Bereitstellung von visuellem Biofeedback mit Helligkeitsmodus-Ultraschall während eines Golfschwungs

Zusammenfassung

Helligkeitsmodus-Ultraschall kann verwendet werden, um visuelles Biofeedback der Muskeln der seitlichen Bauchdecke während eines Golfschwungs zu liefern. Visuelle und verbale Anweisungen nach dem Schwung können die Muskelaktivierung und das Timing der äußeren und inneren Schrägen erhöhen.

Zusammenfassung

Die Verwendung von Ultraschall-Biofeedback in Verbindung mit verbalem Cueing kann die Muskeldicke mehr erhöhen als verbales Cueing allein und kann traditionelle Rehabilitationstechniken in einer athletischen, körperlich aktiven Bevölkerung erweitern. Der Helligkeitsmodus (B-Modus) Ultraschall kann mithilfe einer Frame-by-Frame-Analyse angewendet werden, die mit Video synchronisiert ist, um Muskeldickenänderungen während dieser dynamischen Aufgaben zu verstehen. Visuelles Biofeedback mit Ultraschall wurde in statischen Positionen für die Muskeln der lateralen Bauchdecke etabliert. Durch die Befestigung des Schallkopfes am Bauch mit einem elastischen Gürtel und einem Schaumstoffblock kann Biofeedback jedoch bei spezifischeren Aufgaben angewendet werden, die in lebenslangen Sportarten wie Golf vorherrschen. Um die Muskelaktivität während eines Golfschwungs zu analysieren, können Muskeldickenänderungen verglichen werden. Die Dicke muss während der gesamten Aufgabe zunehmen, was darauf hinweist, dass der Muskel aktiver ist. Diese Methodik ermöglicht es Klinikern, Ultraschallvideos für Patienten sofort als visuelles Werkzeug abzuspielen, um die richtige Aktivität der interessierenden Muskeln anzuweisen. Zum Beispiel kann Ultraschall verwendet werden, um die äußeren und inneren Schrägen zu zielen, die eine wichtige Rolle beim Schwingen eines Golfschlägers oder einer anderen Rotationssportart oder -aktivität spielen. Diese Methode zielt darauf ab, die schräge Muskeldicke während des Golfschwungs zu erhöhen. Darüber hinaus kann der Zeitpunkt der Muskelkontraktion gezielt gesteuert werden, indem der Patient angewiesen wird, die Bauchmuskeln zu bestimmten Zeitpunkten, wie z. B. zu Beginn des Abschwungs, zusammenzuziehen, mit dem Ziel, die Muskelfeuermuster während der Aufgaben zu verbessern.

Einleitung

Die Muskeln der lateralen Bauchdecke umfassen den äußeren schrägen, inneren schrägen und transversalen Bauch. Die externen Schrägen führen eine laterale Flexion und kontralaterale Rumpfrotation durch, während die internen Schrägen eine ipsilaterale Rumpfrotation durchführen. Der transversale Abdominis ist die tiefste Schicht der Bauchmuskulatur und erhöht den intraabdominalen Druck und erhöht die segmentale Stabilität der Wirbelsäule¹. Die richtige Funktion dieser Muskeln ist wichtig, um das Risiko von Rückenschmerzen zu reduzieren und die sportliche Leistung zu verbessern, da die Rumpfstabilität eine erhöhte Kraft und Kraft durch die Extremitäten ermöglicht².

Bei Sportarten mit Schwerpunkt auf Rumpfrotation, wie Golf, Tennis, Baseball oder Softball, besteht ein hoher Bedarf an der Rumpfmuskulatur. Zum Beispiel während eines Golfschwungs erreichen die Schrägen auf der Trail-Seite des Körpers ihren Höhepunkt bei 64% der maximalen freiwilligen isometrischen Kontraktion (MVIC), wenn sie mit Oberflächenelektromyographie gemessen werden, während die Bleischrägen bei 54% MVIC³ ihren Höhepunkt erreichen. Die Rumpfrotation ist ein wichtiger Faktor für die Entfernung und Genauigkeit von Golfschlägen⁴. Die Belastungen des Golfschwungs und die hohe Nachfrage nach Rumpfmuskelaktivität können zu Rückenschmerzen beitragen, die die häufigste Verletzung beim Golf⁵ sind. Darüber hinaus ist bei Elite-Golfern mit Rückenschmerzen das Timing der externen schrägen Aktivität während des Golfschwungs im Vergleich zu gesunden Personen verzögert⁶. Eine weitere Studie mit Elektromyographie ergab, dass Golfer mit Rückenschmerzen einen früheren Beginn der Erector spinae haben als Golfer ohne Rückenschmerzen⁷, was darauf hindeutet, dass ein Fokus auf anterolaterale Muskeln von Vorteil sein kann. Daher ist es wichtig, das Ausmaß und den Zeitpunkt der Bauchmuskelaktivität während eines Golfschwungs zu messen, um die Leistung zu verbessern und das Risiko von Rückenschmerzen zu reduzieren.

