Summary
Individer med kronisk fotled instabilitet (CAI) uppvisar postural kontroll brist och fördröjd muskel aktivering av nedre extremiteterna. Datoriserad dynamisk posturografi i kombination med ytan elektromyografi ger insikter i samordningen av de visuella, somatosensory och vestibulära system med muskel aktivering förordning att upprätthålla postural stabilitet hos individer med CAI.
Abstract
Datoriserad dynamisk posturografi (CDP) är en objektiv teknik för utvärdering av postural stabilitet under statiska och dynamiska förhållanden och perturbation. CDP bygger på den inverterade pendelmodellen som spårar det inbördes förhållandet mellan tryckcentrum och tyngdpunkten. CDP kan användas för att analysera proportionerna av vision, proprioception och vestibulära sensation för att upprätthålla postural stabilitet. Följande tecken definiera kronisk fotled instabilitet (CAI): ihållande fotled smärta, svullnad, känslan av "ge vika" och självrapporterade funktionshinder. Postural stabilitet och fibular muskel aktivering nivå hos individer med CAI minskade på grund av att laterala fotled ligament komplexa skador. Få studier har använt CDP för att utforska den postural stabiliteten hos individer med CAI. Studier som undersöker postural stabilitet och relaterade muskel aktivering genom att använda synkroniserade CDP med ytan elektromyografi saknas. Detta CDP-protokoll innehåller ett sensoriskt organisationstest (SOT), ett motorstyrtest (MCT) och ett adaptionstest (ADT), samt tester som mäter ensidig hållning (US) och gräns för stabilitet (LOS). Ytan elektromyografi systemet är synkroniserad med CDP att samla in data om nedre extremiteten muskel aktivering under mätning. Detta protokoll presenterar en ny metod för att utvärdera samordningen av de visuella, somatosensory och vestibulära system och relaterade muskel aktivering för att upprätthålla postural stabilitet. Dessutom ger det nya insikter i den neuromuskulära kontrollen av individer med CAI när man klarar av verkliga komplexa miljöer.
Introduction
Datoriserad dynamisk posturografi (CDP) är en objektiv teknik för utvärdering av postural stabilitet under statiska och dynamiska förhållanden och perturbation. CDP bygger på den inverterade pendelmodellen som spårar det inbördes förhållandet mellan tryckcentrum (COP) och tyngdpunkten (COG). COG är den vertikala projektionen av masscentrum (COM), medan COM är punktekvivalenten av den totala kroppsmassan i det globala referenssystemet. COP är punktplatsen för den vertikala markreaktionskraftens vektor. Det föreställer ett vägt genomsnitt av alla pressar över ytbehandla av kontaktområdet med det slipat1. Postural stabilitet är förmågan att upprätthålla COM inom basen av stöd i en given sensorisk miljö. Det återspeglar neuromuskulär kontroll förmåga som samordnar centrala nervsystemet med afferent sensoriska systemet (vision, proprioception, och vestibulära känsla) och motor kommando utgång2.
Tidigare utvärderingsmetoder för postural kontroll, såsom tiden för en en-ben-hållning och räckviddsavståndet för Y-balanstest, är resultatinriktade och kan inte användas för att objektivt utvärdera samordningen mellan sensoriska system och motorstyrning3. Dessutom använde några studier bärbara datoriserade wobble ombord, som kvantifierade dynamisk balans föreställningar ur laboratorieinställningar4,5,6. CDP skiljer sig från de ovannämnda testmetoderna, eftersom den kan tillämpas på analys av andelen syn, proprioception och vestibulära sensation i postural stabilitet underhåll och till utvärdering av andelen motor strategi, såsom fotled eller höft dominerande strategi. Det har setts som en guldmyntfot för postural kontroll mätning7 på grund av dess noggrannhet, tillförlitlighet, och giltighet8.
