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方法論記事

嚥下Hyolaryngeal力学のマッピングを調整する

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DOI:

10.3791/51476

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2014年5月6日

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

この記事について

サマリー

座標マッピングは、嚥下の咽頭期にhyolaryngealバイオメカニクスの顕著な特徴を文書化する方法である。この方法は、解剖学的標識点の座標を記録するために画像解析ソフトウェアを使用している。これらの座標は、Excelマクロにインポートされ、嚥下障害の研究に有用関心の動変数に変換されます。

要約

hyolaryngeal動きを特徴づけることは嚥下障害の研究に重要です。従来の方法は、一方変性バリウムツバメ（MBS）を使用してhyolaryngeal力学のマッピングは、目的の複数の変数を計算するために1つの座標を使用して一つの座標運動学的測定値を得るために複数の測定を必要とする。デモのために、10動の測定は、2つの異なるタイプのボーラスを飲み込むの違いを決定するために、1つの座標から生成した。脊椎骨と下顎骨に対する舌骨の遠足の計算は、基準の軸の重要性を決定するために相関している。

マッピングの方法論を座標を示すために、40のMBSの研究は無作為には知られていない嚥下障害と健常被験者のデータセットから選択した。 5ミリリットル薄い液体ボーラスおよび5mlプリンツバメ各被験者から測定された。ナイン座標、頭蓋底、下顎、脊椎やヒョリの要素をマッピングする喉頭複合体は、最小および最大hyolaryngealエクスカーションのフレームで記録した。座標は、数学的にhyolaryngeal力学の10の変数に変換した。

評価者間信頼性は、内相関係数（ICC）により評価した。両側t検定は、ボーラス粘度による運動の差異を評価した。参照の異なる軸に対する舌エクスカーション測定は相関していた。 0.97 - 18座標の6人の評価者のうち、評価者間の信頼性は、ICC = 0.90の範囲であった。 10運動学的測定のスレートは、6の評価者間の対象者と比較した。一つ外れ値は拒否され、残りの信頼性スコアの平均は、ICC = 0.91、0.84だった - 0.96、95％信頼区間。 10運動学的変数（5ミリリットル薄液体対5ミリリットルプリンツバメ）を比較ボンフェローニ補正と両側t検定は、舌の遠足、喉頭の動き、および咽頭shorteninにおいて統計的に有意な差が認められた得た（p <0.005）。参照の2の異なる軸から舌の遠足測定のピアソンの相関があった。R = 0.62、R 2 = 0.38、（薄液体）; R = 0.52、R 2 = 0.27、（プディング）。

ランドマークの座標を得ることは、嚥下障害の研究に有用なビデオX線透視画像から複数の運動学的変数を生成するための信頼できる方法である。

概要

嚥下の咽頭相は、気道を保護しながら、食道に口腔からボーラスを転送するために20以上の筋肉や、複数の骨格要素が関与する複雑な過程である。咽頭収縮、hyolaryngeal複合体の要素（舌骨、喉頭、および上部食道括約筋を含め関連する構造）の前には、消化管に呼吸管を変換するために変位する。喉頭の前方に離れて対向ボーラスの軌道から、再配置され、上部食道括約筋を開放延伸される。ビデオ透視嚥下試験（また、MBSとして知られているバリウムツバメ調査を修正）から取られた運動学的測定がhyolaryngeal錯体1の複数の動きを定量化するための主要な研究方法である。

定量的なビデオ透視測定は、基準の異なる軸嚥下機能を測定するために有用であるが、及び運動学的測定値2の種々の方法のうちの互換性のない所見の測定結果のスカラ。臨床医は手動制御の下で、患者とX線透視装置の動きは、この複雑な生理的プロセスの測定精度を混乱させる。さらに重要なことは、運動学的な測定が必ずしも無秩序嚥下を評価するための重要な構造と機能の関係を反映していない。特に舌の運動学は、椎骨と整合解剖学的面を基準における前方または優れた方向への移動を追跡するために設計されています。しかし、この構成では、舌骨を一時停止する筋肉の作用線を表すものではありません。

嚥下の咽頭相におけるhyolaryngeal上昇の二スリング機構（ 図1）3,4同定されている。舌骨上筋は前部の筋肉スリングを含み、長い咽頭筋はPを含み、筋肉のスリングをosterior。これらの筋肉は、舌、喉頭、および上部食道括約筋を形成する構造を含むhyolaryngeal複合体の様々な要素を高める。

hyolaryngeal力学の座標マッピングは、前部と後部の筋肉のスリング（ 図2）のhyolaryngeal複雑表す接続点の3骨格のレバーや機能をマッピングするために9簡単に識別できる解剖学的ランドマークを利用しています。嚥下時、hyolaryngeal複合体の各骨格レバーと機能が動いている。座標を収集することによって、システムは、任意の時間枠内に捕捉することができる。三角座標の変換は、嚥下中にhyolaryngeal運動の複数の運動学的測定値を生成するために使用することができる。変数は、文献に報告所見との比較のために計算された、または対象の構造への関数関係を表す新しい測定値を生成するために使用することができる。

