Eine instrumentierte Pull Test Lagereaktionen zu charakterisieren

Zusammenfassung

Beeinträchtigung der posturalen Reflexe bezeichnet Haltungsinstabilität, ist schwer zu quantifizieren. Klinische Assessments wie Pull-Test leiden Probleme mit Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit. Hier präsentieren wir Ihnen eine instrumentierte Version des Pull-Test Objektiv Lagereaktionen zu charakterisieren.

Zusammenfassung

Beeinträchtigung der posturalen Reflexe bezeichnet Haltungsinstabilität, ist eine gemeinsame und behindernden Defizit bei Morbus Parkinson. Zur Beurteilung der posturalen Reflexe beschäftigen Kliniker normalerweise Pull-Test Klasse korrigierende Antworten auf eine rückwärts Störung an den Schultern. Die Pull-Test ist jedoch anfällig für Probleme mit Zuverlässigkeit und Skalierung (Partitur/4). Hier präsentieren wir Ihnen eine instrumentierte Version des Pull-Test, genauer gesagt Lagereaktionen zu quantifizieren. Verwandt mit der klinischen Prüfung sind zieht manuell verwaltet, außer Zugkraft auch aufgezeichnet wird. Verschiebungen des Rumpfes und der Füße werden durch eine semi-mobile Motion-tracking-System erfasst. RAW-Daten darstellen (in Millimeter-Einheiten), zurückgelegte Strecke bildet anschließende Interpretation und Analyse intuitiv. Die instrumentierte Pull-Test erkennt auch Variabilitäten, die beeinflussenden Pull Test Verwaltung wie Zugkraft, damit identifiziert und quantifiziert Potenzial verwechselt, die durch statistische Techniken berücksichtigt werden können. Die instrumentierte Pull-Test hätte Anwendung in Studien zu erfassen frühen Anomalien in der Lagereaktionen, Haltungsinstabilität im Laufe der Zeit verfolgen und Reaktionen auf die Therapie zu erkennen.

Einleitung

Posturalen Reflexe handeln, um Gleichgewicht und aufrechte Haltung als Reaktion auf Störungen¹zu halten. Beeinträchtigung der diese Lagereaktionen bei Erkrankungen wie der Parkinson-Krankheit führt Haltungsinstabilität, und häufig führt zu fällt, zu Fuß Vertrauen reduziert und verminderte Lebensqualität^2,3,⁴. In der klinischen Praxis posturalen Reflexe sind in der Regel beurteilt mit Pull-Test, wo ein Prüfer zügig zieht der Patient an den Schultern nach hinten und optisch Klasse Antwort^{5,6,7, 8}. Haltungsinstabilität ist in der Regel erzielt mit der Unified Parkinson Disease Rating Scale (UPDRS) (0 - Normal 4 - schwere), als von der internationalen Bewegung Störung-Gesellschaft⁵veröffentlicht. Diese Methode wurde ausgiebig in der Beurteilung von Menschen mit Parkinson-Erkrankung aber leidet schlechte Zuverlässigkeit und geringen Skalierung (Partitur/4)^6,7,9. Ziehen Sie Testergebnisse korreliert oft nicht mit wichtigen klinischen Endpunkten wie Wasserfälle und die Ganzzahl-basierte Bewertung fehlt Empfindlichkeit um feine Haltungsveränderungen^10,11zu erkennen.

Labor-basierte Objektive Maßnahmen bieten präzise Informationen über die Natur von Gleichgewicht Reaktion durch Quantifizierung kinetische (z. B. das Zentrum der Druck), kinematische (z. B. gemeinsame Goniometry/Glied Verschiebung) und neurophysiologische (z. B. Muskel Rekrutierung) Endpunkte¹². Diese Methoden können Anomalien zu erkennen, bevor Haltungsinstabilität klinisch evident und Nachverfolgen von Änderungen im Laufe der Zeit, einschließlich Antworten auf Behandlung^13,14.