Kronisk fotled instabilitet (CAI) kännetecknas av ihållande fotled smärta, svullnad, och känsla av "ge vika"; det är en av de vanligasteidrottsskadorna 9. CAI härstammar mestadels från laterala fotled vrickningar, som förstör integritet och stabilitet i laterala fotled ligament komplex. Den proprioception, fibular muskelstyrka, och normal bana av talus är nedsatt10,11. Bristerna i den svaga fotled segmentet kan resultera i bristfällig postural kontroll och muskelaktivering hos individer med CAI12. Emellertid, få studier har undersökt postural stabilitet individer med CAI genom att använda CDP3,13. Aktuella mätningar kunde sällan analysera den hållning kontrollbrist av CAI ur sensorisk analys. Därför behöver förmågan hos sensorisk organisation och postural strategi av CAI att upprätthålla postural stabilitet ytterligare prospektering.
Muskelaktivitet är en viktig komponent i neuromuskulär kontroll som påverkar regleringen av postural stabilitet14,15. CDP övervakar dock bara det inbördes förhållandet mellan COP och COG genom kraftplattor, och dess tillämpning på observation av den specifika aktiveringsnivån hos nedre extremitetsmusklerna hos individer med CAI är svårt. För närvarande har få studier utvärderat individernas posturala stabilitet med CAI genom en metod som kombinerar CDP med elektromyografi (EMG).
Därför, det utvecklade protokollet syftar till att utforska postural kontroll och relaterade muskelaktivitet genom att kombinera CDP och yta elektromyografi system (sEMG). Detta protokoll ger en ny metod för att undersöka neuromuskulär kontroll, inklusive sensorisk organisation, postural kontroll och relaterade muskelaktivitet, för deltagare med CAI.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Före testerna undertecknade deltagarna ett informerat samtycke efter att ha fått information om den experimentella processen. Detta experiment har godkänts av den etiska kommittén för Shanghai University of Sports.
1. Utrustning setup
- Slå på CDP-systemet, komplett självkalibrering, och se till att instrumentet fungerar normalt med 100 Hz samplingsfrekvens.
OBS: Var och en av de två installerade oberoende kraftplattorna mäter tre krafter (Fx, Fy och Fz) och tre ögonblick (Mx, My och Mz). X-axeln är i vänster–höger riktning och är vinkelrät mot det sagittala planet. Y-axeln är i riktning framåt–bakåt och är vinkelrät mot koronaplanet. Z-axeln är vinkelrät mot det horisontella planet. Ursprunget är beläget vid centrum av kraftplattorna. - Dubbelklicka på Balance Manager System | Clinical Module, och klicka sedan på Ny patient och upprätta patient-ID. Mata in en exakt längd, vikt och ålder. Välj Sensorisk organisation Test, ensidiga hållning, gränser för stabilitet, Motor control test, och adaption Test.
OBS: Sådana demografiska data används också för åldersmatchad normativ diagnostisk analys. - Slå på systemet med ytelektromyografi (sEMG) och dubbelklicka på ikonen EMG Rörelseverktyg. Ange avtryckarsignalen som Trigger In (Manuellt stopp), upprätta deltagar-ID och matcha de uppmätta musklerna med den trådlösa elektroden. Musklerna i instabil nedre delen är vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL), biceps femoris (BF), tibialis främre (TA), peroneal longus (PL), gastrocnemius medialis (GM), och gastrocnemius lateralis (GL).
OBS: Frasen Trigger In (Manuellt stopp) indikerar att CDP utlöser sEMG-systemet för att fånga IN EMG-data under tester, men "end"-flaggan kräver manuell klickning för att stoppa förvärvet. - Anslut sEMG-system med CDP-system genom synkroniseringslinjen. Justera kameran på SEMG-systemet för att fånga cdp-systemets signalindikatorljus.
OBS: Videoen av indikatorlampan samlas synkront med CDP-systemet och sEMG för att skära motsvarande cykel av EMG i enlighet med CDP-testerna. "Ljus på" anger att testet pågår, och "ljus av" anger att testet är pausat/stoppat.
2. Val och förberedelse av deltagare
- Använd följande inklusionskriterier för CAI-deltagare: (1) 35 manliga deltagare med regelbunden daglig aktivitet, exklusive professionella idrottare eller stillastämda deltagare; (2) 20–29 år gammal; (3) historia av minst en betydande fotled vrickning, och den inledande vrickning måste ha inträffat minst 12 månader före inskrivning i studien; (4) känslor av "ge bort" av den skadade fotleden och / eller återkommande vrickning och / eller "känsla av instabilitet," och (5) en Cumberland Ankle Instability Tool frågeformulär poäng på mindre än 24 poäng16.
