Summary
À l'aide d'un dispositif isokinétique robotique avec des mesures d'électromyographie (EMG), ce protocole illustre que le mouvement isokinétique lui-même peut améliorer la fiabilité inter-rater pour l'angle des mesures de capture chez les patients victimes d'un AVC avec une légère spasticité du fléchisseur du coude.
Abstract
La mesure de la spasticité est importante dans la planification du traitement et la détermination de l'efficacité après le traitement. Cependant, l'outil actuel utilisé en milieu clinique s'est avéré limité dans la fiabilité inter-rater. Un facteur de cette faible fiabilité inter-rater est la variabilité du mouvement passif tout en mesurant l'angle de capture (AoC) mesures. Par conséquent, un dispositif isokinétique a été proposé pour normaliser le mouvement manuel de joint ; cependant, les avantages du mouvement isokinétique pour des mesures d'AoC n'ont pas été examinés d'une manière normalisée. Ce protocole étudie si le mouvement isokinétique lui-même peut améliorer la fiabilité inter-rater pour les mesures AoC. À cette fin, un dispositif isokinétique robotique a été développé qui est combiné avec l'électromyographie de surface (EMG). Deux conditions, les mouvements manuels et isokinétiques, sont comparées à la méthode normalisée pour mesurer l'angle et le sentiment subjectif de capture. Il est démontré que chez 17 patients ayant subi une légère spasticité du fléchisseur de coude, le mouvement isokinétique a amélioré le coefficient de corrélation intraclasse (ICC) pour la fiabilité inter-rater des mesures AoC à 0,890 [intervalle de confiance de 95 % (CI) : 0,685 à 0,961] par l'EMG 0,931 (IC à 95 % : 0,791 à 0,978) selon les critères de couple, à partir de 0,788 (IC à 95 % : 0,493 à 0,920) par mouvement manuel. En conclusion, le mouvement isokinétique lui-même peut améliorer la fiabilité inter-rater des mesures d'AoC dans les patients de course présentant la spasticité douce. Étant donné que ce système peut fournir des mesures d'angle plus normalisées et la capture du sentiment, il peut être une bonne option pour l'évaluation de la spasticité dans un cadre clinique.
Introduction
La spasticité après l'AVC est commune et a été montrée pour induire des complications, y compris la douleur et les contractures, ayant pour résultat la qualité réduite de la vie1,2,3. La mesure de la spasticité est importante pour planifier correctement le cours du traitement et déterminer l'efficacité du traitement. Les outils couramment utilisés en milieu clinique sont l'échelle d'Ashworth modifiée (MAS)4, qui est un système de mesure nominal pour la résistance au mouvement passif, et l'échelle modifiée de Tardieu (MTS), qui mesure l'angle de capture (AoC), représentant le caractéristique dépendante de la vitesse de la spasticité5. Cependant, ces outils de mesure ont été montrés pour avoir la fiabilité inter-rater limitée6,7, exigeant le même évaluateur pour effectuer ces essais pour maintenir la fiabilité satisfaisante8.
Trois facteurs ont été montrés induisant la variabilité dans AoC pendant la mesure de MTS, y compris (1) des erreurs des mesures d'angle par une goniométrie ; (2) variabilité du profil de mouvement articulaire déplacé manuellement entre les évaluateurs; et (3) la variabilité dans la détection de la capture entre les évaluateurs9. Un nouveau dispositif robotique isokinétique avec des capteurs de couple est présenté dans ce protocole. Ce dispositif est appliqué aux patients de course avec la spasticité douce de fléchisseur de coude utilisant l'électromyographie de surface (EMG) mesures10. On a émis l'hypothèse que la normalisation du mouvement des articulations du coude améliorera la fiabilité inter-rater pour les mesures AoC obtenues par le réflexe d'étirement du fléchisseur du coude. Pour le prouver, la fiabilité de l'AoC mesurée par la surface EMG a été calculée et comparée entre l'extension du coude rapide et passif isokinétique, à l'aide de ce dispositif robotique développé et eMG. La figure 1 montre un aperçu de l'ensemble de la procédure expérimentale. Dans le détail, l'étape de mesure du MTS a été effectuée par deux évaluateurs, et l'ordre des expériences (mouvement manuel vs isokinétique) et l'ordre des évaluateurs ont été déterminés au hasard, ce qui a nécessité environ 50 min pour chaque sujet (figure1).
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Protocol
1. Mise en place expérimentale
- Recrutement de patients
REMARQUE : Toutes les procédures ont été examinées et approuvées par le Seoul National University Bundang Hospital Institutional Review Board. Ces sujets étaient des patients hospitalisés ou des patients externes avec des diagnostics d'AVC de quatre hôpitaux de réadaptation dans la région.- Effectuer le processus de dépistage en utilisant les critères d'inclusion suivants : (1) hmiparesis aux extrémités supérieures en raison d'un AVC; (2) âgés de plus de 20 ans; (3) légère spasticité articulaire du coude de MAS 1-2; (4) aucune maladie antérieure affectant la fonction du bras hémiparétique, excepté pour la course ; (5) libre de l'instabilité hémodynamique; (6) pas de contracture sévère du coude; (7) possibilité que l'épaule soit enlevée à 90 degrés et à l'avant-bras pour être en position neutre sans aucune douleur articulaire; et (8) la capacité cognitive, langaviente, visuospatiale ou d'attention normale de suivre des procédures expérimentales.