Werkzeuge zur Quantifizierung der Haltungsinstabilität

Konventionelle Techniken der dynamischen Posturographie beschäftigen häufig bewegliche Plattformen. Daraus resultierende Lagereaktionen sind mit einer Kombination aus Posturographie, Elektromyographie (EMG) und Accelerometry^12,15,16quantifiziert. Allerdings sind die Bottom-up-Antworten von Plattform-Störungen - die eine Antwort wie das Rutschen auf nassen Boden zu evozieren, unterscheidet sich grundlegend von der Top-Down-Lagereaktionen der klinischen Pull-Test - wie kann auftreten, wenn in einer Menschenmenge gestoßen wird. Anzeichen dafür schlägt stammbetonte Störungen ergeben unterschiedliche Haltungs Eigenschaften denen des beweglichen Plattformen^17,18,19. Dementsprechend haben andere stammbetonte Störungen im Labor mit komplexen Techniken einschließlich Motoren, Riemenscheiben und Pendel^15,20,21,22versucht. Messverfahren sind oft teuer und unzugänglich und Video-basierte Motion-Capture, die dedizierte in Speziallabors^{20,21 Platzbedarf}umfassen. Idealerweise haben eine objektive Methode, Pull Test Antworten zu charakterisieren ausgezeichnete psychometrische Eigenschaften, leicht zu verwalten, einfach zu bedienen, leicht zugänglich und tragbar sein. Dies ist wichtig, die Verbreitung der Technik als eine alternative Assessment-Tool Lagereaktionen in der Forschung und gegebenenfalls bewerten klinischen Einstellungen zu erleichtern.

Die instrumentierte Pull-Test

Dieses Protokoll soll Forschern eine Technik für die objektive Beurteilung der Lagereaktionen zu Pull-Test anbieten. Ein semi-mobil und überall erhältlich elektromagnetische Motion Capture System untermauert die Technik. Die Störung umfasst manuelle zieht, die keine spezielle mechanische Systeme erfordern. Diese Methode hat genügend Sensibilität zu kleine Unterschiede in der posturalen Reaktionszeiten und Resonanz-Amplituden zu erkennen; Daher eignet sich zur Erfassung von möglichen Anomalien von "normal" bis zu Klasse 1 Haltungsinstabilität gemäß UPDRS (Haltungsinstabilität mit ohne fremde Hilfe Gleichgewicht Erholung)⁵bewertet. Diese Methode kann auch verwendet werden, um die Auswirkungen der Therapie auf Haltungsinstabilität zu erkunden. Das hier beschriebene Protokoll wird im Tan Et Al.²³daraus abgeleitet.

Protokoll

Alle beschriebene Methoden wurden überprüft und genehmigt von der lokalen Humanforschung Ethikkommission bei Melbourne Health. Die Einwilligung wurde vom Teilnehmer vor Beginn der Studie.

