姿勢反応を特徴付けるインストルメント化されたプル テスト

サマリー

姿勢の不安定性と呼ばれる、姿勢反射障害を定量化することは困難です。引張り試験など臨床評価信頼性とスケーリングの問題に苦しみます。客観的に姿勢反応を特徴付けるプル テストのインストルメント化されたバージョンを紹介します。

要約

姿勢の不安定性と呼ばれる、姿勢反射の障害はパーキンソンの病気で共通、無効にする赤字です。姿勢反射を評価するために、臨床医は通常グレード是正の肩後方の摂動応答に引張り試験を採用しています。しかし、引っ張りテストは信頼性と (スコア/4) をスケーリングの問題に傾向があります。姿勢反応をより正確に定量化するプル テストのインストルメント化されたバージョンを紹介します。臨床テストに似ているプルは、吸引力も記録されている場合を除き手動で管理されます。トランクと足の変位は、セミ ・ ポータブル モーショントラッ キング システムによってキャプチャされます。Raw データは、直感的なそれに続く解釈と分析を作る (ミリ単位) で移動した距離を表します。インストルメント化されたプル テストでは、統計的手法によって考慮することができます力を引っ張ることにより識別し、定量化の可能性などの影響を及ぼすプル テスト管理が混同する変動も検出します。インストルメント化された引張り試験研究姿勢反応の初期の異常をキャプチャ、時間をかけて、姿勢の不安定性を追跡および療法への応答を検出しようにアプリケーションがある可能性があります。

概要

姿勢反射は、バランスと摂動¹への応答で直立姿勢を維持するために動作します。パーキンソン病などの疾患でこれらの姿勢反応の障害の結果、姿勢が不安定で、一般的につながる滝、歩いて自信を削減し生活の質^2,3、⁴に減少します。臨床実習では姿勢反射が引張り試験、審査官が活発患者を肩で後方に引っ張るし、視覚的に応答^5,6,7,の等級で評価、通常⁸. 姿勢の不安定性のスコアは通常国際運動障害学会⁵公開として統合パーキンソン病評価スケール (UPDRS) (0 - 4 ノーマル - 深刻な) を使用しています。このメソッドは、パーキンソン病を持つ個人の評価で広く使用されていますが、貧しい人々 の信頼性と非常に限られたスケーリング (スコア/4)^6,7,9苦しみます。プルのテストの点数は多くの場合滝など重要な臨床的エンドポイントとは相関して整数ベースのレーティングは細かな姿勢^10,11を検出する感度を欠いています。

性質についてバランス運動の定量化による応答の正確な情報 (例えば、圧力の中心) を提供する実験室ベースの客観的尺度運動 (例えば、共同角度測定も/下肢変位) と神経生理学的 (例えば、筋肉募集) エンドポイント¹²。これらのメソッドは、姿勢の不安定性が臨床的に明白である前に、異常を識別し、治療^13,14への対応など、時間をかけて変更を追跡可能性があります。

姿勢の不安定性を定量化するためのツール

動的 posturography の従来技術はよく移動プラットフォームを採用しています。結果姿勢反応は加速度計、筋電図 (EMG) posturography^12,15,16の組み合わせを使用して量を示されます。ただし、濡れた床で滑りのような応答を換起するプラットフォームの摂動 - のボトムアップの応答は、群衆の中にぶつかったされて場合に発生する可能性があります、臨床プル テスト - トップダウン姿勢応答から根本的に異なる。体幹の摂動をもたらすプラットフォーム^17,18,19の移動のものと異なる姿勢特性出現の証拠を示唆しています。したがって、他の人は振り子^15,20,21,22プーリー、モーターなどを含む複雑な技術を使用して研究室で体幹の摂動を試みました。測定方法は高価で、アクセスが多いし、専門の研究所^20,21に専用スペースを必要とするビデオ ベースのモーション キャプチャの構成します。理想的には、客観的にプル テスト応答を特徴づける方法は優れた心理特性、管理、操作が簡単な広くアクセス可能とポータブルやすいはずです。これは、研究の中で、潜在的に、姿勢反応を評価するために臨床設定の代替評価ツールとして技術の広範な採用を促進する重要です。

