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
2019年4月6日
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。
この手順の全体的な目標は、臨床プルテストの計測版を使用して、姿勢応答をより正確に評価することです。これは、半ポータブルのモーショントラッキングシステムを使用して、手動後方引きへの姿勢応答をキャプチャすることで実現されます。まずハーネスを適用し、センサーをトランクと足に取り付けます。
次のステップは、参加者が前方を見据えて、ラインマーキングに沿って快適な姿勢で立っていることを確認することです。次に、計測されたプルテスト手順が実行される。各試行中にプルフォースが記録されます。
トランクの大きさと反応時間とステップ応答が計算されます。最後のステップは、参加者をハーネスから外し、センサーをトランクと足から取り外す方法です。最終的には、計測されたプルテストは、臨床プルテストによって生成される姿勢応答を特徴付けるために使用されます。
また、プルテストのパフォーマンスに影響する変動性を判断するためにも使用できます。この方法の主な利点は、臨床引き出しテストに対する姿勢応答の正確な定量化を提供する能力である。半ポータブルモーションキャプチャを使用して、計測されたプルテストは、従来の実験室の技術に比べてよりアクセスしやすい測定方法を提供します。
これにより、研究者は引っ張り試験に対する姿勢応答の測定にこの技術を簡単に採用することができます。臨床プルテストの計測器は、患者のコホートや、特にパーキンソン病などの状態でのバランスの問題の治療に反応して、時間の経過とともに姿勢不安定性を定量化しようとする研究に潜在的な有用性を有する。この方法の視覚的なデモンストレーションは、調査担当者がイベントの順序を理解することが重要であるため、重要です。
これには、機器のセットアップ、患者の準備、検査者による計測されたプルテストの管理が含まれます。つまり、データ収集の前に、すべての機器が正しく設定されます。メーカーのガイドラインに従って、3つのミニチュアモーションセンサーで電磁モーショントラッカーを準備します。
各センサは最小250ヘルツでサンプリングされ、変位はミリメートルで測定され、回転角度で測定されます。すべての内部フィルタリングを無効にし、静的原点を参照するように設定されたセンサーの位置を指定する必要があります。最低直径10mmのロープを使用して、路肩レベルで忍耐強いハーネスに負荷電池を接置しなさい。
ロード セルをデータ取得単位に接続します。ロードセルの仕様によっては、プリアンプと別の電源が必要な場合があります。データ収集ユニットからのトリガ出力をモーショントラッカーのトリガ入力に接続して、同期記録を確実に行います。
モーショントラッカーのサンプリングレートを一致させ、フィルタリングを無効にします。このトリガーはまた、バランス機構のさらなる特徴付けのために聴覚または視覚刺激の送達を時間を取るために使用され得る。実験は、評価中の気晴らしを最小限に抑えるために静かな部屋で行われるべきです。
参加者がバランスを取り戻すためのいくつかの修正措置を講じるための十分なスペースを確保します。フォームマットは、予防措置として床に置くこともできる。まず、参加者のインフォームド・コンセントを得ます。
計測されたプルテスト手順に適した参加者には、独立して立ち上がり、回復のための支援を必要としない補正されたバランス応答を生成できる人が含まれます。実験当日に快適でゆったりとした服を着て、試験手順のために靴を脱ぐ。参加者がハーネスを着用するのを支援します。
胸と腰の周りのバックルをクリップします。ストラップが十分に締め付けられるようにし、ロープを引っ張るときにハーネスに50ミリメートル以上のたるみを許さないようにしてください。胸部ノッチと右足首および左足首の足に医療テープを使用してモーションセンサーを取り付けます。
すべてのケーブルは、トリップの危険を避けるために慎重に配線する必要があります。快適な姿勢で、足を合わせたマットの上に参加者を配置します。参加者は、各プル後に同じ位置に戻ることができるように、ライン上の足の位置をメモする必要があります。
審査員は、偏差が見られた場合に、参加者に元の足の位置に戻るよう促す必要があります。引っ張りの間の気晴らしを最小限に抑えるために、目の高さで目の高さ1.5メートル先のアートワークに焦点を当てるように参加者に指示します。インストルメントされたプルテストは、統一パーキンソン病評価尺度に記載されている臨床プルテストガイドラインに従って実施されます。
まず、テスト手順を説明し、後方引きに続くステップ実行が許可されていることを参加者に知らせます。引っ張る前にトランクの前方傾きなどの予想的な応答を思いとどまらせます。参加者が気配り、直立、目を開け、指定されたマーカーに快適な姿勢で足を置きます。
参加者の後ろに立って、ロープに素早く力強い引っ張りを適用します。ロープが参加者の肩のレベルに垂直に保持されていることを確認します。各プルの後、参加者が床に位置する元の足に戻ることを確認し、テストを35回繰り返します。
参加者は10回のプルごとに1分間まで短時間休みます。不快感を表明したり、以前の休憩を必要としない限り、休息が許可されるまで、試験の合間に話すことを控えるよう参加者に要請してください。査定人は、常に参加者を捕まえる準備をする必要があります。
既知の姿勢不安定性を有する参加者を評価する場合、安全のためにアシスタントが必要です。センサーを取り外し、計測されたプルテスト手順の完了後に、参加者をハーネスから外します。研究中に記録されたデータは、適切なデータサイエンスソフトウェアで分析する必要があります。
トリガー信号を使用して、モーショントラッカーとロードセルデータを整列させます。ベースラインのグリフを除去するために0.05ヘルツカットオフ周波数を持つハイパスフィルタまたはモーショントラッキングとロードセルデータ。トランクの速度と加速度を取得するために、トランクモーショントラッキング変位データを二重に区別します。
連続記録を個別の試行エポックに分けます。プル投与の前に予想されるトランカルの動きが観察される試験を拒絶する。引っ張りに続くトランク変位の発症と、トランク減速の開始を示すトランク速度曲線の回転点との差として、姿勢の反応時間を決定します。
幹のピーク減速として姿勢応答の大きさを決定します。ステッピングは、後方方向にスタンスフットを越えて移動する足と定義されます。ステップ反応時間を、踏み台の四肢の初期移動に対するトランカル変位の開始との差として計算する。
足の総変位を最初のフィートリフトオフから後方後退を阻止する足の接触までのミリメートル単位で計算することによって、ステップ応答の大きさを決定します。サポートのベースの変化は無視できるとみなされるため、50ミリメートル未満のステップを除外します。ロードセルからピークプル力と力の発達率を計算します。
