Un Test instrumentato Pull per caratterizzare le prove posturali

Riepilogo

Danno dei riflessi posturali, definito instabilità posturale, è difficile da quantificare. Le valutazioni cliniche come la prova di trazione soffrono problemi con affidabilità e scalabilità. Qui, presentiamo una versione instrumentata del test pull di caratterizzare oggettivamente posturali.

Abstract

Danno dei riflessi posturali, definito instabilità posturale, è un comune e invalidante deficit nella malattia del Parkinson. Per valutare i riflessi posturali, i medici impiegano tipicamente la prova di trazione a risposte correttive di grado a una perturbazione con le versioni precedenti alle spalle. Tuttavia, la prova di trazione è incline a problemi di affidabilità e scalabilità (Punteggio/4). Qui, presentiamo una versione instrumentata del test pull per quantificare precisamente posturali. Simile al test clinico, tira è amministrati manualmente tranne la forza di trazione è anche registrato. Gli spostamenti del tronco e piedi vengono catturati da un sistema di tracciamento del movimento semi-portatile. Dati grezzi rappresentano la distanza percorsa (in unità di millimetro), fare analisi e conseguente interpretazione intuitiva. La prova di trazione instrumentata rileva anche variabilities confonde la somministrazione di test pull d'influenza, come forza di trazione, quindi identificare e quantificare le potenzialità che possono essere rappresentati da tecniche statistiche. La prova di trazione instrumentata potrebbe avere applicazione negli studi che cercano di catturare prime anomalie posturali, tenere traccia di instabilità posturale nel tempo e rilevare le risposte alla terapia.

Introduzione

Riflessi posturali agiscono per mantenere l'equilibrio e la posizione eretta in risposta a perturbazioni¹. Danno di queste risposte posturali in patologie come il morbo di Parkinson provoca instabilità posturale, e comunemente porta a cade, ridotto poca fiducia e diminuito la qualità della vita^2,3,⁴. Nella pratica clinica, riflessi posturali in genere sono valutati con il test di tiro, dove un esaminatore vivacemente tira il paziente con le versioni precedenti alle spalle e visivamente grades la risposta^{5,6,7, 8}. instabilità posturale è solitamente valutato con scala di valutazione malattia (UPDRS di Unified Parkinson) (0 - normale a 4 - grave), come pubblicato dalla società di disordine di movimento internazionale⁵. Questo metodo è stato ampiamente utilizzato nella valutazione di individui con malattia di Parkinson ma soffre di scarsa affidabilità e scalabilità molto limitato (Punteggio/4)^6,7,9. Tirare i punteggi dei test spesso non correlano con endpoint clinici importanti come cascate e il rating basati su integer manca di sensibilità per rilevare cambiamenti posturali bene^10,11.

Laboratorio misure obiettive offrono informazioni precise circa la natura della risposta di equilibrio quantificando cinetico (ad es., il centro di pressione), cinematica (ad es. joint cilindrata goniometria/arto) e neurofisiologici (ad es., muscolo gli endpoint di reclutamento)¹². Questi metodi possono identificare anomalie prima di instabilità posturale è clinicamente evidente e tenere traccia delle modifiche nel tempo, comprese le risposte al trattamento^13,14.

Strumenti per quantificare l'instabilità posturale

Le tecniche convenzionali di posturografia dinamica utilizzano generalmente le piattaforme mobili. Le prove posturali risultante vengono quantificate utilizzando una combinazione di posturografia, elettromiografia (EMG) e accelerometria^12,15,16. Tuttavia, le risposte di ascendente delle perturbazioni di piattaforma - che evocano una risposta come scivolare sul pavimento bagnato, sono fondamentalmente diverse dalle risposte del test clinico pull - posturale discendente come può verificarsi quando viene urtato in mezzo alla folla. La prova emergente suggerisce perturbazioni del tronco resa caratteristiche posturali diverse da quelle di piattaforme^17,18,19in movimento. Di conseguenza, gli altri hanno tentato di perturbazioni del tronco in laboratorio utilizzando tecniche complesse, tra cui motori, pulegge e pendoli^15,20,21,22. Metodi di misura sono spesso costosi e inaccessibili e comprendono di video-based motion capture che richiede spazio dedicato a laboratori specializzati^20,21. Idealmente, un metodo oggettivo per caratterizzare il pull test le risposte dovrebbe avere eccellenti proprietà psicometriche, essere facile da amministrare, semplice da usare, ampiamente accessibili e portatile. Questo è importante per facilitare l'adozione diffusa della tecnica come strumento di valutazione alternativi per valutare le risposte posturali nell'ambito della ricerca e, potenzialmente, regolazioni cliniche.