- Uteslut deltagare med en historia av bilaterala stukningar, nedre delen fraktur, drift, nervös och vestibulära system sjukdomar, eller allergi mot tejpning. Dessutom rekrytera 35 manliga deltagare utan CAI, vars demografiska data matchade med CAI-gruppen, som kontrollgrupp.
- För beredning, fixera elektrodbiten på magen på de uppmätta musklerna. Instruera deltagarna att bära en säkerhetssele och stå barfota på kraftplattorna för att möta den visuella omramningen.
- Justera uppriktningen av fötterna på kraftplattorna. Rikta malleolus medialis med den horisontella linjen och sidledskanten på foten med motsvarande datorgenererade höjdlinje (S-, M- och T-linjer). Stäng av skärmen som är inbäddad i det visuella surround -( Bild 1).
OBS: Dessa riktlinjer är baserade på följande höjder. "S" betyder "liten" och omfattar höjder som sträcker sig från 76 cm till 140 cm. "M" betyder "medium" och omfattar höjder som varierar mellan 141 cm till 165 cm. "T" betyder "hög" och omfattar höjder som sträcker sig från 166 cm till 203 cm. Skärmen kan ge inlärningseffekter, eftersom det kan ge visuell feedback i realtid. Således bör skärmen förbli stängd under testet, utom under gränsen för stabilitet (LOS) test17.
- Justera uppriktningen av fötterna på kraftplattorna. Rikta malleolus medialis med den horisontella linjen och sidledskanten på foten med motsvarande datorgenererade höjdlinje (S-, M- och T-linjer). Stäng av skärmen som är inbäddad i det visuella surround -( Bild 1).
Bild 1: Deltagarerberedelse för mätning. Deltagarna står upprätt barfota för att möta den visuella surround, bära säkerhetssel, korrekt anpassa sina fötter med kraftplattor, och fixa den trådlösa EMG elektroder på benen. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.
3. Mätförfaranden
- CDP-mätning
- Sensorisk organisation test
- Instruera deltagarna att stå upprätt och att hålla sin COG så stabil som möjligt för att klara av störningarna från synen, somatosensorisk och vestibulär känsla (allsmängt eller kombinerad) (Tabell 1). Slutför mätningarna av villkor 1–6. Varje test varar i 20 s. Upprepa proceduren tre gånger för varje villkor.
- Ensidig hållning
- Instruera deltagarna att placera händerna på den främre överlägsna höftbensryggen med öppna/stängda ögon. Betrakta den instabila ankelsidan som stödbenet. Helt förlänga sin knäled, och böja knä av deras icke-stödjande ben med cirka 30°. Låt deltagarna stå stilla stående i 10 s. Upprepa proceduren tre gånger för varje visuellt tillstånd.
- Gräns för stabilitet
- Instruera deltagarna att behålla sin COG i det centrala området. När du har hört ringen, luta sin kropp och flytta sin COG snabbt i den riktade ramen i skärmen. Instruera deltagarna att förbli stabila i 10 s. Slutför de åtta riktningsväxlingen av deras COG (framåt, framåt-höger, höger, höger-bakåt, bakåt, bakåt-vänster, vänster och vänster-framåt).
OBS: I processen för COG växling, kroppen hålls rakt, hälen eller tårna är inte långt från kraftplattor, och höftleden inte är böjd.
- Instruera deltagarna att behålla sin COG i det centrala området. När du har hört ringen, luta sin kropp och flytta sin COG snabbt i den riktade ramen i skärmen. Instruera deltagarna att förbli stabila i 10 s. Slutför de åtta riktningsväxlingen av deras COG (framåt, framåt-höger, höger, höger-bakåt, bakåt, bakåt-vänster, vänster och vänster-framåt).
- Provning av motorstyrning
- Instruera deltagarna att reagera effektivt för att återställa kroppsstabiliteten och att klara av den oväntade glidningen av kraftplattorna. Upprepa proceduren tre gånger för varje halktillstånd.