ピークプル力は瞬間的に最大の力が供給されたことを示し、力率は力の傾きと時間曲線の傾きで、力がどれだけ速く発生したかを示します。若い健康な参加者のコホートからの姿勢応答は、計装されたプルテストを使用して評価された。35の試験は、90デシベルまたは116デシベルのいずれかで各プルと同時に提供される聴覚刺激で行われた。
開始反応効果と呼ばれる、驚くべき116デシベル刺激は、より少ない強度90デシベル刺激を超えて反応時間を短縮することが期待される。35の試験のうち、最初の試験は、非居住応答を分析するために保持され、4つのその後の試験は、練習効果を可能にするために廃棄された。その後の試験は、90デシベルでの20の正常な強度試験と、ランダムに混合された116デシベルでの10回の大きな試験で構成された。
分析は、幹およびステップ姿勢応答に影響を与える可能性のある複数の要因のために線形混合モデルを使用して行われました。これらの要因には、引力と参加者の身長と体重が含まれます。計装されたプルテストは、最初の試験からの応答が後続の習慣化された試験と比較して異なっていた最初の試験効果を区別することができました。
最初の試験の間、ステップ反応時間は遅く、ステップ応答の大きさは大きかった。StartReact効果は、その後の習慣的な引っ張りへのトランクにのみ存在していた。大きな聴覚刺激は、トランカル反応時間を加速し、トランカル応答の大きさを増加させた。
試験官のピーク引っ張られた力は、踏み応答およびトランク反応時間の種類に影響を与えることを発見した。参加者の体重はステップ反応時間に影響を与えた。それ以外の場合、参加者の体重と身長は結果に影響を与えませんでした。
参加者の身体機能とバランス能力に応じて、計装されたプルテスト手順には約20分かかります。また、10回のプルテスト試験の試行ごとに最大1分間の休息が可能です。既知の姿勢不安定性を有する患者では、実験中の実際の落下を防ぐことが重要である。
アシスタントが出席し、参加者は疲労と参加能力を常に監視する必要があります。臨床プル試験の計測は、姿勢不安定性を客観的に定量化する方法を生み出した。これは、経時の姿勢不安定性を追跡し、姿勢不安定性の新たな治療法の検出にも役立つ可能性があります。
完全なトランスクリプトを表示し、数千本の科学動画にアクセス
概要
この研究は、姿勢反応を客観的に評価するための臨床プルテストの計測版を提示します。モーショントラッキングシステムを利用することで、この方法は姿勢不安定性の定量化を向上させることを目指しています。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 臨床評価
- 姿勢制御
背景
- 姿勢不安定性は定量化が難しい。
- プルテストのような従来の臨床評価は信頼性に問題がある。
- 客観的な測定は正確な評価に不可欠。
- 計測式テストにより、より信頼性の高いデータを提供できる。
研究の目的
- 姿勢反応評価の精度を向上させる。
- 半携帯型モーショントラッキングシステムを利用する。
- 計測式プルテスト中にプル力を記録する。
使用された方法
- 参加者はセンサー付きのハーネスを着用します。
- センサーは胴体と足に配置されます。
- 参加者は印のある線に沿って快適な姿勢で立ちます。
- 反応を評価するために手動で後ろに引っ張ります。
主要な結果
- 姿勢反応に関する客観的データが正常に収集されました。
- 計測式の方法は信頼性が向上しました。
- 姿勢不安定性の定量的測定が得られました。
- 結果は臨床応用の可能性を示しています。
結論
- 計測式プルテストは信頼性の高い評価ツールを提供します。
- 客観的測定により、姿勢制御の理解を深めることができます。
- この方法は姿勢不安定性の臨床評価を改善する可能性があります。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Quantifying postural instability with improved reliability supports early detection of neurological deficits and therapeutic response tracking in neurodegenerative diseases. The instrumented pull test enhances predictive confidence in target validation by providing objective, quantitative measures of postural control. This addresses a key discovery-stage challenge in assessing functional outcomes for CNS drug development programs.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to postural control pathways in Parkinson's disease models.
- Operational Value: Provides biological de-risking through functional target validation of neuromodulatory mechanisms affecting balance.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by distinguishing habituated from unhabituated postural responses to assess drug effects on motor learning.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for downstream workflows by standardizing perturbation delivery and response capture.
- Quantitative Outputs: Delivers millimeter-scale displacement and reaction time metrics enabling reliable compound screening for balance-modulating agents.
