肘部运动麻醉的标准化测量方法

摘要

在这里，我们提出了一个标准化的测量肘部无源运动麻醉使用阈值检测被动运动（TDPM），适合研究设置。

摘要

感知是受控运动的重要组成部分。被动运动检测阈值（TDPM）是一种常用的方法，用于量化运动麻醉的自得性亚模位。已发现 TDPM 范式是有效和可靠的;然而，用于 TDPM 的设备和方法因研究而异。特别是，用于产生四肢被动运动的研究实验室设备通常是由个别实验室设计的，或由于成本高而无法进入。需要一种标准化、有效且可靠的方法，使用现成的设备测量 TDPM。该协议的目的是提供一种标准化的用于测量肘部 TDPM 的标准化方法，该方法经济、易于管理，并且能够产生定量结果，用于基于研究的设置中的测量目的。这种方法在20名没有神经损伤的健康成年人和8名慢性中风成年人身上进行了测试。结果表明，该方法是量化健康成年人肘部TDPM的可靠方法，为有效提供了初步支持。寻求设备可负担性和测量精度之间的平衡的研究人员最有可能发现这种协议的好处。

引言

可感知信息是控制人类运动的重要贡献者。治疗性缺陷伴随广泛的神经疾病，如中风^{1，2，3，4，5，6，,2,3,4,5,6}帕金森病^7，和感觉神经病变^8。骨科损伤，如韧带和肌肉撕裂也已被证明减少自受功能^9。通过检测手指或脚^,趾位置^{10、11、12、13、1413}的提供者应用的小改变^，在,12临床结果测量中经常测试自理^的14构造。这种测量结果比较粗糙:"缺席"，"受损"，"正常^"12。虽然足以检测严重自得性损伤，但实验室机械测试方法需要精确测量细微的自感性损伤14、15、16。^14,15,16

研究人员和临床医生经常将自适应分为子模式进行测量。最常见的自理性亚模式是关节位置感（JPS）和运动麻醉，通常定义为运动感^{3，16，17。,173,}关节位置感通常通过主动匹配任务进行测试，其中个体复制参考关节角度^{18，19。18,}运动麻醉通常使用阈值来测量被动运动（TDPM），参与者的肢体被被动地缓慢移动，参与者指示运动首次检测到的点16、17、19。^16,17,19TDPM 的测量通常需要使用专用设备来提供缓慢的被动运动，并表示检测点¹⁷。

使用 TDPM 方法 9、16、19、20、21、22^{9,16,19在不同的关节,}中发现了^{,有效可靠的结果}。然而，TDPM设备和方法存在相当大的差异，对^16、17号研究^{的结果进行比较提出了挑战}。实验室经常开发自己的肢体运动和测量设备，或使用昂贵的商业设备和^软件16。被动运动速度也各不相同;运动速度已知会影响检测阈值^{7，16，23。,237,}需要一种标准化、易于重复的方法，能够对一系列损伤水平进行 TDPM 定量测量。由于每个关节的解剖学和生理学不同，协议应是关节特定的^19。此处概述的协议特定于肘关节。但是，此协议的方法可能有助于为其他关节建立协议。

为了提高传感器运动研究实验室的通用性，提供弯头 TDPM 测试无源运动的首选设备将以经济实惠的价格在商业上提供。为此，选择了弯头连续无源运动 （CPM） 机器（可用速度范围 0.23°/s = 2.83°/s）来产生电动一致的运动。CPM 机器常见于康复医院和医疗用品商店，可以租用或借用，以降低研究成本。其他设备要求包括传感器运动实验室（即电磁计和电图 （EMG） 传感器）和硬件商店（如 PVC 管道、串和胶带）中常见的项目。

