Una prueba de extracción instrumentada para caracterizar las respuestas posturales

Resumen

Deterioro de los reflejos posturales, como inestabilidad postural, es difícil de cuantificar. Evaluaciones clínicas como la prueba de tirón sufren problemas con fiabilidad y escalamiento. Aquí, presentamos una versión instrumentada de la prueba de extracción para caracterizar objetivamente las respuestas posturales.

Resumen

Deterioro de los reflejos posturales, como inestabilidad postural, es un déficit común e incapacitante de la enfermedad de Parkinson. Para evaluar los reflejos posturales, los médicos emplean típicamente la prueba de tirar respuestas correctivas grado a una perturbación hacia atrás en los hombros. Sin embargo, la prueba de extracción es propensa a problemas de fiabilidad y escalamiento (puntuación/4). Aquí, presentamos una versión instrumentada de la prueba de extracción para cuantificar más exactamente las respuestas posturales. Similar a la prueba clínica, tira manualmente se administra menos fuerza también se registra. Desplazamientos del tronco y pies son capturados por un movimiento semi portátil sistema de seguimiento. Datos representan la distancia recorrida (en unidades de milímetros), haciendo análisis y posterior interpretación intuitiva. La prueba de extracción instrumentada también detecta variabilidades confunde influir en administración examen de pull, como fuerza de tracción, tal modo identificación y cuantificación de potencial que pueden explicarse por técnicas estadísticas. La prueba de extracción instrumentada podría tener aplicación en estudios que buscan capturar tempranas anormalidades en las respuestas posturales, inestabilidad postural la pista con el tiempo y detectar la respuesta a la terapia.

Introducción

Reflejos posturales actúan para mantener el equilibrio y la postura vertical en respuesta a perturbaciones¹. Deterioro de estas respuestas posturales en trastornos como la enfermedad de Parkinson resulta en inestabilidad postural, y comúnmente conduce a cae, reducido a poca confianza y disminuye la calidad de vida^2,3,⁴. En la práctica clínica, los reflejos posturales se evalúan típicamente con la prueba de tiro, donde un examinador tira enérgicamente al paciente hacia atrás en los hombros y grados visualmente la respuesta^{5,6,7, 8}. inestabilidad postural generalmente se anotó con la Unified Parkinson enfermedad valorar escala (UPDRS) (0 - normal 4 - severo), según lo publicado por la sociedad de trastornos de movimiento internacional⁵. Este método se ha utilizado ampliamente en la evaluación de individuos con enfermedad de Parkinson pero sufre poca fiabilidad y escala muy limitada (puntuación/4)^6,7,9. Calificaciones de pruebas de tracción a menudo no se correlacionan con puntos finales clínicos importantes como las cataratas y la clasificación basada en entero carece de sensibilidad para detectar cambios postural fino^10,11.

Medidas objetivas de laboratorio ofrecen información precisa sobre la naturaleza de la respuesta de equilibrio mediante la cuantificación de cinética (por ejemplo, el centro de presión), cinemática (por ejemplo, conjunto de desplazamiento de la goniometría y extremidades) y neurofisiológicos (p. ej., músculo extremos de reclutamiento)¹². Estos métodos pueden identificar anomalías antes de que sea clínicamente evidente inestabilidad postural y seguimiento de los cambios con el tiempo, incluyendo las respuestas al tratamiento^13,14.

Herramientas para cuantificar la inestabilidad Postural

Las técnicas convencionales de posturografía dinámica comúnmente emplean plataformas móviles. Las respuestas posturales resultantes se cuantifican usando una combinación de posturografía, electromiografía (EMG) y acelerometría^12,15,16. Sin embargo, las respuestas de abajo hacia arriba de las perturbaciones de la plataforma - que evocan una respuesta como deslizarse en un suelo mojado, son fundamentalmente diferentes de las respuestas posturales de arriba hacia abajo de la prueba clínica pull - como puede ocurrir cuando se golpea en una multitud. Emerge evidencia sugiere perturbaciones truncal rendimiento características posturales diferentes a las de mover plataformas^17,18,19. En consecuencia, otros han intentado truncal perturbaciones en el laboratorio con técnicas complejas, incluyendo motores, poleas y péndulos^15,20,21,22. Métodos de medición son a menudo costosos e inaccesibles y forman parte de captura de movimiento basado en el video que requiere espacio en laboratorios especializados^20,21. Idealmente, un método objetivo para caracterizar las respuestas de prueba de extracción debe tener excelentes propiedades psicométricas, ser fácil de administrar, fácil de operar, ampliamente accesible y portátil. Esto es importante para facilitar la adopción generalizada de la técnica como una herramienta de evaluación alternativa para evaluar respuestas posturales dentro de investigación y potencialmente, ajustes clínicos.

