Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Izokinetyczne urządzenie robotyczne poprawiające niezawodność test-retest i międzyoceniający pomiary odruchu rozciągania u pacjentów po udarze mózgu ze spastycznością

6.9K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/59814

⸱

12 czerwca 2019

 ,  ,  , 
1Department of Medical Assistant Robot, Daegu Research Center, Korea Institute of Machinery & Materials, 2Department of Rehabilitation Medicine, Seoul National University College of Medicine, Seoul National University Bundang Hospital, 3School of Mechanical and Aerospace Engineering, Seoul National University/IAMD

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

Korzystając z robotycznego urządzenia izokinetycznego z pomiarami elektromiografii (EMG), ten protokół ilustruje, że ruch izokinetyczny sam w sobie może poprawić wiarygodność pomiarów kąta zaczepienia u pacjentów po udarze z łagodną spastycznością zginaczy łokcia.

Streszczenie

Pomiar spastyczności jest ważny w planowaniu leczenia i określaniu skuteczności po leczeniu. Wykazano jednak, że obecne narzędzie stosowane w warunkach klinicznych ma ograniczoną wiarygodność między oceniającymi. Jednym z czynników wpływających na tę niską wiarygodność między oceniającymi jest zmienność ruchu biernego podczas pomiaru kąta połowu (AoC). W związku z tym zaproponowano urządzenie izokinetyczne w celu standaryzacji ręcznego ruchu stawu; jednak korzyści płynące z ruchu izokinetycznego dla pomiarów AoC nie zostały przetestowane w ustandaryzowany sposób. Protokół ten bada, czy sam ruch izokinetyczny może poprawić wiarygodność pomiarów AoC między oceniającymi. W tym celu opracowano zrobotyzowane urządzenie izokinetyczne, które jest połączone z elektromiografią powierzchni (EMG). Dwa warunki, ruchy ręczne i izokinetyczne, są porównywane ze znormalizowaną metodą pomiaru kąta i subiektywnego odczucia połowu. Wykazano, że u 17 pacjentów po udarze mózgu z łagodną spastycznością zginaczy łokcia ruch izokinetyczny poprawił wewnątrzklasowy współczynnik korelacji (ICC) dla wiarygodności pomiarów AoC między oceniającymi do 0,890 [95% przedział ufności (CI): 0,685–0,961] według kryteriów EMG i 0,931 (95% CI: 0,791–0,978) według kryteriów momentu obrotowego, z 0,788 (95% CI: 0,493–0,920) według ruchu ręcznego. Podsumowując, sam ruch izokinetyczny może poprawić wiarygodność pomiarów AoC u pacjentów z udarem mózgu z łagodną spastycznością. Biorąc pod uwagę, że system ten może zapewnić bardziej ustandaryzowane pomiary kąta i wychwytywanie czucia, może być dobrym rozwiązaniem do oceny spastyczności w warunkach klinicznych.

Wprowadzenie

Spastyczność po udarze mózgu jest powszechna i wykazano, że wywołuje powikłania, w tym ból i przykurcze, co skutkuje obniżeniem jakości życia1,2,3. Pomiar spastyczności jest istotny dla prawidłowego zaplanowania przebiegu leczenia i określenia skuteczności leczenia. Powszechnie stosowanymi narzędziami w warunkach klinicznych są zmodyfikowana skala Ashwortha (MAS)4, która jest nominalnym systemem pomiaru oporu ruchu biernego, oraz zmodyfikowana skala Tardieu (MTS), która mierzy kąt złapania (AoC), reprezentując zależną od prędkości charakterystykę spastyczności5. Wykazano jednak, że te narzędzia pomiarowe mają ograniczoną wiarygodność między oceniającymi6,7, wymagając od tego samego oceniającego przeprowadzenia tych testów w celu utrzymania zadowalającej wiarygodności8.

Wykazano, że trzy czynniki indukują zmienność AoC podczas pomiaru MTS, w tym (1) błędy z pomiarów kątów za pomocą goniometrii; (2) zmienność ręcznie przesuwanego profilu ruchu stawu między oceniającymi; oraz (3) zmienność w wykrywaniu połowu między oceniającymi9. W protokole przedstawiono nowatorskie izokinetyczne urządzenie robotyczne z czujnikami momentu obrotowego. To urządzenie jest stosowane u pacjentów po udarze mózgu z łagodną spastycznością zginaczy łokcia przy użyciu pomiarów elektromiografii powierzchniowej (EMG)10. Postawiono hipotezę, że standaryzacja ruchu stawu łokciowego poprawi wiarygodność pomiarów AoC wywołanych przez odruch rozciągania zginacza łokcia. Aby to udowodnić, obliczono niezawodność AoC mierzoną za pomocą EMG powierzchniowego i porównano ją między izokinetycznym pasywnym i ręcznym szybkim prostowaniem łokcia, używając tego opracowanego urządzenia robotycznego i EMG. Rysunek 1 pokazuje przegląd całej procedury eksperymentalnej. Szczegółowo, etap pomiaru MTS został przeprowadzony przez dwóch oceniających, a kolejność eksperymentów (ruch ręczny vs. izokinetyczny) oraz kolejność oceniających zostały losowo określone, co wymagało około 50 minut dla każdego badanego (Rysunek 1).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

