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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Este estudio fue apoyado por el Fondo de Investigación hospitalaria Bundang de la Universidad Nacional de Seúl (14- 2014 - 035) y la subvención de la Fundación De Investigación De Corea y la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiada por el Gobierno de Corea (A100249). Nos gustaría agradecer a Seo Hyun Park y Hae-in Kim por ayudar a preparar y proceder con la grabación de vídeo.

1. Configuración experimental
<ol><li>Reclutamiento de pacientes NOTA: Todos los procedimientos fueron revisados y aprobados por la Junta de Revisión Institucional del Hospital Bundang de la Universidad Nacional de Seúl. Estos sujetos eran pacientes hospitalizados o pacientes ambulatorios con diagnósticos de accidentes cerebrovasculares de cuatro hospitales de rehabilitación de la región.<ol>
<li>Realizar el proceso de cribado utilizando los siguientes criterios de inclusión: (1) hemiparesia ...

<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>

Este estudio intentó estandarizar la medición MTS utilizando un dispositivo isocinético robótico. Se investigó cómo la consistencia del movimiento de evaluación afecta a los resultados de la medición del MTS.
Se propuso el valor NAMI para representar el grado de variabilidad en la moción de evaluación. Como era de esperar, a diferencia del método de movimiento isocinético sin variabilidad, el método manual mostró variabilidad entre las pruebas y entre los evaluadores, lo que resu...

La espasticidad después del accidente cerebrovascular es común y se ha demostrado que induce complicaciones, incluyendo dolor y contracturas, lo que resulta en una menor calidad de vida1,2,3. La medición de la espasticidad es importante para planificar adecuadamente el curso del tratamiento y determinar la eficacia del tratamiento. Las herramientas de uso común en el entorno clínico son la escala Ashworth modificada (MAS)4, que es un sistema de medición nominal para la resistencia al movimiento pasivo, y la escala Tardieu modificada (MTS), que mide el ángulo de captura (AoC), que representa el característica dependiente de la velocidad de la espasticidad5. Sin embargo, se ha demostrado que estas herramientas de medición tienen una fiabilidad intertasadora limitada6,7, que requiere el mismo tasador para realizar estas pruebas para mantener una fiabilidad satisfactoria8.
Se han demostrado tres factores que inducen variabilidad en AoC durante la medición del MTS, incluidos (1) errores de mediciones de ángulo por una goniometría; 2) la variabilidad del perfil de movimiento conjunto movido manualmente entre los tasadores; y (3) variabilidad en la detección de la captura entre los tasadores9. En este protocolo se presenta un novedoso dispositivo robótico isocinético con sensores de par. Este dispositivo se aplica a pacientes con accidente cerebrovascular con espasticidad flexor de codo leve utilizando mediciones de electromiografía superficial (EMG)10. Se hipotetizó que la estandarización del movimiento de la articulación del codo mejorará la fiabilidad entre el tasador para las mediciones de AoC provocadas por el reflejo de estiramiento del flexor de codo. Para demostrar esto, la fiabilidad de AoC medida por EMG de superficie se calculó y comparó entre la extensión de codo rápido manual y pasivo isocinético, utilizando este dispositivo robótico desarrollado y EMG. La Figura 1 muestra una visión general de todo el procedimiento experimental. En detalle, la etapa de medición del MTS fue realizada por dos tasadores, y el orden de los experimentos (manual frente al movimiento isocinético) y el orden de los raters se determinaron aleatoriamente, lo que requirió unos 50 minutos para cada sujeto (Figura1).

<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 medición de la espasticidad es importante en la planificación del tratamiento y la determinación de la eficacia después del tratamiento. Sin embargo, se ha demostrado que la herramienta actual utilizada en entornos clínicos es limitada en la fiabilidad entre tarifas. Un factor en esta pobre fiabilidad entre tasadores es la variabilidad del movimiento pasivo mientras se mide el ángulo de medición de la captura (AoC). Por lo tanto, se ha propuesto un dispositivo isocinético para estandarizar el movimiento manual de la articulación; sin embargo, los beneficios del movimiento isocinético para las mediciones de AoC no se han probado de manera estandarizada. Este protocolo investiga si el movimiento isocinético en sí puede mejorar la fiabilidad del intertasador para las mediciones de AoC. Para ello, se desarrolló un dispositivo isocinético robótico que se combina con la electromiografía superficial (EMG). Dos condiciones, movimientos manuales e isocinéticos, se comparan con el método estandarizado para medir el ángulo y la sensación subjetiva de captura. Se ha demostrado que en pacientes con accidente cerebrovascular con espasticidad leve del flexor de codo, el movimiento isocinético mejoró el coeficiente de correlación intraclase (ICC) para la fiabilidad entre clasificadores de las mediciones de AoC a 0,890 [intervalo de confianza del 95% (IC): 0,685–0,961] por la EMG y 0,931 (IC del 95%: 0,791–0,978) según los criterios de par, desde 0,788 (IC del 95%: 0,493–0,920) por movimiento manual. En conclusión, el movimiento isocinético en sí mismo puede mejorar la fiabilidad entre el tasador de las mediciones de AoC en pacientes con accidente cerebrovascular con espasticidad leve. Dado que este sistema puede proporcionar mayores mediciones de ángulo estandarizado y captura de sensibilidad, puede ser una buena opción para la evaluación de la espasticidad en un entorno clínico.