测试了两个不同的组，以探索此 TDPM 协议的测量特性:健康成人和慢性中风成人。对于患有慢性中风的成年人，对肺病（即受影响较小）手臂进行了测试。慢性中风成人的动血性肘部的动动感在临床测试中可能看起来正常，但使用定量实验室方法^{5、15进行评估时受损}。此示例说明了开发和使用敏感和精确的躯体感官损伤测量的重要性，并使它成为用于测试目的的有用人群。为了验证此协议，我们使用了已知的组方法²⁴。我们比较了TDPM和另一种运动麻醉的定量测量，简要运动麻醉测试（BKT）。BKT已被证明对中风后²⁵的上肢损伤敏感。本研究使用了基于平板电脑的版本 （tBKT），因为它与 BKT 的测试相同，在平板电脑上进行管理，试验更多。tBKT已被证明是稳定的一个星期的测试重新测试测量和敏感自感知击倒²⁶。假设肘部 TDPM 和 tBKT 结果将相关，因为肘部的传感器运动控制有助于 BKT 性能²⁶。

本文的目的是概述一种使用通用设备可重复的弯头DDPM测量标准化方法。提出了有关该方法的可靠性和初始有效性测试的数据，以及对于没有已知病理学的人和那些被推测有轻度躯体感觉损伤的人使用的可行性。

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研究方案

圣斯科法斯塔学院的机构审查委员会批准了根据该议定书进行开发和测试的研究。

1. 制作视觉屏幕

1. 将直径为 3×4 英寸（1.9 厘米）的 PVC 管道切割成各种长度:两块 30 英寸（76.2 厘米）件（屏幕底座）;两个 8 英寸（20.3 厘米）件（屏幕底座）;一块 44 英寸（111.8 厘米）件（垂直屏幕支撑）;和一块 32 英寸（81.3 厘米）件（屏幕织物支架）。
2. 将端盖放在每块 30 英寸（76.2 厘米）的一端，另一端放置 90° PVC 弯头。将 8 英寸（20.3 厘米）的零件插入两个弯头的剩余开端。将两块 8 英寸（20.3 厘米）的开端与 PVC T恤连接，以创建屏幕底座。
3. 将 44 英寸（111.8 厘米）PVC 片件插入 PVC T恤的垂直部分，以创建屏幕的垂直支撑。将 45° PVC 弯头放在 44 英寸（111.8 厘米）件的开端。将 32 英寸（81.3 厘米）的片件插入 45° PVC 弯头的开端，以创建屏幕织物支架。将端盖放在 32 英寸（81.3 厘米）件的开端上。
4. 将餐具放在彼此的顶部，以确保织物不透明度。用运动胶带固定到 32 英寸（81.3 厘米）的一块。在图 1 中可以看到完全 组装的屏幕。

2. 准备测试设备

1. 根据制造商的说明校准电磁计和肌电图 （EMG） 传感器。
2. 打开连续被动运动 （CPM） 机器并激活 扩展/弯曲 模式。编程 CPM 机器以 0.23°/s 的速度移动 90° 至 130° 的弯头延伸。