1. Układ eksperymentalny

  1. Rekrutacja pacjentów
    UWAGA: Wszystkie procedury zostały przejrzane i zatwierdzone przez Instytucjonalną Komisję Rewizyjną Szpitala Uniwersyteckiego Seoul National University Bundang. Uczestnicy byli pacjentami stacjonarnymi lub ambulatoryjnymi z diagnozą udaru, pochodzącymi z czterech regionalnych szpitali rehabilitacyjnych.
    1. Przeprowadź proces przesiewowy zgodnie z następującymi kryteriami włączenia: (1) niedowład kończyny górnej wskutek udaru; (2) wiek powyżej 20 lat; (3) łagodna spastyczność stawu łokciowego w stopniu MAS 1-2; (4) brak wcześniejszych schorzeń wpływających na funkcję kończyny niedowładnej, z wyjątkiem udaru; (5) brak niestabilności hemodynamicznej; (6) brak ciężkich przykurczów łokcia; (7) możliwość odwiedzenia barku o 90° i ustawienia przedramienia w pozycji neutralnej bez bólu stawowego; oraz (8) prawidłowe funkcje poznawcze, językowe, wzrokowo-przestrzenne lub zdolność koncentracji umożliwiająca postępowanie zgodnie z procedurami eksperymentalnymi.
      UWAGA: Kryteria te mają na celu wyłonienie pacjentów zdolnych do udziału w eksperymencie oraz ujednolicenie czynników wpływających na wyniki.
    2. Zrekrutuj uczestników, którym przekazano szczegółowe wyjaśnienie całego badania oraz spodziewanych kwestii klinicznych. Przed włączeniem do badania należy uzyskać zgodę uczestnika.
    3. Dane demograficzne i charakterystyka wyjściowa zrekrutowanych uczestników przedstawiono w Tabeli 1.
  2. System eksperymentalny
    UWAGA: Do generowania standaryzowanego ruchu i jednoczesnego pomiaru danych ilościowych wykorzystuje się zindywidualizowane urządzenie robotyczne. System robotyczny składa się z części robotycznej, systemu sterowania i jednostek pomiarowych. Ogólna konfiguracja przedstawiona jest na Rysunku 2.
    1. Część robotyczna
      1. Jako część robotyczną wykorzystaj płaski robot o jednym stopniu swobody, składający się z silnika i manipulatora przedramienia, wraz z trzema pozostałymi komponentami służącymi do regulacji wysokości robota i montażu urządzenia do różnych biurek. Całościowa budowa przedstawiona jest na Rysunku 2A.
      2. W przypadku manipulatora przedramienia zastosuj staw łokciowy połączony z silnikiem, suwak liniowy z blokiem mocującym do regulacji całkowitej długości oraz dwie opaski do stabilizacji przedramienia i dłoni (jak pokazano na Rysunku 3). Staw łokciowy posiada płytkę obrotową i łożysko oporowe, aby zapobiec ocieraniu podczas eksperymentu, a opaski zostały zakrzywione w sposób zbliżony do anatomicznego kształtu ludzkiego przedramienia i wykonane za pomocą drukarki 3D. Uchwyt został zaprojektowany tak, aby pasował zarówno osobom praworęcznym, jak i leworęcznym, co czyni go dostępnym dla wszystkich uczestników.
      3. Użyj silnika z niskim przełożeniem 51:1, który powinien charakteryzować się możliwością sterowania zwrotnego oraz zdolnością do osiągania prędkości nominalnej 315°/s i momentu obrotowego ciągłego 42,3 Nm.