本稿の主な目的は、変更されたバリウムツバメ（MBS）の研究から収集された解剖学的ランドマーク座標の単一のセットから計算された複数の運動学的な測定値を生成する方法を示すことです。私たちは、ある専門家、経験を持つ3人の評価者、および2初心者を含む6種類の研究者の評価者間の信頼性を判断するために内相関係数を使用して、この方法の信頼性を文書化する。キネマの結果から、ボーラスの一貫性により力学を飲み込むの違いを評価する。最後に、舌の動きを測定する際に使用される基準の軸の重要性に関するMolefenterとスティールが提案し、問題が対処されている。この質問にアプローチするために、我々は両方のボーラスタイプの座標の同じセットから計算され、脊椎を参考にし、下顎を参考に舌の遠足の測定値を比較します。舌骨運動を測定するこれらの2つの方法は、関係機能する同一の構造を表す場合ヒップ、そして結果は、相関されなければならない。

この研究では、40側面のMBS研究は無作為ジョージアリージェンツ大学施設内倫理委員会によって承認された研究プロトコルの下や医科大学の音声と嚥下イヴリントラメル研究所との共同研究で139の通常の研究のコレクションから選ばれたサウスカロライナ州。この方法の有用性を実証するために、hyolaryngeal運動学を特徴付ける10の変数が座標データの同じセット（ 表1）から計算した。これらの計算された測定値の七は、以前含む文献で ​​使用されている：前方および脊椎5を参照するに優れた舌の距離測定;前部とも脊椎6を参照したC2〜4の長さの比、などの優れた舌の変位;脊椎7を参照すると喉頭の優れた運動; hyolaryngeal approximatイオン1;椎骨1を参照すると、最大舌遠足。また、3つの新規の測定が計算された：咽頭短縮が口蓋咽頭筋、茎突咽頭筋を表現する作用線以下の喉頭隆起し、舌骨上筋4,8の添付ファイルを近似舌遠足の添付ファイルを近似する。

専門家の頭頸部解剖（WP）、限られた経験服用測定（CJ、SR、TT）、二つの研究者、初心者（RS、JT）を有する3つの研究者らは、以下に記載のプロトコルを使用して、マッピング座標データを得た。専門家（WP）は、経験を持つ3人の評価者を訓練しており、これらは順番に2初心者評価者を訓練した。被験者が座標から算出された座標データ及び結果の評価者間信頼性は、内相関係数9により決定した。両側t検定をstatisticallを決定するために、各変数に対して行ったボーラス種類のY有意差。ピアソン相関係数と決定係数は5ミリリットル薄液体ツバメと5ミリリットルのための参照軸として下顎と舌遠足に対する参照軸として脊椎骨で計算舌の遠足の結果との間の合意を評価したプリンツバメ。

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プロトコル

1。コンピュータの設定

  1. ImageJの、MacXのビデオコンバーター無料版（Mac用）、およびQuickTime（材料/機器の表を参照）：Macintoshの場合、次のオープンソースまたはフリーソフトウェアをダウンロードする。
  2. ImageJの、MPEG Streamclipの（PC）、およびQuickTime（材料/機器の表を参照）：PCの場合、次のオープンソースまたはフリーソフトウェアをダウンロードする。

2ビデオクリップの準備

  1. ファイル変換。 ImageJの中のデータ収集のために。MOV、生のビデオファイルを変換します。注：使用可能なビデオは、視野内の下顎、硬口蓋、C1〜C4脊椎、喉頭と咽頭を含むべきである。 ImageJの処理ツールは、画質の問題を改善することができます。
    1. パソコンで、MPEG Streamclipのは、>>ファイル経由で開いているファイルを生。AVIビデオファイルをロードし使用して目的のクリップを選択する。ファイル>>のQuickTimeへのエクスポート]を選択します。
    2. Macは、MacXのビデオコンバーターを使用すると、「ファイルを追加」をクリックすると、COのためのビデオ（複数可）を選択しますnバージョン。複数の動画は、このアプリケーションを使用して一度に変換することができる。
    3. 出力設定]セクションで、[参照]ボタンをクリックして、変換されたファイルを保存したい場所を選択します。
    4. 「MOVに」タブをクリックします。 「ビデオ設定」セクションの下の出力形式はMOVであることを確認してください。 [開始]をクリックします。
  2. 編集クリップの長さ。メモリは、ImageJのに制限されています。それは、それぞれのファイルを作ることが飲み込むことをお勧めします。
    1. オープンMOV。 QuickTimeの（PCまたはMac）を使用して、ステップ2.1で作成したビデオファイル。
    2. データ収集中に使用されたMBSプロトコルによって概説オーディオ·キューによって、またはスワロー系列で5ミリリットル薄液体とプリンツバメを識別します。
    3. 編集>>トリムを選択し、全体の5ミリリットル薄い流体ツバメが可視化されるように、トリミングバーを調整します。トリム]をクリックします。
    4. ファイル>> [エクスポート]を選択し、COOに対象データ（性別、年齢、病因、ボーラスタイプ）をリンクするために使用されるフ​​ァイル名を作成rdinateマッピング結果。
    5. プリンツバメ（または関心のある他のボーラスの場合）に対して繰り返します。