3. 参与者准备 TDPM 测试

1. 将学员坐在标准高度椅上（18 英寸/45.7 厘米），确保坐在地板上，双脚平。
2. 使用标准化脚本为 EMG 传感器和电感计放置的学员进行口头准备:"首先，我准备您的皮肤连接传感器。他们将有助于记录运动，并确保你的肌肉在测试期间放松。我要在你的手臂上标记地标，并开始连接传感器，这样您就可以在我放置你的位置放松一下。
3. 连接二头肌布拉奇和三头肌胸罩 EMG 传感器。
   1. 手动抵抗肘部弯曲，以定位二头肌胸肌肌肉腹部，并标记肌肉腹部的中心点与一个小点的可洗标记，以表示 EMG 传感器放置的位置。通过去除死皮细胞，然后用酒精拭子擦洗，然后连接 EMG 传感器来准备皮肤。
   2. 手动抵抗肘部延伸，以定位三头肌胸毛侧头的肌肉腹部，并在肌肉腹部的大块处用一个小点的可洗标记标记标记中心点，以表示 EMG 传感器放置的位置。通过去除死皮细胞，然后用酒精拭子擦洗，然后连接 EMG 传感器来准备皮肤。
   3. 通过唤起等轴二头肌胸围收缩，然后进行等轴测三头肌胸围收缩，并观察E姆格激活，测试E姆格功能。
4. 将电测仪连接到学员。
   1. 确定手腕的后侧中点，并标记可洗标记。
   2. 用可洗标记来标记横向史诗和标记的最突出的方面。
   3. 用可洗标记，将腐殖质的较大块茎打上。通过根据需要通过腐殖质的内部和外部旋转被动移动测试臂，验证更大的块茎位置。
   4. 使用纸胶带将字符串的一端连接到横向史诗标记。拉紧绳子，将其与后手腕中点标记连接。
   5. 使用可洗标记沿近行前臂沿字符串跟踪一条线。
   6. 将字符串的自由端移动到较大的块茎标记，然后拉紧字符串。
   7. 使用可洗标记沿细心腐殖质跟踪一条线，然后删除字符串。
   8. 将电神仪的远角桨沿追踪线的路径放置，从横向史诗标记处放置 1.5 英寸（3.8 厘米）。
   9. 将电测仪的近角桨沿追踪线的路径放置，1.5 英寸（3.8 厘米）从横向史诗标记近角放置。使用纸胶带将电磁力计的剩余部件固定到皮肤上。
5. 将学员的上肢舒适地定位在 CPM 机器中。
   1. 调整 CPM 机器的高度和方向，实现 90° 下垂平面肩部弯曲、90° 弯头弯曲和中性前臂的位置。将学员的横向史诗与 CPM 机器的旋转轴对齐。
   2. 调整 CPM 机器手部支撑，与学员手掌舒适地配合使用，并通过腕带固定前臂。 图 1 显示了 TDPM 测试的最终参与者设置。

4. TDPM 测试的管理

1. 通过以下标准化的口头信息通知学员测试过程:"在测试期间，机器将非常缓慢地移动以拉直或弯曲您的肘部。我们将在每次审判开始时说"开始"，将有八项审判。当我说开始的时候，机器可能会动，也可能不移动你的手臂。请一感觉手臂移动时按下按钮，但只能在感觉移动时按下按钮。如果您没有运动，我们将在一段时间后停止试验;尽量注意，直到我们停止审判。这是您将使用的按钮。请马上按按钮进行测试。
2. 向学员分发电动记分器事件标记触发开关并测试开关。
3. 告知学员程序的其他方面:"在每次试用之间，无论您的手臂是否移动，我们将从机器中拿出您的手臂并拉直它，然后放回机器中。请保持放松。对考试有任何问题吗？我们将在此测试期间使用此窗帘阻挡您的视力，并将此听力保护放在耳朵上，以最大限度地减少测试期间可能听到的任何声音。
4. 通过阻止要测试的手臂视图和使用可视屏幕的 CPM 机器来遮挡视觉输入。在参与者的肩膀上拖曳屏幕材料，以避免手臂运动期间的感官输入。通过在参与者上放置降噪耳机来减少听觉输入（参见图 1）。
5. 大声地状态"开始"，并等待相应的时间量每次试验之前启动移动的CPM机器，以减少参与者猜测何时移动将开始^19。标准化延迟时间见表 1。

试用编号	1	2	3	4	5	6	7	8
延迟（s）	1	抓住	3	1	2	抓住	3	1

表1:标准化时间延迟和捕获审判地点。包括各种试用开始时间延迟，以防止参与者尝试猜测何时开始移动。捕获试验包括测试参与者是否实际检测运动^{19，31。19,}

6. 通过监测E姆格传感器反馈读数，观察二头肌布拉奇和三头肌布拉奇肌肉的激活，以确保参与者不会尝试使用主动运动来帮助运动检测。
   1. 如果注意到肌肉激活，停止试验，并使用以下标准化脚本:"您的肌肉正在激活。在测试过程中，请尽量保持手臂放松。此试验应注意排除在数据分析之外，研究人员将重置参与者，然后 CPM 开始下一个试验（协议步骤 4.7）。
7. 在每次试用之间，从 CPM 机器上卸下学员的测试臂，然后将 CPM 机器返回到 90° 启动位置。被动移动参与者的肘部通过完全延伸，然后回到90°弯曲，以标准化肌肉主轴运动历史^{27，28。27,}将手臂放回 CPM 机器中，进行下一次试验。
8. 完成8项试验，包括两次"抓捕"试验，其中参与者的手臂未移动^19。当参与者按下触发开关时，或在未按下触发开关时，或在 15 秒后终止每个试验（捕获和非捕获）。
9. 如果在捕获试验期间，参与者口头报告他们无法感觉移动，或按下触发开关，请使用以下标准化响应:"您的手臂在试用期间实际上没有移动。我知道这很难感觉到，机器移动得很慢;一旦您感觉到手臂移动或手臂位置发生变化，请尽量集中注意力并按下按钮。

