Um teste de tração instrumentado para caracterizar respostas posturais

Resumo

Imparidade de reflexos posturais, denominado instabilidade postural, é difícil de quantificar. Avaliação clínica como o teste de tração sofre problemas com confiabilidade e dimensionamento. Aqui, apresentamos uma versão instrumentada do teste de tração para caracterizar objectivamente respostas posturais.

Resumo

Imparidade de reflexos posturais, denominado instabilidade postural, é um défice comum e incapacitante na doença de Parkinson. Para avaliar os reflexos posturais, os médicos normalmente empregam o teste de tração para respostas corretivas de grau para uma perturbação para trás nos ombros. No entanto, o teste de tração é propenso a problemas com a confiabilidade e dimensionamento (Pontuação/4). Aqui, apresentamos uma versão instrumentada do teste de tração para quantificar mais precisamente respostas posturais. Semelhante do ensaio clínico, puxa manualmente é administradas exceto força da tração também é gravada. Deslocamentos do tronco e os pés são capturados por um movimento semi portátil sistema de rastreamento. Dados brutos representam a distância percorrida (em unidades de milímetro), fazendo a análise e a interpretação subsequente intuitiva. O teste de tração instrumentado também detecta variabilities confunde influenciando administração de teste de tração, tais como força de tração, assim, identificar e quantificar o potencial que podem ser contabilizados por técnicas estatísticas. O teste de tração instrumentado poderia ter aplicação em estudos buscando capturar cedo anormalidades nas respostas posturais, controlar a instabilidade postural ao longo do tempo e detectar respostas à terapia.

Introdução

Reflexos posturais agem para manter o equilíbrio e a postura ereta em resposta a perturbações¹. Comprometimento dessas respostas posturais em distúrbios como a doença de Parkinson resulta em instabilidade postural, e comumente leva a cai, reduzida confiança ambulante e diminuiu a qualidade de vida^2,3,⁴. Na prática clínica, reflexos posturais são normalmente avaliados com o teste de tração, onde um examinador puxa vigorosamente o paciente para trás nos ombros e visualmente notas a resposta^{5,6,7, 8}. instabilidade postural é geralmente marcada usando o Unified Parkinson doença Rating escala (UPDRS) (0 - normal para 4 - grave), publicada pela sociedade de desordem de movimento internacional⁵. Este método tem sido amplamente utilizado na avaliação de indivíduos com doença de Parkinson, mas sofre pouca confiabilidade e muito limitado escala (Pontuação/4),^6,7,9. Puxe os resultados dos testes muitas vezes não se correlacionam com os pontos de extremidade clínicos importantes tais como cataratas e a classificação por inteiro não tem sensibilidade para detectar alterações posturais bem^10,11.

Baseado no laboratório de medidas objetivas para oferecer informações precisas sobre a natureza da resposta de equilíbrio através da quantificação cinética (por exemplo, o centro de pressão), cinemática (por exemplo, mista de deslocamento de goniometria/membro) e neurofisiológicos (por exemplo, músculo pontos de extremidade de recrutamento)¹². Esses métodos podem identificar anormalidades antes de instabilidade postural é clinicamente evidente e controlar as alterações ao longo do tempo, incluindo respostas ao tratamento^13,14.