インストルメント化された引張り試験

このプロトコルの目的は、引張り試験姿勢反応の客観的評価手法研究者を提供することです。セミ ・ ポータブルと広く利用可能な電磁モーション キャプチャ システムを支える技術。摂動には、特殊な機械を必要としない手動プルが含まれます。このメソッドは姿勢反応時間と応答振幅; のわずかな違いを検出する十分な感度したがって、それは潜在的な異常通常 UPDRS (自力でバランス回復姿勢不安定)⁵によるとグレード 1 姿勢の不安定性から評価をキャプチャに適しています。このメソッドは、姿勢の不安定性の療法の効果を探索する利用されるかもしれない。ここで説明されているプロトコルは、タンら²³ことから派生しました。

プロトコル

記載されているすべてのメソッドはレビューされ、メルボルン健康のローカル人間研究倫理委員会で承認されました。研究する前に参加者からインフォームド コンセントを得た。

1. 機器のセットアップ

1. 製造元のガイドラインに従って 3 ミニチュア モーション センサーと電磁モーション トラッカーを準備します。データ収集の前に各センサーは、最低 250 Hz でサンプリング、変位はミリ単位で測定、回転 (ピッチ、ロール、ヨー) は、度を確認します。すべての内部フィルタ リングを無効にすると、センサーの位置は静的な起源 (通常、電磁波の送信機) を参照に設定を確認します。
2. 最小径 10 mm のロープを使用して肩レベルで患者のハーネスにロードセル (最小張力範囲 100 N、S タイプをお勧めします) を貼ります。
   メモ: ハーネス システムとロープ 120 kg までの参加者での使用に適しています。
3. データ収集ユニット (A/D コンバーター) にロードセルを接続します。
4. 録音を同期トリガーようにモーション トラッカーのトリガー入力にデータ収集ユニットからの出力を接続します。データ収集ユニット モーション トラッカーに一致し、すべてのフィルターを無効にサンプリング レートを設定します。
5. アセスメントの間に気晴らしを最小限に抑えるための静かな部屋で実験を行います。バランスを取り戻すためにいくつかの是正措置を執るに参加者に十分なスペースを許可します。
   注: 患者パーキンソン病と retropulsion がプル テスト中に後方のステップを 5-6 を知られています。
6. 場所は、予防措置として、床にマットを落ちる。
7. ハーネス、センサー、および各参加者をテストする前に、病院グレードの消毒ワイプでワイヤをきれい。
   注: ビデオ記録 (例えば、三脚に携帯カメラを使用して) その裁判の映像データに対するデータの処理中に任意の不正を参照できるインストルメント化された引張り試験の手順は推奨されて。

