור 3: מהירות זוויתית של COG עבור משתתפים עם CAI במהלך ארה"ב בעיניים פקוחות/סגורות (°/s).
לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
לוס
LOS היא מדידת התנועה ההתנדבותית הטובה ביותר במערכת CDP. בדיקת LOS מעריכה את זמן התגובה, מהירות התנועה, היכולת הנתפסת עבור LOS, ואת יכולת בקרת התנועה. המשתנים הבאים מיוצאים:
זמן תגובה (RT) (ים): הזמן בין שליחת אות התנועה לתחילת תנועת הגוף. המראה של סרגל אדום מצביע על זמן תגובה מושהה(איור 4A).
מהירות התנועה (MVL) (°/s): המהירות הממוצעת בין 5% ל-95% מהנקודה הראשונית ליעד. המראה של סרגל אדום מצביע על כך שמהירות הכבידה הממוצעת איטית מהרגיל(איור 4B).
טיולי נקודת קצה (EPE) (%): מרחק תנועת COG מהנוקודה הראשונית לנקודה הסופית. המראה של סרגל אדום מצביע על כך שמרחק התנועה של ה-COG אינו מגיע לטווח הנורמלי(איור 4C).
טיולים מרביים (MXE) (%): המרחק המרבי של תנועת COG. המראה של סרגל אדום מצביע על כך שהטיול המרבי של ה-COG אינו מגיע לטווח הרגיל (איור 4C).
בקרה כיוונית (DCL) (%): כמות התנועה לכיוון המיועד פחות כמות התנועה מחוץ לציר(איור 4D).
איור 4: תוצאה מייצגת עבור משתתפים עם CAI במהלך לוס אנג'לס. (א)ייצוג גרפי של תוצאות זמן תגובה. (ב)ייצוג גרפי של תוצאות מהירות תנועה (°/s). (ג)ייצוג גרפי של נקודות קצה ותוצאות טיול מרביות (%). (D)ייצוג גרפי של תוצאות בקרה כיוונית (%). לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
בדיקת בקרה מוטורית: השתמש במבחן זה כדי להעריך את יכולתו של המשתתף לייצר תגובה מוטורית יעילה ולשחזר את יציבות COG כדי להתמודד עם העקירה הקדמית-רהוטית הפתאומית של לוחות הכוח.
סימטריה במשקל: זה מתייחס לחלוקת משקל של שתי הרגליים. המראה של סרגל אדום מצביע על המשקל האסימטרי של הרגליים השמאליות והינאליות(איור 5A). הסורגים מציגים את האישור שנוצר על-ידי המחשב. אם ערך זה נמוך (≤2), ההשתיה חריגה. אם ערך זה הוא 0, התגובה חסרה וצריכה בדיקה חוזרת.
ההשתהות (ms): זמן התגובה מהתנועה של לוחות כוח לחץ לתנועה של COP. (1) המראה של בר אדום בצד חד צדדי במהלך עקירה קדימה / לאחור עשוי להיות בשל פגיעה אורתופדית חד צדדית. (2) הופעתו של בר אדום בצדדים הדו-צדדיים במהלך עקירה קדימה/אחורה עשויה להצביע על התרחשות הנזק בענף התועה של מסלול זרימת הדם הארוך. (3) המראה של בר אדום בצדדים הדו-צדדיים במהלך עקירה קדימה ואחורה עשוי להיות בשל נוירופתיה היקפית, מחלות בעמוד השדרה, טרשת נפוצה, וגזע המוח / פתולוגיה קליפתית (איור 5B).
משרעת קנה מידה:זהו הכוח מופעל על לוח הכוח על ידי הרגל בתגובה לתדהמה. העלייה משרעת קנה מידה (AS) צריך להיות סימטרי bipedally צריך להתייחס משרעת של החלקת צלחת כוח (איור 5C).
