Summary
Usando um dispositivo isocinético robótico com medidas da electromiografia (EMG), este protocolo ilustra que o movimento isocinético próprio pode melhorar a confiabilidade do interavaliador para o ângulo de medidas da captura em pacientes do curso com espasticidade suave do flexor do cotovelo.
Abstract
A medição da espasticidade é importante no planejamento do tratamento e na determinação da eficácia após o tratamento. Entretanto, a ferramenta atual usada em ajustes clínicos foi mostrada para ser limitada na confiabilidade inter-Rater. Um fator nesta confiabilidade inter-rater pobre é a variabilidade do movimento passivo ao medir o ângulo de medidas da captura (AoC). Portanto, um dispositivo isocinético tem sido proposto para padronizar o movimento articular manual; no entanto, os benefícios do movimento isocinético para medições de AoC não foram testados de forma padronizada. Este protocolo investiga se o movimento isocinético em si pode melhorar a confiabilidade entre avaliadores para medições de AoC. Para esta finalidade, um dispositivo isocinético robótico foi desenvolvido que seja combinado com a electromiografia de superfície (EMG). Duas condições, movimentos manuais e isocinéticos, são comparadas com o método padronizado para medir o ângulo e a sensação subjetiva de captura. Mostra-se que em 17 pacientes do curso com espasticidade suave do flexor do cotovelo, o movimento isocinético melhorou o coeficiente de correlação intraclasse (ICC) para a confiabilidade do interavaliador de medidas de AoC a 0,890 [intervalo de confiança 95% (CI): 0.685 – 0.961] pelo EMG critérios, e 0,931 (95% CI: 0.791 – 0.978) pelos critérios de torque, de 0,788 (95% CI: 0.493 – 0.920) por movimento manual. Em conclusão, o movimento isocinético em si pode melhorar a confiabilidade entre avaliadores de medidas de AoC em pacientes com AVC com espasticidade leve. Dado que este sistema pode fornecer maiores medições de ângulo padronizado e captura de sentimento, pode ser uma boa opção para a avaliação da espasticidade em um ambiente clínico.
Introduction
A espasticidade após o AVC é comum e demonstrou induzir complicações, incluindo dor e contraturas, resultando em redução da qualidade de vida1,2,3. A medição da espasticidade é importante para planejar adequadamente o curso do tratamento e determinar a eficácia do tratamento. As ferramentas comumente utilizadas no cenário clínico são a escala modificada de Ashworth (MAS)4, que é um sistema de medição nominal para resistência ao movimento passivo, e a escala de Tardieu modificada (MTS), que mede o ângulo de captura (AOC), representando o característica velocidade-dependente do espasticidade5. No entanto, essas ferramentas de medição mostraram confiabilidade interavaliadores limitadas6,7, exigindo que o mesmo avaliador realize esses testes para manter a confiabilidade satisfatória8.
Três fatores foram mostrados induzem a variabilidade no AoC durante a medida de MTS, incluindo (1) erros das medidas do ângulo por uma goniometria; (2) variabilidade do perfil de movimento articular manualmente movido entre avaliadores; e (3) variabilidade na detecção da captura entre os avaliadores9. Um dispositivo robótico isocinético novo com sensores do torque é apresentado neste protocolo. Este dispositivo é aplicado aos pacientes do curso com espasticidade suave do flexor do cotovelo usando medidas da electromiografia de superfície (EMG)10. Foi supor que a padronização do movimento da articulação do cotovelo melhorará a confiabilidade entre avaliadores para medidas de AoC eliciadas pelo reflexo do estiramento flexor do cotovelo. Para comprovar isso, calculou-se a confiabilidade para AoC medida por EMG de superfície e comparada entre a extensão de cotovelo passiva e manual isocinética, utilizando este dispositivo robótico desenvolvido e EMG. A Figura 1 mostra uma visão geral de todo o procedimento experimental. Em detalhe, a etapa de mensuração do MTS foi conduzida por dois avaliadores, e a ordem dos experimentos (manual versus movimento isocinético) e a ordem dos avaliadores foram determinadas aleatoriamente, o que exigiu cerca de 50 min para cada sujeito (Figura 1).
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Protocol
1. set-up experimental
- Recrutamento de pacientes
Nota: todos os procedimentos foram revistos e aprovados pelo Seoul National University bundang hospital Conselho de revisão institucional. Esses sujeitos foram pacientes internados ou ambulatoriais com diagnósticos de AVC de quatro hospitais de reabilitação da região.- Realize o processo de triagem utilizando os seguintes critérios de inclusão: (1) hemiparesia da extremidade superior devido ao AVC; (2) com idade acima de 20 anos; (3) espasticidade leve da articulação do cotovelo de MAS 1-2; (4) nenhuma doença prévia que afete a função do braço hemiparéticos, à exceção do curso; (5) livre de instabilidade hemodinâmica; (6) nenhuma contratura severa do cotovelo; (7) possibilidade para que o ombro seja sequestrado 90 ° e o antebraço esteja na posição neutra sem nenhuma dor comum; e (8) capacidade cognitiva, linguística, visuoespacial ou de atenção normal para seguir procedimentos experimentais.