2. 参加者の選択と準備

1. に関する適切な参加者を特定する: 参加者は、年齢、疾患の病態と重症度姿勢反応が関心のある、バランスの評価は通常臨床引張り試験を採用の範囲を含めることができます。参加者が自立して存在し、(すなわち、最大グレード 1、UPDRS によると姿勢の不安定) 回復への援助を必要としない修正バランス応答を生成できるように。
2. 心血管系、前庭、ビジョンと筋骨格の条件 (足の装具や添え木を必要とする者を含む) を有する人を除外する連絡先の調査の主題であるこの場合を除き、バランス性能を損なう可能性があります予防策とバランスや注意 (例えば、抗うつ薬、抗精神病薬、ベンゾジアゼピン系薬、てんかん薬、抗不整脈薬と利尿薬) に影響を与える知られている薬。
3. 実験の日に快適な緩い服を着用し、プル試験手続きの前に靴を脱ぐの参加者があります。
4. ロードセルとカスタマイズされたトランクのハーネスに置くことで参加者を支援します。胸や腰周りのバックルをクリックします。ハーネスの調整ストラップがタイトですが、快適なことを確認します。ロープを引っ張るときは、余裕の 50 mm 以上をハーネスに使用できません。知られている姿勢不安定と参加者、アシスタントがハーネスを適用すると、参加者は立っている間に存在するを確認します。
5. (第 2 および第 3 胸部の椎骨のレベル) で胸骨切痕に医療用テープを使用してモーション センサーを取り付けると右と左の足首の外果で足に。
   注: は、座っているの知られている姿勢不安定で参加者にセンサーを適用します。すべてのケーブルは、旅の危険を避けるために慎重にルーティングする必要があります。
6. 床に垂直と水平のライン マーキングに沿って (参加者のサポートの最寄り拠点) による快適な姿勢での裸のフィートに立つ参加者を求めます。参加者の足の位置に注意してください。また注意してくださいすべてプルした後の同じ位置に戻すために自分の足が位置する参加者を求めます。すべての試験の後に参加者の足配置を監視し、任意の偏差が認められた場合、元の足位置に戻ります参加者を求めます。
7. 気晴らしを最小限に抑えるため、彼らの側でアートワークの手の目のレベルで 1.5 m に集中するように参加者に指示します。

3. インストルメント化されたプル試験手順

1. UPDRS⁵で記述されている臨床プル テスト ガイドラインに従ってプルのインストルメント化されたテストを実行します。
2. テスト手順について説明、参加者のステップが次の下位のプルのバランスを取り戻すために許可されている知っています。プルの前に姿勢や膝の屈曲で硬化体幹屈曲などの先行の応答を阻止します。実験中に発生した場合は、これらの応答に注意してください。
3. 各プルする前に、壁に掛かっている絵に集中する参加者を尋ねることによって参加者が気配りのあるを確認します。参加者は目が開いて、彼らの側で手と真っ直ぐに立っている自分の足が快適な姿勢で指定されたマーカーの配置を確認します。
4. 参加者の後ろに立ちます。ロープを介してトランクとステップ応答を生成し、ロードセルを参加者の肩の高さに垂直を保持するのに十分な力の活発なプルを適用します。
5. 各プルを確認後、参加者は元の足の位置を返します。階指定されたマーカーに戻る位置をリセットし、35 回を繰り返します。
   注: 実験的なデザインと臨床人口によると試験の数を変えることができます。
6. すべての 10 の試験の後の参加者 2 分の短い休憩を許可またはタスクに注目が集まる疲労の影響を低減し、ことを確認するために必要。参加者は、座るかを選択できます。参加者が控える休憩を要求していない限り、プルの間に話すまたはプロシージャの間に不快感を表現することを要求します。
7. 追加の安全対策としての査定とアシスタント近くの壁に背を後方のステップをいくつかを参加者に十分なスペースを可能にしながら立っているを確認します。
   注: 評価者は、常に患者さんをキャッチする準備されなければなりません。アシスタントは、知られている姿勢の不安定性と参加者の評価の安全のため必要です。
8. センサーを外し、インストルメント化されたプル テスト プロシージャの完了時の戻りハーネスから参加者を支援します。

4. 信号処理

注意: MATLAB、R、または Python などの適切なデータ科学プラットフォームを使用します。ここで示すコマンドは、MATLAB、コード例の補足ファイルとして利用できます。