1. Geräte-setup

1. Bereiten Sie die elektromagnetische Motion-Tracker mit 3 Miniatur-Bewegungsmelder gemäß den Richtlinien des Herstellers. Vor der Datenerhebung sicherzustellen, dass jeder Sensor ist bei mindestens 250 Hz abgetastet, Verschiebung wird in Millimeter-Einheiten gemessen und Rotationen (Pitch, Roll und Gier) in Grad. Stellen Sie sicher, dass alle internen Filterungen sind deaktiviert, und die Position der Sensoren auf einen statischen Ursprung (in der Regel die elektromagnetische Sender) verweisen.
2. Anbringen einer Wägezelle (minimale Spannung Bereich 100 N, S-Type empfohlen) mit dem Patienten Gurtzeug auf Schulterhöhe mit einem Seil mit einem Mindestdurchmesser von 10 mm.
   Hinweis: Das Gurtsystem und Seil sind geeignet für Teilnehmer, die bis zu 120 kg.
3. Verbinden Sie die Wägezelle mit Daten Aufnahmeeinheit (a/d-Wandler).
4. Schließen Sie die Trigger Ausgang aus der Aufnahmeeinheit Daten in einem Trigger-Eingang des Motion-Tracker zu gewährleisten Aufnahme synchronisiert. Legen Sie Daten Aufnahmeeinheit Sampling-Rate Motion-Tracker und deaktivieren Sie alle Filter.
5. Führen Sie das Experiment in einem ruhigen Raum um Ablenkungen während der Bewertung zu minimieren. Lassen Sie genügend Platz für die Teilnehmer mehrere Korrekturmaßnahmen ergreifen, um das Gleichgewicht wieder zu erlangen.
   Hinweis: Patienten mit der Parkinson-Krankheit und Retropulsion sind ca. 5-6 Schritte rückwärts während der Pull-Test bekannt.
6. Ort fällt Matte auf dem Boden als Vorsichtsmaßnahme.
7. Reinigen Sie den Kabelbaum, Sensoren und Kabel mit einem Krankenhaus Grade Desinfektionstuch vor der Prüfung jeder Teilnehmer.
   Hinweis: Video-Aufzeichnung (z. B. mit Hilfe einer tragbaren Kamera auf einem Stativ) von der instrumentierten Pull-Test Verfahren wird empfohlen, dass Unregelmäßigkeiten bei der Datenverarbeitung gegen die video-Daten einer Studie verwiesen werden können.

2. die Teilnehmerauswahl und Vorbereitung

1. Geeignete Teilnehmer für Studie zu identifizieren: Teilnehmer können umfasst ein Spektrum von Alter, Erkrankungen und schwere wo Lagereaktionen sind von Interesse und Gleichgewicht Bewertung beschäftigt in der Regel die klinische Pull-Test. Sicherstellen Sie, dass die Teilnehmer eigenständig stehen und erzeugen eine korrigierende Gleichgewicht Antwort nicht hilfsbedürftige (d. h. bis zu Klasse 1 Haltungsinstabilität nach der UPDRS) wiederherstellen.
2. Alle Personen mit Herz-Kreislauf, vestibulären, Vision und Muskel-Skelett-Bedingungen (einschließlich Personen, die einer Fuß-Orthesen oder Schienen), auszuschließen, dass kann Gleichgewicht Leistung beeinträchtigen, es sei denn, dies der Gegenstand der Untersuchung, die auf Kontakt ist Vorsichtsmaßnahmen und die Medikamente bekannt, Gleichgewicht oder Aufmerksamkeit (z. B. Antidepressiva, Neuroleptika, Benzodiazepine, Antiepileptika, Antiarrhythmics und Diuretika) beeinflussen.
3. Haben Sie die Teilnehmer tragen Sie bequeme lockere Kleidung am Tag des Experiments und Schuhe vor dem Pull-Test-Verfahren zu entfernen.
4. Unterstützung des Teilnehmers bei der Umsetzung auf die maßgeschneiderte Stamm Kabelbaum mit der Wägezelle. Klicken Sie auf die Schnallen um die Brust und Taille. Sicherzustellen Sie, dass Anpassung Riemen am Gurtzeug eng aber bequem sind. Lassen Sie nicht mehr als 50 mm Spielraum im Kabelbaum beim Ziehen am Seil. Teilnehmer mit bekannten Haltungsinstabilität sicherstellen Sie, dass ein Assistent vorhanden ist, wenn der Gurt angewendet wird, während der Teilnehmer steht.
5. Bewegungsmelder mit medizinischen Klebeband an der sternalen Kerbe (auf der Ebene des zweiten und dritten Brust-Wirbels), befestigen und an den Füßen an der rechten und linken Knöchel Malleolus.
   Hinweis: Tragen Sie die Sensoren auf Teilnehmer mit bekannten Haltungsinstabilität im sitzen. Alle Leitungen müssen sorgfältig geführt werden, um Stolperfallen zu vermeiden.
6. Bitten Sie die Teilnehmer, barfuß, in einer bequemen Haltung (je nach bevorzugter Auflagefläche des Teilnehmers) entlang der vertikalen und horizontalen Linie Markierungen auf dem Boden zu stehen. Beachten Sie die Teilnehmer Füße Position. Bitten Sie die Teilnehmer, beachten Sie auch, die eigenen Füße zu positionieren, um in die gleiche Position nach jedem Zug zurück. Überwachen Sie des Teilnehmers Füße Platzierung nach jedem Versuch und bitten Sie die Teilnehmer zurück in die ursprüngliche Position der Füße, wenn Abweichungen eingehalten werden.
7. Weisen Sie die Teilnehmer sich auf Kunstwerke 1,5 m voraus auf Augenhöhe mit Händen an ihrer Seite um Ablenkungen zwischen zieht zu minimieren.