Nota: os critérios são projetados para a tela de pacientes que são capazes de participar do experimento e regular os fatores que afetam os resultados. - Recrutar assuntos que são fornecidos com uma explicação detalhada de todo o estudo e as questões clínicas esperadas. O consentimento deve ser obtido antes da inclusão.
- As características demográficas e basais dos sujeitos recrutados estão apresentadas na tabela 1.
- Realize o processo de triagem utilizando os seguintes critérios de inclusão: (1) hemiparesia da extremidade superior devido ao AVC; (2) com idade acima de 20 anos; (3) espasticidade leve da articulação do cotovelo de MAS 1-2; (4) nenhuma doença prévia que afete a função do braço hemiparéticos, à exceção do curso; (5) livre de instabilidade hemodinâmica; (6) nenhuma contratura severa do cotovelo; (7) possibilidade para que o ombro seja sequestrado 90 ° e o antebraço esteja na posição neutra sem nenhuma dor comum; e (8) capacidade cognitiva, linguística, visuoespacial ou de atenção normal para seguir procedimentos experimentais.
- Sistema experimental
Nota: um dispositivo robótico personalizado é usado para produzir movimento padronizado e medir os dados quantitativos simultaneamente. O sistema robótico consiste em uma peça robótica, sistema de controle, e unidades de medida. A configuração geral é mostrada emA Figura 2.- Parte robótica
- Para a parte robótica, use um robô planar de um grau de liberdade que consiste em um motor e um manipulador de antebraço, com três outros componentes para ajustar a altura do robô e instalar o dispositivo em várias mesas. A composição geral é mostrada na Figura 2a.
- Para o manipulador do antebraço, use uma articulação do cotovelo conectada ao motor, um controle deslizante linear com um bloco de fixação para ajustar o comprimento total e duas unidades de manguito para fixar o antebraço e a mão (como mostrado na Figura 3). A articulação do cotovelo tem uma placa rotativa e um rolamento de impulso para evitar atrito durante o experimento, e as unidades de manguito foram curvadas semelhante à de um antebraço humano e foram feitas usando uma impressora 3D. A unidade do punho é projetada acomodar ambos os indivíduos esquerdos e destros, fazendo o disponível a todos os assuntos.
- Use um motor com uma relação da baixa engrenagem de 51:1, que deva ter características para trás-driável e a habilidade de produzir uma velocidade nominal de 315 °/s e um torque contínuo de 42,33 nanômetro.
- Use uma unidade do jaque do laboratório que seja unida à parte inferior do motor para ajustar a altura da unidade de motor. A altura do robô será capaz de ser ajustado para a altura sentada de vários assuntos.
- Coloque um braço de fixação para montar o dispositivo na mesa na parte dianteira do robô. O braço da fixação será móvel para cima e para baixo através de um eixo linear e tem as braçadeiras para fixar à mesa.
- Coloque os rodízios com rolha na parte inferior do robô, tornando o robô móvel e aterrado durante o experimento.
- Sistema de controle
- Use um computador pessoal (PC), processador em tempo real e driver do motor para o sistema de controle central. O diagrama de bloco de arquitetura de controle detalhado é mostrado na Figura 4.
- Use uma interface gráfica do usuário (GUI) para controlar o modo de experimento (medição de ROM máxima, MTS isocinético e modos de medição MTS manuais) e armazenar dados de movimento do robô. Ele contém um painel de controle e um painel de monitoramento (Figura 5). Os detalhes na configuração GUI são incluídos no apêndice.
- Implemente o algoritmo de controle do robô usando um processador em tempo real. O algoritmo de controle consiste em três loops de controle. O primeiro loop é um loop de entrada/saída de dados que é executado a 1 MHz do módulo FPGA do sbRIO. O segundo é um loop de controle de movimento do robô que funciona a 1 kHz a partir do nível VI em tempo real. O último é um loop de comunicação de dados que é executado em 250 Hz. Este laço transmite dados do robô (tempo, ângulo, torque e sinal do disparador para combinar com dados do EMG).
Nota: o processador em tempo real tem dois módulos de comunicação: NI-9237 e NI-9853. O NI-9237 é um dispositivo de entrada analógico para receber dados do sensor de torque, e o NI-9853 é um módulo de comunicação CAN para se comunicar com o driver do motor.
- Unidades de medição
- Monte um sensor de torque entre o manipulandum e o motor para medir a força de reação. Os dados de torque são transferidos para o processador em tempo real via NI-9237. O NI-9237 tem seu próprio filtro de banda larga, banda de parada e alias-Free. Os dados filtrados entram no módulo FPGA e são processados novamente em 100 Hz com um filtro passa-baixo para remover ruídos.