REMARQUE : Les critères sont conçus pour dépister les patients qui sont en mesure de participer à l'expérience et de réglementer les facteurs affectant les résultats. - Recruter des sujets qui reçoivent une explication détaillée de l'ensemble de l'étude et des problèmes cliniques attendus. Le consentement doit être obtenu avant l'inclusion.
- Les données démographiques et les caractéristiques de base des sujets recrutés sont indiquées au tableau 1.
- Effectuer le processus de dépistage en utilisant les critères d'inclusion suivants : (1) hmiparesis aux extrémités supérieures en raison d'un AVC; (2) âgés de plus de 20 ans; (3) légère spasticité articulaire du coude de MAS 1-2; (4) aucune maladie antérieure affectant la fonction du bras hémiparétique, excepté pour la course ; (5) libre de l'instabilité hémodynamique; (6) pas de contracture sévère du coude; (7) possibilité que l'épaule soit enlevée à 90 degrés et à l'avant-bras pour être en position neutre sans aucune douleur articulaire; et (8) la capacité cognitive, langaviente, visuospatiale ou d'attention normale de suivre des procédures expérimentales.
- Système expérimental
REMARQUE : Un dispositif robotique personnalisé est utilisé pour produire des mouvements normalisés et mesurer les données quantitatives simultanément. Le système robotique se compose d'une pièce robotique, d'un système de contrôle et d'unités de mesure. La configuration globale est indiquée dansFigure 2.- Pièce robotique
- Pour la partie robotique, utilisez un robot planaire d'un degré de liberté composé d'un moteur et d'un manipulandum avant-bras, avec trois autres composants pour ajuster la hauteur du robot et installer l'appareil à divers bureaux. La composition globale est indiquée dans la figure 2A.
- Pour le manipulandum avant-bras, utilisez un joint de coude relié au moteur, un curseur linéaire avec un bloc de fixation pour ajuster la longueur globale et deux unités de manchette pour fixer l'avant-bras et la main (comme le montre la figure 3). L'articulation du coude a une plaque tournante et un roulement de poussée pour éviter les frottements pendant l'expérience, et les unités de manchette ont été courbées semblables à celle d'un avant-bras humain et ont été faites à l'aide d'une imprimante 3D. L'unité de poignée est conçue pour accueillir les personnes de gauche et de droite, le rendant disponible à tous les sujets.
- Utilisez un moteur avec un faible rapport de vitesse de 51:1, qui devrait avoir des caractéristiques à retenir et la capacité de produire une vitesse nominale de 315 degrés/s et un couple continu de 42,33 Nm.
- Utilisez une unité de prise de laboratoire qui est fixée au bas du moteur pour ajuster la hauteur de l'unité motrice. La hauteur du robot pourra être ajustée à la hauteur assise de divers sujets.
- Placez un bras de fixation pour monter l'appareil sur le bureau sur la partie avant du robot. Le bras de fixation sera mobile de haut en bas à travers un arbre linéaire et a des pinces pour fixer au bureau.
- Placez les roulettes avec bouchon sur le fond du robot, ce qui rend le robot mobile et échoué pendant l'expérience.
- Système de contrôle
- Utilisez un ordinateur personnel (PC), un processeur en temps réel et un pilote moteur pour le système de contrôle central. Le diagramme détaillé du bloc d'architecture de contrôle est indiqué dans la figure 4.
- Utilisez une interface utilisateur graphique (GUI) pour contrôler le mode expérience (mesure ROM maximale, Isokinetic MTS et modes de mesure Manuel MTS) et stocker des données de mouvement robot. Il contient un panneau de contrôle et un panneau de surveillance (figure 5). Les détails sur la configuration GUI sont inclus dans l'annexe.
- Implémenter l'algorithme de contrôle robot à l'aide d'un processeur en temps réel. L'algorithme de contrôle se compose de trois boucles de contrôle. La première boucle est une boucle d'entrée/sortie de données qui s'exécute à 1 MHz à partir du module FPGA du sbRIO. La seconde est une boucle de commande de mouvement robot qui fonctionne à 1 kHz du niveau VI en temps réel. La dernière est une boucle de communication de données qui s'exécute à 250 Hz. Cette boucle transmet des données robotisées (temps, angle, couple et signal de déclenchement pour l'appariement avec les données EMG).
REMARQUE : Le processeur en temps réel dispose de deux modules de communication : NI-9237 et NI-9853. Le NI-9237 est un dispositif d'entrée analogique pour recevoir les données du capteur de couple, et le NI-9853 est un module de communication CAN pour communiquer avec le conducteur du moteur.
- Unités de mesure
- Montez un capteur de couple entre le manipulandum et le moteur pour mesurer la force de réaction. Les données de couple sont transférées au processeur en temps réel via NI-9237. Le NI-9237 a son propre filtre de bande de passe, de bande stopband et sans alias. Les données filtrées pénètrent dans le module FPGA et sont traitées à nouveau à 100 Hz avec un filtre à faible passage pour éliminer les bruits.
- Mesurer l'angle articulaire par un encodeur (HEDL 9140, Maxon, Suisse) attaché au moteur. Les données d'angle sont transférées au processeur en temps réel via le conducteur.