איור 5: תוצאות מייצגות של משתתפים עם CAI במהלך בדיקת הבקרה המוטורית. (א)ייצוג גרפי של תוצאות סימטריית משקל. (ב)ייצוג גרפי של תוצאות ההשתיה (ms). (ג)ייצוג גרפי של תוצאות AS. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
בדיקת הסתגלות
ציון האנרגיה להשפיע (SES) נקבע בהתבסס על המהירות וההאצה של COP במהלך 2 s הראשון של חדירה והוא מיוצא(איור 6). רף אדום שמגיע ל-200 נקודות מצביע על אובדן המאזן (נפילה). (1) אם פסים אדומים אינם מגיעים ל-200 נקודות באזור האפור פחות מ-20 פעמים בחמישה ניסויים, ופורות אחרות נשארות ירוקות, הווריאציה היא נורמלית, והסיכון ליפול נעדר. (2) פסים אדומים שמגיעים ל-200 נקודות בכל פעם בחמישה ניסויים עשויים להיות בשל הסיבות הבאות. ה-COG הוא הפוך באופן מוגזם כאשר לוחות הכוח מסתובבים בכיוון הבהונות למעלה ולהיפך. טווח הקרסול של תנועה מוגבל. מפרקים הקרסול או הגפיים התחתונות חלשים. מערכת העצבים המרכזית לא מתפקדת. (3) הסורגים האדומים מגיעים ל-200 נקודות פעמיים בחמישה מבחנים, בעוד שברים אחרים נשארים ירוקים בשל השפעת הפחד או החרדה. (4) המראה של בר אדום באזור האפור חמש פעמים עשוי להיות בשל מפרקים קרסול חלשים, גפיים התחתונות, פחד, או חרדה.
איור 6: SES של משתתפים עם CAI במהלך ADT. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
תוצאות sEMG
אם לוקחים את vastus medialis למשל, הנתונים הגולמיים והמעובדים של sEMG מוצגים במהלך SOT, ארה"ב, MCT ו- ADT (איור 7 ואיור 8). מרווח הזמן המצוין על-ידי הקו האדום ועצות הוא מרווח הזמן שבו נורית המחוון של מערכת CDP פועלת והיא שלב הבדיקה.
איור 7: נתונים גולמיים של sEMG עבור vastus medialis במהלך SOT, ארה"ב, MCT ו- ADT.
לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 8: נתונים מעובדים של sEMG עבור vastus medialis במהלך SOT, ארה"ב, MCT ו- ADT.
לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
הפרמטרים sEMG התואמים לשלבי הבדיקה של SOT, ארה"ב, לוס אנג'לס, MCT, ו ADT הם כדלקמן. iEMG משקף את אנרגיית השריר שנצברת לכל יחידת זמן. RMS משקף את העוצמה ההתחשמלתית של אות ה-EMG. MPF פירושו הערך הממוצע של כל הספק בחלוקת ספקטרום הכוח. MDF מחלק את ספקטרום החשמל לשני חלקים עם אזורים שווים. יחס הפעולה ההתארגנות משקף את הקואורדינציה בין השרירים האגוניסטיים והעוינות של שלב ההפעלה בבדיקות.
קובץ משלים 1: מבוא עבור מערכת פוסטורוגרפיה דינמית ממוחשבת. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
טבלה משלימה 1: טכניקת יישום באתרי השרירים של אלקטרודות sEMG אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
טבלה משלימה 2: תנוחה סטנדרטית עבור שיטת נורמליזציה EMG עבור שרירים מדודים. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
הפרוטוקול המוצג משמש כדי למדוד שליטה יציבה דינמית ופעילות שרירים קשורה באנשים עם CAI על ידי סינכרון CDP עם sEMG. CDP עוקב אחר המסלול של COP ו-COG ומספק תובנה לגבי האינטראקציה בין מידע חושי (תחושה חזותית, סמטוסנסית ותחושה שריד) לבין הסביבההחיצונית 8,21,22. זהו כלי יעיל לאבחון של מגבלת פעילות תפקודית הנגרמת על ידי הפרעות חושיות או מערכת מוטורית. פעילות שריר נאסף באופן סינכרוני במהלך משימות CDP כדי לחקור קואורדינציה גפיים תחתון. פרוטוקול זה מפצה על המגבלות של מחקרים קודמים בנסיבות מסוימות. זה מאפשר חקירה מקיפה של השליטה neuromuscular של CAI באמצעות השילוב של CDP ופעילות שרירים קשורים.