- Meça o ângulo articular por um codificador (HEDL 9140, Maxon, Switzerland) anexado ao motor. Os dados angulares são transferidos para o processador em tempo real através do driver do motor.
- Medir a atividade muscular com um dispositivo EMG de superfície de oito canais. Os dados EMG foram coletados a uma taxa de amostragem de 1024 Hz, e inicialmente processados com um filtro de bandpass (20 – 450 Hz) e um filtro de entalhe (60 Hz). Os dados de EMG medidos são transferidos diretamente para o PC.
- Parte robótica
2. set-up experimental
Nota: dois avaliadores devem participar neste experimento. Em nosso caso, o primeiro avaliador era um fisiatra com mais de 6 anos de experiência na reabilitação, e o segundo rater era um terapeuta ocupacional com os mais de 3 anos de experiência na reabilitação do curso.
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Ajuste inicial da postura
- Coloque o paciente em uma cadeira com a sua volta em uma postura reta.
- Fixe ambos os lados do ombro e do abdômen com cintos de segurança para manter a posição do ombro estável durante todo o experimento.
- Coloque o braço hemiparético do indivíduo levemente sobre o manipulador do robô sem fixar a cinta.
- Desaperte o bloco de fixação do controle deslizante linear para que o manguito possa ser movido livremente no controle deslizante e permitir que o braço hemiparético do indivíduo seja colocado no manipulador do robô sem fixar as correias.
- Ajuste a altura do robô usando o jaque do laboratório até que o ombro do paciente esteja sequestrado 90 °. Confirme o ângulo de abdução usando um goniômetro.
- Instrua o assunto para segurar o punho e prender a mão ao punho com cintas. Alinhe o eixo de rotação do robô e o eixo anatômico da articulação do cotovelo.
- Flexione e estenda a articulação do cotovelo para que a posição do manguito possa ser reajustada naturalmente em uma posição ideal sem gerar resistência durante o movimento do cotovelo. Em seguida, aperte o bloco de fixação para fixar a posição do manguito e aperte as correias do manguito do antebraço.
- Prenda os eletrodos EMG de superfície no músculo bíceps braeu no braço hemiparético.
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Medida passiva da ROM
Observação: ROM passiva é usada como uma ROM de limite nos experimentos a seguir para evitar problemas causados pelo movimento fora do intervalo de operação do paciente.- Insira as informações laterais hemiparéticas do paciente no programa GUI (direita ou esquerda).
- Ajuste o cotovelo 90 ° flexiado usando um goniômetro. Pressione o botão set 90 DEG no painel GUI. Este processo coincide com o ângulo reconhecido pelo robô com o ângulo real da articulação humana.
- Pressione o botão Finish Set na GUI para comutar o robô para o estado de acionamento.
- Estale os botões no painel do funcionamento do motor no lado esquerdo do GUI em ordem de de cima para baixo.
- Gire sobre o botão ajustado do ângulo e ajuste a velocidade a 1 °/s. Em seguida, clique no botão executar . O robô estenderá o cotovelo lentamente em 1 °/s de uma postura flexionado 90 ° até que o torque da reação alcangue um determinado nível de limiar ou se estende por 170 °.
Nota: neste experimento, o limiar de torque foi ajustado para 0,6 Nm. Este valor é determinado experimentalmente através de um estudo piloto. - O ângulo máximo estendido é automaticamente armazenado como a ROM máxima.
- Altere a velocidade para-1 °/s e clique no botão executar novamente. O robô flexiz o cotovelo lentamente até que o torque de reação atinja o nível de limiar.
- O ângulo flexionado máximo é armazenado automaticamente como o ROM mínimo.
3. MTS medição
Nota: o tempo necessário para cada etapa é mostrado na Figura 1. O tempo total tomado por um sujeito para realizar todo o experimento é de cerca de 50 min (incluindo a etapa de set-up do experimento), mas a maior parte do tempo deve ser gasto descansando para manter a consistência da fadiga.
- Compensação de efeito de inércia
Nota: teoricamente, não deve haver efeito de inércia durante o movimento isocinético. No entanto, pode haver um efeito de inércia no início do movimento. A força inercial deve ser compensada para medir apenas a força de reação gerada por um reflexo de estiramento. Uma vez que a magnitude da Força inercial é diferente para cada sujeito, um teste preliminar para a compensação de força inercial deve ser realizado antes da medição real do MTS. Um resultado de exemplo é mostrado na Figura 6.- Clique no botão voltar no painel de controle. O robô flexionará o cotovelo para a postura mínima do ângulo (postura maximamente flexionada).
- Ajuste a velocidade a 150 °/s e gire sobre o botão do teste da inércia então o botão Run . O robô aplicará uma pequena perturbação de 5 ° ao paciente a uma taxa de 150 °/s. O torque de pico e o valor do período de cada teste são automaticamente empilhados e exibidos no painel GUI.
