Name: isokinetic robotic device to improve test-retest and inter-rater reliability for stretch reflex measurements in stroke patients with spasticity
Uploaded: 2019-06-12T14:45:00
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Cette étude a été soutenue par le Seoul National University Bundang Hospital Research Fund (14- 2014 - 035) et la Subvention de la Korea and National Research Foundation of Korea (NRF) financée par le gouvernement coréen (A100249). Nous tenons à remercier Seo Hyun Park et Hae-in Kim pour avoir aidé à préparer et à procéder à la vidéo de tournage.

1. Mise en place expérimentale
<ol><li>Recrutement de patients REMARQUE : Toutes les procédures ont été examinées et approuvées par le Seoul National University Bundang Hospital Institutional Review Board. Ces sujets étaient des patients hospitalisés ou des patients externes avec des diagnostics d'AVC de quatre hôpitaux de réadaptation dans la région.<ol>
<li>Effectuer le processus de dépistage en utilisant les critères d'inclusion suivants : (1) hmiparesis aux extrémités supérieures...

<ol>
	<li>Sommerfeld, D. K., Gripenstedt, U., Welmer, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spasticity+after+stroke:+An+overview+of+prevalence,+test+instruments,+and+treatments.">Spasticity after stroke: An overview of prevalence, test instruments, and treatments.</a> American Journal of Physical Medicine &amp; Rehabilitation. 91 (9), 814-820 (2012).</li><li>Sommerfeld, D. K., Eek, E. U. B., Svensson, A. K., Holmqvist, L. W., von Arbin, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spasticity+after+Stroke:+Its+Occurrence+and+Association+with+Motor+Impairments+and+Activity+Limitations.">Spasticity after Stroke: Its Occurrence and Association with Motor Impairments and Activity Limitations.</a> Stroke. 35 (1), 134-139 (2004).</li><li>Lundstr&#246;m, E., Ter&#233;nt, A., Borg, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prevalence+of+disabling+spasticity+1+year+after+first-ever+stroke.">Prevalence of disabling spasticity 1 year after first-ever stroke.</a> European Journal of Neurology. 15 (6), 533-539 (2008).</li><li>Ashford, S., Turner-Stokes, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systematic+Review+of+Upper-limb+Function+Measurement+Methods+in+Botulinum+Toxin+Intervention+for+Focal+Spasticity.">Systematic Review of Upper-limb Function Measurement Methods in Botulinum Toxin Intervention for Focal Spasticity.</a> Physiotherapy Research International. 18 (3), 178-189 (2013).</li><li>Patrick, E., Ada, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Tardieu+Scale+differentiates+contracture+from+spasticity+whereas+the+Ashworth+Scale+is+confounded+by+it.">The Tardieu Scale differentiates contracture from spasticity whereas the Ashworth Scale is confounded by it.</a> Clinical Rehabilitation. 20 (2), 173-189 (2006).</li><li>Li, F., Wu, Y., Li, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Test-retest+reliability+and+inter-rater+reliability+of+the+Modified+Tardieu+Scale+and+the+Modified+Ashworth+Scale+in+hemiplegic+patients+with+stroke.">Test-retest reliability and inter-rater reliability of the Modified Tardieu Scale and the Modified Ashworth Scale in hemiplegic patients with stroke.</a> European Journal of Physical and Rehabilitation Medicine. 50 (1), 9-15 (2014).</li><li>Mehrholz, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reliability+of+the+Modified+Tardieu+Scale+and+the+Modified+Ashworth+Scale+in+adult+patients+with+severe+brain+injury:+a+comparison+study.">Reliability of the Modified Tardieu Scale and the Modified Ashworth Scale in adult patients with severe brain injury: a comparison study.</a> Clinical Rehabilitation. 19 (7), 751-759 (2005).</li><li>Ansari, N. N., Naghdi, S., Hasson, S., Azarsa, M. H., Azarnia, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Modified+Tardieu+Scale+for+the+measurement+of+elbow+flexor+spasticity+in+adult+patients+with+hemiplegia.">The Modified Tardieu Scale for the measurement of elbow flexor spasticity in adult patients with hemiplegia.</a> Brain Injury. 22 (13-14), 1007-1012 (2008).</li><li>van den Noort, J. C., Scholtes, V. A., Harlaar, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+clinical+spasticity+assessment+in+Cerebral+palsy+using+inertial+sensors.">Evaluation of clinical spasticity assessment in Cerebral palsy using inertial sensors.</a> Gait &amp; Posture. 30 (2), 138-143 (2009).</li><li>Sin, M., Kim, W. S., Cho, K., Cho, S., Paik, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+the+test-retest+and+inter-rater+reliability+for+stretch+reflex+measurements+using+an+isokinetic+device+in+stroke+patients+with+mild+to+moderate+elbow+spasticity.">Improving the test-retest and inter-rater reliability for stretch reflex measurements using an isokinetic device in stroke patients with mild to moderate elbow spasticity.</a> Journal of Electromyography and Kinesiology. 39 (1), 120-127 (2018).</li><li>Grippo, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+and+electromyographic+assessment+of+spastic+hypertonus+in+motor+complete+traumatic+spinal+cord-injured+individuals.">Biomechanical and electromyographic assessment of spastic hypertonus in motor complete traumatic spinal cord-injured individuals.</a> Spinal Cord. 49 (1), 142-148 (2011).</li><li>Rabita, G., Dupont, L., Thevenon, A., Lensel-Corbeil, G., P&#233;rot, C., Vanvelcenaher, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differences+in+kinematic+parameters+and+plantarflexor+reflex+responses+between+manual+(Ashworth)+and+isokinetic+mobilisations+in+spasticity+assessment.">Differences in kinematic parameters and plantarflexor reflex responses between manual (Ashworth) and isokinetic mobilisations in spasticity assessment.</a> Clinical Neurophysiology. 116 (1), 93-100 (2005).</li><li>Lynn, B. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comprehensive+quantification+of+the+spastic+catch+in+children+with+cerebral+palsy.">Comprehensive quantification of the spastic catch in children with cerebral palsy.</a> Research in Developmental Disabilities. 34 (1), 386-396 (2013).</li><li>Boyd, R. N., Graham, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Objective+measurement+of+clinical+findings+in+the+use+of+botulinum+toxin+type+A+for+the+management+of+children+with+cerebral+palsy.">Objective measurement of clinical findings in the use of botulinum toxin type A for the management of children with cerebral palsy.</a> European Journal of Neurology. 6 (1), 23-35 (1999).</li></ol>