השלבים הבאים בפרוטוקול הם קריטיים בחקירת יציבות יציבה ומשויכים למדידה מדויקת של אותות. תוצאות הניסוי הקדם-ניסוי חשפו כי השלמת הבדיקה כולה ללא מנוחה אורכת 25 דקות. במהלך תהליך זה, המשתתפים לרכז את תשומת לבם על התאמת אסטרטגיות מוטוריות ועל תחזוקת איזון. עייפות משנה את אסטרטגיית ויסות התנועה של מערכת העצבים המרכזית ומפריעה לתפיסה, לתגובת השרירים ולשליטהיציבה דינמית 23,,24. לכן, זמן מנוחה של לפחות 5 דקות יש להגדיר לאחר כל בדיקה כדי למנוע טעינה קוגניטיבית ועייפות הגוף25. יש לשלוט במדויק במאפיינים האנתרופומטריים כדי להגביל את השונות להערכה מדויקת של מאזןיציבה 26,27,,28. באופן דומה, בפרוטוקול זה, גיל, גובה, משקל, ויישור מיקום כף הרגל יש לשלוט במדויק, כי הם קובעים את המיקום של COP ולהשפיע על הניתוח של חלוקת משקל וכוח2. רתמת הבטיחות לא צריכה להיות רופפת מדי או הדוקה מדי כדי להגן על בטיחות המשתתף מבלי להשפיע על התנועה הרגילה. לאחר השלמת יישור כף הרגל, מיקום כף הרגל לא אמור לזוז עד להשלמת הבדיקות. אין לאפשר למשתתף לתפוס את רתמת הבטיחות או להישען על החלון החזותי כדי לבקש תמיכה חיצונית כדי להימנע מפגיעה ברמת הדיוק של התוצאה. רצף אקראי של הניסויים ב- MCT בסדרי גודל שונים מסייע למנוע מהמשתתפים לחזות את תנאי ההתגוננות.
יש לקחת בחשבון את המגבלות הבאות בעת יישום המדידה. ראשית, רק משתתפים גברים נכללים כדי למנוע את ההפרעה של הבדלים מגדריים בפרשנות של תוצאות. מחקר עתידי צריך לחקור בקרת ייציבה והפעלת שרירים אצל נשים המשתתפים עם CAI. שנית, רוב פציעות CAI הפוכות או משולבות עם כיפוף plantar במטוס הקדמי, בעוד MCT ו- ADT סטריבים כרוכים החלקה קדמית-אחורית במטוס האופקי וסיבוב כיפוף-dorsiflexion במישור sagittal של לוחות הכוח. לכן, מודלים עתידיים של הפרעות צריכים לשקול את מנגנון הנזק.
