Method Article
Режим яркости ультразвука может быть использован для обеспечения визуальной биологической обратной связи мышц боковой брюшной стенки во время игры в гольф. Послесвинговые визуальные и вербальные инструкции могут увеличить мышечную активацию и сроки внешних и внутренних наклонов.
Использование ультразвуковой биологической обратной связи в сочетании со словесными сигналами может увеличить толщину мышц больше, чем только вербальные сигналы, и может дополнить традиционные методы реабилитации в спортивной, физически активной популяции. Ультразвуковой режим яркости (B-режим) может быть применен с использованием покадрового анализа, синхронизированного с видео, чтобы понять изменения толщины мышц во время этих динамических задач. Установлена визуальная биологическая обратная связь с ультразвуком в статических положениях для мышц боковой брюшной стенки. Однако, закрепляя датчик на животе с помощью эластичного ремня и пеноблока, биологическая обратная связь может быть применена во время более конкретных задач, распространенных в пожизненных видах спорта, таких как гольф. Чтобы проанализировать мышечную активность во время игры в гольф, можно сравнить изменения толщины мышц. Толщина должна увеличиваться на протяжении всей задачи, указывая на то, что мышца более активна. Эта методология позволяет клиницистам немедленно воспроизводить ультразвуковые видео для пациентов в качестве визуального инструмента для обучения правильной деятельности интересующих мышц. Например, ультразвук может быть использован для нацеливания на внешние и внутренние косые, которые играют важную роль в размахивании клюшкой для гольфа или любом другом ротационном виде спорта или деятельности. Эта методика направлена на увеличение толщины косых мышц во время игры в гольф. Кроме того, время сокращения мышц может быть нацелено, инструктируя пациента сокращать мышцы живота в определенные моменты времени, такие как начало нисходящего движения, с целью улучшения моделей мышечной стрельбы во время выполнения задач.
Мышцы боковой брюшной стенки включают наружный косой, внутренний косой и поперечный живот. Внешние косые выполняют боковое сгибание и контралатеральное вращение туловища, в то время как внутренние косые выполняют ипсилатеральное вращение туловища. Поперечный живот является самым глубоким слоем брюшной мускулатуры, и он функционирует для повышения внутрибрюшного давления и повышения сегментарной стабильности позвоночника1. Правильная функция этих мышц важна для снижения риска боли в пояснице и улучшения спортивных результатов, поскольку стабильность ядра позволяет увеличить силу и мощность через конечности2.
Во время занятий спортом с акцентом на вращение туловища, таких как гольф, теннис, бейсбол или софтбол, существует высокий спрос на основные мышцы. Например, во время качелей для гольфа косые склоны на стороне следа тела достигают пика на 64% от максимального произвольного изометрического сжатия (MVIC) при измерении с помощью поверхностной электромиографии, в то время как свинец наклоняется к пику при 54% MVIC3. Вращение туловища является ключевым фактором расстояния и точности ударов в гольф4. Стрессы, связанные с гольф-свингом, и высокая потребность в основной мышечной активности могут способствовать боли в пояснице, которая является наиболее распространенной травмой в гольфе5. Кроме того, у элитных игроков в гольф с болью в пояснице время внешней косой активности задерживается во время свинга в гольфе по сравнению со здоровыми людьми6. Другое исследование с использованием электромиографии показало, что игроки в гольф с болью в пояснице имеют более раннее начало эректора позвоночника, чем гольфисты без боли в пояснице7, предполагая, что сосредоточение внимания на переднебоковых мышцах может быть полезным. Поэтому измерение степени и времени активности мышц живота во время игры в гольф важно для улучшения производительности и снижения риска боли в пояснице.
Реабилитационное ультразвуковое исследование обычно используется для оценки боковых мышц брюшной стенки из-за слоистой природы этой мускулатуры 8,9,10. Нет никакой разницы в активации поперечного живота у игроков в гольф колледжа с болью в пояснице и без нее в положении лежа на спине или в более функциональном положении11 для гольфа. Тем не менее, поперечная активность абдоминиса является лишь одним из компонентов качелей для гольфа, и вращение может быть более важным для этой популяции. Предыдущая литература использовала эластичный пояс и пеноблок для крепления ультразвукового преобразователя к брюшной полости, что позволяет проводить ультразвуковую оценку мышечной массы ядра во время динамических движений, таких как приседание одной ноги или походка8. Было показано, что применение ультразвука во время динамических движений имеет приемлемую и отличную надежность12. Этот метод может быть применен для измерения изменений толщины боковой брюшной стенки во время игры в гольф или другой спортивной задачи. В то время как поверхностная электромиография обычно используется для измерения электрической активности мышц, это менее осуществимо в брюшной области. Слоистая анатомия приводит к перекрестным помехам между мышцами и не позволяет визуально представить отдельные мышечные слои ядра13. Ультразвук обеспечивает преимущество перед альтернативами, такими как поверхностная электромиография для основной мускулатуры, поскольку он позволяет представлять каждую отдельную мышцу, а также дает изображение для обратной связи14.
