在高尔夫挥杆期间使用亮度模式超声波提供视觉生物反馈

摘要

亮度模式超声可用于在高尔夫挥杆期间提供外腹壁肌肉的视觉生物反馈。摆动后的视觉和语言指导可以增加肌肉激活以及外斜和内斜的时间。

摘要

与单独的言语提示相比，使用超声生物反馈与言语提示相比可以增加肌肉厚度，并且可以增强运动，身体活跃人群的传统康复技术。可以使用与视频同步的逐帧分析来应用亮度模式（B模式）超声，以了解这些动态任务期间的肌肉厚度变化。超声视觉生物反馈已在外腹壁肌肉的静态位置建立。然而，通过使用松紧带和泡沫块将换能器固定在腹部，生物反馈可以应用于终身运动中普遍存在的更具体的任务，例如高尔夫。为了分析高尔夫挥杆期间的肌肉活动，可以比较肌肉厚度的变化。在整个任务过程中，厚度必须增加，表明肌肉更加活跃。这种方法允许临床医生立即为患者重播超声视频，作为指导感兴趣肌肉适当活动的视觉工具。例如，超声波可用于靶向外部和内部斜肌，它们在挥动高尔夫球杆或任何其他旋转运动或活动中起着重要作用。这种方法旨在增加高尔夫挥杆过程中的斜肌厚度。此外，可以通过指示患者在特定时间点（例如下摆开始）收缩腹部肌肉来确定肌肉收缩的时间，目的是改善任务期间的肌肉放电模式。

引言

外腹壁的肌肉包括外斜肌、内斜肌和横腹肌。外斜肌进行侧屈和对侧躯干旋转，而内斜肌进行同侧躯干旋转。横腹是腹部肌肉组织的最深层，它的作用是增加腹内压，增加脊柱的节段^{稳定性1。}这些肌肉的适当功能对于降低腰痛风险和提高运动表现非常重要，因为核心稳定性可以通过四肢增加力量和力量².

在高尔夫、网球、棒球或垒球等强调躯干旋转的运动中，对核心肌肉的需求很高。例如，在高尔夫挥杆期间，当使用表面肌电图测量时，身体小径侧的斜肌在最大自主等长收缩 （MVIC） 的 64% 处达到峰值，而铅斜肌在 54% MVIC³ 处达到峰值。躯干旋转是影响高尔夫击球距离和准确性的关键因素⁴.高尔夫挥杆的压力和对核心肌肉活动的高需求可能会导致腰痛，这是高尔夫⁵ 中最常见的伤害。此外，在患有腰痛的精英高尔夫球手中，与健康个体相比，在高尔夫挥杆期间外斜活动的时间延迟⁶.另一项使用肌电图的研究发现，与没有腰痛的高尔夫球手相比，腰痛高尔夫球手的竖脊髓发作更早⁷，这表明关注前外侧肌肉可能是有益的。因此，测量高尔夫挥杆期间腹部肌肉活动的程度和时间对于提高表现和降低腰痛的风险非常重要。

康复超声通常用于评估外侧腹壁肌肉，因为这种肌肉组织的分层性质⁸，^9，10。在仰卧位或功能更实用的高尔夫挥杆设置姿势有和没有腰痛的大学高尔夫球手的横腹激活方面没有差异¹¹.然而，横腹活动只是高尔夫挥杆的一个组成部分，旋转对该人群可能更重要。以前的文献使用松紧带和泡沫块将超声换能器固定在腹部，允许在动态运动（例如单腿下蹲或步态）期间对核心肌肉组织进行超声评估⁸.在动态运动期间应用超声波已被证明具有可接受的出色可靠性¹²。该技术可用于测量高尔夫挥杆或其他运动特定任务期间侧腹壁的厚度变化。虽然表面肌电图通常用于测量肌肉的电活动，但这在腹部区域不太可行。分层解剖结构导致肌肉之间的串扰，并且不允许核心¹³的各个肌肉层的视觉表示。与核心肌肉组织的表面肌电图等替代方案相比，超声波具有优势，因为它可以表示每个单独的肌肉，同时还可以提供反馈图像¹⁴。

由于超声波实时提供感兴趣的肌肉图像，因此它也可以用作视觉生物反馈的工具。与单独的言语提示相比，超声生物反馈提高了增加横腹和腰椎多裂肌厚度的能力^15，16。此外，在有和没有腰痛的高尔夫球手中，实时超声生物反馈会增加仰卧位和高尔夫设置位置的横腹厚度¹¹.仰卧位的生物反馈训练也转化为直立负荷任务¹⁷.需要更多的研究来确定生物反馈训练所需的频率和持续时间，因为大多数研究是单次或短期训练方案¹⁵。由于超声波已被应用于功能任务，并且有证据表明高尔夫球手可以在设置位置增加深部肌肉的预激活，因此接下来应该研究使用超声波生物反馈来增加高尔夫挥杆期间的斜肌厚度。