Rehabilitativer Ultraschall wird häufig verwendet, um laterale Bauchwandmuskeln aufgrund der geschichteten Natur dieser Muskulatur^{zu beurteilen 8,9,10}. Es gibt keinen Unterschied in der transversalen Bauchaktivierung bei College-Golfern mit und ohne Rückenschmerzen in Rückenlage oder in einer funktionelleren Golfschwungposition¹¹. Die transversale Bauchaktivität ist jedoch nur eine Komponente eines Golfschwungs, und die Rotation kann für diese Population wichtiger sein. In der bisherigen Literatur wurde ein elastischer Gürtel und ein Schaumstoffblock verwendet, um den Ultraschallwandler am Bauch zu befestigen, was eine Ultraschalluntersuchung der Rumpfmuskulatur während dynamischer Bewegungen wie einer Kniebeuge oder eines Gangs mit einem Bein ermöglicht⁸. Die Anwendung von Ultraschall während dynamischer Bewegungen hat sich als akzeptable bis ausgezeichnete Zuverlässigkeit erwiesen¹². Diese Technik kann angewendet werden, um Dickenänderungen in der seitlichen Bauchdecke während eines Golfschwungs oder einer anderen sportartspezifischen Aufgabe zu messen. Während die Oberflächenelektromyographie häufig zur Messung der elektrischen Aktivität von Muskeln verwendet wird, ist dies in der Bauchregion weniger durchführbar. Die geschichtete Anatomie führt zu Cross-Talk zwischen den Muskeln und erlaubt keine visuelle Darstellung der einzelnen Muskelschichten des Kerns¹³. Ultraschall bietet einen Vorteil gegenüber Alternativen wie der Oberflächenelektromyographie für die Rumpfmuskulatur, da er eine Darstellung jedes einzelnen Muskels ermöglicht und gleichzeitig ein Bild für Feedback liefert¹⁴.

Da Ultraschall ein Bild der interessierenden Muskeln in Echtzeit liefert, kann er auch als Werkzeug für visuelles Biofeedback verwendet werden. Ultraschall-Biofeedback hat die Fähigkeit verbessert, die Muskeldicke des transversalen Abdominis und des lumbalen Multifidus im Vergleich zum verbalen Cueing allein zu erhöhen^15,16. Darüber hinaus erhöht das Echtzeit-Ultraschall-Biofeedback bei Golfern mit und ohne Rückenschmerzen die transversale Bauchdicke in Rückenlage und in der Golf-Setup-Position¹¹. Biofeedback-Training in Rückenlage führt auch zu aufrecht belasteten Aufgaben¹⁷. Weitere Forschung ist erforderlich, um die erforderliche Häufigkeit und Dauer des Biofeedback-Trainings zu bestimmen, da die meisten Studien Einzelsitzungen oder kurzfristige Trainingsprotokolle sind¹⁵. Da Ultraschall bei funktionellen Aufgaben angewendet wurde und es Hinweise darauf gibt, dass Golfer die Voraktivierung der Tiefenmuskulatur in der Setup-Position erhöhen können, sollte die Forschung als nächstes die Verwendung von Ultraschall-Biofeedback untersuchen, um die schräge Muskeldicke während des Golfschwungs zu erhöhen.

Daher zielt diese Methodik darauf ab, Ultraschall als Rückkopplungsmechanismus zu verwenden, um die Aktivierung und das Timing der Bauchschrägen während des Golfschwungs zu verbessern.