      4. Zastosuj podnośnik laboratoryjny przymocowany do dolnej części silnika w celu regulacji wysokości jednostki napędowej. Dzięki temu wysokość robota będzie można dostosować do wysokości siedzącej poszczególnych uczestników.
      5. Umieść ramię mocujące do przytwierdzania urządzenia do biurka w przedniej części robota. Ramię mocujące będzie przesuwać się w górę i w dół za pomocą wału liniowego i posiada zaciski do zabezpieczenia na biurku.
      6. Zamontuj kółka z blokadą na spodzie robota, aby zapewnić mobilność urządzenia oraz jego stabilizację podczas eksperymentu.
    2. System sterowania
      1. Jako centralny system sterowania wykorzystaj komputer osobisty (PC), procesor czasu rzeczywistego oraz sterownik silnika. Szczegółowy schemat blokowy architektury sterowania przedstawiono na Rysunku 4.
      2. Użyj graficznego interfejsu użytkownika (GUI) do sterowania trybem eksperymentu (tryby pomiaru maksymalnego ROM, izokinetycznego MTS oraz pomiaru manualnego MTS) oraz do przechowywania danych o ruchu robota. Interfejs zawiera panel sterowania i panel monitorowania (Rysunek 5). Szczegóły dotyczące konfiguracji GUI znajdują się w aneksie.
      3. Zaimplementuj algorytm sterowania robotem przy użyciu procesora czasu rzeczywistego. Algorytm sterowania składa się z trzech pętli sterowania. Pierwsza pętla to pętla wejścia/wyjścia danych, która działa z częstotliwością 1 MHz z modułu FPGA urządzenia sbRIO. Druga to pętla sterowania ruchem robota, działająca z częstotliwością 1 kHz na poziomie VI czasu rzeczywistego. Ostatnia to pętla komunikacji danych działająca z częstotliwością 250 Hz. Ta pętla przesyła dane robota (czas, kąt, moment obrotowy i sygnał wyzwalający w celu synchronizacji z danymi EMG).
        UWAGA: Procesor czasu rzeczywistego posiada dwa moduły komunikacyjne: NI-9237 i NI-9853. NI-9237 jest urządzeniem wejścia analogowego do odbierania danych z czujnika momentu obrotowego, a NI-9853 jest modułem komunikacji CAN do komunikacji ze sterownikiem silnika.
    3. Jednostki pomiarowe
      1. Zamontuj czujnik momentu obrotowego pomiędzy manipulatorem a silnikiem, aby mierzyć siłę reakcji. Dane o momencie obrotowym są przesyłane do procesora czasu rzeczywistego za pomocą modułu NI-9237. Moduł NI-9237 posiada własny filtr pasmowy, pasma zaporowego i pasma wolnego od aliasingu. Przefiltrowane dane trafiają do modułu FPGA i są ponownie przetwarzane z częstotliwością 10 Hz za pomocą filtru dolnoprzepustowego w celu usunięcia szumów.
      2. Mierz kąt w stawie za pomocą enkodera (HEDL 9140, Maxon, Szwajcaria) przymocowanego do silnika. Dane o kącie są przesyłane do procesora czasu rzeczywistego poprzez sterownik silnika.
      3. Mierz aktywność mięśniową za pomocą ośmiokanałowego urządzenia do powierzchniowego EMG. Dane EMG były zbierane z częstotliwością próbkowania 1024 Hz i początkowo przetwarzane za pomocą filtru pasmowoprzepustowego (20–450 Hz) oraz filtru zaporowego (60 Hz). Zmierzone dane EMG są przesyłane bezpośrednio do komputera PC.