OBS: Kraftplattorna halkas med liten/medel/stor amplitud i den främre/bakre riktningen. Enligt deltagarens höjd justeras kraftplattornas glidamplitud automatiskt. Standardförfaranden måste följas för att fotläget på kraftplattorna skall kunna riktas in. Slumpmässig fördröjning finns mellan försöken.
- Instruera deltagarna att reagera effektivt för att återställa kroppsstabiliteten och att klara av den oväntade glidningen av kraftplattorna. Upprepa proceduren tre gånger för varje halktillstånd.
- Adaptionstest
- Instruera deltagarna att reagera effektivt för att återställa kroppsstabiliteten och att klara av fem på varandra följande oväntade rotationer med en hastighet av 20°/s. Rikta tårna uppåt eller nedåt.
- Sensorisk organisation test
| Villkor | Ögon | Kraftplattor | Visuell omramning | Störningar | Förväntat svar |
| 1 | Öppna | Fixa | Fixa | Somatosensorisk | |
| 2 | Nära | Fixa | Fixa | Vision | Somatosensorisk |
| 3 | Öppna | Fixa | Sway-referens | Vision | Somatosensorisk |
| 4 | Öppna | Sway-referens | Fixa | Somatosensorisk | Vision, vestibulär |
| 5 | Nära | Sway-referens | Fixa | Somatosensory, vision | Vestibulära |
| 6 | Öppna | Sway-referens | Sway-referens | Somatosensory, vision | Vestibulära |
Tabell 1: Olika störningar och motsvarande förväntad respons vid sensorisk organisationstest. Termen "gunga-refererade" innebär att rörelsen av kraftplattor och visuell surround följer deltagarens COG inflytande.
- sEMG mätning och data process
- Efter utlösande av CDP-system under SOT, USA, LOS, MCT och ADT, starta automatisk förvärv av nedre delen muskelaktivitet rådata. Stoppa förvärvet manuellt under sEMG-systemet när ljuset är släckt. Provstorleken är 1000 Hz.
- Ange bearbetningsfönstret för sEMG-programvaran. Importera C3d-filen av EMG rådata och mp4-fil av ljuset video. Kapa försökscykeln när ljuset lyser.
- I "bearbetningspipeline"-operationerna inkluderar du följande alternativ i körpipeline: Butterworth-filter med lågpass (450 Hz, 2. Ordning) och high-pass (20 Hz, 2. Ordning); skårfilter vid 50 Hz; och roten menar fyrkantig utjämning fönster på 100 ms.
OBS: Välj Butterworth-filtret med lågpass (450 Hz, 2. Ordning) och high-pass (20 Hz, 2. Order) för att filtrera bort oönskade låg- och högfrekventa komponenter. Ställ in skårans filter på 50 Hz för att ta bort 50 Hz-störningar från huvudeffekten. Använd roten medel fyrkantig utjämning fönster på 100 ms för att jämna ut bullriga signalen. - I alternativen Generera händelser inkluderar du följande händelser i körpipeline. "muscle on" definieras som "alla kanaler går över 5x baslinje buller standardavvikelser för minst 50 ms". "muscle off" definieras som "alla kanaler sjunker under 5x standardavvikelser över baslinjen för minst 50 ms ".
- I alternativen Generera parametrar inkluderar du följande parametrar i run pipeline: integral electromyography (iEMG); rot medelvärdet kvadrat (RMS); medel effektfrekvens (MPF); medelhög frekvens (MDF); och samaktiveringsförhållande.
OBS: Följande är de refererade beräkningsformlerna för ovanstående parametrar (Ekvation 1–4):
- Normalisera RMS-värdena för SOT-, US-, LOS-, MCT- och ADT-testerna med RMS-värdena för maximal frivillig isometrisk kontraktion (MVIC) för varje muskel (ekvation 5).