3 DE-識別する画像

  1. ファイルは任意の個人の健康情報（PHI）が含まれていると識別解除する必要がある場合は、画像J（ - 4.2 4.1を参照）を使用してファイルをアップロードします。
  2. PHIを除外する嚥下研究をフレーム矩形ツールを使用してください。画像>>クロップ]を選択します。その後、[ファイル>>別名で保存>> QuickTimeムービー。
  3. 以下のようにダイアログボックスを設定します。圧縮>>ソレンソン3;品質>>最大値は、適切なフレームレート（通常は30 FPS）を入力します。

4。測定するための準備

  1. ImageJのを開きます。ツールバーの「>>」アイコンをクリックしてください。 >>アローラベリングツールを選択します。
  2. 画像をアップロードする。 QuickTimeのアイコンをクリックします。ドロップダウンメニューから「スタックとして開くムービー」を選択し、編集されたQuickTimeクリップを探します。 IMAGE Jは、メモリの制限のために全体のツバメ調査を（ステップ2.2を参照）を開きません。メモリは、最小限の編集>>オプション>>メモリ＆スレッドを選択することで拡張することができます。
  3. 画像品質を改善するために画像を処理する。セレクトプロセス>>数学>>追加。プレビューボックスをチェックして、所望の画質に番号を調整します。画像のスタック全体を処理するには、yes返事。
  4. 測定値を設定します。 ImageJのメニューからの測定値を設定します。>>分析]を選択します。ダイアログボックスマーク「スタック位置」と「反転Y座標」で。他のマーク解除すべて。
  5. ツールバーからマルチポイントツールを選択します。シーケンス内の解剖学的ランドマークをクリックします（5.0参照）
  6. マルチポイントツールを使用して。
    1. メニューやキーボードコマンド+ M（PC用コントロール+ M）からの分析>>数値データを選択して、すべてのポイントの測定を行う。
    2. コマンド+（PC用コントロール+ A）とすべてのポイントを削除します。
    3. Oを置くと、単一のポイントを削除するポイントverを、コマンド·オプションキーを押しながら削除するポイントをクリックしてください。
    4. ポイントの上にマウスをクリックする、新しい場所にポイントをドラッグ＆ドロップで特異点を移動します。
    5. 矢印キーと一緒にすべてのポイントを移動します。

5。マッピングのランドマーク

  1. 事前に口頭相の明確なフレームに最初のフレーム、事前に開始します。前ツバメの経口輸送の開始に舌の前部、優れたマージンボーラスの位置を観察します。最初の9の座標を設定するには、このフレームを使用してください。
  2. （ 図3aおよび3bを参照）、以下の解剖学的において第9の座標をマッピングするImageJのマルチポイントツールを使用
  3. コマンド+ Mキー（PC用コントロール+ M）を使用して、最初の9の座標を記録します。
  4. 舌骨が前方と優れた方向の最大位置に到達するまでの進歩は、フレーム。インにフレームを進めることによって、最大限のを確認してください舌のURE降下は、次のフレームで開始されます。
  5. 彼らの新しい位置に5 - ポイントの1を変える。 14 - 10を調整するように、これらの新しい位置が記録されます。
  6. 今度は18座標となる点9を、再配置注：フレームは、おそらく次の2つのステップのために変化します。
  7. 最大喉頭挙上を描いたフレームの位置を確認します。 16及び17座標となる点7および8を、調整する。
  8. UES、ポイント6（15座標）の最大可動域を表すフレーム（複数可）を検索します。最大舌フレームから、ボーラスが下咽頭のUEによって妨害されているフレームを探します。 UESの最大18座標表現するために、最小フレームからUEのための座標点を調整します。
  9. コマンド+ Mキー（PC用コントロール+ M）を使用して第二の9の座標を記録します。
  10. 座標19と20のための放射線不透過性マーカーの最大直径を表す軸でのスカラ（ペニー1.9センチのリング）のエッジをマークします。
  11. レコードスカラは、コマンド+ Mキーを使用して、座標S（コントロール+ PC用M）。