La prueba de extracción instrumentada

Este protocolo pretende ofrecer a los investigadores una técnica para la evaluación objetiva de las respuestas posturales a la prueba de extracción. Un sistema de captura de movimiento electromagnética semi portable y ampliamente disponible es la base de la técnica. La perturbación consiste en tira de manual que no requiere sistemas mecánicos especializados. Este método no tiene sensibilidad suficiente para detectar pequeñas diferencias en los tiempos de reacción posturales y las amplitudes de respuesta; por lo tanto, es adecuado para captar potenciales anormalidades desde normal hasta inestabilidad postural grado 1 según la UPDRS (inestabilidad postural con recuperación del equilibrio sin ayuda)⁵. Este método también puede utilizarse para explorar los efectos del tratamiento en la inestabilidad postural. El protocolo aquí descrito se deriva de en Tan et al²³.

Protocolo

Todos los métodos descritos fueron revisados y aprobados por el Comité de ética de investigación humano local en salud de Melbourne. Consentimiento informado fue obtenido de los participantes antes del estudio.

1 instalación de equipo

1. Preparar el rastreador de movimiento electromagnético con 3 sensores de movimiento miniatura según las instrucciones del fabricante. Antes de la recogida de datos, asegúrese de cada sensor es muestreada en un mínimo 250 Hz, desplazamiento se mide en unidades de milímetros y rotaciones (pitch, roll y yaw) están en grados. Asegúrese de que toda filtración interna está desactivados, y la posición de los sensores para hacer referencia a un origen estática (generalmente el transmisor electromagnético).
2. Fijar una celda de carga (rango de tensión mínima 100 N, S se recomienda el tipo) al arnés del paciente a nivel del hombro con una cuerda de un diámetro mínimo de 10 mm.
   Nota: El sistema del arnés y la cuerda son adecuados para su uso en los participantes hasta 120 kg de peso.
3. Conectar la celda de carga a unidad de adquisición de datos (convertidor A/D).
4. Conecte el disparador de la salida de la unidad de adquisición de datos en una entrada de disparador del rastreador de movimiento para asegurar la grabación sincronizada. Conjunto de unidad de adquisición de datos de muestreo coincida con el rastreador de movimiento y desactivar el filtro todos.
5. Realizar el experimento en una habitación tranquila para minimizar las distracciones durante la evaluación. Deje suficiente espacio para los participantes a adoptar varias medidas correctivas para recuperar el equilibrio.
   Nota: Pacientes con enfermedad de Parkinson y retropulsión son conocidos por tomar 5-6 pasos hacia atrás durante el ensayo de tracción.
6. Lugar cae la estera en el suelo como medida de precaución.
7. Limpie el arnés, sensores y cables con una toallita desinfectante de grado de hospital antes de la prueba a cada participante.
   Nota: Grabación de vídeo (por ejemplo, mediante una cámara sobre un trípode) de la prueba de extracción instrumentada procedimiento se recomienda para que puede hacer referencia a cualquier irregularidad durante el proceso de datos contra los datos de vídeo de un ensayo.