(3) instrumentierte Pull-Test-Verfahren

1. Führen Sie den instrumentierten Pull Test gemäß den klinischen ziehen Prüfungsrichtlinien durch die UPDRS-⁵beschrieben.
2. Erklären Sie das Testverfahren zu, und lassen Sie die Teilnehmer wissen, dass treten darf nach der Rückwärtszug Gleichgewicht wieder zu erlangen. Vorausschauende Antworten wie vorwärts Stamm Flexion, Versteifung in Haltung oder Knie Beugung vor den Zug zu entmutigen. Hinweis: diese Antworten, wenn sie während des Tests auftreten.
3. Sicherzustellen Sie vor jedem Zug, dass die Teilnehmer aufmerksam ist, indem er die Teilnehmer sich auf ein Bild an der Wand hängen. Stellen Sie sicher der Teilnehmer steht aufrecht, mit geöffneten Augen Hände an ihrer Seite, und ihre Füße auf die dafür vorgesehenen Markierungen in einer bequemen Haltung gelegt.
4. Stellen Sie sich hinter der Teilnehmer. Gelten Sie eine rege ziehen ausreichend Kraft, um einen Stamm und Schritt Antwort über das Seil zu generieren und Wägezelle statt senkrecht auf die Schulterhöhe des Teilnehmers.
5. Nach jedem Zug die Teilnehmer Rückkehr zu den ursprünglichen Füßen Positionierung zu gewährleisten. Die Position auf dafür vorgesehenen Markierungen auf dem Boden zurückgesetzt und 35-Mal wiederholen.
   Hinweis: Die Anzahl der Versuche kann entsprechend der Versuchsplanung und klinischen Bevölkerung variiert werden.
6. Teilnehmern eine kurze Pause von 2 min nach jeder 10 Studien erlauben oder Bedarf zu reduzieren die Auswirkungen von Müdigkeit und die Aufmerksamkeit auf die Aufgabe. Die Teilnehmer können wählen, sitzen oder stehen. Wunsch, dass Teilnehmer unterlassen sprechen zwischen zieht, wenn eine Pause anfordern oder Unbehagen während des Verfahrens zum Ausdruck zu bringen.
7. Als eine zusätzliche Sicherheitsmaßnahme sicherzustellen Sie, dass der Assessor und Assistent mit dem Rücken nah an einer Wand stehen und gleichzeitig genügend Raum für die Teilnehmer mehrere Schritte rückwärts.
   Hinweis: Der Gutachter muss immer bereit, den Patienten zu fangen sein. Ein Assistent ist aus Sicherheitsgründen erforderlich, wenn Teilnehmer mit bekannten Haltungsinstabilität bewertet werden.
8. Lösen Sie Sensoren zu und unterstützen Sie die Teilnehmer aus dem Gurtzeug nach Abschluss des Prüfverfahrens instrumentierten ziehen.

(4) Signalverarbeitung

Hinweis: Verwenden Sie eine geeignete Plattform für Wissenschaft wie MATLAB, R oder Python. Hier aufgeführten Befehle sind für MATLAB und Beispiel-Code ist als Ergänzende Dateiverfügbar.