2. Układ eksperymentalny

UWAGA: W eksperymencie powinni uczestniczyć dwaj oceniający. W naszym przypadku pierwszym oceniającym był lekarz rehabilitacji z ponad 6-letnim doświadczeniem w rehabilitacji, a drugim terapeuta zajęciowy z ponad 3-letnim doświadczeniem w rehabilitacji po udarze.

  1. Ustawienie początkowej postawy
    1. Usiadź pacjenta na krześle w taki sposób, aby jego plecy znajdowały się w wyprostowanej pozycji.
    2. Zabezpiecz obie strony barków oraz brzuch pasami bezpieczeństwa, aby utrzymać stabilną pozycję ramion przez cały czas trwania eksperymentu.
    3. Ostrożnie połóż hemiparetyczną kończynę górną badanego na manipulandum robota, nie zapinając pasów.
    4. Odkręć blok mocujący liniowego suwaka, aby mankiet mógł swobodnie przesuwać się po suwaku, co umożliwi ułożenie hemiparetycznej kończyny górnej badanego na manipulandum robota bez zapinania pasów.
    5. Dostosuj wysokość robota za pomocą podnośnika laboratoryjnego, aż bark pacjenta zostanie odwiedziony o 90°. Potwierdź kąt odwiedzenia za pomocą goniometru.
    6. Poleć badanemu chwycenie uchwytu i przypnij dłoń do uchwytu za pomocą pasów. Zrównaj oś obrotu robota z anatomiczną osią stawu łokciowego.
    7. Wykonaj zgięcie i wyprost stawu łokciowego, aby pozycja mankietu mogła zostać naturalnie dostosowana do optymalnego położenia, bez generowania oporu podczas ruchu łokcia. Następnie zaciśnij blok mocujący, aby ustalić pozycję mankietu, i zapnij pasy mankietu przedramienia.
    8. Przyczep elektrody EMG powierzchniowe do mięśnia dwugłowego ramienia w hemiparetycznej kończynie górnej.
  2. Pomiar biernego zakresu ruchomości (ROM)
    UWAGA: Bierny ROM jest wykorzystywany jako graniczny zakres ruchomości w poniższych eksperymentach, aby zapobiec problemom wynikającym z ruchów wykraczających poza zakres operacyjny pacjenta.
    1. Wprowadź do interfejsu graficznego (GUI) programu informację o hemiparetycznej stronie pacjenta (prawą lub lewą).
    2. Ustaw zgięcie łokcia pod kątem 90° za pomocą goniometru. Naciśnij przycisk 90 deg set na panelu GUI. Ten proces synchronizuje kąt rozpoznawany przez robota z rzeczywistym kątem stawu człowieka.
    3. Naciśnij przycisk Finish set w GUI, aby przełączyć robota w stan aktywacji.
    4. Klikaj przyciski na panelu Motor run po lewej stronie GUI w kolejności od góry dołu.
    5. Włącz przycisk Angle set i ustaw prędkość na 1°/s. Następnie kliknij przycisk run. Robot będzie powoli prostować łokieć z prędkością 1°/s z pozycji zgięcia 90°, dopóki moment reakcji nie osiągnie określonego poziomu progowego lub aż do wyprostu o 170°.
      UWAGA: W tym eksperymencie próg momentu obrotowego ustawiono na 0,6 Nm. Wartość ta została określona eksperymentalnie w badaniu pilotażowym.
    6. Maksymalny kąt wyprostu zostaje automatycznie zapisany jako maksymalny ROM.
    7. Zmień prędkość na -1°/s i ponownie kliknij przycisk run. Robot powoli zgina łokieć, aż moment reakcji osiągnie poziom progowy.
    8. Maksymalny kąt zgięcia zostaje automatycznie zapisany jako minimalny ROM.

3. Pomiar MTS

UWAGA: Czas wymagany dla każdego kroku przedstawiono na Rysunku 1. Całkowity czas potrzebny jednemu badanemu na przeprowadzenie całego eksperymentu wynosi około 50 min (wliczając etap przygotowania eksperymentu), jednak większość czasu powinna zostać przeznaczona na odpoczynek w celu zachowania spójności stopnia zmęczenia.

