腱板断裂患者の上腕骨内転筋に対する神経筋電気刺激：観察研究

参加者 パイロット研究に基づいて、30 人の患者のサンプル サイズは、エフェクト サイズ 0.5 (NMES の有無で肩肩上腕骨の距離の差 = 0.9 mm) で 80% の出力を提供するように計算されます。 腱板断裂の被験者は、国立台湾大学病院 (NTUH) の整形外科または理学療法・リハビリテーション科から募集されます。 すべての被験者には、実験に参加する前に書面によるインフォームドコンセントが提供されます。 この研究はNTUH治験審査委員会によって承認されています。

計測機器 三次元電磁運動追跡システム MotionMonitor ソフトウェア (米国イリノイ州シカゴの Innovative Sports Training, Inc.) を備えた電磁運動解析システムである Polhemus 3Space FASTRAK® (Polhemus Inc.、米国バーモント州コルチェスター) は、 3 次元の肩甲骨の運動学を追跡および収集するために使用されます。 3 つのセンサーは粘着テープで肩峰と胸骨の平らな骨表面に、また粘着テープでベルクロ ストラップを介して外側上顆と内側上顆の間の上腕骨遠位に取り付けられます (図 1)。 他のセンサーはスタイラスによって取り付けられ、胸骨切痕、剣状突起、C7 椎骨、T8 椎骨、T12 椎骨、前後肩甲上腕関節、肩鎖関節、脊椎の根元などの骨のランドマーク上の 3 次元位置をデジタル化します。肩甲骨、肩甲骨下角、外側上顆および内側上顆を使用して肩の複雑なモデルを構築します。 各受信機は、120 更新/秒をセンサーの数で割った速度でサンプリングされます。

超音波検査 (USG) 測定 L154BH リニアアレイ 4 ～ 15MHz 広帯域トランスデューサを備えた BenQ T3300 タブレット超音波システム (BenQ Medical Technology Corp.、台湾、台北) は、3 つの能動的外転位置 (0 点) における AHD の非侵襲的評価に使用されます。肩の外転の°、60°、および 90°）。 リアルタイム イメージングは​​高速 B モード スキャンで実行され、次の設定でイメージを生成します。ゲイン、66 ～ 68。ダイナミックレンジ、75;持続性、3。 QScan、4、シャープネスとスムージング用。グレーマップ、3;クロマ0;ステアリング角、0;およびトランスデューサー、5.5 MHz。 この USG の最小測定距離は 1 mm で、誤差は ± 5% 未満です。

神経筋電気刺激 (NMES) デュアル制御可能なチャネルと手動スイッチを備えたポータブル マシン GM300TE COMBO NMES (Gemore Technology Co., Ltd.、新北市、台湾) が PM と TM に適用されます。 以前の研究によると、筋力の生成は刺激の周波数、パルス幅、強度によって調節されます。 それは、刺激された振幅とパルス持続時間に応じて直線的に増加します。 ユニットの電子機器は、出力周波数 50 Hz、パルス幅 300 マイクロ秒の電気インパルスを生成します。 実験全体を通じて、同期 (S) モードと非対称矩形波パルスが使用されます。 振幅は、最大許容強度の自己認識による筋運動レベルの収縮として設定されます。 強傷性刺激の時間は 7 秒で、筋肉疲労を避けるために刺激の間隔は 20 秒です。 近くの筋肉への刺激による干渉を最小限に抑えるために、2 つの円形電極が各内転筋に使用されます。

表面筋電図 (sEMG) 筋肉の活動は、16 ビット A/D コンバータから 16 ビット D/A アナログ コンバータへの分解能で 1000 Hz/チャネルで収集されます (モデル MP 150、Biopac Systems Inc.、Aero Camino Goleta、カリフォルニア州、米国)。 このシステムには、電極間距離 (中心間距離) 20 mm の塩化銀円形電極 (直径: 10 mm、Ludlow Company LP、マサチューセッツ州チコピー) のペアが含まれています。 収集された信号は、ゲイン 1000 dB、同相モード除去比 (CMRR) 86 dB (60 Hz) の Grass AC/DC アンプ (モデル 15A12、Astro-Med Inc.、ウェストワーウィック、ロードアイランド州、米国) で増幅されます。 、帯域幅 (-3 dB) は 10 ～ 1000 Hz です。 全帯域幅データ (データ収集および分析システム ソフトウェア、AcqKnowledge、Biopac、Aero Camino Goleta、CA によって取得) は、二乗平均平方根 (RMS) アルゴリズムを使用して削減され、1 秒あたり 50 サンプルの実効サンプリング レートのエンベロープが生成されます。 データ分析のために、各タスクの 3 回の試行の平均が計算されます。