2. preparación y selección de participantes

1. Identificar a los participantes apropiados para el estudio: los participantes abarcan una gama de edades, las condiciones de la enfermedad y severidad donde las respuestas posturales son de interés y balance evaluación emplea típicamente la prueba clínica pull. Asegúrese de que los participantes pueden colocar independientemente y generar una respuesta de equilibrio correctivo no requieren ayuda para recuperar (es decir, hasta 1 grado inestabilidad postural según la UPDRS).
2. Excluir a las personas con visión vestibular, cardiovascular y Musculoesqueléticas (incluyendo las personas que necesitan pies ortesis o férulas), que puede perjudicar el desempeño del equilibrio a menos que se trata el tema de la investigación, los de contacto Precauciones y los medicamentos que afectan el equilibrio o la atención (p. ej., antidepresivos, neurolépticos, benzodiacepinas, antiepilépticos, antiarrítmicos y diuréticos).
3. Con el participante use ropa floja cómodo en el día del experimento y quitar los zapatos antes del procedimiento de prueba de extracción.
4. Ayudar al participante en colocarse el arnés de tronco modificado para requisitos particulares con la célula de carga. Haga clic en las hebillas en el pecho y la cintura. Asegúrese de que las correas de ajuste del arnés son ajustada, pero confortable. No se permiten más de 50 mm de holgura en el arnés al tirar de la cuerda. En los pacientes con inestabilidad postural conocida, asegúrese de que un asistente esté presente cuando el arnés se aplica cuando el participante está de pie.
5. Instale sensores de movimiento usando cinta médica para la ranura esternal (a nivel de las vértebras segunda y tercera torácica) y en los pies en el maléolo del tobillo izquierdo y derecho.
   Nota: Aplicar los sensores en los participantes con inestabilidad postural conocida en sesión. Todos los cables deben pasarse cuidadosamente para evitar los peligros del viaje.
6. Pregunte al participante a pie descalzo, en una postura cómoda (según base preferida del participante de apoyo) a lo largo de las marcas de la línea vertical y horizontal en el piso. Observe la posición de pies de los participantes. Pregunte al participante a también nota que sus pies posición para volver a la misma posición después de cada extracción. Supervisar la colocación de pies de los participantes después de cada prueba y pregunte al participante para volver a la posición original de pies si se observan discrepancias.
7. Instruir a los participantes centrarse en arte 1,5 m en el nivel de los ojos con las manos a su lado para minimizar las distracciones entre tirones.

3. procedimiento de prueba de tirón instrumentada

1. Realice la prueba de extracción instrumentada según las directrices de examen de tirón clínica descrita por el UPDRS⁵.
2. Explicar el procedimiento de prueba y que el participante sepan que paso a paso se le permite recuperar el equilibrio tras el tirón hacia atrás. Desalentar las respuestas anticipatorias como flexión de tronco hacia delante, refuerzo en flexión postura o de la rodilla antes de la extracción. Tenga en cuenta estas respuestas si ocurren durante el experimento.
3. Antes de cada pull, asegúrese de que el participante está atento preguntando a los participantes a centrarse en un cuadro colgado en la pared. Asegúrese de que el participante está de pie erguido, con los ojos abiertos, las manos a su lado, y sus pies a los marcadores señalados en una postura cómoda.
4. Párese detrás del participante. Se aplica un tirón enérgico de la fuerza suficiente para generar una respuesta tronco y paso a través de la cuerda y sostenida perpendicularmente a la altura de los hombros de los participantes de la célula de carga.
5. Después de cada tirón asegurar el participante vuelve a los pies originales posicionamiento. Restablecer la posición a marcadores designados en el piso y repetir 35 veces.
   Nota: El número de ensayos se puede variar según el diseño experimental y población clínica.
6. Permiten a los participantes un breve descanso de 2 min después de cada 10 ensayos, o como sea necesario para reducir los efectos de la fatiga y asegurar la atención se centra en la tarea. Los participantes pueden optar por sentarse o pararse. Solicitar que los participantes abstengan de hablar entre tirones a menos que pedir un descanso o expresando su malestar durante el procedimiento.
7. Como una precaución adicional, asegúrese de que el asesor y el asistente están de pie con la espalda cerca de una pared permitiendo suficiente espacio para que el participante a dar varios pasos hacia atrás.
   Nota: El asesor siempre debe estar preparado para atrapar al paciente. Un asistente se requiere para seguridad cuando son evaluados los participantes con inestabilidad postural conocida.
8. Separar los sensores y asistir al participante fuera el arnés después de concluido el procedimiento de prueba de extracción instrumentada.