  1. Kompensacja efektu bezwładności
    UWAGA: Teoretycznie podczas ruchu izokinetycznego nie powinien wystąpić efekt bezwładności. Może on jednak pojawić się na początku ruchu. Siłę bezwładności należy skompensować, aby zmierzyć wyłącznie siłę reakcji wywołaną odruchem rozciągania. Ponieważ wartość siły bezwładności różni się dla każdego badanego, przed właściwym pomiarem MTS należy przeprowadzić test wstępny w celu kompensacji siły bezwładności. Przykładowy wynik przedstawiono w Rycina 6.
    1. Kliknij Powrót przycisk na panelu sterowania. Robot zgnie łokieć do pozycji o minimalnym kącie (pozycji maksymalnego zgięcia).
    2. Ustaw prędkość na 150°/s i włącz Test bezwładności przycisk, a następnie Uruchomienie przycisk. Robot wywoła krótką perturbację 5° pacjentowi z prędkością 150°Wartość momentu obrotowego w szczycie oraz czas trwania każdego badania są automatycznie gromadzone i wyświetlane na panelu GUI.
    3. Powtórz kroki 3.1.2–3.1.3 jeszcze dwukrotnie. Na podstawie zmierzonych danych wyznacz odpowiednią wartość momentu obrotowego w szczycie oraz wartość okresu, a następnie wprowadź te wartości w interfejsie graficznym programu. Profil momentu kompensacyjnego (τskładnik) jest generowane automatycznie na podstawie Równanie 1 poniżej, gdzie: a, reprezentuje wyznaczoną amplitudę i λ oznacza okres.
      Równanie równowagi statycznej, wzór na obliczanie τcomp; zastosowanie edukacyjne, wyjaśnienie z zakresu fizyki/matematyki.
      UWAGA: Kształt momentu bezwładności jest modelowany jako podniesiony cosinus w celu zmniejszenia obciążenia obliczeniowego. Moment kompensacyjny, zaprojektowany dla dwóch okresów ze względu na efekt bezwładności, niemal znika po drugim okresie. Amplituda drugiego okresu została zaprojektowana jako 15% amplitudy pierwszego okresu.
  2. Krok zapoznawczy
    1. Przed właściwym eksperymentem przeprowadź trzy operacje treningowe, aby oswoić pacjenta z nagłymi ruchami.
    2. Kliknij Wstecz przycisk na panelu. Robot zgięło łokieć do pozycji o minimalnym kącie.
    3. Kliknij Uruchomienie przycisk po poinformowaniu badanego. Robot wyprostuje łokieć pacjenta z prędkością 150°/s, aż do osiągnięcia maksymalnego kąta lub do momentu, gdy moment obrotowy reakcji osiągnie poziom progowy.
    4. Powtórz kroki 3.2.2–3.2.3 jeszcze dwukrotnie i zachowaj 5 minut przerwy przed rozpoczęciem testu.
  3. Pomiar izokinetyczny MTS
    UWAGA: Izokinetyczny pomiar MTS został zaprojektowany w celu wdrożenia idealnych warunków pomiaru MTS. Robot generuje precyzyjny ruch ze stałą prędkością przy określonej wartości (150°/s) aż do osiągnięcia maksymalnego zakresu ruchu (ROM) lub do osiągnięcia określonego progu momentu obrotowego reakcji. Maksymalna wartość ROM jest określana w kroku 2.2, a wartość progu momentu obrotowego została ustalona na poziomie 0,6 na podstawie wcześniejszych badań pilotażowych, co jest wystarczające do wykrycia odruchów rozciągania.
    1. Kliknij w Powrót przycisk do zgięcia łokcia do pozycji o minimalnym kącie.
    2. Kliknij Uruchomienie przycisk bez informowania badanego. Robot będzie prostował łokieć pacjenta z prędkością 150°/s do momentu, aż kąt osiągnie wartość maksymalną lub moment obrotowy reakcji osiągnie określony poziom progowy. Podczas testu zapisywane są dane dotyczące czasu, kąta, momentu obrotowego reakcji oraz sygnału wyzwalającego.
    3. Należy zastosować 2-minutową przerwę między seriami, a następnie powtórzyć kroki 3.3.1–3.3.3 jeszcze dwa razy.
    4. Po wykonaniu trzech serii należy zastosować 5-minutową przerwę.
  4. Ręczny pomiar MTS
    UWAGA: Ręczny pomiar MTS został zaprojektowany w celu symulacji pomiaru MTS zazwyczaj wykonywanego w rzeczywistych placówkach medycznych. Aby porównać wyniki izokinetycznego pomiaru MTS, urządzenie robotyczne jest wykorzystywane wyłącznie jako ilościowe narzędzie pomiarowe eliminujące błąd pomiarowy, natomiast sama czynność pomiarowa jest wykonywana przez oceniającego. W tym celu robot kompensuje jedynie tarcie własne. Szczegóły dotyczące eliminacji tarcia znajdują się w dodatku.
    1. Kliknij w Wstecz przycisk do zgięcia łokcia do pozycji o minimalnym kącie.
    2. Kliknij Bieg jałowy przycisk, a robot przejdzie w tryb sterowania ręcznego.
    3. Chwyć uchwyt manipulandum i wyprostuj ramię badanego. Podczas wykonywania procedury oceniający powinien zachować stałą prędkość wynoszącą 150°/s.
    4. Wyłączyć Bieg jałowy tryb i zrób 2-minutową przerwę.
    5. Powtórz kroki 3.4.1–3.4.4 jeszcze dwa razy.
  5. Powtórz pomiar MTS
    1. Po zakończeniu całego eksperymentu z pierwszym oceniającym należy zastosować 10-minutową przerwę.
    2. Zmień oceniającego (na drugiego oceniającego) i powtórz kroki 3.3–3.4.

4. Ilościowe określanie AoC

UWAGA: AoC jest określany na podstawie dwóch danych: EMG i momentu obrotowego. AoC jest wyznaczany poprzez analizę manualną ze względu na szumy w danych EMG oraz zmienność indywidualnych cech. Wybór AoC jest przeprowadzany przez trzeciego oceniającego, który nie zna kolejności pracy pozostałych oceniających.