Ferramentas para quantificar a instabilidade Postural

Técnicas convencionais de Posturografia dinâmica comumente empregam plataformas móveis. Respostas posturais resultantes são quantificadas usando uma combinação de Posturografia, eletromiografia (EMG) e accelerometry de^15,de^12,16. No entanto, as respostas de baixo para cima de perturbações de plataforma - que evocam uma resposta como deslizar em um assoalho molhado, são fundamentalmente diferentes das respostas posturais descendente do teste clínico de tração -, que pode ocorrer quando sendo colidido em uma multidão. Emergentes evidência sugerem perturbações tronco produzem diferentes características posturais àqueles de mover as plataformas^17,18,19. Nesse sentido, outros tentaram perturbações tronco em laboratório usando técnicas complexas, incluindo motores, polias e pêndulos^15,20,21,22. Métodos de medição são muitas vezes caro e inacessível e compreendem de captura de movimento em vídeo que requer espaço dedicado em laboratórios especializados de^20,21. Idealmente, um método objetivo para caracterizar as respostas do teste de tração deve ter excelentes propriedades psicométricas, ser fácil de administrar, simples de operar, amplamente acessível e portátil. Isto é importante para facilitar a adoção generalizada da técnica como uma ferramenta de avaliação alternativa para avaliar respostas posturais no âmbito da investigação e, potencialmente, situações clínicas.

O teste de tração instrumentados

O objectivo do presente protocolo é oferecer pesquisadores uma técnica para a avaliação objectiva das respostas posturais para o teste de tração. Um sistema de captura de movimento eletromagnética semi portátil e amplamente disponíveis sustenta a técnica. A perturbação envolve trações manuais que não exigem sistemas mecânicos especializados. Este método tem sensibilidade suficiente para detectar pequenas variações nos tempos de reação posturais e amplitudes de resposta; Portanto, é adequado para capturar potenciais anormalidades Pontuação: do normal até instabilidade postural da classe 1 de acordo com a UPDRS (instabilidade postural com recuperação de equilíbrio não assistidas)⁵. Esse método também pode ser utilizado para explorar os efeitos da terapia na instabilidade postural. O protocolo descrito aqui é derivado no Tan et al.²³.

Protocolo

Todos os métodos descritos foram revistos e aprovados pelo Comitê de ética local pesquisa humana na saúde de Melbourne. Consentimento informado foi obtido o participante antes do estudo.

1. instalação de equipamentos

1. Prepare o rastreador de movimento eletromagnética com 3 sensores de movimento em miniatura conforme orientações do fabricante. Antes da coleta de dados, certifique-se de cada sensor é amostrado em um mínimo 250 Hz, o deslocamento é medido em unidades de milímetros e rotações (passo, rolo e guinada) são em graus. Certifique-se de que todas as filtragens internas estão desabilitadas, e a posição dos sensores definido para fazer referência a uma origem estática (geralmente o transmissor eletromagnético).
2. Apor uma célula de carga (variação de tensão mínima 100 N, S-tipo recomendado) para o cinto de paciente no ombro-nível usando uma corda com diâmetro mínimo de 10 mm.
   Nota: O sistema de cinto e corda são adequados para uso em participantes até 120 kg.
3. Conectar-se a célula de carga para a unidade de aquisição de dados (conversor de CPF04).
4. Conecte o gatilho a saída da unidade de aquisição de dados para uma entrada de disparo do controlador para garantir movimento sincronizado de gravação. Defina a unidade de aquisição de dados taxa de amostragem para coincidir com o rastreador de movimento e desabilitar a filtragem de todos.
5. Realizar o experimento em uma sala silenciosa para minimizar distrações durante a avaliação. Permita espaço suficiente para os participantes a tomar várias medidas corretivas para recuperar o equilíbrio.
   Nota: Pacientes com doença de Parkinson e retropulsão são conhecidos por dar 5-6 passos para trás durante o ensaio de tração.
6. Lugar cai esteira no chão, como medida de precaução.
7. Limpe o chicote de fios, sensores e fios com uma toalhita desinfetante da classe hospital antes de testar cada participante.
   Nota: Gravação de vídeo (por exemplo, usando uma câmera portátil em um tripé) do teste instrumentado puxar o procedimento é recomendado para que as irregularidades durante o processamento de dados podem ser referenciadas contra os dados de vídeo de um julgamento.