Il Test instrumentato Pull

L'obiettivo di questo protocollo è quello di offrono ai ricercatori una tecnica per la valutazione oggettiva delle prove posturali per la prova di trazione. Un sistema di semi-portatile e ampiamente disponibili elettromagnetica motion capture è alla base della tecnica. La perturbazione coinvolge tira manuale che non richiedono sistemi meccanici specializzati. Questo metodo ha una sensibilità sufficiente per rilevare piccole differenze nei tempi di reazione posturali e ampiezze di risposta; di conseguenza, è adatto per l'acquisizione di potenziali anomalie votate da normale fino a instabilità posturale di grado 1 secondo la UPDRS (instabilità posturale con equilibrio senza assistenza recupero)⁵. Questo metodo può anche essere utilizzato per esplorare gli effetti della terapia su instabilità posturale. Il protocollo descritto qui è derivato da quella in Tan et al.²³.

Protocollo

Tutti i metodi descritti sono stati esaminati e approvati dal comitato etico locale ricerca umana a Melbourne salute. Consenso informato è stato ottenuto dal partecipante prima dello studio.

1. installazione dell'apparecchiatura

1. Preparare il Tracciatore movimento elettromagnetico con 3 sensori di movimento in miniatura secondo le linee guida del produttore. Prima della raccolta dei dati, garantire ogni sensore è campionata a un minimo 250 Hz, lo spostamento è misurato in unità di millimetro e rotazioni (pitch, rollio e imbardata) sono in gradi. Assicurarsi che tutti i filtraggi interne sono disabilitati, e la posizione dei sensori impostata per fare riferimento un origine statica (solitamente il trasmettitore elettromagnetico).
2. Apporre una cella di carico (intervallo di tensione minima 100 N, S-tipo raccomandato) del fascio di paziente a spalla-livello usando una corda con un diametro minimo di 10 mm.
   Nota: Il sistema di imbragatura e corda sono adatti per l'uso in partecipanti fino a 120 kg.
3. Collegare la cella di carico per unità di acquisizione dati (convertitore a/d).
4. Collegare il trigger dall'unità di acquisizione dati di output in un ingresso di trigger del tracker movimento affinché sincronizzato registrazione. Impostare l'unità di acquisizione dati per abbinare la tracciatura del movimento e disattivare tutti i filtri di campionamento.
5. Condurre l'esperimento in una stanza tranquilla per ridurre al minimo le distrazioni durante la valutazione. Lasciare sufficiente spazio per i partecipanti a prendere diverse misure correttive per ritrovare equilibrio.
   Nota: I pazienti con malattia di Parkinson e retropulsion sono noti per fare 5-6 passi indietro durante la prova di trazione.
6. Posto cade stuoia sul pavimento come misura precauzionale.
7. Pulire l'imbracatura, sensori e cavi con una salvietta disinfettante di grado ospedale prima di testare ogni partecipante.
   Nota: Registrazione Video (ad esempio, utilizzando una telecamera portatile su un treppiede) del test instrumentato tirare procedura è consigliata affinché eventuali irregolarità durante l'elaborazione dati può far riferimento contro i dati video di una prova.