La fiabilidad se divide en cuatro grados según el valor de la CPI: extremadamente excelente (>0.90), excelente (0,75 < ICC a 0,90), justo a bueno (0,40 < ICC a 0,75) y pobre (<0,40). El error estándar de mediciones (SEM) se calculó para determinar el componente de error de la varianza. La diferencia detectable más pequeña (SDD) se calculó a partir del SEM de datos de prueba-reprueba.
El índice de movimiento de evaluación normalizado (NAMI): la puntuación NAMI durante un movimiento iso...

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

Utilizando un dispositivo isocinético robótico con mediciones de electromiografía (EMG), este protocolo ilustra que el movimiento isocinético en sí puede mejorar la fiabilidad inter-rater para el ángulo de medición de captura en pacientes con accidente cerebrovascular con espasticidad flexor de codo leve.

Dispositivo robótico isocinético para mejorar la fiabilidad de la prueba y el intertasador para las mediciones de reflejo de estiramiento en pacientes con accidente cerebrovascular con espasticidad

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

Este protocolo mejora la fiabilidad de la medición de la espasticidad en comparación con el método convencional. El reflejo de estiramiento se mide teniendo en cuenta el efecto del movimiento isocinético estandarizado en la fiabilidad del ángulo de captura. Usando este ángulo técnico de captura ilustrado por la prensa de camilla se puede medir utilizando la manera estandarizada, tanto en los movimientos isocinéticos y manuales midiendo la superficie y la actividad de los brachii del bíceps.Demostrar el procedimiento será Seo Hyun Park, un terapeuta ocupacional de mi laboratorio. Comience pidiendo al paciente que se siente en una silla con la espalda recta. También infórmeles que deben mantener su posición del hombro estable durante todo el experimento.A continuación, desenganche el bloque de fijación en el control deslizante lineal para que el manguito se pueda mover libremente. A continuación, coloque el brazo hemiparético del sujeto ligeramente sobre el manipulador del robot sin sujetar la correa. Ajuste la altura del robot usando el gato de laboratorio hasta que el hombro del paciente sea secuestrado 90 grados y confirme esto usando un goniómetro.Fije las correas del manguito del antebrazo. A continuación, indique al sujeto que sostenga el mango y sujete la mano a la manija con correas. Alinee el eje de rotación del robot con el eje anatómico de la articulación del codo del paciente.Ahora flexiona y extiende la articulación del codo del sujeto para que la posición del manguito se pueda reajustar naturalmente en una posición óptima sin generar resistencia durante el movimiento. A continuación, fije el bloque de fijación para fijar la posición del manguito. Finalmente, adjunte los electrodos EMG de superficie en el músculo braquio del bíceps en el brazo hemiparético.Para comenzar las mediciones primero ingrese la información del lado hemiparético del paciente en el programa. A continuación, confirme que el codo está flexionado a 90 grados utilizando un goniómetro y presione el botón de conjunto de 90 grados en el panel de interfaz gráfica. Pulse el botón Finalizar para cambiar el robot al estado de accionamiento.A continuación, haga clic en los botones del panel de funcionamiento del motor en el lado izquierdo de la interfaz gráfica en orden de arriba a abajo. Ahora establece la velocidad en un grado por segundo, luego haz clic en el botón Ejecutar. El robot extenderá el codo lentamente a un grado por segundo desde una postura flexionada de 90 grados hasta que el par de reacción alcance un cierto nivel de umbral, o se extienda en 170 grados.A continuación, cambie la velocidad a un grado por segundo negativo y seleccione Ejecutar de nuevo. El robot flexionará el codo lentamente hasta que el par de reacción alcance el nivel de umbral. Antes de comenzar las mediciones, realice la compensación del efecto de inercia.En primer lugar, haga clic en el botón Atrás en el panel de control y el robot flexionará el codo a la postura de ángulo mínimo. Ahora establece la velocidad en 150 grados por segundo, selecciona Prueba de inercia y luego haz clic en el botón Ejecutar. El robot aplicará una breve perturbación de cinco grados al paciente a este ritmo.El par máximo y el valor del período de cada ensayo se apilan automáticamente y se muestran en el panel GUI. Repita esta prueba de inercia dos veces más, luego determine un valor de par máximo adecuado y el valor del período a partir de los datos medidos