6。マクロを使用して、関心の運動の測定にデータを座標変換（このマクロの命令がファイルに含まれています）Excelファイルを使用可能に

注意：マクロに埋め込 ​​まれた三角関数の計算は、運動学的な測定（ 図4）を計算します。

  1. Joveの記事ページから「CoordinateMapping.xlsm」をダウンロードしてください。
  2. ファイルを初期化するために、スプレッドシート上の指示に従ってください。結果、データ、入力シート：初期化マクロは含めて3枚を作成します。注意：Macintoshユーザーは、マクロを実行するExcelで開発者ツールを有効にする必要があります。
  3. コピーは、ImageJの結果ウィンドウから調整し、「入力シート」で指定されたセルに貼り付けます。 「datacaptureline "マクロを実行します。
  4. 結果は、「結果」シートに表示されます。座標データの行は、「データ」シートに表示されます。

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結果

0.97 - 独立80ビデオ透視ファイルを分析した6研究者（40科目から2ボーラストライアル）によって収集された座標の内相関係数（ICC）は=、ICCから0.90の範囲であった。次のようにグループによるICCの座標のの内訳は次のとおりです＃1の座標 - 5（最小​​hyolaryngeal遠足の骨格要素は）平均= 0.93、0.91から0.95、95％信頼区間を、 9（最小hyolaryngeal遠足でhyolaryngeal複合体）= 0.94、092意味 - - ＃6座標0.96、95％信頼区間を、 ＃10を調整 - 0.95、95％信頼区間 - 14（最大hyolaryngeal遠足の骨格要素は）= 0.93、0.91を意味する。 18（最大hyolaryngeal遠足でhyolaryngeal複合体）平均= 0.96、0.94 - - 0.97、95％信頼区間と、＃15を調整します。これらの結果から判断するとの間に強い信頼性のマッピングを使用して座標達成可能であることを示している。

ICCの対象とボーラスによって6つの独立した評価者から収集された座標...

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ディスカッション

この研究は、嚥下運動hyolaryngeal複数の運動学的測定値を算出するために、解剖学的ランドマークの座標データを用いた方法の有用性を実証する。座標計算の変数の2初心者評価者を含む6評価者の評価者間信頼性は（ICC> 0.90）強かった。健康的な非嚥下障害の成人のランダムなサンプルからの代表的な結果は、2つのボーラスのタイプに応じて、いくつかの運動学的変数の違いを示した。我々はまた、舌骨の可動域を計算するための基準の異なる軸を使用することを強く相関していなかった結果が得られたことがわかった。

解剖学的ランドマークデータを収集する時間を短縮し、他の方法1,5〜7で使用される複数の測定により導入された可変性を除去します。すべての座標が表示されている場合は、運動学的測定の完全な補完は、因子分析や主成分分析で計算して使用することができる。調査質問が少ない変数を含む場合あるいは、より少ない座標は距離測定値の小さいスレートを計算するために必要とされ得る。初期化マクロは、収集する必要がある座標のかを決定します。この技術は嚥下障害の研究に広く利用を奨励するために、オー...

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開示事項

著者は、彼らが競合する経済的利益を持っていないことを宣言します。

謝辞

著者はKendrea Focht、CSCD、CCC-SLP、および音声のためのイヴリントラメル研究所を確認し、この方法論を示すために使用されるフ​​ァイルを画像化するMBSを共有するため、サウスカロライナ医科大学で飲み込む。トランスレーショナル科学とグラント番号1K24DC12801で（PI：マーティン·ハリス）を進めるためのナショナルセンターからこれらのMBSデータは、付与数TL1TR000061（Focht PI）によって資金を供給学外支援を通じて収集された難聴の国民の協会やその他のコミュニケーション障害から、とマークとイヴリントラメル·トラストからの校内支援。難聴やその他のコミュニケーション障害の国民の協会からの助成金番号F31DC011705でサポートされている間、これらの方法は、もともと主任研究員によって開発されました。内容はもっぱら著者の責任であり、必ずしも難聴の国民の協会やその他のコミュニケーション障害や国立研究所の公式見解を示すものではありません。健康。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
イメージJ  NIHhttp://rsbweb.nih.gov/ij/download.htmlFor Macintosh
MacX Video Converter 無料版 (Mac)Digiartyhttp://www.macxdvd.com/mac-video-converter-free/Macintosh
QuickTime用 Applehttp://support.apple.com/downloads/#QuickTimeFor Macintosh
ImageJ  NIHhttp://rsbweb.nih.gov/ij/download.htmlPC
用 MPEG Streamclip (PC) Squared 5http://www.squared5.comPC用
QuickTimeApplehttp://support.apple.com/downloads/#QuickTimePC用

参考文献

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