2. partecipante selezione e preparazione

1. Identificare i partecipanti appropriati per lo studio: i partecipanti possono comprendere una gamma di età, condizioni di malattia e gravità dove posturali sono di interesse e valutazione di equilibrio in genere impiega il test clinico tirare. Garantire che i partecipanti possono stare in modo indipendente e generare una risposta di equilibrio correttive non che richiedono assistenza per recuperare (cioè, fino al grado 1 instabilità posturale secondo UPDRS).
2. Escludere qualsiasi persone con visione vestibolare, cardiovascolare e condizioni muscolo-scheletriche (comprese le persone che richiedono plantare del piede o stecche), che possono compromettere le prestazioni equilibrio salvo che ciò sia oggetto di indagine, quelli a contatto precauzioni e quelli sui farmaci noti per influenzare l'equilibrio o attenzione (ad es., antidepressivi, neurolettici, benzodiazepine, antiepilettici, antiaritmici e diuretici).
3. Indossare indumenti comodi larghi il giorno dell'esperimento e togliere le scarpe prima della procedura di prova di trazione, che il partecipante.
4. Assistere il partecipante nel mettere il fascio di tronco su misura con la cella di carico. Fare clic sulle fibbie intorno al petto e vita. Garantire cinghie di regolazione del fascio sono stretti ma confortevoli. Non consentono più di 50 mm di lasco nell'imbracatura quando tirando la corda. In partecipanti con noti instabilità posturale, assicurarsi che un assistente è presente quando il fascio viene applicato mentre il partecipante è in piedi.
5. Collegare i sensori di movimento utilizzando nastro medico per l'incavo sternale (a livello della vertebra secondo e terzo toracica) e i piedi al malleolo della caviglia destra e sinistra.
   Nota: Applicare i sensori sui partecipanti con instabilità posturale noto nella seduta. Tutti i cavi devono essere instradati con attenzione per evitare di inciampare.
6. Chiedere al partecipante di stare a piedi nudi, in una posizione confortevole (secondo la base preferita del partecipante di supporto) lungo marcature linea verticale e orizzontale sul pavimento. Notare la posizione di piedi del partecipante. Chiedere al partecipante di anche nota che i propri piedi posizione al fine di ripristinare la stessa posizione dopo ogni tiro. Monitorare il posizionamento piedi del partecipante dopo ogni prova e chiedere al partecipante di tornare nella posizione di piedi originali se sono osservate eventuali deviazioni.
7. Istruire i partecipanti a concentrarsi su opere d'arte 1,5 m più avanti, al livello degli occhi con le mani al loro fianco per ridurre al minimo le distrazioni tra tira.

3. procedura di prova di tiro instrumentati

1. Eseguire il test instrumentato tirare in conformità degli orientamenti di test clinici tirare descritto dalla UPDRS⁵.
2. Spiegare la procedura di prova e informare il partecipante che un passo è permesso di ritrovare equilibrio seguendo il tirare indietro. Scoraggiare anticipatorie risposte come la flessione del tronco in avanti, nella postura o ginocchio flessione prima il tiro di irrigidimento. Nota queste risposte se si verificano durante l'esperimento.
3. Prima di ogni tiro, assicurare che il partecipante è attento chiedendo al partecipante di concentrarsi su una foto appesa al muro. Assicurare il partecipante è in posizione eretta, con gli occhi aperti, le mani al loro fianco, e loro piedi disposti sui marcatori designati in una posizione confortevole.
4. Stare dietro il partecipante. Applicare un vivace tirare di forza sufficiente per generare una risposta tronco e passaggio tramite la corda e caricare cellulare tenuto perpendicolare al livello della spalla del partecipante.
5. Dopo ogni tiro di assicurare il partecipante restituisce i piedini originali di posizionamento. Ripristinare la posizione designati marcatori sul pavimento e ripetere 35 volte.
   Nota: Il numero di prove può essere variato secondo il disegno sperimentale e clinica della popolazione.
6. Consentire ai partecipanti un breve riposo di 2 min dopo ogni 10 prove o come richiesto per ridurre gli effetti della fatica e garantire l'attenzione è focalizzata sul compito. I partecipanti possono scegliere di sedersi o stare. Richiesta che i partecipanti astengano dal parlare tra tira a meno che la richiesta di una pausa o esprimere disagio durante la procedura.
7. Come una precauzione di sicurezza aggiuntiva, assicurarsi che il valutatore e l'assistente sono in piedi con le spalle vicino ad una parete lasciando spazio sufficiente per il partecipante a fare alcuni passi indietro.
   Nota: L'assessore deve sempre essere pronto a prendere il paziente. Un assistente è necessario per la sicurezza quando i partecipanti con instabilità posturale noti sono valutati.
8. Scollegare i sensori e assistere il partecipante fuori l'imbracatura in seguito al completamento della procedura di prova strumentato tirare.