e introduzca el valor en la GUI del programa. Aquí vemos un ejemplo de compensación por efecto de inercia.La línea verde indica el par bruto. La línea punteada indica el modelo de fuerza inercial y la línea roja indica el resultado de compensación de par inercial. A continuación, ejecute el paso de familiarización.Haga clic en el botón Atrás para flexionar el codo a la postura de ángulo mínimo. A continuación, informe al sujeto de que el robot se moverá antes de hacer clic en el botón Ejecutar. El robot extenderá el codo del paciente a una velocidad de 150 grados por segundo hasta que se alcance un ángulo máximo o el par de reacción alcance el umbral.Repita el procedimiento de familiarización dos veces más. Luego tome un descanso de cinco minutos antes de comenzar la prueba. Para comenzar la medición isocinética de MTS de nuevo pulse el botón Atrás para volver a la postura de ángulo mínimo.Esta vez, sin embargo, haga clic en el botón Ejecutar sin informar al sujeto. El robot volverá a extender el codo del paciente al mismo ritmo. El sistema almacenará los datos de tiempo, ángulo, par de reacción y señal de disparo durante la prueba.Repita la medición isocinética del MTS dos veces más con dos minutos de descanso entre los conjuntos. A continuación, tome un descanso de cinco minutos después de realizar las tres mediciones. Para el experimento manual de MTS, intente extender el brazo del sujeto a la velocidad máxima constante de acuerdo con la condición de rendimiento MTS ideal.A continuación, realice la medición manual de MTS. Después de volver al ángulo mínimo, pulse el botón Free Run y el robot cambiará al modo de operación manual. Ahora sostenga la manija del manipulandum y estire el brazo del sujeto.Durante el funcionamiento, el calificador debe generar una velocidad constante de 150 grados por segundo. En este punto, desactive el modo de ejecución libre y haga que el sujeto tome un descanso de dos minutos. A continuación, repita la medición manual de MTS dos veces más.Después de terminar todo el experimento con el primer calificador tener el sujeto en reposo durante 10 minutos. A continuación, repita todas las mediciones de MTS con un calificador diferente. Para realizar análisis de datos de experimentos MTS isocinéticos, primero sincronice los datos EMG y los datos de ángulo del robot utilizando las señales de disparo de cada conjunto de datos.A continuación, determine el ángulo de captura manualmente como el punto de partida de la media de la raíz cuadrado EMG upsurge como se ve aquí. Para la evaluación del ángulo de captura utilizando los datos de par dibuje una línea de regresión comenzando con el punto donde la señal de disparo sube y dibuje otra línea de regresión desde el punto donde la señal de disparo baja. Ahora compare las pendientes de estas dos líneas de regresión.Si muestran una diferencia significativa, el ángulo de captura se puede determinar en la intersección de las dos líneas de regresión. Esta figura muestra un ejemplo de evaluación de ángulo de captura utilizando datos EMG para un caso MTS manual. Como se hace en el caso isocinético, el ángulo de captura se determina como el ángulo cuando se produce un aumento claro de la EMG.Aquí vemos variables para el índice de movimiento de evaluación normalizado. Intuitivamente, el valor del índice es la relación del área debajo del gráfico de velocidad con el área del cuadro gris. La mayoría de los movimientos cinéticos básicos muestran valores más cercanos a uno.El paso más crítico en esta técnica es el ángulo de selección de captura. También las condiciones del experimento deben permanecer constantes para reducir el ruido, ya que estos experimentos se realizan rápidamente. Después de este procedimiento, es posible realizar una evaluación del estado más completa utilizando el par de reacción medido y los datos de EMG, como la evaluación de la rigidez del paciente utilizando la pendiente de la línea de regresión.La normalización y la cuantificación de la herramienta de evaluación en este protocolo pueden proporcionar una base para un tratamiento más eficiente y permitir el desarrollo de un nuevo método, como la variación evocada. Tenga en cuenta que el movimiento rápido del dispositivo robótico puede poner nervioso al paciente, y esto puede afectar el tono muscular. Por lo tanto, la familiarización es necesaria antes de comenzar el experimento.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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Investigación

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