Protokoll

Das vorliegende Protokoll war Teil einer Studie, die vom Institutional Review Board der University of Central Florida genehmigt wurde. Für die vorliegende Studie wurde von allen menschlichen Teilnehmern eine Einwilligung nach Aufklärung eingeholt. Um in die Studie aufgenommen zu werden, mussten die Teilnehmer zwischen 18 und 75 Jahre alt sein, im vergangenen Jahr mindestens einmal pro Monat oder in den letzten 2 Monaten einmal pro Woche Golf spielen, seit mindestens 2 Jahren Golf spielen und in den letzten 12 Monaten mindestens zwei Episoden von Rückenschmerzen hatten. Die Ausschlusskriterien waren Gleichgewichtsstörungen, aktuelle Schwangerschaft, Operationen am unteren Rücken oder an den unteren Extremitäten im vergangenen Jahr oder eine offene Wunde im Bauchbereich, wo der Schallkopf platziert werden muss.

1. Ultraschallaufbau und Datenerfassung

1. Öffnen und schalten Sie das Ultraschallgerät (siehe Materialtabelle) mit der Ein- /Aus-Taste ein.
2. Drücken Sie die Taste Patient auf der Tastatur, um einen neuen Patienten hinzuzufügen, und wählen Sie Neuer Patient auf der linken Seite des Bildschirms aus.
   1. Geben Sie die gewünschte Patienten-ID-Nummer ein, stellen Sie sicher, dass MSK als Untersuchungstyp ausgewählt ist, und klicken Sie auf Registrieren. Beenden Sie, um die Prüfung zu beginnen und gehen Sie in den B-Modus.
      HINWEIS: Ultraschalleinstellungen in MSK Abdominal Preset, B-Modus: B-Farbe = Tint Map D, Write Zoom Height = 4, Write Zoom Width = 4, Thermal Index = Tls, ATO Level = Low, Focus Number = 2, Focus Number CrossXBeam = 2, Focus Depth = 50, Depth (cm) = 3, Compression = 1, Focus Width = 1, Focus Width CrossXBeam = 1, Line Density = 3, Line Density CrossXBeam = 3, Suppression = 0, Frame Average = 4, From Average CrossXBeam = 2, CrossXBeam 2, CrossXBeam # = Low, CrossXBeam Type = Mean, Edge Enhance = 3, B Steer = 0, Gray Scale Map = Gray Map C, Gain = 34, Dynamic Range = 69, Rejection = 0, Frequency (MHz) = 12.
3. Positionieren Sie den Linearaufnehmer im elastischen Band, indem Sie den Kopf des Linearwandlers durch einen horizontalen Schlitz in der Mitte des Bandes platzieren (siehe Materialtabelle). Als nächstes tragen Sie ein bis zwei Schaumstoffblöcke auf, um den Wandler an seinem Platz zu befestigen.
   1. Tragen Sie Ultraschallgel (siehe Materialtabelle) auf den linearen Schallkopf auf. Positionieren Sie den Schallkopf an der seitlichen Bauchdecke, ca. 10 cm seitlich zum Nabel⁸.
   2. Befestigen Sie den Gurt mit den Klettverschlüssen am Teilnehmer. Stellen Sie sicher, dass der Gurt fest genug ist, damit der Schallkopf senkrecht zur seitlichen Bauchdecke⁸ befestigt ist.
   3. Passen Sie bei Bedarf die Tiefe und Verstärkung (Helligkeit) des Ultraschalls an, um ein klares Bild der Faszienränder und der Muskeldicke des äußeren schrägen, inneren schrägen und transversalen Bauches zu erhalten. Stellen Sie sicher, dass der Faszienrand des Querabdomis in dieser Längsansicht am Bildschirmrand sichtbar ist (Abbildung 1)⁸.
      HINWEIS: Die Tiefe hängt von der Größe des zu messenden Individuums ab, aber stellen Sie sicher, dass die tiefe Fasziengrenze des Querabdominis sichtbar und das Bild klar ist.
   4. Sobald das Bild klar ist, positionieren Sie den Patienten so, dass er die Aufgabe widerspiegelt, die er erledigen wird. Wenn sie beispielsweise einen Golfschwung ausführen, lassen Sie sie in ihrer Setup-Position stehen. Drücken Sie Einfrieren und dann Speichern , um ein statisches Bild aufzunehmen, es in der Untersuchung des Patienten zu speichern und in Echtzeit zu messen oder später darauf zuzugreifen, um die Muskeldicke im Ruhezustand zu messen.
      HINWEIS: In Abbildung 1 finden Sie ein Beispiel für ein klares Bild der seitlichen Bauchdecke mit B-Mode-Ultraschall.
4. Wählen Sie erneut Einfrieren aus, um zum Live-Imaging zurückzukehren. Drücken Sie Store , um die Aufnahme im B-Modus zu starten. Überprüfen Sie in der unteren rechten Ecke des Bildschirms, ob ein Timer beginnt und hellgrün hervorgehoben ist, um anzuzeigen, dass ein Video aufgenommen wird. Weisen Sie den Teilnehmer an, einen vollen Golfschwung zu machen, sobald die Aufnahme begonnen hat.
   1. Drücken Sie erneut auf Speichern , um das Video zu beenden und in der Prüfung zu speichern.
      HINWEIS: Gespeicherte Bilder und Videos werden unter dem aktiven Bild angezeigt, wobei bis zu fünf pro Zeile sichtbar sind. Wählen Sie den Cursor aus, durch den Sie blättern möchten, oder wählen Sie vorherige Bilder aus.
5. Wiederholen Sie Schritt 1.4 so oft wie für die Studie erforderlich. Passen Sie die Position der Ultraschallsonde innerhalb des Schaumstoffblocks nach Bedarf an, wenn das Bild verschwommen wird.
   HINWEIS: Typische Protokolle, die Biofeedback- und Nicht-Biofeedback-Bedingungen vergleichen, verwenden zwischen 3 und 10 Wiederholungen pro Bedingung^11,17.
   1. Überprüfen Sie das Video nach jeder Testversion auf Bildklarheit. Wenn das Bild an irgendeinem Punkt reflexionsarm (vollständig schwarz) wird, zeigt dies an, dass sich die Ultraschallsonde während des Schwungs bewegt hat. In einem solchen Fall die Studie ausschließen und erneut messen.
6. Lassen Sie den Patienten nach jedem Schwung so positionieren, dass er den Ultraschallbildschirm sehen kann. Öffnen Sie die neueste Testversion.
   1. Geben Sie einen kurzen Überblick und eine Beschreibung der Muskeln von Interesse (für eine Rotationsaufgabe umfasst dies die äußeren und inneren Schrägen). Beschreiben Sie, wie die Muskeln während der Bewegung dicker werden sollten, und zeigen Sie ihnen ihre Prüfung, indem Sie basierend auf jedem Versuch eine Ausbildung anbieten.
   2. Wenn die Schrägen beispielsweise während der gesamten Aufgabe relativ gleich groß bleiben, weisen Sie sie an, sich beim nächsten Versuch zu konzentrieren, ihre Rumpfmuskulatur während der gesamten Bewegung kraftvoll zusammenzuziehen, anstatt den Rumpf passiv zu drehen.
      HINWEIS: Die Betonung der Rumpfrotation als Energiequelle während eines Golfschwungs ist ein gemeinsames Merkmal von höher qualifizierten Golfern¹⁸. Bei Drehbewegungen ist es in der Regel nicht möglich, während der Aufgabe Biofeedback zu geben. Daher wird davon ausgegangen, dass die Rückmeldung nach jeder Studie akzeptabel ist¹⁹.
7. Wiederholen Sie die Biofeedback-Tests für so viele Versuche wie gewünscht. Stellen Sie die Ultraschallbilder sowie verbale Hinweise oder Anweisungen nach jedem Versuch bereit und passen Sie das Cueing nach Bedarf an.