Cette étude a tenté de normaliser la mesure MTS à l'aide d'un dispositif isokinétique robotique. Il a été étudié comment l'uniformité du mouvement d'évaluation influe sur les résultats de la mesure du SMT.
La valeur de l'AMIA a été proposée pour représenter le degré de variabilité dans la motion d'évaluation. Comme prévu, contrairement à la méthode de mouvement isokinétique sans variabilité, la méthode manuelle a montré la variabilité entre les tests et entre les éva...

La spasticité après l'AVC est commune et a été montrée pour induire des complications, y compris la douleur et les contractures, ayant pour résultat la qualité réduite de la vie1,2,3. La mesure de la spasticité est importante pour planifier correctement le cours du traitement et déterminer l'efficacité du traitement. Les outils couramment utilisés en milieu clinique sont l'échelle d'Ashworth modifiée (MAS)4, qui est un système de mesure nominal pour la résistance au mouvement passif, et l'échelle modifiée de Tardieu (MTS), qui mesure l'angle de capture (AoC), représentant le caractéristique dépendante de la vitesse de la spasticité5. Cependant, ces outils de mesure ont été montrés pour avoir la fiabilité inter-rater limitée6,7, exigeant le même évaluateur pour effectuer ces essais pour maintenir la fiabilité satisfaisante8.
Trois facteurs ont été montrés induisant la variabilité dans AoC pendant la mesure de MTS, y compris (1) des erreurs des mesures d'angle par une goniométrie ; (2) variabilité du profil de mouvement articulaire déplacé manuellement entre les évaluateurs; et (3) la variabilité dans la détection de la capture entre les évaluateurs9. Un nouveau dispositif robotique isokinétique avec des capteurs de couple est présenté dans ce protocole. Ce dispositif est appliqué aux patients de course avec la spasticité douce de fléchisseur de coude utilisant l'électromyographie de surface (EMG) mesures10. On a émis l'hypothèse que la normalisation du mouvement des articulations du coude améliorera la fiabilité inter-rater pour les mesures AoC obtenues par le réflexe d'étirement du fléchisseur du coude. Pour le prouver, la fiabilité de l'AoC mesurée par la surface EMG a été calculée et comparée entre l'extension du coude rapide et passif isokinétique, à l'aide de ce dispositif robotique développé et eMG. La figure 1 montre un aperçu de l'ensemble de la procédure expérimentale. Dans le détail, l'étape de mesure du MTS a été effectuée par deux évaluateurs, et l'ordre des expériences (mouvement manuel vs isokinétique) et l'ordre des évaluateurs ont été déterminés au hasard, ce qui a nécessité environ 50 min pour chaque sujet (figure1).