- Mesurez l'activité musculaire à l'aide d'un dispositif EMG à huit canaux. Les données EMG ont été recueillies à un taux d'échantillonnage de 1024 Hz, et initialement traitées avec un filtre de bande (20-450 Hz) et un filtre d'encoche (60 Hz). Les données EMG mesurées sont transférées directement sur le PC.
- Pièce robotique
2. Mise en place expérimentale
REMARQUE : Deux évaluateurs devraient participer à cette expérience. Dans notre cas, le premier évaluateur était un physiatre avec plus de 6 ans d'expérience dans la réadaptation, et le deuxième évaluateur était un ergothérapeute avec plus de 3 ans d'expérience dans la réadaptation de course.
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Réglage de posture initial
- Placez le patient sur une chaise avec son dos dans une posture droite.
- Fixez les deux côtés de l'épaule et de l'abdomen avec des ceintures de sécurité pour maintenir la position de l'épaule stable tout au long de l'expérience.
- Placez légèrement le bras hémiparétique du sujet sur le robot manipulandum sans attacher la sangle.
- Détenez le bloc de fixation du curseur linéaire de sorte que le brassard puisse être déplacé librement sur le curseur et permettre au bras hémiparétique du sujet d'être placé sur le manipulandum robot sans attacher les sangles.
- Ajustez la hauteur du robot à l'aide de la prise de laboratoire jusqu'à ce que l'épaule du patient soit enlevée à 90 degrés. Confirmez l'angle d'enlèvement à l'aide d'un goniomètre.
- Instruisez le sujet pour tenir la poignée et attachez la main à la poignée avec des sangles. Aligner l'axe de rotation du robot et l'axe anatomique de l'articulation du coude.
- Fléchir et étendre l'articulation du coude de sorte que la position du brassard peut être réajustée naturellement dans une position optimale sans générer de résistance pendant le mouvement du coude. Puis, attachez le bloc de fixation pour fixer la position du brassard et attachez les sangles du brassard avant-bras.
- Attachez les électrodes EMG de surface sur le muscle brachii de biceps dans le bras hémiparétique.
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Mesure passive du ROM
REMARQUE : Le ROM passif est utilisé comme ROM limite dans les expériences suivantes pour prévenir les problèmes causés par le mouvement à l'extérieur de la plage de fonctionnement du patient.- Entrez les informations secondaires hémiparétiques du patient dans l'interface graphique du programme (droite ou gauche).
- Définir le coude à 90 degrés à l'aide d'un goniomètre. Appuyez sur le bouton de configuration 90 deg sur le panneau GUI. Ce processus correspond à l'angle reconnu par le robot avec l'angle d'articulation humain réel.
- Appuyez sur le bouton De finition sur l'interface graphique pour passer le robot à l'état d'actionnement.
- Cliquez sur les boutons sur le panneau de course de moteur sur le côté gauche de l'interface graphique dans l'ordre de haut en bas.
- Allumez le bouton de la configuration Angle et fixez la vitesse à 1 '/s. Cliquez ensuite sur le bouton exécuter. Le robot étendra lentement le coude à 1 o/s à partir d'une posture fléchie à 90 degrés jusqu'à ce que le couple de réaction atteigne un certain seuil ou s'étende de 170 degrés.
REMARQUE : Dans cette expérience, le seuil de couple a été fixé à 0,6 Nm. Cette valeur est déterminée expérimentalement par le biais d'une étude pilote. - L'angle étendu maximum est automatiquement stocké comme rom maximum.
- Changez la vitesse à -1 '/s et cliquez à nouveau sur le bouton d'exécution. Le robot fléchit le coude lentement jusqu'à ce que le couple de réaction atteigne le seuil.
- L'angle flexible maximum est automatiquement stocké comme le ROM minimum.
3. Mesure MTS
REMARQUE : Le temps requis pour chaque étape est indiqué à la figure 1. Le temps total pris par un sujet pour effectuer toute l'expérience est d'environ 50 min (y compris l'étape d'ensemble de l'expérience), mais la plupart du temps doit être consacré au repos pour maintenir la cohérence de la fatigue.
- Indemnité d'effet d'inertie
REMARQUE : Théoriquement, il ne devrait y avoir aucun effet d'inertie pendant le mouvement isokinétique. Cependant, il peut y avoir un effet d'inertie au début de la motion. La force inertielle doit être compensée pour ne mesurer que la force de réaction générée par un réflexe d'étirement. Étant donné que l'ampleur de la force inertielle est différente pour chaque sujet, un test préliminaire pour la compensation de la force inertielle devrait être effectué avant la mesure réelle du SMT. Un exemple de résultat est affiché à la figure 6.- Cliquez sur le bouton Retour sur le panneau de commande. Le robot fléchira le coude à la posture d'angle minimum (posture maximalement fléchie).
- Placez la vitesse à 150 o/s et activez le bouton de test d'inertie puis le bouton Exécuter. Le robot appliquera une courte perturbation de 5 degrés au patient à un taux de 150 degrés/s. Le couple de pointe et la valeur de la période de chaque essai sont automatiquement empilés et affichés sur le panneau GUI.
- Répétez les étapes 3.1.2-3.1.3 deux fois de plus. Déterminez une valeur de couple de pointe appropriée et la valeur de la période à partir des données mesurées et entrez la valeur sur l'interface graphique du programme. Le profil de couplede compensation est automatiquement généré sur la base de l'équation 1 ci-dessous, où : a, représente l'amplitude déterminée et représente la période.