2. preparação e seleção participante

1. Identificar os participantes apropriados para estudo: participantes podem abranger uma gama de idades, condições de doença e gravidade onde respostas posturais são de interesse e avaliação de equilíbrio normalmente emprega o teste clínico de puxar. Certifique-se que os participantes podem ficar independente e gerar uma resposta de equilíbrio corretiva não requerem assistência para recuperar (ou seja, até grau 1 instabilidade postural de acordo com a UPDRS).
2. Excluir as pessoas com visão cardiovascular, vestibular e condições músculo-esqueléticas (incluindo pessoas que exigem Ortopedia pé ou talas), que podem afectar o desempenho do equilíbrio a menos que este é o tema da investigação, aqueles em contato precauções e aqueles na medicação conhecida por afetar o equilíbrio ou a atenção (por exemplo, antidepressivos, neurolépticos, benzodiazepínicos, anti-epilépticos, antiarrítmicos e diuréticos).
3. Tenho o participante vestir roupas soltas confortáveis no dia do experimento e retire os sapatos antes do procedimento de ensaio de tração.
4. Auxiliar o participante em vestir a cadeirinha de porta-malas personalizado com célula de carga. Clique as fivelas ao redor do peito e cintura. Certifique-se de correias de ajuste do arnês são apertadas, mas confortável. Não permita que mais de 50 milímetros de folga no equipamento de quando puxar a corda. Em participantes com instabilidade postural conhecido, certifique-se de que o assistente está presente quando o arnês é aplicado quando o participante está de pé.
5. Anexar sensores de movimento usando fita adesiva médica para o entalhe esternal (a nível da vértebra torácica em terceiro e segunda) e dos pés no maléolo do tornozelo direito e esquerdo.
   Nota: Aplicam-se os sensores em participantes com instabilidade postural conhecido na sessão. Todos os cabos devem ser roteados cuidadosamente para evitar riscos de viagem.
6. Pergunta o participante repousar os pés descalços, em uma posição confortável (de acordo com preferido base do participante de apoio) ao longo de marcações de linha vertical e horizontal no chão. Observe a posição de pés do participante. Pergunta o participante a Observe também que seus próprios pés posicionar para reverter para a mesma posição após cada tração. Monitorar o posicionamento de pés do participante após cada julgamento e pedir o participante a retornar à posição original de pés, se todos os desvios são observados.
7. Instrua o participante a concentrar-se na arte de 1,5 m em frente a nível olho com as mãos ao seu lado para minimizar distrações entre trações.

3. procedimento de ensaio de tração instrumentado

1. Realize o teste de tração instrumentado em conformidade com as diretrizes de teste de tração clínico descrito por UPDRS⁵.
2. Explicar o procedimento de teste e avise o participante que piso tem permissão para recuperar o equilíbrio após a puxar para trás. Desencorajar respostas antecipatórias como flexão do tronco para a frente, enrijecimento na postura ou joelho flexão antes do puxar. Observe estas respostas se eles ocorrerem durante o experimento.
3. Antes de cada tração, certifique-se do que participante está atento, pedindo o participante a se concentrar em um quadro pendurado na parede. Certifique-se o participante é pé na posição vertical, com os olhos abertos, mãos ao seu lado, e os pés colocados sobre os marcadores designados em uma posição confortável.
4. Fique atrás do participante. Aplica uma tração acelerada de força suficiente para gerar uma resposta de tronco e passo via a corda e mantida perpendicular ao nível do ombro do participante de célula de carga.
5. Depois de garantir que cada puxar o participante retorna aos pés originais posicionamento. Redefinir a posição designadas marcadores no chão e repita 35 vezes.
   Nota: O número de ensaios pode ser variado de acordo com o projeto experimental e população clínica.
6. Permitir que os participantes um curto descanso de 2 min após cada 10 ensaios ou conforme necessário para reduzir os efeitos da fadiga e garantir a atenção está voltada para a tarefa. Os participantes podem optar por sentar ou ficar. Solicite que os participantes se abstenham de falar entre as trações, a não ser solicitando uma pausa ou expressar desconforto durante o procedimento.
7. Como uma precaução de segurança adicional, certifique-se de que o assessor e assistente são em pé com as costas perto de uma parede, permitindo espaço para o participante a dar vários passos para trás.
   Nota: O avaliador deve estar sempre preparado para pegar o paciente. Um assistente é necessário para a segurança quando os participantes com instabilidade postural conhecido são avaliados.
8. Desanexar sensores e auxiliar o participante fora do arnês após a conclusão do procedimento de ensaio de tração instrumentado.