Поскольку ультразвук обеспечивает изображение интересующих мышц в режиме реального времени, его также можно использовать в качестве инструмента для визуальной биологической обратной связи. Ультразвуковая биологическая обратная связь улучшила способность увеличивать мышечную толщину поперечного живота и поясничного мультифидуса по сравнению с только вербальным сигналом15,16. Кроме того, у игроков в гольф с болью в пояснице и без нее ультразвуковая биологическая обратная связь в режиме реального времени увеличивает толщину поперечного живота в лежачем положении и в положении11 для гольфа. Обучение биологической обратной связи в лежачем положении также переводится в вертикально нагруженные задачи17. Необходимы дополнительные исследования для определения требуемой частоты и продолжительности обучения биологической обратной связи, поскольку большинство исследований представляют собой односессионные или краткосрочные тренировочные протоколы15. Поскольку ультразвук применяется во время функциональных задач, и есть доказательства того, что игроки в гольф могут увеличить глубокую мышечную предварительную активацию в установочном положении, исследования должны затем изучить использование ультразвуковой биологической обратной связи для увеличения толщины косых мышц во время качелей для гольфа.
Поэтому данная методика направлена на использование ультразвука в качестве механизма обратной связи для улучшения активации и времени абдоминальных косых мышц во время качелей в гольфе.
Настоящий протокол был частью исследования, одобренного Институциональным наблюдательным советом в Университете Центральной Флориды. Для участия в настоящем исследовании было получено информированное согласие от всех участников исследования. Чтобы быть включенными в исследование, участники должны были быть в возрасте от 18 до 75 лет, играть в гольф не реже одного раза в месяц в течение прошлого года или один раз в неделю в течение последних 2 месяцев, играть в гольф не менее 2 лет и иметь по крайней мере два эпизода боли в пояснице за последние 12 месяцев. Критериями исключения были нарушения равновесия, текущая беременность, операция на пояснице или нижних конечностях в прошлом году или открытая рана в брюшной области, где должен быть размещен датчик.
1. Настройка ультразвука и сбор данных
Рисунок 1: Изображение правой боковой брюшной стенки во время спокойного стояния. (А) Наружный косой. (B) Внутренняя косая. (C) Поперечные абдомины. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
2. Обработка изображений в состоянии покоя
3. Обработка видео в режиме B
4. Расчет коэффициента активации
ПРИМЕЧАНИЕ: Коэффициент активации обычно используется для определения степени изменения толщины мышц 8,9,11. Формулой для коэффициента активации является сжатая толщина (см)/толщина покоя (см).
Рисунок 2: Покадровый анализ видео B-режима на боковой (правой) боковой брюшной стенке праворукого игрока в гольф. ЭО = внешний косой; IO = внутренний косой. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Отсутствие обратной связи | Биологической обратной связи | |||||
Продолжительность качелей | Внешняя косая толщина (см) | Внутренняя косая толщина (см) | Комбинированная косая толщина (см) | Внешняя косая толщина (см) | Внутренняя косая толщина (см) | Комбинированная косая толщина (см) |
0.0% | 0.630 | 0.978 | 1.608 | 0.446 | 1.109 | 1.555 |
12.5% | 0.609 | 1.043 | 1.652 | 0.565 | 1.446 | 2.011 |
25.0% | 0.870 | 1.533 | 2.403 | 0.598 | 1.370 | 1.968 |
37.5% | 0.620 | 0.696 | 1.316 | 0.674 | 1.174 | 1.848 |
50.0% | 0.859 | 0.826 | 1.685 | 0.587 | 1.152 | 1.739 |
62.5% | 0.652 | 1.022 | 1.674 | 0.880 | 1.326 | 2.206 |
75.0% | 0.837 | 1.022 | 1.859 | 0.761 | 1.511 | 2.272 |
87.5% | 0.717 | 0.859 | 1.576 | 0.772 | 0.761 | 1.533 |
100.0% | 0.685 | 0.859 | 1.544 | 0.598 | 1.304 | 1.902 |
Таблица 1: Сравнение комбинированной косой толщины на протяжении всего гольф-качеля между условиями без обратной связи и ультразвуковой биологической обратной связи.