REMARQUE : La forme du couple inertielle est modélisée comme une forme de cosinne surélevée pour réduire la charge de calcul. Le couple de compensation, qui est conçu pour deux périodes en raison de l'effet d'inertie, disparaît presque après la deuxième période. L'amplitude de la seconde période est conçue pour être de 15% de la première période.
- Étape de familiarisation
- Avant l'expérience réelle, effectuer trois opérations de formation pour familiariser le patient avec des mouvements soudains.
- Cliquez sur le bouton Retour sur le panneau. Le robot fléchira le coude à la posture d'angle minimum.
- Cliquez sur le bouton Exécuter après avoir informé le sujet. Le robot étendra le coude du patient à une vitesse de 150 degrés/s, jusqu'à ce que l'angle atteigne un angle maximum ou que le couple de réaction atteigne le seuil.
- Répétez les étapes 3.2.2-3.2.3 deux fois de plus et prenez un repos de 5 minutes avant de commencer le test.
- Mesure Isokinetic MTS
REMARQUE : La mesure isokinétique MTS est conçue pour mettre en œuvre une condition idéale de mesure MTS. Le robot produit un mouvement précis de vitesse constante à une vitesse prédéterminée (150 o/s) jusqu'à ce qu'il atteigne le ROM maximum ou jusqu'à ce qu'il atteigne un certain seuil du couple de réaction. La valeur maximale du ROM est déterminée à l'étape 2.2, et la valeur seuil de couple est déterminée à 0,6 par le biais d'études pilotes antérieures, ce qui est suffisant pour détecter les réflexes d'étirement.- Cliquez sur le bouton Retour pour fléchir le coude à la posture d'angle minimum.
- Cliquez sur le bouton Exécuter sans en informer le sujet. Le robot étendra le coude du patient à une vitesse de 150 degrés/s jusqu'à ce que l'angle atteigne l'angle maximum ou que le couple de réaction atteigne un certain seuil. Le temps, l'angle, le couple de réaction et les données de signal de déclenchement sont stockés pendant le test.
- Faites une pause de 2 min entre les ensembles et répétez les étapes 3.3.1-3.3.3 deux fois de plus.
- Prenez un repos de 5 min après avoir effectué trois sets.
- Mesure manuelle de MTS
REMARQUE : La mesure manuelle de MTS est conçue pour simuler la mesure de MTS normalement exécutée aux emplacements médicaux réels. Pour comparer les résultats de l'ISokinetic MTS, l'appareil robotique n'est utilisé que comme un outil de mesure quantitative qui supprime l'erreur de mesure, et l'opération de mesure réelle est effectuée par un évaluateur humain. À cette fin, le robot ne compense que la friction du robot lui-même. Les détails de l'enlèvement de frottement sont dans l'appendice.- Cliquez sur le bouton Retour pour fléchir le coude à la posture d'angle minimum.
- Cliquez sur le bouton Free run, et le fonctionnement du robot passera en mode de fonctionnement manuel.
- Tenez la poignée du manipulandum et étirez le bras du sujet. Pendant l'opération, le évaluateur doit générer une vitesse constante de 150 degrés/s.
- Éteignez le mode Free Run et faites une pause de 2 min.
- Répétez les étapes 3.4.1-3.4.4 deux fois de plus.
- Mesure MTS répétée
- Prenez un repos de 10 min après avoir terminé toute l'expérience avec le premier évaluateur.
- Modifier l'évaluateur (au deuxième évaluateur) et répéter les étapes 3.3-3.4.
4. Quantifier l'AoC
REMARQUE : L'AoC est déterminé à partir de deux données : EMG et le couple. L'AoC est déterminé par une analyse manuelle en raison des caractéristiques bruyantes des données EMG et de la variabilité des caractéristiques individuelles. La sélection AoC est effectuée par un troisième évaluateur, qui est aveugle à l'ordre des évaluateurs.
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Analyse des données de l'expérience Isokinetic MTS
- Évaluation AoC à l'aide des données EMG
REMARQUE : En général, l'AoC est déterminé comme l'angle auquel se produit la valeur maximale maximale de l'EMG. Cependant, une durée réflexe extensible est différente pour chaque patient ; ainsi, l'utilisation du point de crête maximum EMG comme aoC devrait avoir une faible fiabilité. Le décalage horaire peut ne pas être important; cependant, l'erreur AoC peut être importante en raison de la vitesse d'évaluation rapide de la méthode MTS. Par conséquent, l'angle au début du point de recrudescence EMG est sélectionné comme l'AoC.- Traiter les données EMG brutes à l'aide du carré de moyenne racine (RMS) pour lisser les données et les amplifier 50x.
- Synchronisez les données EMG et les données d'angle robot à l'aide des signaux de déclenchement de chaque ensemble de données.
REMARQUE : Dans ce système, les données EMG sont mesurées par un appareil indépendant, contrairement à d'autres données ; par conséquent, le temps de référence peut être différent. L'appareil EMG a une fonction de marquage d'interruption de déclenchement, qui obtient le signal de déclenchement d'un processeur en temps réel au début de l'évaluation MTS. - Déterminez manuellement l'AoC comme point de départ de la recrudescence du RMS EMG. L'exemple est indiqué dans la figure 7.