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D printer</td>
			<td>Lokit</td>
			<td>3Dison+</td>
			<td>FDA type 3D printer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ball sprine shaft</td>
			<td>Misumi</td>
			<td>LBF15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bridge Analog Input module</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>NI 9237</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CAN communication module</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>NI 9853</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Caster</td>
			<td>Misumi</td>
			<td>AC-50F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electromyography (EMG) device</td>
			<td>Laxtha</td>
			<td>WEMG-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EMG electrode</td>
			<td>Bioprotech</td>
			<td></td>
			<td>1.8x1.2 mm Ag&#8211;AgCl</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Encoder</td>
			<td>Maxon</td>
			<td>HEDL 9140</td>
			<td>500 CPT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gearbox</td>
			<td>Maxon</td>
			<td>GP 81</td>
			<td>51:1 ratio</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lab jack</td>
			<td>Misumi</td>
			<td>99-1620-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linear slider</td>
			<td>Misumi</td>
			<td>KSRLC16</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor</td>
			<td>Maxon</td>
			<td>EC-60</td>
			<td>brushless EC motor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor driver</td>
			<td>Elmo</td>
			<td>DC Whistle</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PLA</td>
			<td>Lokit</td>
			<td></td>
			<td>3D printer material</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Real-time processor</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>sbRIO-9632</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Torque sensor</td>
			<td>Transducer Techniques</td>
			<td>TRS-1K</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

isokinetic robotic device to improve test-retest and inter-rater reliability for stretch reflex measurements in stroke patients with spasticity

La mesure de la spasticité est importante dans la planification du traitement et la détermination de l'efficacité après le traitement. Cependant, l'outil actuel utilisé en milieu clinique s'est avéré limité dans la fiabilité inter-rater. Un facteur de cette faible fiabilité inter-rater est la variabilité du mouvement passif tout en mesurant l'angle de capture (AoC) mesures. Par conséquent, un dispositif isokinétique a été proposé pour normaliser le mouvement manuel de joint ; cependant, les avantages du mouvement isokinétique pour des mesures d'AoC n'ont pas été examinés d'une manière normalisée. Ce protocole étudie si le mouvement isokinétique lui-même peut améliorer la fiabilité inter-rater pour les mesures AoC. À cette fin, un dispositif isokinétique robotique a été développé qui est combiné avec l'électromyographie de surface (EMG). Deux conditions, les mouvements manuels et isokinétiques, sont comparées à la méthode normalisée pour mesurer l'angle et le sentiment subjectif de capture. Il est démontré que chez 17 patients ayant subi une légère spasticité du fléchisseur de coude, le mouvement isokinétique a amélioré le coefficient de corrélation intraclasse (ICC) pour la fiabilité inter-rater des mesures AoC à 0,890 [intervalle de confiance de 95 % (CI) : 0,685 à 0,961] par l'EMG 0,931 (IC à 95 % : 0,791 à 0,978) selon les critères de couple, à partir de 0,788 (IC à 95 % : 0,493 à 0,920) par mouvement manuel. En conclusion, le mouvement isokinétique lui-même peut améliorer la fiabilité inter-rater des mesures d'AoC dans les patients de course présentant la spasticité douce. Étant donné que ce système peut fournir des mesures d'angle plus normalisées et la capture du sentiment, il peut être une bonne option pour l'évaluation de la spasticité dans un cadre clinique.

La fiabilité est divisée en quatre catégories en fonction de la valeur de l'ICC : extrêmement excellente (0,90 euros), excellente (0,75 lt; ICC 0,90), juste à bonne (0,40 lt; ICC 0,75), et pauvre (lt;0,40). L'erreur standard de mesures (SEM) a été calculée pour déterminer la composante d'erreur de la variance. La plus petite différence détectable (SDD) a été calculée à partir du SEM des données de test-retest.
Indice de mouvement d'évaluation normalisé (NAMI) : le score NAMI ...