4. elaborazione del segnale

Nota: Utilizzare una piattaforma di scienza di dati adatto come MATLAB, R o Python. Comandi mostrati qui sono per MATLAB e codice di esempio è disponibile come File supplementari.

1. Importare i dati registrati durante la fase 3.4 in una piattaforma di scienza adatto dati: csvread().
2. Allineamento dei motion tracking e carico cella dati usando segnali di trigger e ricampionare ad un più alto tasso di campionamento: funzione di resample() 1 kHz se necessario.
3. Filtro passa-alto tutti i movimento rilevamento carico cella dati e con una frequenza di taglio di 0,05 Hz per rimuovere deviazione linea di base: butter() e filtfilt().
4. Doppia differenziare il movimento del tronco spostamento dati di rilevamento per ottenere tronco velocità e accelerazione: diff().
5. Utilizzando il segnale di trigger o un algoritmo di rilevamento di picco applicato per i dati di cella di carico, fetta registrazioni per ottenere epoche di ogni singolo pull test di prova: findpeaks() funzione.
6. Rilevare e respingere le prove con il movimento del tronco anticipatoria. Uno spostamento in avanti del tronco immediatamente prima della somministrazione di tirare presenta solitamente come un picco almeno tre deviazioni standard sopra la media al basale del sensore tronco: std() e mean().
7. Determinare il tempo di reazione posturale come la differenza tra l'inizio dello spostamento del tronco (3 deviazioni standard sopra la media al basale) seguendo il tiro e il punto di svolta della curva velocità tronco (che indica l'inizio della decelerazione del tronco): differenziare, diff() e utilizzare zero crossing detector, zcd().
8. Determinare la grandezza della risposta posturale come la decelerazione di picco del tronco: min () o Max ().
9. Calcolare il tempo di reazione di passaggio come la differenza tra l'inizio dello spostamento del tronco (secondo 4,7) al movimento iniziale dell'arto passo-passo: 3 deviazioni standard sopra la media al basale.
10. Determinare la grandezza di risposta passo calcolando la cilindrata totale del piede in millimetri (mm), da piede iniziale decollo contatto dell'arto stepping arrestando retropulsion indietro. Escludi i passaggi meno di 50 mm, come il cambiamento della base di supporto è considerato trascurabile²⁴: min () o Max ().
11. Calcolare la forza di trazione di picco e il tasso di sviluppo di forza rispetto alla cella di carico: Max () per tirare; Max () e diff() per tasso di forza.
    Nota: La forza di trazione massima indica la forza massima istantanea consegnati, mentre il tasso di forza è la pendenza della forza contro la curva di tempo che indica quanto rapidamente la forza è stata generata.

Risultati

La prova di trazione instrumentata (Figura 1) è stata utilizzata per indagare le risposte tronco e passo in una coorte di giovani, sani²³. Trenta-cinque studi sono stati presentati in serie, con uno stimolo uditivo consegnato in concomitanza con ogni tiro (Figura 2). Lo stimolo acustico era 90 dB (normale) o 116 dB (rumoroso). Lo stimolo forte è stato dimostrato sufficiente a innescare effetti di StartRe...

Discussione

Qui, abbiamo dimostrato il protocollo per la strumentazione del test clinico pull, prendendo un metodo ampiamente utilizzato nella pratica clinica e producendo una misurazione oggettiva delle prove posturali oltre all'importante aspetto della gestione pull. Utilizzando il tracciamento del movimento semi-portatile, questo metodo offre uno strumento di misura che è più accessibile rispetto a tecniche di laboratorio convenzionali²⁸. Utilizzando questo metodo, i ricercatori possono esplorare caratte...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Analog to Digital Convertor & Software	CED	Micro 1401-3	Any suitable digital acquisition system can be used
Load Cell	Omegadyne	LCM201-100N
MATLAB Software	MathWorks Inc.	NA	Any data science platform can be used
Motion Sensor	Ascension	6DOF, type-800
Motion Tracker	Ascension	3D Guidance trakSTAR	Mid-range transmitter
S&F Technical Harness and Belt	Lowepro	LP36282