Для достижения желаемого результата меры косой толщины должны быть больше во время испытаний биологической обратной связи по сравнению с традиционными колебаниями без обратной связи. В идеале это должно происходить на всех этапах игры в гольф. Можно использовать несколько испытаний, и каждое испытание обсуждается перед следующей попыткой. Типичные протоколы, сравнивающие условия биологической обратной связи и небиообратной связи, используют от 3 до 10 повторений на условие11,17. Например, основываясь на исследовании, приведенном в таблице 1, следующие инструкции клинициста пациенту должны заключаться в том, чтобы они нацеливались на косые наклоны и увеличивали мощность вращения туловища во время поворота назад. Комбинированная толщина косых колес этого участника уменьшилась в 25% момент времени во время исследования биологической обратной связи, что соответствует примерно середине обратного поворота. В большинстве других моментов косые были больше во время исследования биологической обратной связи, что говорит о том, что пациент понимает, как эффективно использовать свои косые во время игры в гольф.
В настоящем примере 5% изображений были использованы для выборки. Во время качелей было захвачено 180 кадров, и 9 были измерены, чтобы представить фазы качелей для гольфа, как показано на рисунке 2. При желании частота дискретизации может быть увеличена, чтобы представлять больший процент ультразвукового видео. Это просто потребует анализа большего количества изображений, как описано в разделе «Обработка видео в режиме B» протокола.
Чтобы рассчитать, были ли испытания биологической обратной связи эффективными, можно сравнить коэффициенты активации в разные моменты времени колебаний. Коэффициент активации берет сжатую толщину или толщину во время качания и делит ее на толщину покоя (или настройки). Соотношение выше 1,0 указывает на то, что мышца увеличена в толщине и является активной. Например, 0% длительность колебаний в таблице 1 может быть использована в качестве толщины покоя, так как это толщина внешних и внутренних косых до начала качания. Чтобы определить, увеличилась ли комбинированная толщина косой в 50% момент времени, когда была обеспечена биологическая обратная связь, коэффициенты активации могут быть рассчитаны следующим образом:
Без биологической обратной связи: 1,685 см/1,608 см = 1,048
Биологическая обратная связь: 1,739 см / 1,555 см = 1,118
Основываясь на этом индивидуальном образце, можно сделать вывод, что биологическая обратная связь привела к небольшому увеличению активации косых мышц на 50% продолжительности свинга в гольфе.
Видео 1: Полное ультразвуковое видео B-режима правой боковой брюшной стенки во время игры в гольф праворукого гольфиста. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.
Обеспечение ультразвуковой биологической обратной связи после спортивного движения на основе вращения, такого как качели для гольфа, может быть использовано для увеличения мышечной толщины боковой брюшной стенки. Как показано в репрезентативных результатах, одно испытание ультразвуковой биологической обратной связи может привести к кратковременному увеличению активности косых мышц во время игры в гольф.
Предыдущие исследования также использовали ультразвук B-режима, закрепленный эластичным поясом во время динамических задач20. Это измерялось, когда люди ходили по беговой дорожке. Подобно нынешним методам, авторы сократили видео b-режима до меньшего процента неподвижных изображений для измерения, чтобы представить цикл ходьбы. Это делает обработку и анализ данных более осуществимыми, поскольку они отбираются с интервалом 10% на протяжении всего цикла ходьбы. Текущий протокол основывается на этой методологии, применяя ультразвук в B-режиме в качестве инструмента биологической обратной связи во время сложного движения, основанного на вращении. Однако, поскольку походка циклична, прямое сравнение с этим протоколом должно быть предостережено. Качели для гольфа могут быть разбиты на более мелкие части, такие как адрес, задний ход, даунсвинг и последующий21. Тем не менее, может быть сложно синхронизировать ультразвуковое видео B-режима с конкретными фазами свинга в гольфе, потому что обратный размах элитных игроков в среднем составляет менее 1 с, а даунсвинг в среднем составляет менее 0,25 с21. Чтобы напрямую сравнить фазы свинга, клиницист может просмотреть изменения мышечной активности, синхронизируя видео свинга и ультразвуковое видео B-режима. Затем изображения свинга и ультразвука могут быть сопоставлены кадр за кадром, чтобы определить мышечную активность в различных точках качелей. Синхронизация видео B-режима с секундомером с временем притирки в начале и конце качелей также может обеспечить приблизительную оценку фаз поворота. Когда начинается задний ход, можно ожидать, что внутренняя косая сторона следа (правая сторона у праворукого игрока в гольф) увеличится в толщину, поскольку они вращают ствол в правую сторону во время заднего хода. Аналогично, ведущая сторона (левая у праворуких игроков в гольф) внешняя косая должна увеличиваться в толщине во время заднего поворота, так как во время этой фазы качелей21 происходит контралатеральное вращение туловища. Показано на рисунке 2 покадровое сравнение косой активности на всех этапах игры в гольф.