OBS: MVIC anger maximal kraftsammandragning av varje muskel för deltagare i standardhållningen för 5 s (Tilläggsfil 1)18.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Representativa CDP-resultat
Sensorisk organisation test
Systemet utvärderar deltagarens förmåga att upprätthålla COG i det förutbestämda målområdet, när miljön förändras som den perifera signalens indata. Equilibrium score (ES) är poängen under förhållanden 1–6 som speglar förmågan att koordinera sensoriskt system för att upprätthålla postural stabilitet (Ekvation 6). Den sammansatta poängen (COMP) är den viktade genomsnittspoängen för alla villkor. Stor vikt ges till de utmanande förhållandena 4, 5, och 6. Den sammansatta poängen beräknas genom att självständigt genomsnitt jämviktspoängen för förhållandena SOT1 och SOT2, genom att lägga till dessa två poäng till jämviktspoängen från varje tre försök med tillstånd SOT 3 till SOT 6, och genom att dividera summan med de totala utfördaförsöken 19,20. I siffrorna visar gröna staplar att deltagaren kan samordna sina tre sensoriska system bättre och reagera mer effektivt än sin åldersmatchade normativa kontrapunkt i datauppsättningen. Röda staplar indikerar att den sensoriska organisationsförmågan hos deltagaren är sämre än den för deras åldersmatchade normativa kontrapunkt i datauppsättningen (Figur 2A).
OBS: CoG:s teoretiska maximala största främre riktningsförskjutning för en frisk vuxen är 12,5°. θ anger COG-sva-stängsvinkeln. Balansintervallet för equilibrium är 0–100. En poäng på 0 anger förlusten av balans. Poäng nära 100 indikerar att deltagaren har en bra balansfunktion.
Sensorisk Analys Betyg: Systemet samordnar deltagande andel av vision, proprioception, och vestibulära sensation under sex förhållanden och härleder beroendegraden på vision (VIS), proprioception (SOM), och vestibul (VESTI) i processen att upprätthålla postural stabilitet (Ekvationer 8–10). Utseendet på en röd stapel visar att deltagaren inte kan använda VIS/SOM/VEST sensorisk känsla för att bibehålla balansen. Visuellt förkärlek (PREF) anger möjligheten att ignorera fel visuell information i en konflikt visuell störningsmiljö (Ekvation 11). Utseendet på en röd stapel anger att deltagaren förlitar sig på visuell information för att bibehålla balansen även med felaktig visuell information (Figur 2B).
Strategi Poäng: Systemet exporterar strategipoängen (STR) i enlighet med COG:s och COP:s inbördes samband under processen för stabilitetsunderhåll. En STR nära 100 indikerar användning av en hög andel av fotled strategi. En STR-poäng nära 0 indikerar användningen av en hög andel hip strategi. Märken av förhållanden 1–6 nära kvadrantens högra sida anger ankelstrategins dominans; de som ligger nära vänster sida anger höftstrategins dominans (Figur 2C).
COG Justering: COG-lokaliseringsändringar i form av koordinater under varje villkor (Figur 2D).
Diagram 2: Representativt resultat för deltagare med CAI under SOT. (A) Grafisk återgivning av jämvikt och sammansatta poäng. (B) Grafisk återgivning av sensoriska analysresultat. (C) Grafisk återgivning av resultat av strategianalys. (D) Grafisk återgivning av COG-anpassningsresultat. I de grafiska resultaten av SOT, USA, LOS, MCT och ADT representerar de fasta gröna staplarna resultaten i det normala intervallet. De fast röda staplarna representerar resultaten utanför det normala intervallet. De randiga staplarna representerar det upprepade testet. De grå områdena representerar det onormala dataområdet. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.
Ensidig hållning
Cog:s (7/ar) svajahastighet under ensidig hållning exporteras. Utseendet på en röd stapel indikerar att förmågan att upprätthålla enstängande stabilitet är värre än normalt. Vänster/höger skillnad (%) anger jämförelsen av den totala svingen mellan vänster och höger ben (Bild 3).
Figur 3: Swayhastighet av COG för deltagare med CAI under US med öppna/slutna ögon (°/s).
Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.
Los
LOS är den bästa frivilliga rörelsemätningen i CDP-systemet. LOS-test utvärderar reaktionstiden, rörelsehastighet, upplevd förmåga för LOS, och rörelsekontroll förmåga. Följande variabler exporteras:
Reaktionstid (RT) (s): Tiden mellan utsändande av flyttningssignalen och början av kroppsrörelse. Utseendet på en röd stapel anger fördröjd reaktionstid (Bild 4A).