- Repita os passos 3.1.2 – 3.1.3 mais duas vezes. Determine um valor de torque de pico adequado e o valor do período dos dados medidos e insira o valor no programa GUI. O perfil de torque de compensação (τcomp) é gerado automaticamente com base na equação 1 abaixo , onde: a, representa a amplitude determinada e λ representa o período.
Nota: a forma do torque inercial é modelada como uma forma de cosseno levantada para reduzir a carga de cálculo. O torque da compensação, que é projetado para dois períodos devido ao efeito da inércia, desaparece quase após o segundo período. A amplitude do segundo período é projetada para ser 15% do primeiro período.
- Etapa de familiarização
- Antes do experimento real, realize três operações de treinamento para familiarizar o paciente com movimentos bruscos.
- Clique no botão voltar no painel. O robô irá flexionar o cotovelo para a postura de ângulo mínimo.
- Clique no botão executar depois de informar o assunto. O robô estenderá o cotovelo do paciente a uma taxa de 150 °/s, até que o ângulo alcance a um ângulo máximo ou o torque da reação alcangue o nível de limiar.
- Repita os passos 3.2.2 – 3.2.3 mais duas vezes e tome um descanso de 5 min antes de iniciar o teste.
- Medição Isokinetic MTS
Nota: a medição MTS isocinética foi concebida para implementar uma condição de medição MTS ideal. O robô produz o movimento exato da velocidade constante em uma velocidade predeterminada (150 °/s) até alcangar a ROM máxima ou até alcangar um determinado limiar do torque da reação. O valor máximo de ROM é determinado na etapa 2,2, e o valor do limiar de torque é determinado como 0,6 através de estudos piloto anteriores, o que é suficiente para detectar reflexos de estiramento.- Clique no botão voltar para flexionar o cotovelo para a postura de ângulo mínimo.
- Clique no botão executar sem informar o assunto. O robô irá estender o cotovelo do paciente a uma taxa de 150 °/s até que o ângulo atinge o ângulo máximo ou o torque de reação atinge um determinado nível de limiar. O tempo, o ângulo, o torque da reação, e os dados do sinal do disparador são armazenados durante o teste.
- Faça uma pausa de 2 min entre os sets e repita as etapas 3.3.1 – 3.3.3 mais duas vezes.
- Tome um descanso de 5 minutos após ter executar três jogos.
- Medição manual MTS
Nota: a medição MTS manual é projetada para simular a medição MTS normalmente realizada em sites médicos reais. Para comparar os resultados de MTS isocinéticos, o dispositivo robótico é usado somente como uma ferramenta de medição quantitativa que remova o erro da medida, e a operação real da medida é executada por um rater humano. Para este efeito, o robô só compensa o atrito do próprio robô. Detalhes da remoção de fricção está no apêndice.- Clique no botão voltar para flexionar o cotovelo para a postura de ângulo mínimo.
- Clique no botão Free Run , e a operação do robô mudará para o modo de operação manual.
- Segure a alça do manipulandum e esticar o braço do sujeito. Durante a operação, o avaliador deve gerar uma velocidade constante de 150 °/s.
- Desligue o modo de corrida livre e faça uma pausa de 2 min.
- Repita os passos 3.4.1 – 3.4.4 mais duas vezes.
- Repita a medição MTS
- Tome um descanso de 10 minutos após ter terminado a experiência inteira com o primeiro Rater.
- Mude o avaliador (para o segundo avaliador) e repita os passos 3.3 – 3.4.
4. quantificando o AoC
Nota: a AoC é determinada com base em dois dados: EMG e torque. A AoC é determinada pela análise manual, devido às características ruidosas dos dados EMG e à variabilidade das características individuais. A seleção de AoC é realizada por um terceiro avaliador, que é cego à ordem dos avaliadores.
-
Análise de dados de experimento Isokinetic MTS
- Avaliação de AoC utilizando dados EMG
Nota: geralmente, o AoC é determinado como o ângulo no qual ocorre o valor máximo de pico da EMG. Entretanto, uma duração do reflexo do estiramento é diferente para cada paciente; assim, o uso do ponto máximo de pico EMG como um AoC é esperado para ter baixa confiabilidade. A diferença de tempo pode não ser grande; no entanto, o erro AoC pode ser significativo devido à velocidade de avaliação rápida do método MTS. Portanto, o ângulo no início do ponto de aumento de EMG é selecionado como o AoC.- Processe os dados brutos do EMG usando o quadrado médio da raiz (RMS) para suavizar os dados e amplificá-lo 50x.
- Sincronize os dados EMG e os dados do ângulo do robô usando os sinais de disparo de cada conjunto de dados.