1. 適切なデータ科学プラットフォームに 3.4 の手順中に記録されたデータをインポートする: csvread()。
2. トリガー信号を使用してモーション トラッカーと負荷セルのデータに合わせ、高いサンプリング レートにリサンプル: 1 kHz resample() 関数に必要な場合。
3. 高域通過フィルターすべてモーション追跡および負荷セル データでベースラインのドリフトを除去する 0.05 Hz カットオフ周波数: butter() と filtfilt()。
4. ダブル トランク速度と加速度を取得するトランク モーショントラッ キングの変位データを区別するため: diff()。
5. トリガー信号または負荷セル データに適用されるピーク検出アルゴリズムを使用して、それぞれの個々 のプルのエポックを取得するスライス録音テスト試験: findpeaks() 関数。
6. 検出し、先行体幹運動試験を拒否します。直前のプル管理体幹変位通常プレゼントをピークとして少なくとも 3 つ上のトランク センサーの基準値標準偏差: std() と mean()。
7. トランク変位 (上記のベースライン意味 3 標準偏差) の発症の違いとして姿勢反応時間を決定するプル ・ (トランク減速の先頭を示す) トランク速度曲線のターニング ポイントを次します。diff(), と使用ゼロ交差検出器 zcd() を区別するため。
8. トランクのピーク減速姿勢応答の大きさを定める: min() または max()。
9. ステップ反応時間の計算結果 (4.7) に従って全変位発症の違いとしてステップ肢の最初の動き: ベースライン平均上記 3 の標準偏差。
10. ミリメートル (mm) の足の総排気量を計算することによって下位 retropulsion を逮捕ステップ肢の連絡する初期足リフトオフからステップ応答の大きさを決定します。除外 50 ミリメートル未満のものを手順は、サポートの基盤の変化が考慮されるようにごくわずか²⁴: min() または max()。
11. 吸引力のピークとロードセルからの力の開発の速度を計算する: max() を引く;max() および力率 diff()。
    メモ: 吸引力のピークを力率時間曲線を示す力が生成されたどのように急速に力の勾配であるに対し、最大瞬発力を配信しました。

結果

インストルメント化された引張り試験 (図 1) は、若い、健康なコホート²³トランクとステップ応答の調査に使用されました。30-5 試験は、各プル (図 2) と同時配信聴覚刺激と連続的に発表されました。聴覚の刺激は、90 dB (標準) または 116 dB (大声で)。大声での刺激は、事前に用意された応答が驚くべき聴覚刺激²⁵早期解放される、StartReact 効果をトリガーするため十分であると実証されています。StartReact 効果は、運動準備²⁶の基になるメカニズムを探索するプローブとして使用できます。最初試みは、unhabituated 応答と練習効果については、5 つの初期試験²⁷を慣らすに示されているように破棄 4 以降試験分析に保たれました。そ...

ディスカッション

ここでは、広く臨床で使用されているプル管理の重要な側面に加えて姿勢反応の客観的測定を降伏法を取って臨床引張り試験のインストルメンテーションのためのプロトコルを説明してきました。セミ ・ ポータブル モーショントラッ キングを使用すると、このメソッドが従来研究室技術²⁸に比べて使いやすく測定の手段を提供しています。このメソッドを使用して、研究者は年齢や条件の異なる集団間で姿勢のトップダウンの摂動応答の特性を探索することができます。

プロトコルが正常に使用されていた、いくつかの制限を注意してください。モーショントラッ キングは、筋出力、筋^29,30,31によって一般に測定の発症よりもむしろ網の動きを検出します。筋を必要な場合 (例えば、前脛骨筋を含む筋、ヒラメ筋、膝腱、大腿四頭筋、腹直筋と腰椎 paraspinals から測定) 比較的容易にプロトコルに...

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
アナログ-デジタルコンバーター&ソフトウェア	CED	Micro 1401-3	適切なデジタル取得システムを使用可能
ロードセル	Omegadyne	LCM201-100N
MATLAB Software	MathWorks Inc.	NA	任意のデータサイエンスプラットフォームを使用できます
モーションセンサー	Ascension	6DOF、type-800
モーショントラッカー	Ascension	3Dガイダンス trakSTAR	ミッドレンジ送信機
S&Fテクニカルハーネス&ベルト	Lowepro	LP36282