因此，该方法旨在使用超声波作为反馈机制，以改善高尔夫挥杆过程中腹部斜肌的激活和时机。

研究方案

本协议是中佛罗里达大学机构审查委员会批准的一项研究的一部分。本研究已获得所有人类参与者的知情同意。要纳入研究，参与者必须在18岁至75岁之间，在过去一年中每月至少打一次高尔夫球，或在过去2个月内每周打一次高尔夫球，打高尔夫球至少2年，并且在过去12个月内至少有两次腰痛发作。排除标准是平衡障碍、当前怀孕、过去一年的腰部或下肢手术，或必须放置换能器的腹部开放性伤口。

1. 超声设置和数据收集

1. 使用开/关按钮打开并打开超声设备（请参阅材料表）。
2. 按键盘上的"患者 " 按钮添加新患者，然后选择屏幕左侧的 "新建患者 "。
   1. 输入所需的患者 ID 号，确保选择 MSK 作为检查类型，然后单击 注册。退出以开始考试并进入 B 模式。
      注意:MSK 腹部预设中的超声设置，B 模式:B 颜色 = 色调贴图 D，写入缩放高度 = 4，写入缩放宽度 = 4，热指数 = TLS，ATO 级别 = 低，焦点数 = 2，焦点数 CrossXBeam = 2，焦点深度 = 50，深度 （cm） = 3，压缩 = 1，焦点宽度 = 1，对焦宽度 CrossXBeam = 1，线密度 = 3，线密度 CrossXBeam = 3， 抑制 = 0，帧平均值 = 4，从平均值 CrossXBeam = 2，CrossXBeam 2，CrossXBeam # = 低，CrossXBeam 类型 = 平均值，边沿增强 = 3，B 转向 = 0，灰度贴图 = 灰度图 C，增益 = 34，动态范围 = 69，抑制 = 0，频率 （MHz） = 12。
3. 通过将线性探头的头部穿过皮带中间的水平狭缝，将线性阵列探头放置在松紧带中（参见 材料表）。接下来，应用一到两个泡沫块将换能器固定到位。
   1. 将超声凝胶（见 材料表）涂于线性换能器上。将换能器放在腹侧壁上，距脐部外侧约 10 cm⁸.
   2. 使用魔术贴将安全带固定在参与者身上。确保皮带足够紧，以便探头垂直于侧腹壁固定⁸.
   3. 如有必要，调整超声的深度和增益（亮度），以获得外斜腹、内斜腹肌和横腹肌筋膜边缘和肌肉厚度的清晰图像。确保在此纵向视图中，横腹的筋膜边界在屏幕边缘可见（图1）⁸。
      注意:深度将取决于被测量个体的大小，但请确保腹横肌的深筋膜边界可见且图像清晰。
   4. 图像清晰后，以反映他们将完成的任务的方式定位患者。例如，如果他们进行高尔夫挥杆，请让他们站在设置位置。按 冻结，然后按 存储 以捕获静态图像，将其保存到患者的检查中，并实时测量或稍后访问以测量静息肌肉厚度。
      注意:有关使用B型超声的外腹壁清晰图像的示例，请参见 图1 。
4. 再次选择" 冻结 "以返回到实时映像。按 "存储 "开始以B模式视频录制。在屏幕的右下角，检查计时器是否开始并以亮绿色突出显示，表示正在捕获视频。指示参与者在录制开始后进行完整的高尔夫挥杆。
   1. 再次按 "商店" 结束视频并将其保存到考试中。
      注意:保存的图像和视频将显示在活动图像下方，每行最多可见五个。选择光标以滚动浏览或选择以前的图像。
5. 根据需要多次重复步骤1.4。如果图像变得模糊，请根据需要调整超声探头在泡沫块内的位置。
   注意:比较生物反馈和非生物反馈条件的典型协议在每个条件^11，17 中使用 3 到 10 次重复。
   1. 每次试用后，请查看视频以确保图像清晰度。如果图像在任何时候变为消声（全黑），则表明超声探头在摆动过程中移动。在这种情况下，排除试验并重新测量。
6. 每次摆动后，将患者置于他们可以查看超声屏幕的位置。打开最新的试用版。
   1. 提供感兴趣的肌肉的简要概述和描述（对于旋转任务，这将包括外部和内部斜肌）。描述肌肉在运动过程中应该如何变厚，并向他们展示他们的试验，根据每次尝试提供教育。
   2. 例如，如果斜肌在整个任务中保持相对相同的大小，请指示它们在下一次尝试集中注意力，在整个运动过程中有力地收缩核心肌肉，而不是被动地旋转躯干。
      注意:在高尔夫挥杆过程中强调躯干旋转作为动力源是高技能高尔夫球手的共同特征¹⁸.在旋转运动期间，在任务期间提供生物反馈通常是不可行的。因此，在每次试验后提供反馈被认为是可以接受^{的 19}.
7. 根据需要重复生物反馈试验进行尽可能多的尝试。在每次尝试后提供超声图像以及口头提示或说明，并根据需要调整提示。