4. procesamiento de señales

Nota: Utilice una plataforma de ciencia de datos convenientes tales como MATLAB, R o Python. Comandos que se muestran aquí son para MATLAB y código de ejemplo está disponible como Archivo complementario.

1. Importar los datos registrados en el paso 3.4 en una plataforma de ciencia de datos adecuado: csvread().
2. Alinear el movimiento tracker y carga datos de la celda utilizando las señales de disparo y muestrear a una tasa de muestreo: función de resample() de 1 kHz si es necesario.
3. Filtro de paso alto todo movimiento seguimiento y carga de datos de la celda con una frecuencia de corte de 0,05 Hz para eliminar deriva de línea de base: butter() y filtfilt().
4. Doble diferenciar el movimiento del tronco desplazamiento de datos de seguimiento para obtener velocidad del tronco y la aceleración: diff().
5. Usando la señal de disparo o un algoritmo de detección de pico aplicado a los datos de la celda de carga, rebanada grabaciones para obtener épocas de cada atracción individual prueba de ensayo: la función findpeaks().
6. Detectar y rechazar a los ensayos con el movimiento anticipatorio de la troncal. Un desplazamiento del tronco hacia delante inmediatamente antes de la administración de extracción presenta generalmente como un pico por lo menos tres desviaciones estándar por encima de la media de referencia del sensor de tronco: std() y mean().
7. Determinar el tiempo de reacción postural como la diferencia entre el inicio del desplazamiento de tronco (3 desviaciones estándar por encima de la media basal) después de la atracción y el punto de inflexión de la curva de velocidad de tronco (lo que indica el comienzo de la desaceleración de tronco): distinguir, diff() y detector de cruce de uso cero, zcd().
8. Determinar la magnitud de la respuesta postural como la desaceleración máxima del tronco: min() o max().
9. Calcular el tiempo de reacción de paso como la diferencia entre el inicio del desplazamiento troncal (según 4.7) para el movimiento inicial de la extremidad paso a paso: 3 desviaciones estándar por encima de la media de referencia.
10. Determinar la magnitud de la respuesta de paso calcular el desplazamiento total del pie en milímetros (mm), de despegue del pie inicial al contacto de la extremidad escalonamiento arrestando a retropulsión hacia atrás. Excluir los pasos menos de 50 mm, como el cambio en la base de apoyo se considera insignificante²⁴: min() o max().
11. Calcular la fuerza de tracción máxima y tasa de desarrollo de la fuerza de la celda de carga: max() para tirar; Max() y diff() velocidad con fuerza.
    Nota: La fuerza de tracción máxima indica la fuerza máxima instantánea entregada, mientras que la tasa es la pendiente de la fuerza versus la curva de tiempo indicando cómo rápidamente se generó la fuerza.

Resultados

La prueba de extracción instrumentada (figura 1) se utilizó para investigar respuestas tronco y paso en una cohorte jóvenes, saludables²³. Treinta y cinco ensayos se presentaron en serie, con un estímulo auditivo entregado simultáneamente con cada extracción (figura 2). El estímulo auditivo era 90 dB (normal) o 116 dB (ruidoso). Se ha demostrado el fuerte estímulo suficiente como para desencadenar efectos ...

Discusión

Aquí, hemos demostrado el protocolo para la instrumentación de la prueba de tracción clínica, teniendo un método ampliamente utilizado en la práctica clínica y que rinde una medida objetiva de las respuestas posturales además del aspecto importante de la administración de tirón. Con seguimiento del movimiento semi portátil, este método ofrece un medio de medida que es más accesible en comparación con técnicas de laboratorio convencionales²⁸. Usando este método, los investigadores pueden explorar c...

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Convertidor de analógico a digital & Software	CED	Micro 1401-3	Se puede utilizar cualquier sistema de adquisición digital adecuado
Célula de carga	Omegadyne	LCM201-100N
MATLAB Software	MathWorks Inc.	NA	Se puede utilizar cualquier plataforma de ciencia de datos
Motion Sensor	Ascension	6DOF, type-800
Motion Tracker	Ascension	Guía 3D trakSTAR	Transmisor de rango medio
S& F Arnés técnico y cinturón	Lowepro	LP36282