Nota: neste sistema, os dados EMG são medidos por um dispositivo independente, ao contrário de outros dados; Portanto, o tempo de referência pode ser diferente. O dispositivo EMG tem uma função de marcação de interrupção de gatilho, que obtém o sinal de disparo de um processador em tempo real no início da avaliação MTS. - Determine o AoC manualmente como o ponto de partida do aumento do RMS EMG. O exemplo é mostrado na Figura 7.
Nota: o RMS EMG de < 0.1 é ignorado aqui porque aparece freqüentemente mesmo sem o reflexo do estiramento. Assim, um ponto de aumento claro no início do pico é selecionado como o AoC.
- Avaliação AoC utilizando os dados de torque
Nota: os músculos têm características mecânicas passivas que atuam como um sistema de mola-amortecedor. Mesmo se o músculo não exercer qualquer força, a força de reação pode aumentar à medida que os músculos se estendem. Porque a intensidade da propriedade mecânica passiva e do reflexo do estiramento varia do paciente ao paciente, é difícil identificar o prendedor usando somente o valor absoluto da força de reação. Em vez disso, neste estudo, o prendedor é determinado mudando a propriedade passiva devido ao espasticidade um pouco do que o valor absoluto da força de reação. A alteração da propriedade passiva é determinada manualmente pela alteração na inclinação da linha de regressão do torque de reação.- Desenhe uma linha de regressão a partir do ponto em que o sinal de disparo sobe e desenhe outra linha de regressão a partir do ponto onde o sinal de disparo vai para baixo.
- Compare as inclinações das duas linhas de regressão. Se os gradientes de duas linhas de regressão mostrarem uma diferença significativa, o AoC pode ser determinado na interseção de duas linhas de regressão. O exemplo é mostrado na Figura 8.
- Avaliação de AoC utilizando dados EMG
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Análise de dados do experimento MTS manual
Nota: no caso do MTS manual, é difícil separar a força exercida pelo sujeito e aquela aplicada pelo avaliador usando apenas um sensor de torque. Portanto, no caso do MTS manual, apenas uma análise de AoC usando dados EMG é realizada sem executar a análise de AoC usando os dados de torque.- Avaliação de AoC utilizando dados EMG
Nota: o método para determinar a avaliação de AoC usando EMG é basicamente o mesmo que para o caso MTS isocinético.- Processe os dados brutos de EMG usando o método RMS para suavizar os dados e amplificá-lo em 50x.
- Sincronize os dados EMG e os dados do ângulo do robô usando os sinais de disparo de cada conjunto de dados.
- Determine o AoC manualmente como o ponto de partida do aumento do RMS EMG. Um exemplo é mostrado na Figura 9.
- Avaliação de AoC utilizando dados EMG
5. análise de dados
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Índice de movimento de avaliação normalizado (NAMI)
Nota: o AoC do MTS pode ser afetado por vários fatores de movimento, como velocidade de avaliação, aceleração, etc. Portanto, o movimento de avaliação deve ser o mais isocinético possível. A NAMI é proposta para avaliar a idealidade do movimento de avaliação. O índice proposto é um índice não-dimensional que pode ser utilizado para avaliar a consistência do movimento de avaliação atribuído aos sujeitos em cada ensaio.- Calcule a ROM, a velocidade máxima e o tempo de avaliação de cada avaliação.
Nota: o ângulo é medido pelo codificador; assim, a velocidade calculada é barulhenta. Portanto, a velocidade máxima é determinada como a velocidade máxima da linha de tendência, não o ponto de pico. - Calcule o valor de NAMI para cada avaliação durante todo o experimento usando a equação 3:
Onde: θmáx e θmin representam ângulos máximos e mínimos, respectivamente, medidos durante o experimento; ω Max é a velocidade máxima de avaliação; e Δt é o tempo total gasto para uma avaliação. A Figura 10 mostra um exemplo de cada variável.
Nota: o índice proposto dá uma pontuação próxima de 1 se o movimento de avaliação estiver próximo de completamente isocinético e uma pontuação próxima a 0 se a velocidade do movimento for inconsistente.
- Calcule a ROM, a velocidade máxima e o tempo de avaliação de cada avaliação.
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Análise estatística
Nota: todas as análises estatísticas são realizadas utilizando o pacote estatístico PASW (SPSS versão 18,0). O método do coeficiente de correlação intraclasse (ICC) é utilizado para identificar a confiabilidade teste-reteste e a confiabilidade interavaliador. Somente os resultados do segundo e terceiro testes são usados para calcular o ICC.- Para verificar a confiabilidade do teste-reteste, calcule o ICC dos dados medidos de AoC e do resultado de NAMI.
- Para verificar a confiabilidade entre avaliadores, calcule o ICC da média dos dados AoC e NAMI.
- Calcule o valor de p dos resultados do AoC usando testes t de amostra pareados para avaliar as diferenças entre cada avaliador ou cada avaliação.