REMARQUE: Le RMS EMG de lt;0.1 est ignoré ici parce qu'il apparaît fréquemment, même sans le réflexe d'étirement. Ainsi, un point de recrudescence clair au début du pic est choisi comme l'AoC.
- Évaluation AoC à l'aide des données de couple
REMARQUE : Les muscles ont des caractéristiques mécaniques passives qui agissent comme un système de ressort-amortisseur. Même si le muscle n'exerce aucune force, la force de réaction peut augmenter à mesure que les muscles s'étirent. Étant donné que l'intensité de la propriété mécanique passive et du réflexe d'étirement varie d'un patient à l'autre, il est difficile d'identifier la prise en utilisant seulement la valeur absolue de la force de réaction. Au lieu de cela, dans cette étude, la capture est déterminée en changeant la propriété passive en raison de la spasticité plutôt que la valeur absolue de la force de réaction. Le changement de la propriété passive est déterminé manuellement par le changement de la pente de la ligne de régression du couple de réaction.- Dessinez une ligne de régression à partir du point où le signal de déclenchement monte et dessinez une autre ligne de régression à partir du point où le signal de déclenchement descend.
- Comparez les pentes des deux lignes de régression. Si les gradients de deux lignes de régression présentent une différence significative, aoC peut être déterminé à l'intersection de deux lignes de régression. L'exemple est indiqué dans la figure 8.
- Évaluation AoC à l'aide des données EMG
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Analyse manuelle des données d'expérience MTS
REMARQUE : Dans le cas du MTS manuel, il est difficile de séparer la force exercée par le sujet et celle appliquée par l'évaluateur à l'aide d'un seul capteur de couple. Par conséquent, dans le cas de MTS manuel, seule une analyse AoC utilisant les données EMG est effectuée sans effectuer l'analyse AoC en utilisant les données de couple.- Évaluation AoC à l'aide des données EMG
REMARQUE : La méthode pour déterminer l'évaluation d'AoC utilisant EMG est fondamentalement la même que pour le cas isokinetic de MTS.- Traiter les données EMG brutes à l'aide de la méthode RMS pour lisser les données et les amplifier 50x.
- Synchronisez les données EMG et les données d'angle robot à l'aide des signaux de déclenchement de chaque ensemble de données.
- Déterminez manuellement l'AoC comme point de départ de la recrudescence du RMS EMG. Un exemple est affiché dans la figure 9.
- Évaluation AoC à l'aide des données EMG
5. Analyse des données
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Indice de mouvement d'évaluation normalisé (NAMI)
REMARQUE : L'AoC de MTS peut être affecté par divers facteurs de mouvement, tels que la vitesse d'évaluation, l'accélération, etc. Par conséquent, la motion d'évaluation devrait être aussi isokinetic que possible. Le NAMI est proposé pour évaluer l'idéal itéralité de la motion d'évaluation. L'index proposé est un index non dimensionnel qui peut être utilisé pour évaluer la cohérence de la motion d'évaluation attribuée aux sujets de chaque essai.- Calculer le ROM, la vitesse maximale et le temps d'évaluation de chaque essai d'évaluation.
REMARQUE : L'angle est mesuré par l'encodeur ; ainsi, la vitesse calculée est bruyante. Par conséquent, la vitesse maximale est déterminée comme la vitesse maximale de la ligne de tendance, et non comme le point de pointe. - Calculez la valeur NAMI pour chaque essai pendant toute l'expérience à l'aide de l'équation 3:
Où : lemaximum et lemin représentent respectivement des angles maximaux et minimaux, mesurés au cours de l'expérience ; Je n'ai pas max est la vitesse d'évaluation maximale; ett est le temps total passé pour une évaluation. La figure 10 montre un exemple de chaque variable.
REMARQUE : L'indice proposé donne un score proche de 1 si le mouvement d'évaluation est proche de complètement isokinétique et un score proche de 0 si la vitesse du mouvement est incohérente.
- Calculer le ROM, la vitesse maximale et le temps d'évaluation de chaque essai d'évaluation.
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analyse statistique
REMARQUE : Toutes les analyses statistiques sont effectuées à l'aide du paquet statistique PASW (version SPSS 18.0). La méthode du coefficient de corrélation intraclasse (ICC) est utilisée pour identifier la fiabilité du test-retest et la fiabilité inter-rater. Seuls les résultats des deuxième et troisième tests sont utilisés pour calculer la CPI.- Pour vérifier la fiabilité des tests, calculez l'ICC à partir des données AoC mesurées et du résultat NAMI.
- Pour vérifier la fiabilité de l'inter-rater, calculez l'ICC à partir de la moyenne des données AoC et NAMI.
- Calculez la valeur p des résultats de l'AoC à l'aide de tests t d'échantillons appariés pour évaluer les différences entre chaque évaluateur ou chaque essai d'évaluation.
REMARQUE : Les valeurs P de l'indice sont considérées comme statistiquement significatives. - Calculer le coefficient de corrélation Pearson entre AoC en fonction des critères EMG et des critères de couple pour vérifier une corrélation entre les deux méthodes.
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Representative Results
La fiabilité est divisée en quatre catégories en fonction de la valeur de l'ICC : extrêmement excellente (0,90 euros), excellente (0,75 lt; ICC 0,90), juste à bonne (0,40 lt; ICC 0,75), et pauvre (lt;0,40). L'erreur standard de mesures (SEM) a été calculée pour déterminer la composante d'erreur de la variance. La plus petite différence détectable (SDD) a été calculée à partir du SEM des données de test-retest.