图1:安静站立时右外侧腹壁的图像 。 （A）外斜。（二）内斜。（C） 横腹。 请点击此处查看此图的大图。

2. 静息图像处理

1. 打开要测量的第一个静止图像。使用光标，将鼠标悬停在活动图像下方库中的所需图像上，然后单击 Enter。
   1. 单击测量一次以打开测量工具。当光标位于感兴趣肌肉的筋膜上边界上时，单击 Enter。
      注意:对于本研究，测量了外部和内部斜肌，因为它们是感兴趣的肌肉，但也可以在此视图中测量横腹肌。
   2. 一旦光标位于下筋膜边界上，再次单击 Enter 。
      注意:测量段的长度将显示在屏幕的左下角，以厘米为单位。将此长度记录在电子表格中，该电子表格的组织包括参与者或患者的姓名/编号以及静息肌肉厚度。
2. 对测量外部和内部倾斜所需的所有图像重复步骤2.1.1-2.1.2。

3. B模式视频处理

1. 捕获所需数量的视频后，打开要处理的第一个视频。使用光标将鼠标悬停在活动图像下方库中的所需图像上，然后单击 Enter 按钮。
2. 调整B模式视频中的观看帧，直到到达第一帧。确定所需的采样率。
   注意:以前的文献使用总帧的10%间隔从0%-100%进行分析，但根据目标²⁰，可能希望使用或多或少的间隔。
3. 打开所需帧后，使用 测量 工具。单击按钮一次以打开工具，将光标放在感兴趣肌肉的上筋膜边界上，然后单击 Enter 以放置测量的第一端。
4. 将测量线拖动到感兴趣肌肉的下筋膜边界，然后再次单击 Enter 以完成测量。
   注意:测量的距离将显示在屏幕的左下角。
5. 按 存储 保存测量图像。
6. 将测量记录在电子表格中，该电子表格的组织包括参与者或患者的姓名/编号、帧号和厚度测量值。返回到原始 B 模式视频帧（步骤 3.2）。
7. 滚动到要分析的下一帧。例如，如果对捕获 100 帧的摆动的 11 个时间点（0%-100% 间隔的 10% 间隔）进行采样，则现在将使用第 10 帧（即，10/100 对应于 100 帧中的第 10 帧）。
   1. 重复步骤3.3-3.4以测量下一帧。
8. 重复步骤3.7，直到测量到所有所需的帧。
9. 转到下一个视频并重复步骤3.1-3.8，直到测量完所有视频。
   注意:请参阅 图 2 ，了解高尔夫挥杆各个阶段的处理帧的汇编。

4. 活化率计算

注意:激活率通常用于确定肌肉厚度变化的程度⁸，^9，11。活化率的公式是收缩厚度（cm）/静息厚度（cm）。

1. 要确定特定时间点的活化率，请按照步骤3测量厚度。将此值除以从步骤2获得的静止图像厚度。

图 2:右撇子高尔夫球手小径侧（右）侧腹壁上的 B 模式视频的逐帧分析。 EO = 外斜;IO = 内斜。 请点击此处查看此图的大图。

结果

	无反馈			生物反馈
挥杆持续时间	外斜厚度（厘米）	内斜厚度（厘米）	组合斜厚度（厘米）	外斜厚度（厘米）	内斜厚度（?...

讨论

在基于旋转的运动（如高尔夫挥杆）后提供超声生物反馈可用于增加外腹壁的肌肉厚度。如代表性结果所示，超声生物反馈的单次试验可导致整个高尔夫挥杆过程中斜肌活动的短期增加。

以前的研究还使用了在动态任务期间用松紧带固定的B型超声²⁰。这是在个人在跑步机上行走时测量的。与目前的方法类似，作者将B模式视频减少到静止图像的较小百分比以?...

材料

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