- Platform Reuse: Facilitates scalable assessment across cohorts with synchronized motion and force tracking for longitudinal studies.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Aligns with Parkinson's disease models to capture early abnormalities in postural responses over time.
- Translational Continuity: Bridges discovery through preclinical validation by quantifying responses to therapy in balance-related indications.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs go/no-go decisions by detecting variabilities in pull force and participant physiology that influence postural outcomes.
Pipeline & Workflow Integration
The instrumented pull test fits within the discovery continuum from hypothesis testing to lead identification, particularly for CNS targets affecting motor control and postural stability.
- Discovery Biology: Supports pathway clarification by measuring trunk and step responses to controlled perturbations, enabling mechanistic de-risking of neuromuscular targets.
- Screening: Ensures assay readiness through synchronized recording of pull force, trunk displacement, and foot movement across repeated trials.
- Analytics: Generates peak deceleration, reaction time, and step magnitude readouts that allow teams to compare drug or genetic conditions quantitatively.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by tracking postural instability progression and therapeutic response in disease models.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable capability for assessing balance-related endpoints across multiple indication programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity in postural control assessments through objective quantification.
- Operational Value: Enhances standardization and reproducibility by capturing pull force variability and minimizing examiner-dependent confounds.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing quantitative thresholds for postural response normalization, reducing late-stage biological risk in CNS programs.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization by identifying compounds that normalize habituated versus startle-modulated postural responses.
Implementation Considerations
- Requires expertise in motion capture systems, biomechanics, and clinical assessment protocols for accurate sensor placement and data interpretation.
- Needs semi-portable electromagnetic motion tracker, load cell, data acquisition unit, and synchronized trigger infrastructure capable of 250 Hz sampling.
- Demands cross-team standardization of harness fitting, sensor attachment to sternal notch and ankle malleoli, and rope perpendicularity to shoulder level.
- Involves adaptation considerations for varying participant height, weight, and balance abilities, with rest periods every 10 trials to manage fatigue.
- Includes practical limitations such as the need for assistant supervision in unstable patients and exclusion of anticipatory trunk movement or steps under 50 mm to ensure data validity.