Indice de mouvement d'évaluation normalisé (NAMI) : le score NAMI pendant un mouvement isokinétique était toujours 1, ce qui signifie que l'appareil isokinétique a toujours généré une vitesse d'entrée constante uniforme. Cependant, la fiabilité du test-retest du NAMI au cours d'un mouvement manuel était médiocre tant pour le type 1 (ICC [IC à 95 %] - -0,035 [-0,495-0,441]) et pour le rater 2 (ICC [95 %CI] - 0,438 [-0,038-0,752]). En outre, la fiabilité inter-rater de la NAMI pendant le mouvement manuel était également faible (ICC [IC à 95 %] - 0,148 [-0,344-0,576]). Inversement, les résultats des deux évaluateurs humains ont montré des valeurs NAMI moyennes presque égales (0,68 et 0,67 pour chaque évaluateur). L'erreur de cohérence des deux évaluateurs humains était plus grande que celle de l'appareil isokinétique, montrant une grande différence entre les deux évaluateurs. Ces résultats indiquent qu'une motion d'évaluation par un évaluateur humain manque dans les caractéristiques isokinétiques et que le mouvement est incohérent selon le sujet.
Fiabilité du test-retest : Le tableau 2 montre la fiabilité du test-retest pour les résultats AoC dans trois conditions (isokinetic-EMG, isokinetic-torque, manuel-EMG). La fiabilité du test-retest pour le MTS manuel était excellente (ICC 0,804 et 0,840). Cependant, la mesure isokinétique MTS a amélioré la fiabilité du test-retest à la très excellente qualité sur les critères EMG et couple (tableau 2)
Fiabilité inter-rater : Le tableau 3 montre la fiabilité inter-rater pour les performances de mesure AoC dans trois conditions. L'ICC de la fiabilité inter-rater du Manuel MTS était 0.788, qui était près de la limite inférieure de l'excellente qualité. Le MTS isokinetic a amélioré la fiabilité inter-rater à l'ICC de 0.890 basé sur des données d'EMG et à l'ICC de 0.931 basé sur des données de couple.
Les corrélations et l'uniformité du timing de l'AoC entre les critères EMG et de couple : les deux résultats d'AoC calculés à partir des données eMG et des données de couple pendant le MTS isokinetic montrent une corrélation significativement élevée dans les deux rater 1 (coefficient de corrélation De Pearson 0,937, p 'lt; 0.001) et l'indice 2 (coefficient de corrélation Pearson ' 0.957, p 'lt; 0.001). En outre, le calendrier de l'AoC entre les deux résultats était très compatible avec une CCI de 1 (p 'lt; 0.001).
Figure 1 : Graphique des flux d'expériences.
Ce chiffre est modifié à partir de Sin et al.10. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 2 : Robot d'essai Isokinetic MTS.
(A) Configuration du robot isokinétique. (B) Configuration intérieure de l'appareil. Le système de contrôle comprend un processeur en temps réel et un conducteur de moteur. (B) a déjà été publié par Sin et al.10. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 3 : Composition du manipulandum.
Deux poignets pour le poignet et l'avant-bras sont reliés au curseur linéaire à travers un bloc de fixation, ce qui rend la position du brassard réglable. Une poignée et une sangle de main sont commutables de gauche à droite. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 4 : Configuration du système de contrôle.
Les trois blocs droits montrent la hiérarchie du système de contrôle et les flèches montrent le flux de données entre chaque unité. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 5 : Interface utilisateur graphique (GUI).
Le côté gauche est le panneau de contrôleur, qui contient les différents boutons ou commandes numériques nécessaires pour le contrôle du robot. Le côté droit est un panneau de surveillance qui montre l'angle, le couple d'interaction et le signal de déclenchement en temps réel. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 6 : Exemple d'indemnisation par effet d'inertie.
La ligne verte indique le couple brut; la ligne pointillée bleue indique le modèle de force inertielle; et la ligne rouge indique le résultat de la compensation du couple inertiel. Ce chiffre a déjà été publié par Sin et al.10. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 7 : Exemple d'évaluation AoC à l'aide des données EMG (cas DeTS isokinétique).
Une valeur RMS EMG inférieure à 0,1 est considérée comme normale. La sélection du point de départ du point de recrudescence EMG clair est effectuée, et la valeur d'angle à ce moment-là est déterminée comme AoC. Ce chiffre a déjà été publié par Sin et al.10. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 8 : Exemple d'évaluation aoC à l'aide de données de couple (cas de SMT isokinétique).
L'évaluation comporte les étapes suivantes : tracer deux lignes reliant le couple du point de départ de l'évaluation et le point final avec des données de couple arbitraires, respectivement; trouver le point où les deux lignes deviennent la ligne de régression des données de couple avant et après le point sélectionné; s'il y a une différence significative entre le gradient de deux lignes de régression, on juge qu'un réflexe d'étirement se produit à ce stade. Ce chiffre a déjà été publié par Sin et al.10. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 9 : Exemple d'évaluation aoC à l'aide des données EMG (cas Manuel de SMT).