4. processamento de sinal

Nota: Utilize uma plataforma de ciência de dados apropriado como MATLAB, R ou Python. Comandos mostrados aqui são para MATLAB e código de exemplo está disponível como Arquivo suplementar.

1. Importar dados registrados durante a etapa de 3.4 em uma plataforma de ciência de dados apropriado: csvread().
2. Alinhar os movimento tracker e carga de celular dados usando sinais de gatilho e resample para uma maior taxa de amostragem: função de resample() de 1 kHz se necessário.
3. Passa-alta filtrar todos os movimento rastreamento e carregar dados da célula com uma frequência de corte de 0,05 Hz para remover deriva da linha de base: butter() e filtfilt().
4. Dobro, diferenciar o tronco rastreamento de movimento dados de deslocamento para obter tronco velocidade e aceleração: diff().
5. Usando um algoritmo de pico-deteção aplicada aos dados de célula de carga ou o sinal de gatilho, fatia gravações para obter épocas de cada individual pull teste julgamento: findpeaks() função.
6. Detectar e rejeitar os ensaios com o movimento de tronco antecipatória. Um deslocamento do tronco para a frente imediatamente antes da administração de tração geralmente apresenta-se como um pico pelo menos três desvios-padrão acima da média da linha de base do sensor de porta-malas: STD () e mean().
7. Determinar o tempo de reação postural como a diferença entre o início do deslocamento do tronco (3 desvios-padrão acima da média da linha de base) após o puxar e o ponto de viragem da curva de velocidade de tronco (indicando o início da desaceleração do tronco): Diferencie, diff() e detector de cruzamento de uso zero, zcd().
8. Determinar a magnitude da resposta postural como a desaceleração do pico do tronco: tembém ou Max ().
9. Calcular o tempo de reação de passo como a diferença entre o início do deslocamento do tronco (conforme 4.7) ao movimento inicial do membro passo a passo: 3 desvios-padrão acima da média da linha de base.
10. Determine a magnitude da resposta passo calculando o deslocamento total do pé em milímetros (mm), de pé inicial descolagem contatar do piso membro prendendo para trás retropulsão. Excluir os passos menos de 50 mm, como a alteração da base de apoio é considerada negligenciável²⁴: tembém ou Max ().
11. Calcular a força de tração máxima e taxa de desenvolvimento de força da célula de carga: Max () para puxar; Max () e diff() para a taxa de força.
    Nota: A força de tração de pico indica a força máxima instantânea entregue, Considerando que a taxa de força é a inclinação da força contra a curva do tempo indica quão rapidamente a força foi gerada.

Resultados

Para investigar respostas tronco e passo em uma coorte de jovem, saudável,²³, foi utilizado o teste de tração instrumentado (Figura 1). Trinta e cinco ensaios foram apresentados em série, com um estímulo auditivo entregado simultaneamente com cada tração (Figura 2). O estímulo auditivo foi 116 dB (alto) ou 90 dB (normal). O estímulo de alto tem sido demonstrado como suficiente para provocar efeito...

Discussão

Aqui, temos demonstrado o protocolo para a instrumentação do ensaio clínico de tração, tendo um método amplamente utilizado na prática clínica e produzindo uma medida objetiva das respostas posturais além o aspecto importante da administração puxar. Usando o rastreamento de movimento semi portátil, este método oferece um meio de medida que é mais acessível em comparação a técnicas de laboratório convencional²⁸. Usando esse método, pesquisadores podem explorar características d...

Materiais

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