  1. Analiza danych z eksperymentu izokinetycznego MTS
    1. Ocena AoC przy użyciu danych EMG
      UWAGA: Zazwyczaj AoC określa się jako kąt, przy którym występuje maksymalna wartość szczytowa EMG. Jednak czas trwania odruchu rozciągania różni się u każdego pacjenta; zatem oczekuje się, że wykorzystanie punktu maksymalnego szczytu EMG jako AoC będzie miało niską niezawodność. Różnica czasu może nie być duża, jednak błąd AoC może być znaczący ze względu na szybką prędkość oceny w metodzie MTS. Dlatego jako AoC wybiera się kąt w punkcie rozpoczęcia wzrostu sygnału EMG.
      1. Przetwórz surowe dane EMG, stosując pierwiastkową średnią kwadratową (RMS), aby wygładzić dane i wzmocnić je 50-krotnie.
      2. Zsynchronizuj dane EMG i dane o kącie robota, korzystając z sygnałów wyzwalających każdego zestawu danych.
        UWAGA: W tym systemie dane EMG są mierzone przez niezależne urządzenie, w przeciwieństwie do innych danych; w związku z tym czas odniesienia może być inny. Urządzenie EMG posiada funkcję znakowania przerwania wyzwalacza, która pobiera sygnał wyzwalający z procesora czasu rzeczywistego w momencie rozpoczęcia oceny MTS.
      3. Wyznacz ręcznie AoC jako punkt początkowy wzrostu RMS EMG. Przykład przedstawiono na Rysunku 7.
        UWAGA: Wartość RMS EMG <0,1 jest tutaj pomijana, ponieważ często występuje nawet bez odruchu rozciągania. Zatem jako AoC wybiera się wyraźny punkt wzrostu na początku szczytu.
    2. Ocena AoC przy użyciu danych o momencie obrotowym
      UWAGA: Mięśnie posiadają pasywne charakterystyki mechaniczne, które działają jak układ sprężyna-tłumik. Nawet jeśli mięsień nie wywiera żadnej siły, siła reakcji może wzrosnąć w miarę rozciągania mięśni. Ponieważ intensywność pasywnych właściwości mechanicznych i odruchu rozciągania różni się od pacjenta do pacjenta, trudno jest zidentyfikować zjawisko „catch” (nagłego oporu), używając wyłącznie bezwzględnej wartości siły reakcji. Zamiast tego, w niniejszym badaniu zjawisko to określa się na podstawie zmiany właściwości pasywnych wynikającej ze spastyczności, a nie na podstawie bezwzględnej wartości siły reakcji. Zmianę właściwości pasywnych wyznacza się ręcznie poprzez analizę zmiany nachylenia linii regresji momentu reakcyjnego.
      1. Wykreśl jedną linię regresji od punktu, w którym sygnał wyzwalający rośnie, oraz drugą linię regresji od punktu, w którym sygnał wyzwalający opada.
      2. Porównaj nachylenia obu linii regresji. Jeśli gradienty dwóch linii regresji wykazują znaczącą różnicę, AoC można wyznaczyć w punkcie przecięcia obu linii regresji. Przykład przedstawiono na Rysunku 8.
  2. Analiza danych z eksperymentu manualnego MTS
    UWAGA: W przypadku manualnego MTS trudno jest oddzielić siłę wywieraną przez badanego od siły przyłożonej przez oceniającego, używając tylko jednego czujnika momentu obrotowego. Dlatego w przypadku manualnego MTS wykonuje się jedynie analizę AoC przy użyciu danych EMG, bez przeprowadzania analizy AoC przy użyciu danych o momencie obrotowym.
    1. Ocena AoC przy użyciu danych EMG
      UWAGA: Metoda wyznaczania oceny AoC przy użyciu EMG jest zasadniczo taka sama, jak w przypadku izokinetycznego MTS.
      1. Przetwórz surowe dane EMG metodą RMS, aby wygładzić dane i wzmocnić je 50-krotnie.
      2. Zsynchronizuj dane EMG i dane o kącie robota, korzystając z sygnałów wyzwalających każdego zestawu danych.
      3. Wyznacz ręcznie AoC jako punkt początkowy wzrostu RMS EMG. Przykład przedstawiono na Rysunku 9.