Comme c'est le cas dans le cas isokinétique (figure 7), l'AoC est déterminé comme l'angle lorsqu'une recrudescence claire de l'EMG se produit. Ce chiffre a déjà été publié par Sin et al.10. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 10 : Variables de l'indice de mouvement d'évaluation normalisé (AMN).
Intuitivement, la valeur NAMI est le rapport de la zone sous le graphique de vitesse à la zone de la boîte grise. Plus de mouvements isokinétiques montrent des valeurs plus proches de 1. Ce chiffre est déjà publié par Sin et al.10. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
| variable | résultat |
| Age, années, moyenne (SD) | 54,6 (12,2) |
| Sexe, n (%) | |
| hommes | 14 (82,4) |
| Femmes | 3 (17,6)) |
| Jours à partir du début de l'AVC, médiane (IQR) | 722 (1226) |
| Côté hémiplégique, n (%) | |
| Oui | 10 (58,8) |
| gauche | 7 (41,2) |
| Type d'AVC, n (%) | |
| Ischémique | 11 (64,7) |
| Hémorragique | 6 (35,3) |
| Lésion d'AVC, n (%) | |
| Corticale | 4 (23,5) |
| Subcortical | 13 (76,5) |
| Étape Brunnstrom, médiane (IQR) | |
| bras | 4 (1) |
| main | 3 (1) |
| jambe | 4 (1) |
| Puissance musculaire, médiane (IQR) | |
| Fléchisseur de coude | 4 (1) |
| Extenseur de coude | 4 (1) |
| MAS, fléchisseur de coude, n (%) | |
| 1 Fois | 7 (41,2) |
| 1 et 1 | 5 (29,4) |
| 2 (en) | 5 (29,4) |
Tableau 1 : Sujets démographiques et caractéristiques de base.
| devoir | Retester | page | Sem | SDD (En) | ICC (2,1) (IC à 95 %) | |
| Moyenne (SD) | Moyenne (SD) | |||||
| Rater 1 | ||||||
| Mouvement isokinétique (150/s) avec EMG | 93,74 (28,35) | 90,93 (25,44) | 0,216 | à 12h12 | 33,59 | 0,948 (0,857-0,981) |
| Mouvement isokinétique (150/s) avec couple | 90,30 (27,93) | 89,61 (27,25) | 0,201 | 3,02 | 8h37 | 0,997 (0,992-0,996) |
| Mouvement manuel avec EMG | 82,67 (19,11) | 82,03 (21,73) | 0,838 | à 17h21 | 47,7 | 0,804 (0,538-0924) |
| Rater 2 | ||||||
| Mouvement isokinétique (150/s) avec EMG | 90,77 (28,69) | 88,14 (28,34) | 0,123 | 15,1 Annonces | 41,86 | 0,929 (0,929-0,991) |
| Mouvement isokinétique (150/s) avec couple | 97,06 (23,47) | 94,37 (25,86) | 0,192 | 9,9 | 27,44 | 0,959 (0,873-0,987) |
| Mouvement manuel avec EMG | 80,96 (21,30) | 80,46 (22,81) | 0,875 | 16,94 | 46,96 | 0,840 (0,601-0,941) |
Tableau 2 : Résultats de fiabilité de test-retest pour l'angle de capture mesuré avec des dispositifs robotiques isokinétiques et des dispositifs robotiques avec mouvement manuel.
Ce tableau a été publié par Sin et coll.10 (les valeurs p sont calculées par t-test apparié). SEM: erreur standard de mesure, SDD: plus petite différence détectable, ICC: coefficient de corrélation intraclasse, EMG: électromyographie.
| Rater 1 | Rater 2 | page | Sem | ICC (2,1) (IC à 95 %) | |
| Moyenne (SD) | Moyenne (SD) | ||||
| Mouvement isokinétique (150/s) avec EMG | 88,16 (28,24) | 89,46 (28,33) | 0,973 | à 17 h 81 | 0,890 (0,685-0,961) |
| Mouvement isokinétique (150/s) avec couple | 94,32 (240,13) | 95,71 (24,44) | 0,775 | à 12 h 54 | 0,931 (0,791-0,978) |
| Mouvement manuel avec EMG | 80,81 (18,98) | 80,71 (21,17) | 0,586 | 17,5 annonces | 0,788 (0,493-0,920) |
Tableau 3 : Résultats de fiabilité inter-rater pour l'angle de capture mesuré à l'aide d'appareils robotiques isokinétiques et d'appareils robotiques à mouvement manuel.
Ce tableau a été publié par Sin et coll.10 (les valeurs p sont calculées par t-test apparié). SEM: erreur standard de mesure, ICC: coefficient de corrélation intraclasse, EMG: électromyographie.
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Discussion
Cette étude a tenté de normaliser la mesure MTS à l'aide d'un dispositif isokinétique robotique. Il a été étudié comment l'uniformité du mouvement d'évaluation influe sur les résultats de la mesure du SMT.
