一种表征姿势反应的仪器拉力测试
2019年4月6日
姿势反射的损害, 称为姿势不稳定, 是很难量化的。临床评估 (如拉力测试) 会遇到可靠性和扩展性方面的问题。在这里, 我们提出了一个仪器版本的拉测试, 以客观地描述姿势反应。
此程序的总体目标是使用临床拉力测试的仪器版本更精确地评估姿势反应。这是通过使用半便携式运动跟踪系统捕获手动向后拉的姿势响应实现的。首先，将线束和传感器连接到后备箱和脚上。
下一步是确保参与者站在舒适的立场沿线标记，向前看。接下来，执行仪器的拉取测试程序。每次试验期间记录拉力。
计算中继响应的幅度和反应时间。最后一步是协助学员离开线束，将传感器从后备箱和脚上拆下。最终，仪器拉取测试用于描述临床拉力测试产生的姿势反应。
它还可用于确定影响拉取测试性能的变异性。这种方法的主要优点是能够对临床拉力测试的姿势反应进行精确定量。使用半便携式运动捕获，仪器拉式测试提供了一种与传统实验室技术相比更易于访问的测量方法。
这使得研究人员能够轻松地采用这种技术来测量拉力测试的姿势反应。临床拉力测试的仪器在研究中具有潜在的效用，这些研究旨在量化姿势不稳定性，例如，随着时间的推移，在一组患者中，或为了对平衡问题的疗法作出反应，特别是在帕金森病等疾病中。此方法的可视化演示至关重要，因为调查人员了解事件序列非常重要。
其中包括设备设置、患者准备和检查员对仪器拉测试的管理。简而言之，所有设备在数据收集之前都设置正确。根据制造商指南，使用三个微型运动传感器准备电磁运动跟踪器。
每个传感器的采样速度至少为 250 赫兹，位移以毫米为单位，以度为单位旋转。必须禁用所有内部滤波，并且传感器的位置设置为引用静态原点。使用最小直径为 10 毫米的绳索将称重传感器固定到肩部的患者线束上。
将称重单元连接到数据采集单元。根据负载单元规格，可能需要前置放大器和单独的电源。将数据采集单元的触发输出连接到运动跟踪器的触发输入，以确保同步录制。
匹配运动跟踪器的采样率并禁用任何滤波。触发器还可用于时间传递听觉或视觉刺激，以进一步描述平衡机制。实验应在安静的房间里进行，以尽量减少评估期间的干扰。
为学员留出足够的空间，采取若干纠正措施以恢复平衡。作为预防措施，泡沫垫可以放在地板上。首先获得参与者的知情同意。
适合仪器拉测试程序的参与者包括能够独立站立并生成更正的余额响应，无需协助即可恢复的参与者。要求学员在实验当天穿着舒适宽松的衣服，并脱鞋参加测试。协助学员佩戴线束。
将扣子夹在胸部和腰部。确保拉扯绳索时，线束适当拧紧，线束中不超过 50 毫米的松弛。使用医用胶带将运动传感器连接到胸口和左右脚踝的脚部。
所有电缆必须小心布线，以避免绊倒危险。将学员放在垫子上，双脚以舒适的姿势沿着标记对齐。学员应注意其在线条上的脚位，以便他们能够在每次拉取后返回到同一位置。
如果观察到任何偏差，评估员应提示学员返回原始脚部位置。指导学员在眼睛水平前方 1.5 米处专注于艺术品，双手放在一边，以尽量减少拉力之间的干扰。仪器拉力测试根据统一帕金森病评分表中描述的临床拉力测试指南进行。
首先，解释测试过程，让学员知道在向后拉后允许执行步进。劝阻预期反应，如拉拔前树干向前倾斜。确保学员专心致志，直立站立，睁开眼睛，以舒适的姿势站在指定标记上。
站在学员后面，对绳索进行快速、有力的拉力。确保绳索与参与者的肩部水平垂直固定。每次拉取后，确保学员回到地板上的原始脚部位置，并重复测试 35 次。
每 10 次拉拉后，让学员休息一分钟。请求参与者在允许休息之前不要在两次试验之间讲话，除非表示不适或需要提前休息。评估员应时刻准备好捕捉学员。
在评估已知姿势不稳定性的参与者时，需要一名助理来保障安全。完成仪器的拉力测试步骤后，拆下传感器并协助学员离开线束。研究期间记录的数据必须使用合适的数据科学软件进行分析。
使用触发信号对齐运动跟踪器和加载单元数据。高通滤波器或运动跟踪和加载细胞数据与0.05赫兹的截止频率，以删除基线磨。双区分中继运动跟踪位移数据，获取中继速度和加速度。
将连续记录分为各个试验纪元。拒绝在拉药前观察到预期性流氓运动的试验。确定姿势反应时间作为拉扯后干线位移的开始与树干速度曲线的转折点之间的差值，这表示树干减速的开始。
确定当中继的峰值减速时姿势响应的大小。步进定义为脚向后移动的踏脚。计算步进反应时间，作为单脚位移到步进肢体初始运动之间的差值。
通过计算脚的总位移（以毫米为单位）确定步进响应幅度，从初始脚部升空到接触步进肢体，向后追溯。排除小于 50 毫米的步骤，因为支持基数的变化被认为可以忽略不计。从称重电池计算峰值拉力和力发展速率。
峰值拉力表示瞬时最大力传递，而力速率是力与时间曲线的斜率，指示力的生成速度。使用仪器拉力测试评估了一群年轻健康参与者的姿势反应。35 次试验进行了，同时提供听觉刺激，每次拉取 90 分贝或 116 分贝。
被称为开始反应效应，惊人的116分贝刺激预计将加快反应时间超过较小的强度90分贝刺激。在35项试验中，第一项被保留用于分析未习惯的反应，随后的4项试验被丢弃，以产生实践效果。随后的试验分析包括20个正常强度试验在90分贝和10个响亮的试验在116分贝随机混合。
由于可能影响树干和步进姿势反应的多种促成因素，使用线性混合模型进行分析。这些因素包括拉力和参与者的身高和体重。仪器拉取试验能够区分第一次试验效果，其中与第一次试验的反应与随后的习惯于试验不同。
在第一次试验中，步进反应时间较慢，步进反应幅度较大。启动反应效果只存在于中继到随后的习性拉。响亮的听觉刺激加速了流断反应时间，增加了流断反应量。
检查官峰值拉力被发现影响步进反应的类型和躯干反应时间。参与者体重影响步进反应时间。否则，参与者的体重和身高不会影响结果。
根据学员的物理功能和平衡能力，仪器拉力测试程序大约需要 20 分钟。这还允许每 10 次拉式试验后最多休息一分钟。在已知姿势不稳定性的患者中，在实验期间防止实际跌倒非常重要。
助理应在场，需要不断监测参与者的疲劳程度和参与能力。临床拉力试验的仪器已经产生了一种客观量化姿势不稳定性的方法。这在跟踪姿势不稳定以及检测姿势不稳定性的新兴治疗方法方面可能有用。
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概述
本研究提出了一种仪器化的临床拉力测试版本，以客观评估姿势反应。通过利用运动跟踪系统，该方法旨在改进姿势不稳定性的量化。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 临床评估
- 姿势控制
背景
- 姿势不稳定性难以量化。
- 传统的临床评估如拉力测试存在可靠性问题。
- 客观测量对准确评估至关重要。
- 仪器化测试可以提供更可靠的数据。
研究目的
- 提高姿势反应评估的精确度。
- 利用半便携式运动跟踪系统。
- 记录仪器化拉力测试期间的拉力。
使用的方法
- 参与者佩戴带有传感器的安全带。
- 传感器放置在躯干和脚上。
- 参与者站在标记线上的舒适位置。
- 进行手动向后拉动以评估反应。
主要结果
- 成功收集了姿势反应的客观数据。
- 仪器化方法显示出改进的可靠性。
- 获得了姿势不稳定性的定量测量。
- 结果表明具有临床应用的潜力。
结论
- 仪器化拉力测试提供了一种可靠的评估工具。
- 客观测量可以增强对姿势控制的理解。
- 该方法可能改善姿势不稳定性的临床评估。
常见问题
Executive Industry Relevance
Quantifying postural instability with improved reliability supports early detection of neurological deficits and therapeutic response tracking in neurodegenerative diseases. The instrumented pull test enhances predictive confidence in target validation by providing objective, quantitative measures of postural control. This addresses a key discovery-stage challenge in assessing functional outcomes for CNS drug development programs.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to postural control pathways in Parkinson's disease models.