Abbildung 1: Aufnahme der rechten seitlichen Bauchdecke bei ruhigem Stehen . (A) Äußerlich schräg. (B) Intern schräg. (C) Querabdominis. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

2. Ruhe-Bildverarbeitung

1. Öffnen Sie das erste ruhende Bild zum Messen. Fahren Sie mit dem Cursor über das gewünschte Bild aus der Bibliothek unter dem aktiven Bild und klicken Sie auf Enter.
   1. Klicken Sie auf Einmal messen , um das Messwerkzeug zu öffnen. Klicken Sie auf Enter, wenn sich der Cursor über dem oberen Faszienrand des interessierenden Muskels befindet.
      HINWEIS: Für die vorliegende Studie wurden die äußeren und inneren Schrägen gemessen, da sie die Muskeln von Interesse sind, aber man kann in dieser Ansicht auch den transversalen Bauch messen.
   2. Klicken Sie erneut auf Enter, sobald sich der Cursor über dem unteren Faszienrand befindet.
      HINWEIS: Die Länge des gemessenen Segments wird im unteren linken Teil des Bildschirms angezeigt, gemessen in Zentimetern. Notieren Sie diese Länge in einer Tabelle, die so organisiert ist, dass sie den Namen / die Nummer des Teilnehmers oder Patienten und die Muskeldicke der Ruhe enthält.
2. Wiederholen Sie die Schritte 2.1.1-2.1.2 für alle Bilder, die sowohl für die äußeren als auch für die internen Schrägbilder gemessen werden müssen.