Rörelsehastighet (MVL) (°/s): Den genomsnittliga hastigheten mellan 5 % och 95 % från den inledande punkten till målet. Utseendet på en röd stapel visar att den genomsnittliga gravitationshastigheten är långsammare än normalt (Bild 4B).
Endpoint Excursions (EPE) (%): COG-rörelsens avstånd från den inledande punkten till den slutliga punkten. Utseendet på en röd stapel visar att KOLG:s rörelseavstånd inte når det normala intervallet (Bild 4C).
Maximala Utflykter (MXE) (%): Den maximala avståndet för COG-rörelsen. Utseendet på en röd stapel visar att COG:s maximala utflykt inte når normalområdet (Bild 4C).
Riktningskontroll (DCL) (%): Rörelsemängden mot avsedd riktning minus mängden rörelse utanför axeln (figur 4D).
Diagram 4: Representativt resultat för deltagare med CAI under LOS. (A) Grafisk återgivning av reaktionstidsresultat(ar). (B) Grafisk återgivning av rörelsehastighetsresultat (°/s). (C) Grafisk representation av slutpunkt och maximala utfärdsresultat (%). (D) Grafisk återgivning av riktningskontrollresultat (%). Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.
Provning av motorstyrning: Använd detta test för att utvärdera deltagarens förmåga att producera ett effektivt motorsvar och för att återställa COG-stabilitet för att klara av kraftplattornas plötsliga främre–bakre förskjutning.
Viktsymmetri: Detta avser viktbärande fördelning av båda benen. Utseendet på en röd stapel anger den asymmetriska vikten på vänster och höger ben (Bild 5A). Staplarna visar den datorgenererade bekräftelsen. Om detta värde är lågt (≤2), då svarstiden är onormal. Om detta värde är 0, då svaret saknas och behöver ett nytt test.
Latens (ms): Svarstiden från tryckkraftplattors rörelse till COP:s rörelse. (1) Utseendet på en röd stång i ensidig sida under framåt/bakåtförskjutning kan bero på ensidig ortopedisk skada. (2) Utseendet på en röd stapel i de bilaterala sidorna under förskjutning framåt/bakåt kan tyda på förekomst av skador i den långa cirkulationsvägens efferenta gren. (3) Utseendet på en röd stapel i de bilaterala sidorna under framåt och bakåt förskjutning kan bero på perifer neuropati, spinal sjukdomar, multipel skleros, och hjärnstammen / kortikala patologi (Figur 5B).
Amplitudskalning: Detta är den kraft som utövas på kraftplattan av benet som svar på perturbation. Ökningen av amplitudskalning (AS) bör vara bipedalsymmetrisk och ska relatera till amplituderna av force plate glidning (Figur 5C).
Figur 5: Representativa resultat för deltagare med CAI under motorstyrningsprovningen. (A) Grafisk återgivning av viktsymmetriresultat. (B) Grafisk representation av svarstidsresultat (ms). (C) Grafisk återgivning av AS resultat. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.
Adaptionstest
Avvägsenergipoängen (SES) bestäms utifrån COP:s hastighet och acceleration under de första 2 s av perturbation och exporteras (Figur 6). En röd stapel som når 200 punkter anger hur balans (fall) går förlorad). (1) Om röda staplar inte når 200 punkter i gråzonen mindre än två gånger i fem försök, och andra staplar förblir gröna, då variationen är normal, och risken för att falla är frånvarande. (2) Röda staplar som når 200 poäng varje gång i fem försök kan bero på följande orsaker. COG är bakåt överdrivet när kraftplattorna roterar i tåruppföringsriktningen och vice versa. Den fotled rörelseomfång är begränsad. Fotlederna eller nedre extremiteterna är svaga. Det centrala nervsystemet är dysfunktionellt. (3) De röda staplarna når 200 poäng två gånger i fem försök, medan andra barer förblir gröna på grund av påverkan av rädsla eller ångest. (4) Utseendet på en röd bar i det grå området fem gånger kan bero på svaga fotleder, nedre extremiteterna, rädsla, eller ångest.
Figur 6: SES av deltagare med CAI under ADT. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.
sEMG Resultat
Med vastus medialis till exempel, den råa och bearbetade data av sEMG visas under SOT, USA, MCT, och ADT (Figur 7 och figur 8). Det intervall som anges av den röda linjen och spetsarna är det intervall där indikatorlampan för CDP-systemet är på och är teststadiet.