Nota: os valores de P de < 0,05 são considerados estatisticamente significantes. - Calcule o coeficiente de correlação de Pearson entre AoC com base em critérios de EMG e critérios de torque para verificar uma correlação entre os dois métodos.
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Representative Results
A confiabilidade é dividida em quatro graus de acordo com o valor ICC: extremamente excelente (> 0,90), excelente (0,75 < ICC ≤ 0,90), justo a bom (0,40 < ICC ≤ 0,75) e ruim (< 0,40). O erro padrão das medições (MEV) foi calculado para determinar o componente de erro da variância. A menor diferença detectável (SDD) foi calculada a partir do SEM dos dados de teste-reteste.
Índice de movimento de avaliação normalizado (NAMI): o escore de NAMI durante um movimento isocinético foi sempre 1, o que significa que o dispositivo isocinético sempre gerou uma velocidade de entrada constante uniforme. Entretanto, a confiabilidade teste-reteste do NAMI durante um movimento manual era pobre para o rater 1 (ICC [95% CI] =-0, 35 [-0.495 – 0.441]) e o rater 2 (ICC [IC95%] = 0,438 [-0.038 – 0.752]). Além disso, a confiabilidade interavaliadores da NAMI durante o movimento manual também foi ruim (ICC [95% CI] = 0,148 [-0.344 – 0.576]). Inversamente, os resultados dos dois avaliadores humanos mostraram valores de NAMI média quase iguais (0,68 e 0,67 para cada rater). O erro de consistência dos dois avaliadores humanos foi maior que o do dispositivo isocinético, mostrando uma grande diferença entre os dois avaliadores. Estes resultados indicam que um movimento da avaliação por um rater humano está faltando nas características isocinéticas e que o movimento é inconsistente dependendo do assunto.
Confiabilidade teste-reteste: a tabela 2 mostra a confiabilidade teste-reteste para os resultados do AOC em três condições (ISOCINÉTICO-EMG, isocinético-torque, manual-EMG). A confiabilidade teste-reteste para MTS manual foi excelente (ICC = 0,804 e 0,840). Entretanto, a medida isocinética do MTS melhorou a confiabilidade teste-reteste à classe extremamente excelente nos critérios do EMG e do torque (tabela 2)
Confiabilidade inter-avaliador: a tabela 3 mostra a confiabilidade entre avaliadores para o desempenho de medição de AOC em três condições. O ICC da confiabilidade interavaliadores do MTS manual foi de 0,788, que estava próximo ao limite inferior do grau excelente. O MTS isocinético melhorou a confiabilidade entre avaliadores para o ICC de 0,890 com base em dados EMG e no ICC de 0,931 com base em dados de torque.
Correlações e consistência do tempo de AoC entre os critérios de EMG e torque: os dois resultados de AoC calculados a partir dos dados de EMG e dados de torque durante o MTS isocinético mostram uma correlação significativamente alta no rater 1 (coeficiente de correlação de Pearson = 0,937, p < 0, 1) e rater 2 (coeficiente de correlação de Pearson = 0,957, p < 0, 1). Além disso, o tempo de AoC entre os dois resultados foi altamente consistente com um ICC de 1 (p < 0, 1).
Figura 1: fluxograma de experimento.
Este valor é modificado de Sin et al.10. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: robô de teste MTS Isokinetic.
(A) configuração do dispositivo isocinético do robô. (B) dentro da configuração do dispositivo. O sistema de controle inclui um processador em tempo real e driver do motor. (B) foi publicado anteriormente por Sin et al.10. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: composição do manipulandum.
Dois punhos para o pulso e o antebraço são conectados ao slider linear através de um bloco da fixação, fazendo a posição do punho ajustável. Um punho e uma alça de mão são comutáveis da esquerda para a direita. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4: configuração do sistema de controle.
Os três blocos à direita mostram a hierarquia do sistema de controle e as setas mostram o fluxo de dados entre cada unidade. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5: interface gráfica do usuário (GUI).
O lado esquerdo é o painel do controlador, que contém os vários botões ou controles numéricos necessários para o controle do robô. O lado direito é um painel de monitoramento que mostra o ângulo, o torque de interação e o sinal de disparo em tempo real. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6: exemplo de compensação de efeito de inércia.
A linha verde indica o torque cru; a linha pontilhada azul indica o modelo de força inercial; e a linha vermelha indica o resultado de compensação de torque inercial. Este número foi publicado anteriormente por Sin et al.10. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 7: exemplo de avaliação de AoC utilizando dados EMG (caso isocinético MTS).
Um valor EMG RMS inferior a 0,1 é considerado normal. A seleção do ponto de partida do ponto de surto de EMG claro é realizada, e o valor angular nesse momento é determinado como AoC. Este número foi publicado anteriormente por Sin et al.10. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 8: exemplo de avaliação de AoC usando dados de torque (caso isocinético MTS).