力測定システム 力感知測定システム (FlexiForce ELFTM、台湾、新北市) は、3 つのシングルポイント FlexiForce B201 センサー、USB インターフェイス電子機器を含む 1 つのハンドル、および Windows 互換ソフトウェアを組み合わせています。 3 つの円形センサー (直径 9.53 mm、厚さ 0.203 mm) は、最小の力の範囲 (4.4 ～ 111 mm) を検出できます。 それぞれ N)、中レベル (111 ～ 667 N)、および高レベル (667 ～ 4448 N)。 これにより、最大自発的等尺性収縮中のさまざまな力を適切なセンサーで測定できるようになります。 センサーが力を検出すると、ソフトウェアはリアルタイムのバイオフィードバックとして検出された力のヒストグラム、曲線グラフ、または数値を表示します。 データ収集のサンプリング レートは 200 Hz に設定されています。

手順 男性被験者はシャツを脱ぐように求められ、女性被験者は実験中ずっと背中の開いた水着を着用するように求められます。 被験者は、カスタマイズされた鉄のリング上の力センサーに対して、それぞれ等尺性外転および内転最大等尺性収縮テストを行うように求められます。 最大力は、等尺性最大等尺性収縮タスク中の平均値として同時に記録されます。 次に、上腕骨の遠位部分を取り囲むカスタム設計の動的ゴニオメーターを使用して、3 つの外転位置 (安静位置、60° および 90°) で USG プローブによって肩肩上腕骨距離を評価します。 USG プローブは、上腕骨骨幹と平行に、肩峰前縁の前面全体に適用されます。 各位置に 3 つの画像が必要です。 各画像の間に 22 秒の間隔があり、筋肉の疲労を防ぎます。 USD イメージングの後、大円筋と大胸筋の領域をアルコールできれいに拭き、皮膚のインピーダンスを下げるためにこすり洗いした後、sEMG 電極を大円筋と大胸筋に配置します。 電極を配置した後、被験者は力測定センサーが手首に接触した状態で自然な座り姿勢で腕をぶら下げます。 各被験者は、リアルタイムの力値フィードバックに基づいて、最大力の 60% でそれぞれ等尺性外転および内転課題の 5 回の試行を実行します。

その後、腕挙上時の肩甲骨の運動学を FASTRAK により 5 回の試行で測定します。 まず、理学療法士がセンサーを取り付けて肩のローカル座標系を構築します。 次に、操作者は対象者に腕を上げて角度が 90°を超えていることを確認し、肩甲骨を後退させてシステムに表示される肩甲骨の内外旋の軸方向を確認します。 次に、被験者は 3 秒以内に快適な速度で腕をできるだけ高く上げ、その後ゆっくりと腕を開始位置まで下げるように指示されます。 1 Hz に設定された可聴メトロノームは、昇降タスク中の合図として使用されます。

すべての被験者は、NMES で同じ評価を実行するように求められます。 大円筋または大胸筋への NMES 適用の順序はランダムになります。 すべての最適な NMES アタッチメントは、モーター ペンによる採用活動によって確認されます。 続いて、最大許容強度が確保され、3 つの外転位置で記録されます。 次に、腕挙上中の肩甲骨の運動学と、特定の腕の位置での肩肩上腕距離の測定が、ターゲット内転筋の 1 つに対する NMES 中に実行されます。 被験者は、肩肩上腕距離測定中の各試行で、NMES を使用して特定の腕の位置を少なくとも 3 秒間保持するように求められます。 さらに、腕を上げる際の肩甲骨の運動学的追跡中、NMES は少なくとも 7 秒間維持されます。 評価後の 10 分間の休憩の後、別の内転筋に対する NMES が実施されます。 NMES 刺激後、被験者は直ちに共収縮の評価を実行します。 等尺性外転と内転の両方の筋活動データは、NMES の前後ですぐに収集されます。 次に、腕挙上中の肩甲骨の運動学のデータと、安静時および肩外転 60°および 90°での肩肩上腕間距離が分析されます。

統計分析 データは、社会科学統計パッケージ (SPSS) バージョン 22 (International Business Machines Corp.、ニューヨーク、米国) で分析されます。 Shapiro-Wilk テストは、正規性をテストするために使用されます。 正規分布では、二元配置分散分析 (肩肩上腕距離測定の 3 条件 x 3 位置および肩甲骨の運動学の 3 条件 x 6 位置) が使用されます。 アルファ レベルは両側検定で 0.05 に設定されます。 正規分布を使用しない場合、データ分析にはノンパラメトリック検定 (フリードマン検定) が使用されます。 ベースラインと NMES 直後の共収縮率は、分布が正規であるかどうかに関係なく、t 検定または Wilcoxon 符号付き順位検定によって比較されます。