Figur 7: Rådata av sEMG för vastus medialis under SOT, US, MCT och ADT.
Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.
Figur 8: Bearbetade data av sEMG för vastus medialis under SOT, US, MCT och ADT.
Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.
De sEMG-parametrar som motsvarar teststadarna för SOT, USA, LOS, MCT och ADT är följande. iEMG återspeglar den muskelenergi som ackumuleras per enhetstid. RMS återspeglar medeleffekten för EMG-signalen. MPF innebär det genomsnittliga värdet för varje effekt i effektspektrumfördelningen. MDF delar upp kraftspektrumet i två delar med lika stora områden. Coactivation-förhållandet återspeglar koordinationen mellan de agonistiska och antagonistiska musklerna i aktiveringsfasen i tester.
Kompletterande fil 1: Introduktion för datoriserat dynamiskt posturografisystem. Vänligen klicka här för att ladda ner denna fil.
Kompletterande tabell 1: Tillämpningsteknik på de muskel platser av sEMG elektroder Vänligen Klicka här för att ladda ner denna tabell.
Tilläggstabell 2: Standardhållningsställning för EMG Normaliseringsmetod för uppmätta muskler. Vänligen klicka här för att ladda ner denna tabell.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Det presenterade protokollet används för att mäta dynamisk postural kontroll och relaterade muskel aktivitet hos individer med CAI genom att synkronisera CDP med sEMG. CDP spårar banan för COP och COG och ger insikt i samspelet mellan sensorisk information (visuell, somatosensory, och vestibulär känsla) ingång och den yttremiljön 8,21,22. Det är ett effektivt verktyg för diagnos av den funktionella aktivitetsbegränsningen som orsakas av sensoriska eller motoriska systemstörningar. Muskelaktivitet samlas synkront under CDP uppgifter att undersöka nedre delen samordning. Detta protokoll kompenserar för tidigare studiers begränsningar under vissa omständigheter. Det gör det möjligt att omfattande undersökning av den neuromuskulära kontrollen av CAI genom kombinationen av CDP och relaterade muskelaktivitet.
Följande steg i protokollet är avgörande för att undersöka postural stabilitet och är associerade med den exakta mätningen av signaler. Pre-experiment resultat visade att slutförandet av hela testet utan vila tar 25 min. Under denna process koncentrerar deltagarna sin uppmärksamhet på justeringen av motorstrategier och på upprätthållandet av balans. Trötthet förändrar rörelse reglering strategi i centrala nervsystemet och avbryter proprioception, muskelrespons, och dynamisk postural kontroll23,24. Därför bör en vilotid på minst 5 min ställas in efter varje test för att undvika kognitiv belastning och kroppströtthet25. Antropometriska egenskaper bör kontrolleras exakt för att begränsa variabiliteten för den korrekta utvärderingen av postural balans26,27,28. På samma sätt bör i detta protokoll, ålder, längd, vikt och fot position anpassning kontrolleras exakt, eftersom de bestämmer platsen för COP och påverka analysen av fördelningen av vikt och kraft2. Säkerhetsselen ska inte vara för lös eller för hårt för att skydda säkerheten för deltagaren utan att det påverkar normal rörelse. Efter avslutad fotinriktning bör fotläget inte röra sig förrän testerna har slutförts. Deltagaren bör inte tillåtas att ta tag i säkerhetsselen eller luta sig mot den visuella omgivningen för att söka externt stöd för att undvika att påverka resultatets noggrannhet. Slumpmässigt sekvensering av försöken i MCT med olika magnituder hjälper till att förhindra att deltagarna kan förutsäga perturbationsförhållandena.
Följande begränsningar måste beaktas vid genomförande av mätning. För det första är det endast manliga deltagare som ingår för att undvika inblandning av könsskillnader i tolkningen av resultaten. Framtida forskning måste utforska hållning kontroll och muskelaktivering hos kvinnliga deltagare med CAI. För det andra är de flesta CAI-skador inverterade eller kombinerade med plantarflexion i frontalplanet, medan MCT- och ADT-perturbationer inbelangar främre–bakre glidning i horisontalplanet och flexion–dorsiflexionsrotation i kraftplattornas sagittalplan. Därför bör framtida störningsmodeller överväga skademekanismen.