A avaliação envolve as seguintes etapas: Desenhe duas linhas conectando o torque do ponto de partida da avaliação e o ponto final com dados de torque arbitrários, respectivamente; encontrar o ponto em que as duas linhas se tornam a linha de regressão dos dados de torque antes e depois do ponto selecionado; Se houver uma diferença significativa entre o gradiente de duas linhas de regressão, é julgado que um reflexo de estiramento ocorre neste momento. Este número foi publicado anteriormente por Sin et al.10. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 9: exemplo de avaliação de AoC usando dados EMG (caso MTS manual).
Como feito no caso isocinético (Figura 7), o AOC é determinado como o ângulo quando ocorre um aumento claro da EMG. Este número foi publicado anteriormente por Sin et al.10. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 10: variáveis para o índice de movimento de avaliação normalizado (NAMI).
Intuitivamente, o valor NAMI é a proporção da área o gráfico de velocidade para a área da caixa cinza. Mais movimentos isocinéticos mostram valores mais próximos de 1. Este número é publicado anteriormente por Sin et al.10. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Variável | Resultado |
| Idade, anos, média (DP) | 54,6 (12,2) |
| Sexo, n (%) | |
| Homens | 14 (82,4) |
| Mulheres | 3 (17,6)) |
| Dias a partir do início do AVC, mediana (IQR) | 722 (1226) |
| Lado hemiplégico, n (%) | |
| Certo | 10 (58,8) |
| Deixou | 7 (41,2) |
| Tipo do curso, n (%) | |
| Isquêmica | 11 (64,7) |
| Hemorrágica | 6 (35,3) |
| Lesão de AVC, n (%) | |
| Cortical | 4 (23,5) |
| Subcortical | 13 (76,5) |
| Brunnstrom estágio, mediana (IQR) | |
| Braço | 4 (1) |
| Mão | 3 (1) |
| Perna | 4 (1) |
| Potência muscular, mediana (IQR) | |
| Flexor do cotovelo | 4 (1) |
| Extensor do cotovelo | 4 (1) |
| MAS, flexor do cotovelo, n (%) | |
| 1 | 7 (41,2) |
| mais de 1 | 5 (29,4) |
| 2 | 5 (29,4) |
Tabela 1: Demografia dos sujeitos e características basais.
| Teste | Reteste | P | SEM | Sdd | ICC (2, 1) (95% CI) | |
| Média (DP) | Média (DP) | |||||
| Rater 1 | ||||||
| Movimento isocinético (150 °/s) com EMG | 93,74 (28,35) | 90,93 (25,44) | 0,216 | 12,12 | 33,59 | 0,948 (0.857-0.981) |
| Movimento isocinético (150 °/s) com torque | 90,30 (27,93) | 89,61 (27,25) | 0,201 | 3, 2 | 8,37 | 0,997 (0.992-0.996) |
| Movimento manual com EMG | 82,67 (19,11) | 82, 3 (21,73) | 0,838 | 17,21 | 47,7 | 0,804 (0.538-0924) |
| Rater 2 | ||||||
| Movimento isocinético (150 °/s) com EMG | 90,77 (28,69) | 88,14 (28,34) | 0,123 | 15,1 | 41,86 | 0,929 (0.929-0.991) |
| Movimento isocinético (150 °/s) com torque | 97, 6 (23,47) | 94,37 (25,86) | 0,192 | 9,9 | 27,44 | 0,959 (0.873-0.987) |
| Movimento manual com EMG | 80,96 (21,30) | 80,46 (22,81) | 0,875 | 16,94 | 46,96 | 0,840 (0.601-0.941) |
Tabela 2: resultados de confiabilidade teste-reteste para o ângulo de captura medido com dispositivos robóticos isocinéticos e dispositivos robóticos com movimento manual.
Esta tabela foi publicada por Sin et al.10 (os valores de p são calculados pelo teste t de amostra pareado). SEM: erro padrão de medida, SDD: menor diferença detectável, ICC: coeficiente de correlação intraclasse, EMG: eletromiografia.
| Rater 1 | Rater 2 | P | SEM | ICC (2, 1) (95% CI) | |
| Média (DP) | Média (DP) | ||||
| Movimento isocinético (150 °/s) com EMG | 88,16 (28,24) | 89,46 (28,33) | 0,973 | 17,81 | 0,890 (0.685-0.961) |
| Movimento isocinético (150 °/s) com torque | 94,32 (240,13) | 95,71 (24,44) | 0,775 | 12,54 | 0,931 (0.791-0.978) |
| Movimento manual com EMG | 80,81 (18,98) | 80,71 (21,17) | 0,586 | 17,5 | 0,788 (0.493-0.920) |
Tabela 3: resultados da confiabilidade inter-avaliador para o ângulo de captura medido com dispositivos robóticos isocinéticos e dispositivos robóticos com movimento manual.