1. Importieren Sie Daten, die in Schritt 3.4 in eine geeignete Plattform für Wissenschaft: csvread().
2. Richten Sie die Motion Tracker und Last Zellendaten mit dem Triggersignale und resample auf eine höhere Abtastrate: 1 kHz resample() Funktion bei Bedarf.
3. Hochpass-filter alle Motion Tracking und Last Zellendaten mit einer 0,05 Hz Grenzfrequenz, Grundlinie Drift zu entfernen: butter() und filtfilt().
4. Doppelte unterscheiden das Stamm Motion-tracking-Verschiebung Daten Stamm Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte zu erhalten: diff().
5. Mit der Trigger-Signal oder eine Peak-Erkennung Algorithmus auf die Ladedaten Zelle angewendet, Scheibe Aufnahmen, Epochen der jeden einzelnen Zug zu erhalten testen Testversion: findpeaks() Funktion.
6. Erkennen und Versuche mit der vorausschauenden stammbetonte Bewegung ablehnen. Eine Verschiebung nach vorne Stamm unmittelbar vor der Verabreichung ziehen in der Regel präsentiert sich als ein Höhepunkt mindestens drei Standardabweichungen über dem Mittelwert der Basislinie des Sensors Stamm: std() und mean().
7. Bestimmen, Haltungsschäden Reaktionszeit als Differenz zwischen Beginn der Stamm Verschiebung (3 Standardabweichungen oberhalb der Grundlinie Mittelwert) Anschluss an den Zug und die Wende von der Stamm-Velocity-Kurve (, die den Beginn der Stamm Entschleunigung): unterscheiden Sie, diff() und Verwendung Null Kreuzung Detektor, zcd().
8. Bestimmen das Ausmaß der posturalen Reaktion als die Spitze Verlangsamung des Rumpfes: min() oder max().
9. Die Schritt-Reaktionszeit als Differenz zwischen dem Beginn der stammbetonte Verschiebung (siehe 4.7), die erste Bewegung der stepping Extremität zu berechnen: 3 Standardabweichungen über dem Mittelwert der Basislinie.
10. Bestimmen Sie Schritt Antwort Größenordnung durch die Berechnung der Gesamthubraum des Fußes in Millimetern (mm), vom ersten Fuß abheben, der Schrittmotor Extremität verhaften rückwärts Retropulsion zu kontaktieren. Exclude Schritte weniger als 50 mm, als die Änderung in die Basis für die Unterstützung als vernachlässigbar^{24 gilt}: min() oder max().
11. Berechnen Sie die Spitze Zugkraft und Geschwindigkeit der Kraftentwicklung aus der Wägezelle: max() Pull; Max() und diff() zum Preis von Gewalt.
    Hinweis: Die Spitzenkraft ziehen zeigt die momentane Maximalkraft geliefert, während die Kraft beträgt die Neigung der Kraft gegen Zeitkurve angibt, wie schnell die Kraft generiert wurde.

Ergebnisse

Die instrumentierte Pull-Test (Abbildung 1) wurde verwendet, um Stamm und Schritt Reaktionen in einem jungen, gesunden Kohorte²³zu untersuchen. Fünfunddreißig Studien präsentierten sich seriell, mit einen auditiven Reiz zeitgleich mit jeder ziehen (Abbildung 2) geliefert. Der akustische Reiz war entweder 90 dB (normal) oder 116 dB (laut). Der laute Stimulus nachgewiesen als ausreichend, um StartReact Ef...

Diskussion

Hier haben wir gezeigt, das Protokoll für die Instrumentierung der klinischen Pull-Test unter einer Methode verbreitete in der klinischen Praxis und eine objektive Messung der Lagereaktionen neben dem wichtigen Aspekt der Verwaltung ziehen nachgeben. Mit semi-mobile Motion-tracking, bietet diese Methode eine Messung, die zugänglicher ist im Vergleich zu konventionellen Labor Techniken²⁸. Mit dieser Methode können Forscher Merkmale der Lagereaktionen zu einem Top-Down-Störung in der Bevölkerun...

Materialien

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