5. Analiza danych

  1. Znormalizowany indeks oceny ruchu (NAMI)
    UWAGA: AoC dla MTS może być wpływany przez różne czynniki ruchu, takie jak prędkość oceny, przyspieszenie itp. W związku z tym ruch podczas oceny powinien być w jak największym stopniu izokinetyczny. NAMI proponuje się do oceny idealności ruchu podczas badania. Proponowany wskaźnik jest bezwymiarowy i może być wykorzystany do oceny spójności ruchu podczas oceny przypisanego badanym w każdej próbie.
    1. Oblicz zakres ruchu (ROM), prędkość maksymalną oraz czas oceny dla każdej próby pomiarowej.
      UWAGA: Kąt jest pomierzony przez enkoder, w związku z czym obliczona prędkość jest zaszumiona. Dlatego prędkość maksymalną określa się jako maksymalną prędkość linii trendu, a nie wartość szczytową.
    2. Oblicz wartość NAMI dla każdej próby w trakcie całego eksperymentu, używając Równanie 3: wzór NAMI, θmax-θmin nad ωmaxΔt, diagram, analiza kinematyczna, obliczanie ruchu kątowego.
      Gdzie: ϑmaks. i ϑmin reprezentują odpowiednio kąty maksymalne i minimalne, zmierzone podczas eksperymentu; ωmaks. jest maksymalną prędkością oceny; a Δt jest całkowitym czasem poświęconym na jedną ocenę. Rysunek 10 przedstawia przykład każdej zmiennej.
      UWAGA: Proponowany wskaźnik daje wynik bliski 1, jeśli analizowany ruch jest niemal całkowicie izokinetyczny, oraz wynik bliski 0, jeśli prędkość ruchu jest niestabilna.
  2. Analiza statystyczna
    UWAGA: Wszystkie analizy statystyczne wykonano przy użyciu pakietu statystycznego PASW (SPSS wersja 18.0). Do oceny niezawodności test-retest oraz zgodności między oceniającymi wykorzystano metodę współczynnika korelacji wewnątrzklasowej (ICC). Do obliczenia ICC wykorzystano wyłącznie wyniki z drugiego i trzeciego testu.
    1. Aby zweryfikować niezawodność test-retest, należy obliczyć współczynnik ICC na podstawie zmierzonych danych AoC oraz wyników NAMI.
    2. Aby zweryfikować niezawodność międzyoceniającą, oblicz współczynnik ICC na podstawie średniej z danych AoC i NAMI.
    3. Oblicz wartość p dla wyników AoC, stosując testy t dla prób zależnych, aby ocenić różnice między poszczególnymi oceniającymi lub poszczególnymi próbami oceny.
      UWAGA: Wartości p dla
    4. Oblicz współczynnik korelacji Pearsona pomiędzy AoC opartym na kryteriach EMG a kryteriami momentu obrotowego, aby zweryfikować korelację między tymi dwiema metodami.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Niezawodność została podzielona na cztery stopnie zgodnie z wartością ICC: niezwykle doskonała (>0,90), doskonała (0,75 < ICC ≤ 0,90), przeciętna do dobrej (0,40 < ICC ≤ 0,75) oraz słaba (<0,40). Obliczono standardowy błąd pomiaru (SEM), aby określić komponent błędu wariancji. Najmniejszą wykrywalną różnicę (SDD) obliczono na podstawie SEM danych z testu retestowego.

Znormalizowany indeks ruchu oceniającego (NAMI): wynik NAMI podczas ruchu izokinetycznego zawsze wynosił 1, co oznac...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

W tym badaniu podjęto próbę standaryzacji pomiaru MTS za pomocą zrobotyzowanego urządzenia izokinetycznego. Zbadano, w jaki sposób spójność ruchu oceny wpływa na wyniki pomiaru MTS.

Zaproponowano wartość NAMI, aby reprezentowała stopień zmienności ruchu oceny. Zgodnie z oczekiwaniami, w przeciwieństwie do metody ruchu izokinetycznego bez zmienności, metoda ręczna wykazała zmienność między testami i między oceniającymi, co skutkowało niską wiarygodnością, co jest zgodne z wynikami poprzednich b...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Wszyscy autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Podziękowania