La valeur de l'AMIA a été proposée pour représenter le degré de variabilité dans la motion d'évaluation. Comme prévu, contrairement à la méthode de mouvement isokinétique sans variabilité, la méthode manuelle a montré la variabilité entre les tests et entre les évaluateurs, ce qui entraîne une fiabilité médiocre, ce qui est compatible avec les résultats des études précédentes7,8 . Les résultats sur la fiabilité de la mesure AoC montrent que le mouvement isokinétique lui-même peut augmenter la fiabilité de l'interrater, par rapport au mouvement manuel. Bien que, il y ait eu des soucis concernant la provocation réflexe moins extensible par le mouvement isokinetic11,12, sujets dans cette étude avec la spasticité douce de fléchisseur de coude (MAS 1, 1, 2) ont montré des réflexes d'étirement cohérents mesurés par surface EMG pendant le mouvement isokinétique. Ceci démontre qu'un dispositif isokinetic peut être employé pour mesurer AoC fiable, même dans les patients présentant la spasticité douce de coude. L'AoC a également été calculé selon les critères de couple de cette étude. Fait intéressant, AoC mesuré en utilisant à la fois les critères EMG et de couple a montré une forte corrélation, tandis que les critères de couple seul a montré une fiabilité inter-rater plus élevée, ce qui est compatible avec les résultats fournis par Lynn et al.13. Par conséquent, on s'attend à ce que l'évaluation de la spasticité utilisant les critères de couple soit une meilleure méthode en ce qui concerne la fiabilité et la commodité.
Cette nouvelle approche pour quantifier la mesure du SMT comporte certaines questions et certaines limites. Tout d'abord, la posture pendant les mesures AoC dans cette étude était différente des mesures conventionnelles MTS14. Le MTS conventionnel a été exécuté en l'absence de l'enlèvement d'épaule ; en revanche, dans cette étude, des mesures ont été effectuées avec l'épaule enlevée à 90 degrés. Toutefois, le but de cette étude était de vérifier les effets de l'uniformité de la motion d'évaluation sur la fiabilité de l'AoC. La posture utilisée dans cette expérience permet de mesurer facilement AoC en utilisant les données de couple en éliminant l'influence du poids de l'avant-bras, qui est difficile à mesurer séparément. Par conséquent, cette expérience fournit une perspective sur la façon dont le mouvement d'évaluation affecte la fiabilité des mesures AoC.
Deuxièmement, la mesure AoC utilisant à la fois les critères de couple et d'EMG a été effectuée subjectivement. Cependant, cela a été effectué par un troisième évaluateur qui était aveugle à l'information du sujet et l'ordre des évaluateurs pour minimiser les biais potentiels. Troisièmement, l'augmentation du couple de réaction due à des propriétés mécaniques passives était inattendue lors de la conception de l'expérience initialement. On s'attendait à ce que le couple de réaction soit principalement causé par le réflexe d'étirement; cependant, dans les patients présentant la spasticité douce, beaucoup de cas ont prouvé que le couple de réaction provoqué par la rigidité passive était dominant. Par conséquent, AoC a été obtenu par l'analyse post-expérimentale des données plutôt que l'identification en temps réel. Enfin, il y avait relaxation du fléchisseur de coude pendant l'étirement passif répétitif. L'expérience a été conçue pour incorporer suffisamment de temps de repos pour prévenir la fatigue tout au long de l'expérience, et aucun sujet ne s'est plaint de fatigue. Cependant, il est difficile d'empêcher la relaxation du muscle en raison de l'étirement passif répétitif. Pour réduire cet impact, l'expérience a été conçue pour randomiser l'ordre des évaluateurs, et les résultats n'ont montré aucun phénomène de relaxation significatif entre les deux évaluateurs.
L'objectif de cette étude était d'améliorer les méthodes d'évaluation qui reposent sur le sens subjectif de l'évaluateur et de les maintenir à des normes plus objectives et quantitatives. Les résultats montrent la possibilité d'accroître la fiabilité de l'évaluation à l'aide d'un dispositif robotique. Cependant, la méthode effectuée dans cette étude n'est qu'à moitié automatisée, parce que l'évaluation AoC est effectuée par un humain. On s'attend à ce que les autres études permettent une évaluation de la spasticité en temps réel avec une grande fiabilité et objectivité.
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Disclosures
Tous les auteurs ne déclarent aucun conflit d'intérêts.
Acknowledgments
Cette étude a été soutenue par le Seoul National University Bundang Hospital Research Fund (14- 2014 - 035) et la Subvention de la Korea and National Research Foundation of Korea (NRF) financée par le gouvernement coréen (A100249). Nous tenons à remercier Seo Hyun Park et Hae-in Kim pour avoir aidé à préparer et à procéder à la vidéo de tournage.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D printer | Lokit | 3Dison+ | FDA type 3D printer |
| Ball sprine shaft | Misumi | LBF15 | |
| Bridge Analog Input module | National Instruments | NI 9237 | |
| CAN communication module | National Instruments | NI 9853 | |
| Caster | Misumi | AC-50F | |
| Electromyography (EMG) device | Laxtha | WEMG-8 | |
| EMG electrode | Bioprotech | 1.8x1.2 mm Ag–AgCl | |
| Encoder | Maxon | HEDL 9140 | 500 CPT |
| Gearbox | Maxon | GP 81 | 51:1 ratio |
| Lab jack | Misumi | 99-1620-20 | |
| Linear slider | Misumi | KSRLC16 | |
| Motor | Maxon | EC-60 | brushless EC motor |
| Motor driver | Elmo | DC Whistle | |
| PLA | Lokit | 3D printer material | |
| Real-time processor | National Instruments | sbRIO-9632 | |
| Torque sensor | Transducer Techniques | TRS-1K |
References
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