Esta tabela foi publicada por Sin et al.10 (os valores de p são calculados pelo teste t de amostra pareado). SEM: erro padrão de medida, ICC: coeficiente de correlação intraclasse, EMG: eletromiografia.
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Discussion
Este estudo tentou padronizar a medida do MTS usando um dispositivo isocinético robótico. Investigou-se como a consistência do movimento de avaliação afeta os resultados da mensuração do MTS.
O valor de NAMI foi proposto para representar o grau de variabilidade no movimento de avaliação. Como esperado, diferentemente do método de movimento isocinético sem variabilidade, o método manual mostrou variabilidade entre os testes e entre os avaliadores, resultando em baixa confiabilidade, o que é consistente com os resultados de estudos prévios7,8 . Os resultados na confiabilidade para a medida de AOC mostram que o movimento isocinético próprio pode aumentar a confiabilidade do concordância, comparado ao movimento manual. Embora tenha havido preocupações quanto à provocação reflexa menos alongada pelo movimento isocinético11,12, os sujeitos deste estudo com espasticidade leve de flexor do cotovelo (mas 1, 1 +,2) mostraram reflexos de estiramento consistentes medidos por EMG de superfície durante o movimento isocinético. Isto demonstra que um dispositivo isocinético pode ser usado para medir AoC confiantemente, mesmo nos pacientes com espasticidade suave do cotovelo. A AoC também foi calculada pelos critérios de torque neste estudo. Curiosamente, a AoC mensurada pelo uso dos critérios EMG e torque mostrou alta correlação, enquanto os critérios de torque isoladamente mostraram maior confiabilidade entre avaliadores, o que é consistente com os resultados de Lynn et al.13. Conseqüentemente, a avaliação do espasticidade usando os critérios do torque é esperada ser um método melhor com respeito à confiabilidade e à conveniência.
Esta nova abordagem para quantificar a medição MTS tem algumas questões e limitações. Primeiramente, a postura durante as medidas de AoC neste estudo foi diferente das medidas convencionais do MTS14. O MTS convencional foi realizado na ausência de abdução do ombro; em contraste, neste estudo, as medições foram realizadas com o ombro sequestrado 90 graus. No entanto, o objetivo deste estudo foi verificar os efeitos da consistência do movimento de avaliação sobre a confiabilidade da AoC. A postura utilizada neste experimento facilita a mensuração da AoC utilizando os dados de torque, eliminando a influência do peso do antebraço, o que é difícil de medir separadamente. Portanto, esse experimento fornece uma perspectiva de como o movimento de avaliação afeta a confiabilidade das medições de AoC.
Em segundo lugar, a medida de AoC utilizando os critérios de torque e EMG foi realizada subjetivamente. No entanto, este foi conduzido por um terceiro avaliador que estava cego para a informação do assunto e ordem dos avaliadores para minimizar o potencial viés. Em terceiro lugar, o aumento do torque de reação devido a propriedades mecânicas passivas foi inesperado ao projetar o experimento inicialmente. Era esperado que o torque da reação fosse causado principalmente pelo reflexo do estiramento; Entretanto, nos pacientes com espasticidade suave, muitos casos mostraram que o torque da reação causado pela rigidez passiva era dominante. Portanto, a AoC foi obtida por meio de análise de dados pós-experimentais, em vez de identificação em tempo real. Finalmente, houve relaxamento do flexor do cotovelo durante o alongamento passivo repetitivo. O experimento foi projetado para incorporar tempo de repouso suficiente para evitar fadiga durante todo o experimento, e nenhum indivíduo queixou-se de fadiga. No entanto, é difícil evitar o relaxamento do músculo devido ao alongamento passivo repetitivo. Para reduzir esse impacto, o experimento foi projetado para randomizar a ordem dos avaliadores, e os resultados não mostraram nenhum fenômeno de relaxamento significativo entre os dois avaliadores.
O objetivo deste estudo foi melhorar os métodos de avaliação que dependem do sentido subjetivo do avaliador e mantê-los em padrões mais objetivos e quantitativos. Os resultados mostram a possibilidade de aumentar a confiabilidade da avaliação por meio de um dispositivo robótico. No entanto, o método realizado neste estudo é apenas meio automatizado, porque a avaliação da AoC é feita por um ser humano. Espera-se que os estudos adicionais possibilitem a avaliação da espasticidade em tempo real com alta confiabilidade e objetividade.
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Disclosures
Todos os autores não declaram conflito de interesses.
Acknowledgments
Este estudo foi apoiado pelo Seoul National University bundang Hospital Research Fund (14-2014-035) e Coréia e Fundação Nacional de pesquisa da Coréia (NRF) Grant financiado pelo governo coreano (A100249). Gostaríamos de agradecer SEO Hyun Park e Hae-in Kim para ajudar a preparar e prosseguir com o vídeo de tiro.
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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