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Isokinetic Robotic Device to Improve Test-Retest and Inter-Rater Reliability for Stretch Reflex Measurements in Stroke Patients with Spasticity

À l'aide d'un dispositif isokinétique robotique avec des mesures d'électromyographie (EMG), ce protocole illustre que le mouvement isokinétique lui-même peut améliorer la fiabilité inter-rater pour l'angle des mesures de capture chez les patients victimes d'un AVC avec une légère spasticité du fléchisseur du coude.

Dispositif robotique Isokinetic pour améliorer la fiabilité de test-retest et d'inter-rater pour des mesures de réflexe d'étirement dans les patients de course avec la spasticité

Measuring spasticity is important in treatment planning and determining efficacy after treatment. However, the current tool used in clinical settings has ...

Ce protocole améliore la fiabilité de la mesure de la spasticité par rapport à la méthode conventionnelle. Le réflexe d’étirement est mesuré tout en tenant compte de l’effet du mouvement isocinétique normalisé sur la fiabilité de l’angle de capture. En utilisant cette technique, l’angle de capture illustré par la presse à civière peut être mesuré à l’aide de la manière standardisée, tant dans les mouvements isocinétiques que manuels en mesurant la surface et l’activité du brachii biceps.Seo Hyun Park, ergothérapeute de mon laboratoire, démontrera la procédure. Commencez par demander au patient de s’asseoir sur une chaise avec un dos droit. Informez-les également qu’ils devraient garder leur position d’épaule stable tout au long de l’expérience.Ensuite, détachez le bloc de fixation sur le curseur linéaire afin que le brassard puisse être déplacé librement. Placez ensuite légèrement le bras hémiparétique du sujet sur le robot manipulandum sans attacher la sangle. Ajustez la hauteur du robot à l’aide de la prise de laboratoire jusqu’à ce que l’épaule du patient soit enlevée à 90 degrés et confirmez-la à l’aide d’un goniomètre.Attachez les sangles du brassard de l’avant-bras. Ensuite, demandez au sujet de tenir la poignée et attacher sa main à la poignée avec des sangles. Aligner l’axe de rotation du robot avec l’axe anatomique de l’articulation du coude du patient.Maintenant, fléchissez et étendez l’articulation du coude du sujet afin que la position du brassard puisse être réajustée naturellement dans une position optimale sans générer de résistance pendant le mouvement. Attachez ensuite le bloc de fixation pour fixer la position du brassard. Enfin, fixez les électrodes EMG de surface sur le muscle brachii biceps dans le bras hémiparétique.Pour commencer les mesures d’abord entrer l’information secondaire hémiparétique du patient dans le programme. Ensuite, confirmez que le coude est fléchi à 90 degrés à l’aide d’un goniomètre et appuyez sur le bouton d’ensemble à 90 degrés sur le panneau d’interface graphique. Appuyez sur le bouton Finish set pour passer le robot à l’état d’actionnement.Ensuite, cliquez sur les boutons sur le panneau de course moteur sur le côté gauche de l’interface graphique afin de haut en bas. Réglez maintenant la vitesse à un degré par seconde, puis cliquez sur le bouton Exécuter. Le robot étendra lentement le coude à un degré par seconde à partir d’une posture fléchie à 90 degrés jusqu’à ce que le couple de réaction atteigne un certain niveau de seuil, ou s’étende de 170 degrés.Ensuite, changez la vitesse en négatif d’un degré par seconde et sélectionnez à nouveau Exécuter. Le robot fléchira lentement le coude jusqu’à ce que le couple de réaction atteigne le seuil. Avant de commencer les mesures, effectuer une compensation d’effet d’inertie.Tout d’abord, cliquez sur le bouton Arrière sur le panneau de commande et le robot va fléchir le coude à la posture d’angle minimum. Réglez maintenant la vitesse à 150 degrés par seconde, sélectionnez Test Inertie, puis cliquez sur le bouton Exécuter. Le robot appliquera une courte perturbation de cinq degrés au patient à ce rythme.Le couple de pointe et la valeur de période de chaque essai sont automatiquement empilés et affichés sur le panneau GUI. Répétez ce test d’inertie deux fois de plus, puis déterminez une valeur de couple maximale et une valeur de période appropriées à partir des données mesurées et entrez la valeur sur l’interface graphique du programme. Ici, nous voyons un exemple d’inertie effet