Befintliga metoder är indelade i flera kategorier och används för att utvärdera postural stabilitet, enligt följande29. Kliniska skalor, såsom Berg Balance Scale, är lätta att implementera i klinisk funktionsutvärdering. Resultaten är dock subjektiva, och det svaga segmentet är svårt att hitta. Den resultatinriktade mätningen av frivillig dynamisk kontroll, såsom räckviddsavståndet för Y-balanstest, skulle kunna identifiera kroppshållningskontrollbrist, men den ignorerar åtgärdskvalitet under processen30,31. Ändra en viss sensorisk miljö, såsom stående med ögonen stängda för synbrist, stående med ett ben för att minska basen av stöd, eller stående på instabil yta (ett skum eller wobble board), att störa det somatosensoriska systemet är en låg kostnad och bärbara sätt att differentiera bristen på den specifika sensoriska systemet för att uppnå dynamisk balanskontroll4,5. CDP skulle kunna analysera beroendet andel av de tre sensoriska system och kunde undersöka postural strategier genom att spåra COP och COG. SOT tillämpas särskilt för att utvärdera kvaliteten på motorsystemets utgång (COG dynamisk kontroll) genom att styra den perifera miljön signalingång (sensorisk vikt) i en komplett sensorisk motor loop. USA och LOS kan utvärdera autonoma frivilliga motor kontroll förmåga på kortikal nivå. MCT och ADT kan utvärdera automatisk hållning svar på hjärnstammen och när nivåer genom extern stimulering. Den bristfälliga proprioception, fibular muskelstyrka och ligament integritet individer med CAI kan delta i sensoriska ingång och motor utgång och kan upptäckas i den svaga leden genom CDP system mätningar. Tillämpningsområdet kan dock begränsas av laboratorieinställningen och komplexiteten.
Detta explorative protokoll åtgärder nedre-lem muskel aktivitet under CDP uppgifter och ger insikt i muskel samordning av en instabil nedre delen. Betydande skillnader finns mellan CAI och friska grupper på grund av bristfällig stabilitet laterala fotled ligament deltagare med CAI. Jämfört med deltagarna i den friska gruppen, de i CAI-gruppen kan uppvisa en förväntad höft strategi och olämplig användning av vision i SOT, större hastighet cog i USA, längre latens och större amplituder i MCT, och större gunga energi i ADT. Dessutom kan muskelaktiviteten för peroneala muskler minska under CDP uppgifter. Att göra en säker slutsats om innehållet i detta protokoll är dock inte möjligt baserat på resultaten av den aktuella studien på grund av den framtida tillämpningen på CAI deltagare.
Detta protokoll är baserat på korrekta värden och en komplett sensorisk motorisk väg, som skulle kunna ge bevis för det vetenskapliga samfundet. När den tillämpas i kliniken, ger detta protokoll postural strategi i utbildning och specifika muskel rehabilitering för behandling av patienter med CAI. Forskare kan använda detta protokoll för att undersöka postural stabilitet och relaterade muskelaktivitet i andra situationer, enligt följande: den neuromuskulära kontroll bedömning av neurologiska sjukdomar, såsom Parkinsons sjukdom och multipel skleros; den posturala stabilitetsutvärderingen av stödhjälpmedel, såsom höga klackar och protes i nedre extremiteter, och fallrisken och muskelaktiveringsbedömningen av särskilda grupper, såsom äldre, flatfotade personer, och barn med cerebral pares.
CDP-systemet ger ett träningsläge som kan användas för att utföra balansträning, vilket inkluderar sekvens, viktbärande och laboratorieanpassad utbildning för patienter under CDP. Forskare kan använda forskningsläget i systemet för att anpassa motordriften och varaktigheten av kraftplattorna och det visuella omge genom sinusvågfunktionen. Framtida forskning om neuromuskulär kontroll kan använda en kombination av andra instrument, såsom motion capture och plantar pressure systems.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Författarna erkänner finansieringen av National Natural Science Fund of China (11572202, 11772201 och 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).