השיטות הקיימות מחולקות למספר קטגוריות המשמשות להערכת יציבות יציבה, כדלקמן29. קשקשים קליניים, כגון סולם איזון ברג, קל ליישם בהערכה פונקציונלית קלינית. עם זאת, התוצאות הן סובייקטיביות, וקשה למצוא את המקטע החלש. המדידה מונחית התוצאות של בקרה דינמית מרצון, כגון מרחק הגעה של בדיקת איזון Y, יכולה לזהות מחסור בפקד ייציבה, אך היא מתעלמת מאיכותהפעולה במהלך תהליך 30,31. שינוי סביבה חושית מסוימת, כגון עמידה בעיניים עצומות למנעון ראייה, עמידה עם רגל אחת כדי להפחית את בסיס התמיכה, או עמידה על משטח לא יציב (קצף או לוח מתנדנד), כדי להפריע למערכת somatosensory היא דרך בעלות נמוכה ונייד כדי להבדיל את המחסור של מערכת חושית ספציפית כדי להשיג בקרת איזוןדינמית 4,,5. CDP יכול לנתח את שיעור התלות של שלוש מערכות חושיות והוא יכול לחקור אסטרטגיות יציבה על ידי מעקב COP ו COG. SOT מיושם במיוחד כדי להעריך את איכות פלט המערכת המוטורית (שליטה דינמית COG) על ידי שליטה קלט אות הסביבה ההיקפית (משקל חושי) בלולאה מוטורית חושית מלאה. ארה"ב ולוס אנג'לס יכולות להעריך יכולת שליטה אוטונומית מרצון בשליטה מוטורית ברמה הקליפתית. MCT ו- ADT יכולים להעריך תגובת תנוחה אוטומטית ברמות גזע המוח והקורתי באמצעות גירוי חיצוני. proprioception לקוי, כוח שריר סיבי, ושלמות הרצועה של אנשים עם CAI יכול להשתתף קלט חושי ופלט מוטורי, ניתן לזהות במפרק חלש באמצעות מדידות מערכת CDP. עם זאת, היקף היישום עשוי להיות מוגבל על-ידי הגדרת המעבדה ומורכבות.
פרוטוקול גישוש זה מודד את פעילות השרירים בגפיים התחתונות במהלך משימות CDP ומספק תובנה על קואורדינציה שרירים של איבר תחתון לא יציב. הבדלים משמעותיים קיימים בין CAI וקבוצות בריאות בשל היציבות לקויה של רצועות קרסול לחוץ של המשתתפים עם CAI. בהשוואה למשתתפים בקבוצה הבריאה, אלה בקבוצת CAI עשויים להפגין אסטרטגיית ירך צפויה ושימוש בלתי הולם בראייה ב-SOT, מהירות גדולה יותר של COG בארה"ב, ההשתהות ארוכה יותר ומשרעת גדולה יותר ב-MCT, ואנרגיה השפעה גדולה יותר ב-ADT. בנוסף, פעילות השריר עבור שרירים peroneal עשוי להקטין במהלך משימות CDP. עם זאת, ביצוע מסקנה בטוחה על התוכן של פרוטוקול זה אינו אפשרי בהתבסס על ממצאי המחקר הנוכחי בשל היישום העתידי על משתתפי CAI.
פרוטוקול זה מבוסס על ערכים מדויקים ומסלול מוטורי חושי מלא, אשר יכול לספק ראיות לקהילה המדעית. כאשר מיושם במרפאה, פרוטוקול זה מספק אסטרטגיה יציבה באימונים ושיקום שרירים ספציפי לטיפול בחולים עם CAI. חוקרים יכולים להשתמש בפרוטוקול זה כדי לחקור יציבות יציבה ופעילות שרירים קשורה במצבים אחרים, כדלקמן: הערכת בקרה עצבית-שרירית של הפרעות נוירולוגיות, כגון מחלת פרקינסון ותטרשת נפוצה; הערכת היציבות יציבה של עזרים תומכים, כגון עקבים גבוהים ותותבת בגפיים התחתונות; והערכת הסיכון לסתיו והפעלת שרירים של קבוצות מיוחדות, כגון קשישים, אנשים שטוחי רגליים, וילדים עם שיתוק מוחין.
מערכת CDP מספקת מצב אימון בו ניתן להשתמש לביצוע אימון איזון, הכולל רצף, נושא משקל והכשרה מותאמת אישית לחולים במהלך CDP. חוקרים יכולים להשתמש במצב המחקר של המערכת כדי להתאים אישית את מצב המנוע ואת משך של לוחות הכוח ואת הסראונד החזותי דרך פונקציית גל הסינוס. מחקר עתידי על שליטה עצבית-שרירית יכול להשתמש בשילוב של מכשירים אחרים, כגון לכידת תנועה ומערכות לחץ plantar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
לסופרים אין מה לחשוף.
Acknowledgments
המחברים מכירים במימון הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (11572202, 11772201 ו- 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).
