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Article de méthode

Coordonner la cartographie de Mécanique Hyolaryngeal à avaler

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DOI :

10.3791/51476

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6 mai 2014

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1Medical College of Georgia, Georgia Regents University, 2Department of Communicative Sciences and Disorders, New York University, 3Department of Cellular Biology & Anatomy, Georgia Regents University, 4Department of Otolaryngology, Georgia Regents University

Dans cet article

Résumé

Coordonner la cartographie est une méthode de documenter les principales caractéristiques de la biomécanique hyolaryngeal dans la phase pharyngée de la déglutition. Cette méthode utilise un logiciel d'analyse d'image pour enregistrer les coordonnées de points de repère anatomiques. Ces coordonnées sont importés dans une macro Excel et traduits en variables cinématiques d'intérêt utiles dans la recherche de la dysphagie.

Résumé

Caractériser mouvement hyolaryngeal est important à la recherche de la dysphagie. Les procédés antérieurs nécessitent plusieurs mesures pour obtenir une mesure cinématique alors coordonner la cartographie de la mécanique hyolaryngeal utilisant modification hirondelle de baryum (MBS) utilise un ensemble de coordonnées pour calculer plusieurs variables d'intérêt. Pour des fins de démonstration, dix mesures cinématiques ont été générées à partir d'un ensemble de coordonnées pour déterminer les différences à avaler deux types de bolus différentes. Calculs de hyoïde excursion contre les vertèbres et la mandibule sont corrélées pour déterminer l'importance d'axes de référence.

Pour démontrer coordonner méthodologie de cartographie, 40 MBS études ont été choisis au hasard à partir d'un ensemble de données de sujets normaux en bonne santé sans altération avaler connue. A 5 ml bolus mince liquide et à 5 ml hirondelles pudding ont été mesurés pour chaque sujet. Neuf coordonnées, la cartographie la base du crâne, la mandibule, vertèbres et des éléments de la hyocomplexe du larynx, ont été enregistrés à des cadres de randonnée hyolaryngeal minimum et maximum. Les coordonnées ont été mathématiquement convertis en dix variables de la mécanique hyolaryngeal.

Le coefficient d'objectivité a été évalué par des coefficients de corrélation intraclasse (ICC). Des tests t bilatéraux ont été utilisés pour évaluer les différences dans la cinématique de viscosité de bolus. Mesures d'excursions hyoïdes contre différents axes de référence ont été corrélées. Le coefficient d'objectivité parmi six évaluateurs pour les coordonnées 18 allait de la CPI = 0,90 à 0,97. Une liste de dix mesures cinématiques a été comparée par sujet entre les six évaluateurs. Une valeur aberrante a été rejetée, et la moyenne des scores de fiabilité restants était ICC = 0,91, de 0,84 à 0,96, IC à 95%. Bilatéraux t-tests avec Bonferroni corrections comparant dix variables cinématiques (5 ml mince liquides hirondelles vs 5 ml pudding) ont montré des différences statistiquement significatives dans hyoïde excursion, mouvement laryngé supérieur, et du pharynx Shortening (p <0,005). Corrélations de Pearson de mesures d'excursion de hyoïdes de deux axes différents de référence sont: r = 0,62, r 2 = 0,38, (mince liquide); r = 0,52, r 2 = 0,27, (pouding).

L'obtention des coordonnées de point de repère est une méthode fiable pour générer plusieurs variables cinématiques à partir d'images radioscopiques vidéo utiles dans la recherche de la dysphagie.

Introduction

La phase pharyngée de la déglutition est un processus complexe impliquant plus de vingt muscles squelettiques et des éléments multiples pour le transfert d'un bolus de la cavité orale dans l'œsophage tout en protégeant les voies aériennes. Précédent pharyngée constriction, des éléments de la hyolaryngeal complexe (os hyoïde, du larynx et des structures connexes, y compris le sphincter oesophagien supérieur) sont déplacés pour convertir un conduit respiratoire dans un tube digestif. Le larynx est re-trouve en avant à une distance de la trajectoire d'un bolus venant en sens inverse, et le sphincter oesophagien supérieur est étirée ouverte. Mesures cinématiques tirées d'études de déglutition radioscopiques vidéo (également connus sous le nom d'un MBS ou de baryum modifié études Swallow) sont la méthodologie de la recherche primaire pour quantifier les multiples mouvements du complexe hyolaryngeal 1.

Bien que des mesures quantitatives de la vidéo radioscopiques sont utiles pour mesurer la déglutition fonction, différents axes de référenceet scalaires de résultat de la mesure dans les résultats qui sont incompatibles entre les différentes méthodes de mesures cinématiques 2. Le mouvement du patient et de radioscopie sous contrôle manuel de clinicien confond aussi la précision de la mesure de ce processus physiologique complexe. Plus important encore, les mesures cinématiques ne reflètent pas nécessairement les relations structure-fonction à importantes pour l'évaluation de la déglutition désordonnée. Cinématique de l'os hyoïde en particulier, ont été conçus pour suivre le mouvement dans une direction antérieure ou supérieure en référence à un plan anatomique aligné avec les vertèbres. Toutefois, cette configuration ne représente pas la ligne d'action des muscles qui suspendent l'os hyoïde.

Un mécanisme à deux porte-bébé de hyolaryngeal élévation dans la phase pharyngée de la déglutition a été identifiée (figure 1) 3,4. Les muscles sus-hyoïdiens comprennent la fronde musculaire antérieure, et les muscles du pharynx longues comprennent le posterior fronde musculaire. Ces muscles élèvent différents éléments du complexe hyolaryngeal y compris l'os hyoïde, du larynx et des structures qui forment le sphincter oesophagien supérieur.

Coordonner la cartographie de la mécanique hyolaryngeal utilise neuf repères anatomiques facilement identifiables à la carte trois leviers squelettiques et les caractéristiques des points hyolaryngeal complexes représentant de fixation de la partie antérieure et élingues musculaires postérieures (figure 2). Lors de la déglutition, chaque levier squelettique et fonction du complexe hyolaryngeal est en mouvement. Par la collecte de coordonnées, le système peut être capturé dans un laps de temps. Conversion trigonométrique de coordonnées peut être utilisé pour générer de multiples mesures cinématiques du mouvement hyolaryngeal lors de la déglutition. Les variables peuvent être calculées pour la comparaison avec les résultats rapportés dans la littérature, ou utilisés pour générer de nouvelles mesures représentant des relations d'intérêt structure à fonction.

L'objectif principal de cet article est de démontrer un procédé de génération de multiples mesures cinématiques calculées à partir d'un seul ensemble de coordonnées de point de repère anatomiques recueillies auprès de baryum modifié Swallow (MBS) études. Nous documentons la fiabilité de cette méthode en utilisant des coefficients de corrélation intraclasse pour déterminer la fiabilité inter-évaluateur de 6 enquêteurs différents, y compris un expert, trois évaluateurs avec l'expérience, et deux novices. A partir des résultats cinématiques, les différences dans la mécanique avaler par la cohérence de bolus sont évalués. Enfin, la question proposée par Molefenter et Steele sur l'importance de l'axe de référence utilisé pour mesurer le mouvement hyoïde est adressée. Pour aborder cette question, nous comparons les mesures de hyoïde excursion en référence aux vertèbres et en référence à la mandibule, calculé à partir du même ensemble de coordonnées pour les deux types de bolus. Si ces deux méthodes de mesure de mouvement hyoïde représentent la même structure à la fonction relationshanche, les résultats devraient être fortement corrélées.

Pour cette étude, 40 latérales études vue de MBS ont été choisis au hasard à partir d'une collection de 139 études normales en vertu d'un protocole de recherche approuvé par le Conseil de l'Université Institutional Review Géorgie Regents et en collaboration de recherche avec l'Institut Trammell Evelyn pour la voix et de la déglutition à l'Université médicale de Caroline du Sud. Pour démontrer l'utilité de ce procédé, dix variables caractérisant cinématique hyolaryngeal ont été calculées à partir du même ensemble de données de coordonnées (tableau 1). Sept de ces mesures ont déjà été calculées dans la littérature, y compris: antérieure et mesures de distance hyoïde supérieures en référence aux vertèbres 5; antérieure et hyoïde déplacement supérieur comme un rapport de C2-4 longueur, également en référence aux vertèbres 6; mouvement supérieure du larynx en référence aux vertèbres sept; ENVIRON hyolaryngealion 1; et excursion hyoïde maximale en référence aux vertèbres 1. En outre, trois nouvelles mesures ont été calculés: le raccourcissement du pharynx rapprochant les pièces jointes du muscle Palatopharyngien, élévation du larynx suivant une ligne d'action qui représente le stylo-pharyngien, et excursion hyoïde approchant les pièces jointes des muscles sus-hyoïdiens 4,8.

Tête d'experts et anatomiste du cou (WP), trois chercheurs ayant de l'expérience en prenant des mesures limitées (CJ, SR, TT), et deux enquêteurs débutants (RS, JT) obtenus des données de coordonnées de mapping utilisant le protocole décrit ci-dessous. L'expert (WP) a formé les trois évaluateurs avec l'expérience, à leur tour, formé des deux évaluateurs novices. Le coefficient d'objectivité de coordonner les données et les résultats calculés à partir des coordonnées par thème a été déterminé par des coefficients de corrélation intra-9. Deux tests t bilatéraux ont été effectuées sur chaque variable pour déterminer statisticalldifférences significatives y en types de bolus. Un coefficient de corrélation de Pearson et un coefficient de détermination ont été utilisés pour évaluer la concordance entre les résultats de hyoïde excursion calculées avec les vertèbres comme un axe de référence par rapport excursion hyoïde avec la mandibule comme un axe de référence pour la 5 ml hirondelle mince liquide et 5 ml pouding hirondelle.

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Protocole

1. Configuration d'un ordinateur

  1. Pour Macintosh, téléchargez l'open source ou logiciel freeware qui suit: ImageJ, MacX Video Converter Free Edition (Mac) et QuickTime (voir tableau de matériel / équipement).
  2. Pour un PC, téléchargez le open source qui suit ou un logiciel freeware: ImageJ, MPEG Streamclip (PC) et QuickTime (voir tableau de matériel / équipement).

2. Préparation des clips vidéo

  1. La conversion des fichiers. Convertir des fichiers vidéo brutes en. Mov pour la collecte de données dans ImageJ. Remarque: les vidéos utilisables doivent inclure le, palais dur mandibule, vertèbres C1-C4, du larynx et du pharynx dans le champ de vision. Outils de traitement ImageJ peuvent améliorer les problèmes de qualité d'image.
    1. Avec un PC, utilisez MPEG Streamclip, charger le fichier vidéo brut. Avi via Fichier >> Ouvrir les fichiers et en sélectionnant le clip souhaité. Sélectionnez Fichier >> Exporter au format QuickTime.
    2. Avec un Mac, utilisez MacX Video Converter, cliquez sur "Ajouter un fichier" et choisissez la vidéo (s) de coopérationnVersion. Plusieurs vidéos peuvent être convertis à la fois en utilisant cette application.
    3. Dans la section Paramètres de sortie, cliquez sur le bouton Parcourir et sélectionnez l'emplacement souhaité pour enregistrer le fichier converti.
    4. Cliquez sur l'onglet "MOV". Assurez-vous que le format de sortie dans la section "Paramètres vidéo" est MOV. Cliquez sur Démarrer.
  2. Montage longueur du clip. La mémoire est limitée avec ImageJ. Il est recommandé que le dossier de chaque avaler être faite.
    1. Ouvrir MOV. fichier vidéo créé à l'étape 2.1 avec QuickTime (PC ou Mac).
    2. Identifier 5 ml mince liquides et pouding hirondelles par les files d'attente audio ou par séquence d'hirondelle définis par le protocole de MBS utilisée lors de la collecte de données.
    3. Sélectionnez Modifier >> Trim et ajuster la barre de coupe de sorte que tout le fluide hirondelle 5 ml Thin est visualisée. Cliquez sur la garniture.
    4. Sélectionnez Fichier >> Exporter et créer un nom de fichier qui sera utilisé pour lier les données soumises (de sexe, l'âge, l'étiologie, type de bolus) à roucoulerrdinate résultats de la cartographie.
    5. Répétez l'opération pour l'hirondelle pudding (ou pour toute autre bolus d'intérêt).

3. De-identification images

  1. Si un fichier contient des renseignements médicaux personnels (PHI) et doit être dépersonnalisés, télécharger le fichier en utilisant l'image J (voir 4.1 à 4.2).
  2. Utilisez l'outil de rectangle pour encadrer l'étude de la déglutition d'exclure PHI. Sélectionnez l'image >> cultures. Puis, sélectionnez Fichier >> Enregistrer sous >> QuickTime.
  3. Configurez la boîte de dialogue comme suit: Compression >> Sorenson 3; Qualité >> maximale, entrez le taux de trame approprié (généralement de 30 fps).

4. Préparation des mesures

  1. Ouvrir ImageJ. Cliquez sur le ">>" icône sur la barre d'outils. Sélectionnez >> Sous étiquetage Outils.
  2. Téléchargement d'images. Cliquez sur l'icône QuickTime. Sélectionnez "Ouvrir film comme une pile" du menu déroulant et de localiser clip QuickTime édité. Image J n'ouvrira pas l'étude d'hirondelle entière en raison des limites de la mémoire (voir l'étape 2.2). La mémoire peut être étendue minimale en sélectionnant Modifier >> Options >> Mémoire & Fils.
  3. Le traitement des images pour améliorer la qualité de l'image. Sélectionnez Traiter >> Math >> Ajouter. Cochez la case de la prévision et ajuster le nombre à la qualité d'image souhaitée. Répondre oui à traiter l'ensemble de la pile d'images.
  4. Définir des mesures. Sélectionnez Analyser >> Set mesures dans le menu ImageJ. À la marque de la boîte de dialogue "Stack Position" et "Inverser coordonnées Y". Enlever tout autre.
  5. Sélectionnez l'outil multipoint de la barre d'outils. Cliquez sur les repères anatomiques dans l'ordre (voir 5.0)
  6. Utilisation de l'outil multiple.
    1. Prenez une mesure de tous les points en sélectionnant Analyser >> Mesurer dans le menu ou la commande du clavier + M (contrôle + M pour PC).
    2. Supprimer tous les points avec la commande + A (contrôle + A pour les PC).
    3. Supprimer des points simples en plaçant over un point, puis maintenez les touches Commande-Option et cliquez sur le point d'être supprimé.
    4. Déplacer les points singuliers en survolant un point, en cliquant, glissant et déposant un point à un autre endroit.
    5. Déplacer tous les points ensemble avec les touches fléchées.

5. Monuments cartographie

  1. Commencez à première vue et avance à un cadre clair dans la phase de pré-orale. Observez la position du bol sur la marge supérieure antérieure de la langue avant le début du transport par voie orale de la déglutition. Utilisez ce cadre pour définir les neuf premiers coordonnées.
  2. Utilisez l'outil multi-point ImageJ pour cartographier les neuf premiers coordonnées aux repères anatomiques suivantes (voir figures 3a et 3b)
  3. Enregistrez neuf premiers coordonnées en utilisant la commande + M touches (contrôle + M pour PC).
  4. Advance cadres jusqu'à l'os hyoïde a atteint la position maximale antérieure et directions supérieures. Confirmez maximale en avançant cadres à insure descente de l'os hyoïde commence sur la trame suivante.
  5. Relocaliser les points 1 - 5 de leurs nouveaux postes. Ces nouveaux postes seront enregistrées sous forme de coordonnées 10 - 14.
  6. Repositionner le point 9, qui devient à son tour coordonnées 18. Remarque: cadres varieront probablement pour les deux prochaines étapes.
  7. Localiser cadre représentant l'élévation du larynx maximum. Ajuster les points 7 et 8, qui serviront de coordonnées 16 et 17.
  8. Trouver cadre (s) représentant l'excursion maximale d'UES, point 6 (coordonnées 15). Du cadre de hyoïde maximale, localiser cadre où le bolus est entravée par l'UES dans l'hypopharynx. Ajuster le point de coordonnées pour UES de cadre minimum pour représenter UES coordonnée maximale de 18 ans.
  9. Enregistrer des deuxièmes coordonnées neuf en utilisant la commande + M touches (commande + M pour PC).
  10. Pour les coordonnées 19 et 20 marquent les bords de la scalaire (un penny ou 1,9 cm anneau) à l'axe représentant le plus grand diamètre du marqueur radio-opaque.
  11. scalaire d'enregistrement des coordonnées en utilisant la commande clé + Ms (commande + M pour PC).

6. Transformer les données de coordonnées en mesures cinématiques d'intérêt en utilisant une macro permis fichier Excel (les instructions pour cette macro sont incluses dans le fichier)

Note: les calculs trigonométriques incrustés dans les macros calculer mesures cinématiques (figure 4).

  1. Télécharger "CoordinateMapping.xlsm" de la page de l'article Jupiter.
  2. Suivez les instructions sur la feuille de calcul pour initialiser le fichier. La macro d'initialisation va créer trois partitions, y compris: les résultats, les données et les feuilles d'entrée. Remarque: les utilisateurs de Macintosh doivent permettre outils de développement dans Excel pour exécuter des macros.
  3. Coordonne copie de la fenêtre des résultats de ImageJ et coller dans la cellule désignée dans la "fiche d'entrée". Exécutez la macro "de datacaptureline".
  4. Les résultats seront inscrits sur la feuille "Résultats". Lignes de données de coordonnées apparaissent sur la feuille "données".

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Résultats

Coefficients de corrélation intraclasse (ICC) de coordonnées recueillies par six enquêteurs qui ont analysé indépendamment 80 fichiers vidéo radioscopiques (deux essais de bolus de 40 sujets) allaient de la CPI = de 0,90 à 0,97. La répartition de la CCI de de coordonnées par le groupe est la suivante: coordonne # 1 - 5 (éléments squelettiques à excursion hyolaryngeal minimum) moyenne = 0,93, 0,91 à 0,95, IC à 95%; coordonne n ° 6 - 9 (complexe hyolaryngeal à l'excursion hyolaryngeal minimum) moyenne = 0,94, 092 à 0,...

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Discussion

Cette étude démontre l'utilité d'une méthode utilisant des données de coordonnées de points de repère anatomiques pour calculer plusieurs mesures cinématiques du mouvement hyolaryngeal à avaler. Le coefficient d'objectivité de six évaluateurs, y compris les deux évaluateurs novices, pour les coordonnées et les variables calculées était forte (ICC> 0,90). Les résultats représentatifs d'un échantillon aléatoire de la santé chez les adultes non atteints de dysphagie ont montré des différences dans plusie...

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Déclarations de divulgation

Les auteurs déclarent qu'ils n'ont aucun intérêt financier concurrents.

Remerciements

Les auteurs reconnaissent Kendrea Focht, cscd, CCC-SLP, et l'Institut Trammell Evelyn pour la voix et de la déglutition à l'Université médicale de Caroline du Sud, pour le partage de fichiers MBS d'imagerie utilisés pour démontrer cette méthodologie. Ces données MBS ont été recueillies par le soutien extra-muros financé par Grant Nombre TL1TR000061 (PI: Focht) du Centre national pour l'avancement des sciences translationnelle et par Grant Nombre 1K24DC12801 (PI: Martin Harris) de l'Institut national sur la surdité et autres troubles de la communication, et soutien intra-muros de Mark Trammell et Evelyn Trust. Ces méthodes ont été initialement développées par le chercheur principal tout en étant soutenue par Grant Nombre F31DC011705 de l'Institut national sur la surdité et autres troubles de la communication. Le contenu est exclusivement la responsabilité de leurs auteurs et ne représentent pas nécessairement les vues officielles de l'Institut national sur la surdité et autres troubles de la communication ou les National Institutesde la Santé.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
ImageJ  ;   ;NIHhttp://rsbweb.nih.gov/ij/download.htmlpour Macintosh
MacX Video Converter Free Edition (Mac)Digiartyhttp://www.macxdvd.com/mac-video-converter-free/Pour Macintosh
QuickTime  ;Applehttp://support.apple.com/downloads/#QuickTimepour Macintosh
ImageJ  ;   ;NIHhttp://rsbweb.nih.gov/ij/download.htmlpour un PC
MPEG Streamclip (PC)  ;Squared 5http://www.squared5.comPour un PC
QuickTimeApplehttp://support.apple.com/downloads/#QuickTimePour un PC

Références

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  4. Pearson, W. G., Langmore, S. E., Yu, L. B., Zumwalt, A. C. Structural Analysis of Muscles Elevating the Hyolaryngeal Complex. Dysphagia. 27, 445-451 (2012).
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  10. Bingjie, L., Zhang, T., Sun, X., Xu, J., Jiang, G. Quantitative videofluoroscopic analysis of penetration-aspiration in post-stroke patients. Neurol. India. 58, 42-47 (2010).
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  12. Inamoto, Y., et al. Evaluation of swallowing using 320-detector-row multislice CT. Part II: Kinematic analysis of laryngeal closure during normal swallowing. Dysphagia. 26, 209-217 (2011).

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