- Operational Value: Provides biological de-risking through functional target validation of neuromodulatory mechanisms affecting balance.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by distinguishing habituated from unhabituated postural responses to assess drug effects on motor learning.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for downstream workflows by standardizing perturbation delivery and response capture.
- Quantitative Outputs: Delivers millimeter-scale displacement and reaction time metrics enabling reliable compound screening for balance-modulating agents.
- Platform Reuse: Facilitates scalable assessment across cohorts with synchronized motion and force tracking for longitudinal studies.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Aligns with Parkinson's disease models to capture early abnormalities in postural responses over time.
- Translational Continuity: Bridges discovery through preclinical validation by quantifying responses to therapy in balance-related indications.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs go/no-go decisions by detecting variabilities in pull force and participant physiology that influence postural outcomes.
Pipeline & Workflow Integration
The instrumented pull test fits within the discovery continuum from hypothesis testing to lead identification, particularly for CNS targets affecting motor control and postural stability.
- Discovery Biology: Supports pathway clarification by measuring trunk and step responses to controlled perturbations, enabling mechanistic de-risking of neuromuscular targets.
- Screening: Ensures assay readiness through synchronized recording of pull force, trunk displacement, and foot movement across repeated trials.
- Analytics: Generates peak deceleration, reaction time, and step magnitude readouts that allow teams to compare drug or genetic conditions quantitatively.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by tracking postural instability progression and therapeutic response in disease models.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable capability for assessing balance-related endpoints across multiple indication programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity in postural control assessments through objective quantification.
- Operational Value: Enhances standardization and reproducibility by capturing pull force variability and minimizing examiner-dependent confounds.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing quantitative thresholds for postural response normalization, reducing late-stage biological risk in CNS programs.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization by identifying compounds that normalize habituated versus startle-modulated postural responses.
Implementation Considerations
- Requires expertise in motion capture systems, biomechanics, and clinical assessment protocols for accurate sensor placement and data interpretation.
- Needs semi-portable electromagnetic motion tracker, load cell, data acquisition unit, and synchronized trigger infrastructure capable of 250 Hz sampling.
- Demands cross-team standardization of harness fitting, sensor attachment to sternal notch and ankle malleoli, and rope perpendicularity to shoulder level.
- Involves adaptation considerations for varying participant height, weight, and balance abilities, with rest periods every 10 trials to manage fatigue.
- Includes practical limitations such as the need for assistant supervision in unstable patients and exclusion of anticipatory trunk movement or steps under 50 mm to ensure data validity.