3. B-Mode Videoverarbeitung

1. Sobald die gewünschte Anzahl von Videos aufgenommen wurde, öffnen Sie das erste zu verarbeitende Video. Bewegen Sie den Mauszeiger mit dem Cursor über das gewünschte Bild aus der Bibliothek unter dem aktiven Bild und klicken Sie auf die Schaltfläche Enter .
2. Passen Sie den Anzeigerahmen innerhalb des B-Mode-Videos an, bis der erste Frame erreicht ist. Bestimmen Sie die gewünschte Abtastrate.
   ANMERKUNG: In der bisherigen Literatur wurden 10%-Intervalle der Gesamtrahmen von 0%-100% für die Analyse verwendet, aber man kann mehr oder weniger verwenden, abhängig von den Zielen²⁰.
3. Sobald der gewünschte Rahmen geöffnet ist, verwenden Sie das Messwerkzeug . Klicken Sie einmal auf die Schaltfläche, um das Werkzeug zu öffnen, platzieren Sie den Cursor auf der oberen Fasziengrenze des interessierenden Muskels und klicken Sie auf Enter , um das erste Ende der Messung zu platzieren.
4. Ziehen Sie die Messlinie an den unteren Faszienrand des interessierenden Muskels und klicken Sie erneut auf Enter , um die Messung abzuschließen.
   HINWEIS: Die gemessene Entfernung wird unten links auf dem Bildschirm angezeigt.
5. Drücken Sie Store , um das gemessene Bild zu speichern.
6. Zeichnen Sie die Messung in einer Tabelle auf, die nach Teilnehmer- oder Patientenname/-nummer, Rahmennummer und Dickenmessungen organisiert ist. Kehren Sie zum ursprünglichen B-Mode-Videoframe zurück (Schritt 3.2).
7. Scrollen Sie zum nächsten zu analysierenden Frame. Wenn man beispielsweise 11 Zeitpunkte (10% Intervalle von 0%-100%) eines Swings abtastet, der 100 Frames erfasst hat, wird man jetzt Frame 10 verwenden (d.h. 10/100 entspricht Frame 10 von 100 Gesamtframes).
   1. Wiederholen Sie die Schritte 3.3-3.4, um den nächsten Frame zu messen.
8. Wiederholen Sie Schritt 3.7, bis alle gewünschten Frames gemessen wurden.
9. Fahren Sie mit dem nächsten Video fort und wiederholen Sie die Schritte 3.1-3.8, bis alle Videos gemessen wurden.
   HINWEIS: In Abbildung 2 finden Sie eine Zusammenstellung der verarbeiteten Frames in den Phasen eines Golfschwungs.

4. Berechnung der Aktivierungsquote

HINWEIS: Ein Aktivierungsverhältnis wird üblicherweise verwendet, um den Grad der Muskeldickenänderung ^8,9,11 zu bestimmen. Die Formel für das Aktivierungsverhältnis lautet kontrahierte Dicke (cm)/Ruhedicke (cm).

1. Um das Aktivierungsverhältnis zu einem bestimmten Zeitpunkt zu bestimmen, messen Sie die Dicke, indem Sie Schritt 3 ausführen. Teilen Sie diesen Wert durch die Ruhebildstärke aus Schritt 2.

Abbildung 2: Frame-by-Frame-Analyse eines B-Mode-Videos auf der Trailseite (rechts) seitlichen Bauchdecke eines rechtshändigen Golfers. EO = extern schräg; IO = intern schräg. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Ergebnisse

	Keine Rückmeldung			Biofeedback
Schwungdauer	Äußere Schrägstärke (cm)	Innendicke schräg (cm)	Kombinierte schräge Dicke (cm)	Äußere Schrägstärke (cm)	Inn...

Diskussion

Die Bereitstellung von Ultraschall-Biofeedback nach einer rotationsbasierten Sportbewegung wie einem Golfschwung kann verwendet werden, um die Muskeldicke der seitlichen Bauchdecke zu erhöhen. Wie die repräsentativen Ergebnisse zeigen, kann ein einziger Versuch mit Ultraschall-Biofeedback zu einer kurzfristigen Steigerung der schrägen Muskelaktivität während eines Golfschwungs führen.

Frühere Forschungen haben auch B-Mode-Ultraschall verwendet, der mit einem elastischen Gürtel bei dyna...

Materialien

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