To badanie było wspierane przez Seoul National University Bundang Hospital Research Fund (14- 2014 - 035) oraz Korea and National Research Foundation of Korea (NRF) Grant fundowany przez rząd koreański (A100249). Chcielibyśmy podziękować Seo Hyun Park i Hae-in Kim za pomoc w przygotowaniu i kontynuowaniu kręcenia filmu.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Drukarka 3DLokitDrukarka 3D typu 3Dison+FDA
Wałek kulowyMisumiLBF15
Mostek Moduł wejść analogowychNational InstrumentsNI 9237
Moduł komunikacyjny CANNational InstrumentsNI 9853
CasterMisumiAC-50F
Urządzenie do elektromiografii (EMG)Elektroda EMG LaxthaWEMG-8
Bioprotech1,8x1,2 mm Ag–
EnkoderMaxonHEDL 9140500 CPT
Skrzynia biegówMaxonGP 81Stosunek 51:1
Podnośnik laboratoryjnyMisumi99-1620-20
Suwak liniowySilnik KSRLC16
Bezszczotkowy silnik ECMaxonEC-60
Sterownik silnikaElmoDC Whistle
PLAMateriał drukarki 3DLokit
Procesor czasu rzeczywistegoNational InstrumentssbRIO-9632
Czujnik momentu obrotowegoTechniki przetwornikaTRS-1K
AgCl Misumi

Bibliografia

  1. Sommerfeld, D. K., Gripenstedt, U., Welmer, A. K. Spasticity after stroke: An overview of prevalence, test instruments, and treatments. American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation. 91 (9), 814-820 (2012).
  2. Sommerfeld, D. K., Eek, E. U. B., Svensson, A. K., Holmqvist, L. W., von Arbin, M. H. Spasticity after Stroke: Its Occurrence and Association with Motor Impairments and Activity Limitations. Stroke. 35 (1), 134-139 (2004).
  3. Lundström, E., Terént, A., Borg, J. Prevalence of disabling spasticity 1 year after first-ever stroke. European Journal of Neurology. 15 (6), 533-539 (2008).
  4. Ashford, S., Turner-Stokes, L. Systematic Review of Upper-limb Function Measurement Methods in Botulinum Toxin Intervention for Focal Spasticity. Physiotherapy Research International. 18 (3), 178-189 (2013).
  5. Patrick, E., Ada, L. The Tardieu Scale differentiates contracture from spasticity whereas the Ashworth Scale is confounded by it. Clinical Rehabilitation. 20 (2), 173-189 (2006).
  6. Li, F., Wu, Y., Li, X. Test-retest reliability and inter-rater reliability of the Modified Tardieu Scale and the Modified Ashworth Scale in hemiplegic patients with stroke. European Journal of Physical and Rehabilitation Medicine. 50 (1), 9-15 (2014).
  7. Mehrholz, J., et al. Reliability of the Modified Tardieu Scale and the Modified Ashworth Scale in adult patients with severe brain injury: a comparison study. Clinical Rehabilitation. 19 (7), 751-759 (2005).
  8. Ansari, N. N., Naghdi, S., Hasson, S., Azarsa, M. H., Azarnia, S. The Modified Tardieu Scale for the measurement of elbow flexor spasticity in adult patients with hemiplegia. Brain Injury. 22 (13-14), 1007-1012 (2008).
  9. van den Noort, J. C., Scholtes, V. A., Harlaar, J. Evaluation of clinical spasticity assessment in Cerebral palsy using inertial sensors. Gait & Posture. 30 (2), 138-143 (2009).
  10. Sin, M., Kim, W. S., Cho, K., Cho, S., Paik, N. J. Improving the test-retest and inter-rater reliability for stretch reflex measurements using an isokinetic device in stroke patients with mild to moderate elbow spasticity. Journal of Electromyography and Kinesiology. 39 (1), 120-127 (2018).
  11. Grippo, A., et al. Biomechanical and electromyographic assessment of spastic hypertonus in motor complete traumatic spinal cord-injured individuals. Spinal Cord. 49 (1), 142-148 (2011).
  12. Rabita, G., Dupont, L., Thevenon, A., Lensel-Corbeil, G., Pérot, C., Vanvelcenaher, J. Differences in kinematic parameters and plantarflexor reflex responses between manual (Ashworth) and isokinetic mobilisations in spasticity assessment. Clinical Neurophysiology. 116 (1), 93-100 (2005).
  13. Lynn, B. O., et al. Comprehensive quantification of the spastic catch in children with cerebral palsy. Research in Developmental Disabilities. 34 (1), 386-396 (2013).
  14. Boyd, R. N., Graham, H. K. Objective measurement of clinical findings in the use of botulinum toxin type A for the management of children with cerebral palsy. European Journal of Neurology. 6 (1), 23-35 (1999).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

K t wychwytupowierzchniowa elektromiografiaocena spastyczno cimanualny zakres ruchu w stawiekryteria EMGkryteria momentu obrotowego
Izokinetyczne urządzenie robotyczne poprawiające niezawodność test-retest i międzyoceniający pomiary odruchu rozciągania u pacjentów po udarze mózgu ze spastycznością
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki Korzystania

Zasady

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.