Критическим шагом является обеспечение постоянного контакта кожи с датчиком для получения точных, четких изображений во время вращательных движений. Это может потребовать устранения неполадок или модификации используемых пеноблоков. Например, более крупным или меньшим людям может потребоваться разное количество набивки, поэтому рекомендуется подтвердить четкость изображения до сбора данных. Попросите человека выполнить несколько тренировочных колебаний, которые позволят им ознакомиться с позиционированием, в то время как клиницист наблюдает за ультразвуковым экраном, чтобы обеспечить четкость изображения. Поскольку датчик будет закреплен эластичным поясом, плотно обернутым вокруг живота, этот период ознакомления важен. Это позволяет человеку освоиться с оборудованием и качаться как можно более нормально. Ремень может минимально изменить их механику, но это позволит получить стабильно четкое изображение.
Дополнительные ограничения этой методологии включают возможность получения неясных изображений. В то время как риск для неясных изображений может быть уменьшен при правильном позиционировании и периодах ознакомления, некоторые кадры по всему видео b-режима могут быть неясными. При выборе частоты дискретизации или определении того, какой процент кадров будет измеряться, может потребоваться внести некоторые коррективы, чтобы обеспечить анализ четких изображений. Например, если измеряется каждый 10-й кадр, начиная с кадра 1, исследователю и/ или врачу, возможно, придется выбрать кадр, немного не соответствующий последовательности, если желаемое изображение находится вне фокуса, например, с использованием 12-го кадра, а не 11-го. Поддержание постоянного контакта между кожей и датчиком имеет важное значение для снижения риска плохого качества изображения. В видео 1 показан пример полного видео b-режима. При паузе в разные моменты времени зритель может видеть, как, даже при соблюдении надлежащих процедур, иногда появляются размытые кадры. Несмотря на эти проблемы, динамические ультразвуковые оценки являются надежными мерами12.
В дополнение к текущей методологии обработки изображений, выполняемой на ультразвуковом устройстве, другое программное обеспечение для обработки может измерять изменения толщины12. Например, сохранение видео на внешнем диске и открытие их на компьютере с свободно доступным измерительным программным обеспечением позволяет в дальнейшем обрабатывать их без необходимости использования ультразвукового устройства. Аналогичная процедура используется с этим типом программного обеспечения, где скриншоты нужных кадров берутся из видео, а затем анализируются с помощью измерительного инструмента. Если используется этот метод, убедитесь, что установлен масштаб изображений, используя измерения глубины с правой стороны ультразвукового изображения в качестве контрольной линии.
Обучение участников ультразвуковой биологической обратной связи требует четкого понимания анатомии, ознакомления с ультразвуковым аппаратом и умения объяснить изображение или видео участнику в режиме реального времени22,23. Этот метод ультразвуковой биологической обратной связи считается дополненной обратной связью со знанием производительности, где пациенту предоставляется дополнительная информация (видео его мышечной активности), которая показывает, что он сделал во время выполнения движения. В травмированных популяциях дополненная обратная связь может предоставить недостающую информацию из-за изменений в сенсорных путях19. Расширенная обратная связь может улучшить обучение и уменьшить количество практики, необходимой для изучения сложной задачи19. Сроки биологической обратной связи обсуждались, и одним из ограничений этой методологии является то, что параллельная обратная связь, по-видимому, наиболее эффективна19. Тем не менее, обеспечение обратной связи во время качелей невозможно из-за характера ультразвуковой визуализации и качелей для гольфа. Поэтому предоставление обратной связи после свинга является разумной альтернативой. Наконец, идеальная частота обучения биологической обратной связи не была установлена24, и будущие исследования должны сравнивать долгосрочное обучение обратной связи, чтобы определить наиболее эффективную стратегию.
В то время как текущий протокол фокусируется на свинге для гольфа, аналогичная методология может быть использована для других видов спорта, ориентированных на вращение туловища. К ним относятся теннис, бейсбол и софтбол, среди прочих. Поскольку они также включают вращательный компонент, боковая брюшная стенка может быть нацелена аналогичным образом, а ультразвук может быть использован для биологической обратной связи. Этот протокол фокусируется на качелях в гольфе из-за высокой распространенности боли в пояснице у игроков в гольф, обычно приписываемой быстрому вращению туловища в сочетании с боковым сдвигом и сжимающими силами4. Будущие исследования должны изучить, могут ли тренировки с ультразвуковой биологической обратной связью улучшить мышечную активность и снизить риск боли в пояснице в гольфе и других видах спорта, основанных на ротации.
У авторов нет соответствующих раскрытий, о которых можно было бы сообщить.
Никакой.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Aquasonic 100 | Parker | BT-025-0037L | Ultrasound gel |
GE NextGen Logig e Ultrasound Unit | GE Healthcare | HR48382AR | |
Linear Array Probe | GE Healthcare | H48062AB | |
Velcro straps | VELCRO | Fasteners for the elastic belt used to secure the ultrasound transducer |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены