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Articolo metodologico

Coordinare mappatura dei Hyolaryngeal Meccanica di deglutizione

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DOI:

10.3791/51476

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6 maggio 2014

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

In questo articolo

Sommario

Coordinare mapping è un metodo di documentare le caratteristiche salienti della biomeccanica hyolaryngeal nella fase faringea della deglutizione. Questa metodologia utilizza il software di analisi di immagine per registrare le coordinate dei punti di repere anatomici. Queste coordinate vengono importati in una macro di Excel e tradotti in variabili cinematiche di interesse utile nella ricerca disfagia.

Abstract

Caratterizzare movimento hyolaryngeal è importante per la ricerca disfagia. Metodi precedenti richiedono più misurazioni per ottenere una misurazione cinematica mappatura della meccanica hyolaryngeal con bario modificato Swallow (MBS) utilizza un insieme di coordinate per calcolare più variabili di interesse coordinate, mentre. A scopo dimostrativo, dieci misurazioni cinematiche sono state generate da un insieme di coordinate per determinare le differenze di deglutizione due diversi tipi di bolo. Calcoli di escursione ioide contro le vertebre e mandibola sono correlati per determinare l'importanza di assi di riferimento.

Per dimostrare coordinate metodologia di mappatura, 40 MBS studi sono stati selezionati in modo casuale da un set di dati di soggetti sani senza compromissione deglutizione conosciuto. A 5 ml thin-liquido bolo e un 5 rondini budino ml sono stati misurati da ciascun soggetto. Nove le coordinate, la mappatura della base cranica, mandibola, vertebre e gli elementi del hyocomplesse della laringe, sono stati registrati i marchi di escursione hyolaryngeal minimo e massimo. Coordinate sono state matematicamente convertiti in dieci variabili di meccanica hyolaryngeal.

Affidabilità inter-rater è stata valutata mediante coefficienti di correlazione intraclasse (ICC). T-test a due code sono stati usati per valutare le differenze nella cinematica di bolo viscosità. Misure escursione ioide contro i diversi assi di riferimento sono stati correlati. Affidabilità inter-rater tra sei valutatori per le coordinate 18 variava da ICC = 0,90-0,97. Una lista di dieci misurazioni cinematiche è stata confrontata per argomento tra i sei valutatori. Un outlier è stata respinta, e la media dei punteggi di affidabilità rimanenti era ICC = 0,91, 0,84-0,96, 95% CI. T-test a due code con correzione Bonferroni confrontando i dieci variabili cinematiche (5 ml sottile liquidi rondini vs 5 ml di budino) hanno mostrato differenze statisticamente significative in escursione ioide, movimento laringeo superiore, e della faringe shortening (p <0.005). Pearson correlazioni di ioide misure Escursione da due diversi assi di riferimento sono: r = 0.62, r 2 = 0,38, (thin-liquido); r = 0.52, r 2 = 0,27, (budino).

Ottenere coordinate punto di riferimento è un metodo affidabile per generare più variabili cinematiche da immagini fluoroscopiche di video utili nella ricerca disfagia.

Introduzione

La fase faringea della deglutizione è un processo complesso che coinvolge oltre venti muscoli e più elementi scheletrici trasferire un bolo dalla cavità orale nell'esofago proteggendo le vie respiratorie. Precedente faringeo costrizione, elementi del hyolaryngeal complesso (osso ioide, laringe, e le strutture connesse, compreso lo sfintere esofageo superiore) sono sfollati per convertire un condotto respiratorio in un tratto digestivo. La laringe si ri-trova anteriormente dalla traiettoria di un bolo in arrivo, e lo sfintere esofageo superiore è aperto allungato. Misure cinematiche desunti da studi di deglutizione fluoroscopic video (anche conosciuto come un MBS o modificati bario studi) sono la metodologia di ricerca principale per quantificare i molteplici movimenti del complesso hyolaryngeal 1.

Mentre le misure quantitative di video fluoroscopia sono utili per misurare la funzione di deglutizione, diversi assi di riferimentoe scalari di risultato della misurazione in risultati che sono incompatibili tra i vari metodi di misura cinematiche 2. Il movimento del paziente e fluoroscopio sotto controllo clinico manuale confonde anche la precisione di misurazione di questo processo fisiologico complesso. Ancora più importante, le misure cinematiche non riflettono necessariamente relazioni struttura-to-funzione importante per valutare la deglutizione disordinato. Cinematica del ioide in particolare sono stati progettati per monitorare il movimento in una direzione anteriore o superiore in riferimento ad un piano anatomico allineato con le vertebre. Tuttavia, questa configurazione non rappresenta la linea di azione dei muscoli che sospendono la ioide.

Un meccanismo a due imbracatura di elevazione hyolaryngeal nella fase faringea della deglutizione è stato identificato (Figura 1) 3,4. I muscoli sopraioidea comprendono la fionda muscolare anteriore, ei muscoli faringei lunghe comprendono la posterior fionda muscolare. Questi muscoli elevano vari elementi del complesso hyolaryngeal compreso ioide, laringe, e strutture che formano lo sfintere esofageo superiore.

Coordinare la mappatura della meccanica hyolaryngeal utilizza nove facilmente identificabili punti di riferimento anatomici per mappare tre leve scheletriche e le caratteristiche dei hyolaryngeal complessi che rappresentano punti di fissaggio del anteriore e imbracature muscolare posteriore (Figura 2). Durante la deglutizione, ciascuna leva scheletrico e funzionalità del complesso hyolaryngeal è in movimento. Con la raccolta di coordinate, il sistema può essere catturata in qualsiasi periodo di tempo. Conversione trigonometrica di coordinate può essere utilizzato per generare misurazioni multiple cinematiche del movimento hyolaryngeal durante la deglutizione. Le variabili possono essere calcolate per confronto con i risultati riportati in letteratura, o usati per generare nuove misurazioni rappresentano struttura a funzione rapporti di interesse.

L'obiettivo principale di questo lavoro è quello di dimostrare un metodo per generare misurazioni multiple cinematiche calcolate da un unico insieme di coordinate punto di riferimento anatomici raccolti presso modificati bario (MBS) studi. Documentiamo l'affidabilità di questo metodo utilizzando coefficienti di correlazione intraclasse per determinare l'affidabilità inter-rater di 6 diversi ricercatori, tra cui un esperto, tre valutatori con esperienza, e due novizi. Dai risultati cinematici, differenze di deglutizione meccanica dalla consistenza bolo vengono valutati. Infine, la questione proposta da Molefenter e Steele sull'importanza dell'asse di riferimento utilizzato per misurare il movimento ioide è indirizzata. Per affrontare questo problema confrontiamo misurazioni di escursione ioide in riferimento alle vertebre e in riferimento alla mandibola, calcolata dal medesimo insieme di coordinate per entrambi i tipi di bolo. Se questi due metodi di misurazione del movimento hyoid rappresentano la stessa struttura per un funzionamento relazionianca, quindi i risultati dovrebbero essere fortemente correlato.

Per questo studio, 40 vista laterale MBS studi sono stati scelti a caso da una raccolta di 139 studi normali nell'ambito di un protocollo di ricerca approvato dalla Georgia Regents dell'Università Institutional Review Board e in collaborazione di ricerca con l'Istituto Trammell Evelyn per Voce e Ingoiare presso l'Università di Medicina di South Carolina. Per dimostrare l'utilità di questo metodo, dieci variabili che caratterizzano cinematica hyolaryngeal sono stati calcolati dal medesimo insieme di dati di coordinate (Tabella 1). Sette di queste misurazioni calcolate sono stati utilizzati in precedenza nella letteratura compresi: anteriore e misure di distanza ioide superiori in riferimento alle vertebre 5; anteriore e spostamento ioide superiore come rapporto di C2-4 lunghezza, anche in riferimento alle vertebre 6; movimento superiore della laringe in riferimento alle vertebre 7; approximat hyolaryngealione 1; e massima escursione ioide in riferimento alle vertebre 1. Inoltre, sono state calcolate tre nuove misure: riduzione faringeo ravvicinare gli allegati del muscolo palatopharyngeus, elevazione laringea seguendo una linea d'azione che rappresenta il stilofaringeo, ed escursioni ioide approssimano gli allegati dei muscoli sopraioidea 4,8.

Una testa di esperti e anatomista collo (WP), tre ricercatori con esperienza di prendere le misure limitate (CJ, SR, TT), e due investigatori alle prime armi (RS, JT) ottenuti dati di coordinate di mappatura utilizzando il protocollo descritto di seguito. L'esperto (WP) addestrato i tre valutatori con esperienza, e questi a loro volta addestrato i due valutatori esperti. Affidabilità inter-rater di coordinare dati e risultati calcolati da coordinate per argomento è stata determinata mediante coefficienti di correlazione intraclasse 9. Due t-test coda sono stati eseguiti su ciascuna variabile per determinare statistically differenze significative nella tipologia bolo. Un coefficiente di correlazione di Pearson e un coefficiente di determinazione sono stati usati per valutare concordanza tra i risultati di escursione hyoid calcolati con le vertebre come asse di riferimento rispetto escursione ioide con la mandibola come asse di riferimento per le 5 ml sottile liquido rondine e 5 ml budino di rondine.

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Protocollo

1. Configurazione di un computer

  1. Per Macintosh, scaricare il seguente open source o software freeware: ImageJ, MacX Video Converter Free Edition (Mac), e QuickTime (vedi tabella di materiale / attrezzature).
  2. Per un PC, scaricare il seguente open source o software freeware: ImageJ, MPEG Streamclip (PC), e QuickTime (vedi tabella di materiale / attrezzature).

2. Preparare video clip

  1. Conversione dei file. Convertire i file video grezzi in. Mov per la raccolta dati in ImageJ. Nota: video utilizzabili dovrebbero includere la mandibola, palato duro, C1-C4 vertebre, laringe e faringe nel campo visivo. Strumenti di elaborazione ImageJ può migliorare problemi di qualità dell'immagine.
    1. Con un PC, usare MPEG Streamclip, caricare il file raw video. Avi tramite File >> Open File e selezionando la clip desiderata. Seleziona File >> Esporta in QuickTime.
    2. Con un Mac, utilizzare MacX Video Converter, fare clic su "Aggiungi file" e scegliere il video (s) per il conVersione. Video multipli possono essere convertiti in una sola volta utilizzando questa applicazione.
    3. Nella sezione Impostazioni di output, fare clic sul pulsante Sfoglia e scegliere la posizione desiderata per salvare il file convertito.
    4. Fare clic sulla scheda "MOV". Assicurarsi che il formato di output nella sezione "Video Settings" è MOV. Fare clic su Start.
  2. Editing lunghezza clip. La memoria è limitata con ImageJ. Si raccomanda che un file di ogni ingoiare essere fatto.
    1. Aprire MOV. File video creato nel passaggio 2.1 utilizzando QuickTime (PC o Mac).
    2. Identificare 5 ml thin-liquidi e budino rondini di code audio o in sequenza rondine delineati dal protocollo MBS utilizzato durante la raccolta dei dati.
    3. Selezionare Modifica >> Trim e regolare la barra di taglio in modo che l'intero 5 ml sottile rondine fluido viene visualizzato. Fare clic su trim.
    4. Selezionare File >> Esporta e creare un nome di file che verrà utilizzato per collegare i dati soggetti (sesso, età, eziologia, tipo bolo) a tubarerdinate risultati della mappatura.
    5. Ripetere l'operazione per la rondine budino (o per qualsiasi altro bolo di interesse).

3. De-identificazione immagini

  1. Se un file contiene tutte le informazioni sanitarie personali (PHI) e deve essere de-identificati, caricare il file utilizzando immagine J (Vedi 4,1-4,2).
  2. Utilizzare lo strumento rettangolo di inquadrare lo studio della deglutizione per escludere PHI. Seleziona Immagine >> Ritaglia. Poi Selezionare File >> Salva con nome >> QuickTime Movie.
  3. Configurare la finestra di dialogo come segue: a compressione >> Sorenson 3; Qualità >> massima, inserire il frame rate adeguato (di solito 30 fps).

4. Preparazione per misurare

  1. Aprire ImageJ. Fare clic sull'icona ">>" sulla barra degli strumenti. Selezionare >> Arrow Etichettatura Tools.
  2. Caricare immagini. Fare clic sull'icona di QuickTime. Seleziona "movie Apri come una pila" dal menu a discesa e individuare modificato filmato QuickTime. Image J non aprire l'intero studio rondine a causa di limiti di memoria (vedi punto 2.2). La memoria può essere espansa minimamente selezionando Modifica >> Opzioni >> Memoria & Threads.
  3. Elaborazione immagini per migliorare la qualità dell'immagine. Selezionare Elabora >> Matematica >> Aggiungi. Selezionare la casella di anteprima e regolare i numeri alla qualità dell'immagine desiderata. Rispondere sì a elaborare l'intero stack di immagini.
  4. Imposta misurazioni. Selezionare Analizza >> Set Misure dal menu ImageJ. Alla boa finestra di dialogo "Stack Position" e "coordinate Inverti Y". Deselezionare tutto il resto.
  5. Selezionate lo strumento multipunto dalla barra degli strumenti. Clicca su punti di riferimento anatomici in sequenza (vedi 5.0)
  6. Utilizzando lo strumento multipunto.
    1. Prendete una misurazione di tutti i punti selezionando Analizza >> Misura dal menu o comando da tastiera + M (control + M per PC).
    2. Rimuovere tutti i punti con il comando + A (controllo + A per PC).
    3. Rimuovere i singoli punti passando con il mouse over un punto, quindi tenere premuto i tasti Comando e Opzione fate clic sul punto di essere rimosso.
    4. Spostare punti singolari da bilico su un punto, cliccando, trascinando un punto in una nuova posizione.
    5. Spostare tutti i punti insieme con i tasti freccia.

5. Mapping famosi

  1. Iniziare primo fotogramma e passare a un fotogramma chiaro nella fase di pre-orale. Osservare posizione del bolo sul anteriore, margine superiore della lingua prima dell'inizio del trasporto orale della rondine. Utilizzare questo telaio per impostare i primi nove coordinate.
  2. Utilizzare lo strumento multi-point ImageJ per mappare i primi nove coordinate presso i seguenti punti di repere anatomici (vedi figure 3a e 3b)
  3. Registrare primi nove coordinate con il comando + M tasti (CTRL + M per PC).
  4. Advance frames fino ioide ha raggiunto la massima posizione anteriore e direzioni superiori. Confermare massimo avanzando frame per insure discesa dello ioide comincia seguente telaio.
  5. Riposizionare punti 1-5 per loro nuove posizioni. Queste nuove posizioni saranno registrati come coordinate 10-14.
  6. Riposizionare punto 9, che a sua volta diventa coordinate 18 Nota:. Telai probabilmente variano per i due passaggi successivi.
  7. Individuare cornice raffigurante massima elevazione laringea. Regolare i punti 7 e 8, che serviranno come coordinate 16 e 17.
  8. Trova telaio (s) rappresenta la massima escursione di UES, punto 6 (coordinate 15). Dalla massima di frame ioide, individuare fotogramma in cui il bolo è ostacolato dai UES nell'ipofaringe. Regolare il punto di coordinate per UES da cornice minima per rappresentare coordinare UES massimo 18.
  9. Registrare seconde nove coordinate con il comando + M tasti (CTRL + M per PC).
  10. Per coordinate 19 e 20 segnare i bordi del scalare (un centesimo al 1,9 cm Anello) Allo asse che rappresenta il diametro più lungo del marker radiopaco.
  11. Coordinate Record scalare con il tasto command + Ms (controllo + M per PC).

6. Trasformazione delle coordinate in misura cinematici di interesse utilizzando una macro abilitata file Excel (le istruzioni per questa macro sono inclusi nel file)

Nota: i calcoli trigonometriche incorporati nelle macro calcolano misure cinematiche (Figura 4).

  1. Scarica "CoordinateMapping.xlsm" dalla pagina dell'articolo JoVE.
  2. Seguire le istruzioni sul foglio di calcolo per inizializzare il file. La macro di inizializzazione creerà tre fogli, tra cui: risultati, dati e foglio di input. Nota: gli utenti Macintosh devono attivare strumenti di sviluppo in Excel per eseguire le macro.
  3. Copiare le coordinate dalla finestra dei risultati ImageJ e incollalo nella cella designato nel "foglio di input". Eseguire la macro "datacaptureline".
  4. I risultati appariranno sul "risultati" foglio. Linee di coordinate dati compariranno sul "dati" foglio.

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Risultati

Coefficienti di correlazione intraclasse (ICC) di coordinate raccolti da sei ricercatori che hanno analizzato in modo indipendente 80 file fluoroscopic video (due prove bolo da 40 soggetti) variavano da ICC = 0,90-0,97. Il dettaglio delle ICC di di coordinate dal gruppo è la seguente: coordinate # 1-5 (elementi scheletrici al minimo escursione hyolaryngeal) significano = 0,93, 0,91-0,95, 95% CI; coordina # 6-9 (complesso hyolaryngeal al minimo escursione hyolaryngeal) media = 0,94, 092-0,96, 95% CI; coordina # 10-14 (el...

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Discussione

Questo studio dimostra l'utilità di un metodo che utilizza i dati delle coordinate dei punti di riferimento anatomici per calcolare misurazioni multiple cinematiche del movimento hyolaryngeal nella deglutizione. Affidabilità inter-rater di sei valutatori, tra cui due valutatori alle prime armi, per le coordinate e le variabili calcolate era forte (ICC> 0,90). I risultati rappresentativi di un campione di adulti sani non disfagici hanno evidenziato differenze in più variabili cinematiche in risposta a due tipi di ...

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Dichiarazioni

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.

Ringraziamenti

Gli autori riconoscono Kendrea Focht, cscd, CCC-SLP, e il Trammell Istituto Evelyn per Voce e Ingoiare presso la Medical University of South Carolina, per la condivisione di file MBS di imaging utilizzate per dimostrare questa metodologia. Questi dati MBS sono stati raccolti attraverso il sostegno extrascolastico finanziato da Grant Numero TL1TR000061 (PI: Focht) dal Centro Nazionale per l'Avanzamento delle Scienze traslazionale e da Grant Number 1K24DC12801 (PI: Martin-Harris), dal National Institute on Deafness e altri disturbi della comunicazione, e sostegno intramurale da Marco e Evelyn Trammell Trust. Questi metodi sono stati originariamente sviluppati dal ricercatore principale, mentre sostenuta da Grant Numero F31DC011705 dal National Institute on Deafness e altri disturbi della comunicazione. Il contenuto è di esclusiva responsabilità degli autori e non rappresentano necessariamente il punto di vista ufficiale del National Institute on Deafness e altri disturbi della comunicazione o il National Institutesdella Salute.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
ImmagineJ   NIHhttp://rsbweb.nih.gov/ij/download.htmlper Macintosh
MacX Video Converter edizione gratuita (Mac)Digiartyhttp://www.macxdvd.com/mac-video-converter-free/per Macintosh
QuickTime Applehttp://support.apple.com/downloads/#QuickTimeper Macintosh
ImageJ   NIHhttp://rsbweb.nih.gov/ij/download.htmlper un PC
MPEG Streamclip (PC) Quadrato 5http://www.squared5.comPer un PC
QuickTimeApplehttp://support.apple.com/downloads/#QuickTimePer un PC

Riferimenti

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