5. 参与者的 TDPM 分数的计算

1. 使用电磁力计跟踪，确定 CPM 机器运动开始点以及参与者按下触发开关的电磁力计角度测量，指示感觉到了移动。有关代表性示例，请参阅图 2。

图 2:带检测点的电测仪跟踪示例。显示电磁力计线跟踪（绿线）、连续无源运动（CPM）机器运动的起点，以及检测到参与者指示移动的点（第一个蓝峰）。试验开始时（粉红色圆圈）和检测点（橙色圆）的电磁度计读数之间的差值决定了该试验的 TDPM 值。 请单击此处查看此图的较大版本。

2. 从最终角度减去起始角度，从而确定 CPM 移动的度数;这是该试验的参与者的肘部 Tdpm 值。
3. 要确定参与者的总体 TDPM 分数，请从六个非捕获试验中删除最小和最大的 TDPM 值，然后平均其余四个试验分数²⁹。

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结果

参与者:
使用此处介绍的协议，肘部 TDPM 在两组不同个体的学术研究实验室中测量:20 名健康成人和 8 名慢性中风患者。这两组的参与者都是使用传单、电子邮件和口碑从社区招募的。对健康成年人（14名女性，6名男性;平均年龄（SD）=28岁（7.9岁）;19名右撇子和1名左撇子）进行了测试，为未受影响的人口产生代表性的结果。纳入标准为:18至85岁;能够遵循在初始会议上通过筛选确定的?...

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讨论

提出的协议描述了如何使用通用 CPM 机器以标准化方式测量弯头 TDPM 以提供被动运动。在20名健康参与者中，平均肘部TDPM测量结果与之前使用其他TDPM测量^,方法^,7、19、32的⁷平均值相似，并在测试过程中产生了可靠的结果。³²慢性中风8名参与者中，平均肺肘的道发性TDPM与先前^{显示的5，15}的健康成年人口有显著差...

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材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
3/4 inch diameter PVC pipe	Charlotte Pipe		Pipe to be cut into lengths of: 30 inches/76.2 cm (x2); 8 inches/20.3 cm (x2); 44 inches/111.8 cm (x1); 32 inches/81.3 cm (x1).
3/4 inch diameter PVC pipe end caps (x3)	Charlotte Pipe
3/4 inch diameter PVC tee (x1)	Charlotte Pipe
45° PVC elbow (x1)	Charlotte Pipe
90° PVC elbows (x2)	Charlotte Pipe
Athletic tape	3M
Delsys acquisition software (EMGworks)	Delsys
Double-sided tape	3M
Duct tape	3M		Used to assist in removal of dead skin cells on participant's skin prior to EMG sensor placement.
Elbow Continuous Passive Motion (CPM) Machine	Artromot		Chattanooga Artromot E2 Compact Elbow CPM; Model 2038
Electrogoniometer	Biometrics, Ltd
Flour sack dishcloths (x2)	Room Essentials		Fabric used for creation of visual screen.
Handheld external trigger switch	Qualisys		Trigger switch used for electrogoniometer event marking.
Hearing occlusion headphones	Coby
Isopropyl alcohol	Mountain Falls
Paper tape	3M
Ruler with inch markings	Westcott
Standard height chair	KI
String	Quality Park		Approximately 15 inches of string needed. String used for standardization of electrogoniometer placement.
Trigno Goniometer Adapter	Delsys
Trigno Wireless Electromyography Sensors	Delsys
Washable marker	Crayola
Washcloth	Aramark		Used in combination with isopropyl alcohol for cleaning participant's skin prior to EMG sensor placement.