compensation.La ligne verte indique le couple brut. La ligne pointillée indique le modèle de force inertielle, et la ligne rouge indique le résultat inertiel de compensation de couple. Exécutez ensuite l’étape de familiarisation.Cliquez sur le bouton Arrière pour fléchir le coude à la posture d’angle minimum. Informez ensuite le sujet que le robot se déplacera avant de cliquer sur le bouton Exécuter. Le robot prolongera le coude du patient à une vitesse de 150 degrés par seconde jusqu’à ce qu’un angle maximum soit atteint ou que le couple de réaction atteigne le seuil.Répétez la procédure de familiarisation deux fois de plus. Ensuite, prenez un repos de cinq minutes avant de commencer le test. Pour commencer la mesure isocinétique MTS à nouveau appuyez sur le bouton Arrière pour revenir à la posture d’angle minimum.Cette fois cependant, cliquez sur le bouton Exécuter sans en informer le sujet. Le robot prolongera à nouveau le coude du patient au même rythme. Les données sur le temps, l’angle, le couple de réaction et le signal de déclenchement seront stockées par le système pendant le test.Répétez la mesure isocinétique MTS deux fois de plus avec deux minutes de pause entre les ensembles. Ensuite, prenez un repos de cinq minutes après avoir effectué les trois mesures. Pour l’expérience manuelle MTS, essayez d’étendre le bras du sujet à la vitesse constante maximale selon l’état de performance MTS idéal.Ensuite, effectuez la mesure manuelle mts. Après le retour à l’angle minimum, appuyez sur le bouton Free Run et le robot passera en mode de fonctionnement manuel. Maintenant, tenez la poignée du manipulandum et étirez le bras du sujet.Pendant le fonctionnement, le rateur doit générer une vitesse constante de 150 degrés par seconde. À ce stade, éteignez le mode Free Run et faites en sorte que le sujet prenne une pause de deux minutes. Répétez ensuite la mesure manuelle MTS deux fois de plus.Après avoir terminé l’expérience entière avec le premier rateur ont le sujet de repos pendant 10 minutes. Répétez ensuite toutes les mesures MTS avec un tauxeur différent. Pour effectuer l’analyse isocinétique des données d’expérience MTS, synchronisez d’abord les données EMG et les données d’angle du robot à l’aide des signaux de déclenchement de chaque ensemble de données.Ensuite, déterminez l’angle de capture manuellement comme point de départ de la racine moyenne EMG upsurge comme on le voit ici. Pour l’évaluation de l’angle de capture à l’aide des données de couple tracer une ligne de régression en commençant par le point où le signal de déclenchement monte et tracer une autre ligne de régression à partir du point où le signal de déclenchement descend. Maintenant, comparez les pentes de ces deux lignes de régression.S’ils présentent une différence significative, l’angle de capture peut être déterminé à l’intersection des deux lignes de régression. Ce chiffre montre un exemple d’angle d’évaluation des captures à l’aide des données EMG pour un boîtier MTS manuel. Comme cela se fait dans le cas isocinétique, l’angle de capture est déterminé comme l’angle lorsqu’une resurgie claire de l’EMG se produit.Ici, nous voyons des variables pour l’indice normalisé de mouvement d’évaluation. Intuitivement, la valeur de l’indice est le rapport de la zone sous le graphique de vitesse à la zone de la boîte grise. La plupart des mouvements cinétiques de base montrent des valeurs plus proches d’une.L’étape la plus critique de cette technique est l’angle de sélection des prises. En outre, les conditions d’expérience devraient rester constantes pour réduire le bruit puisque ces expériences sont effectuées rapidement. À la suite de cette procédure, une évaluation plus complète de l’état est possible à l’aide du couple de réaction mesuré et des données emg, telles que l’évaluation de la rigidité du patient à l’aide de la pente de la ligne de régression.La normalisation et la quantification de l’outil d’évaluation dans ce protocole peuvent fournir une base pour un traitement plus efficace, et peuvent permettre le développement d’une nouvelle méthode, telle que la variation évoquée. Sachez que le mouvement rapide du dispositif robotique peut rendre le patient nerveux, ce qui peut affecter le tonus musculaire. Par conséquent, la familiarisation est nécessaire avant de commencer l’expérience.

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