Um teste de tração instrumentado para caracterizar respostas posturais

Reflexos posturais agem para manter o equilíbrio e a postura ereta em resposta a perturbações¹. Comprometimento dessas respostas posturais em distúrbios como a doença de Parkinson resulta em instabilidade postural, e comumente leva a cai, reduzida confiança ambulante e diminuiu a qualidade de vida^2,3,⁴. Na prática clínica, reflexos posturais são normalmente avaliados com o teste de tração, onde um examinador puxa vigorosamente o paciente para trás nos ombros e visualmente notas a resposta^{5,6,7, 8}. instabilidade postural é geralmente marcada usando o Unified Parkinson doença Rating escala (UPDRS) (0 - normal para 4 - grave), publicada pela sociedade de desordem de movimento internacional⁵. Este método tem sido amplamente utilizado na avaliação de indivíduos com doença de Parkinson, mas sofre pouca confiabilidade e muito limitado escala (Pontuação/4),^6,7,9. Puxe os resultados dos testes muitas vezes não se correlacionam com os pontos de extremidade clínicos importantes tais como cataratas e a classificação por inteiro não tem sensibilidade para detectar alterações posturais bem^10,11.

Baseado no laboratório de medidas objetivas para oferecer informações precisas sobre a natureza da resposta de equilíbrio através da quantificação cinética (por exemplo, o centro de pressão), cinemática (por exemplo, mista de deslocamento de goniometria/membro) e neurofisiológicos (por exemplo, músculo pontos de extremidade de recrutamento)¹². Esses métodos podem identificar anormalidades antes de instabilidade postural é clinicamente evidente e controlar as alterações ao longo do tempo, incluindo respostas ao tratamento^13,14.

Ferramentas para quantificar a instabilidade Postural

Técnicas convencionais de Posturografia dinâmica comumente empregam plataformas móveis. Respostas posturais resultantes são quantificadas usando uma combinação de Posturografia, eletromiografia (EMG) e accelerometry de^15,de^12,16. No entanto, as respostas de baixo para cima de perturbações de plataforma - que evocam uma resposta como deslizar em um assoalho molhado, são fundamentalmente diferentes das respostas posturais descendente do teste clínico de tração -, que pode ocorrer quando sendo colidido em uma multidão. Emergentes evidência sugerem perturbações tronco produzem diferentes características posturais àqueles de mover as plataformas^17,18,19. Nesse sentido, outros tentaram perturbações tronco em laboratório usando técnicas complexas, incluindo motores, polias e pêndulos^15,20,21,22. Métodos de medição são muitas vezes caro e inacessível e compreendem de captura de movimento em vídeo que requer espaço dedicado em laboratórios especializados de^20,21. Idealmente, um método objetivo para caracterizar as respostas do teste de tração deve ter excelentes propriedades psicométricas, ser fácil de administrar, simples de operar, amplamente acessível e portátil. Isto é importante para facilitar a adoção generalizada da técnica como uma ferramenta de avaliação alternativa para avaliar respostas posturais no âmbito da investigação e, potencialmente, situações clínicas.

O teste de tração instrumentados

O objectivo do presente protocolo é oferecer pesquisadores uma técnica para a avaliação objectiva das respostas posturais para o teste de tração. Um sistema de captura de movimento eletromagnética semi portátil e amplamente disponíveis sustenta a técnica. A perturbação envolve trações manuais que não exigem sistemas mecânicos especializados. Este método tem sensibilidade suficiente para detectar pequenas variações nos tempos de reação posturais e amplitudes de resposta; Portanto, é adequado para capturar potenciais anormalidades Pontuação: do normal até instabilidade postural da classe 1 de acordo com a UPDRS (instabilidade postural com recuperação de equilíbrio não assistidas)⁵. Esse método também pode ser utilizado para explorar os efeitos da terapia na instabilidade postural. O protocolo descrito aqui é derivado no Tan et al.²³.

Todos os métodos descritos foram revistos e aprovados pelo Comitê de ética local pesquisa humana na saúde de Melbourne. Consentimento informado foi obtido o participante antes do estudo.

1. instalação de equipamentos

1. Prepare o rastreador de movimento eletromagnética com 3 sensores de movimento em miniatura conforme orientações do fabricante. Antes da coleta de dados, certifique-se de cada sensor é amostrado em um mínimo 250 Hz, o deslocamento é medido em unidades de milímetros e rotações (passo, rolo e guinada) são em graus. Certifique-se de que todas as filtragens internas estão desabilitadas, e a posição dos sensores definido para fazer referência a uma origem estática (geralmente o transmissor eletromagnético).
2. Apor uma célula de carga (variação de tensão mínima 100 N, S-tipo recomendado) para o cinto de paciente no ombro-nível usando uma corda com diâmetro mínimo de 10 mm.
   Nota: O sistema de cinto e corda são adequados para uso em participantes até 120 kg.
3. Conectar-se a célula de carga para a unidade de aquisição de dados (conversor de CPF04).
4. Conecte o gatilho a saída da unidade de aquisição de dados para uma entrada de disparo do controlador para garantir movimento sincronizado de gravação. Defina a unidade de aquisição de dados taxa de amostragem para coincidir com o rastreador de movimento e desabilitar a filtragem de todos.
5. Realizar o experimento em uma sala silenciosa para minimizar distrações durante a avaliação. Permita espaço suficiente para os participantes a tomar várias medidas corretivas para recuperar o equilíbrio.
   Nota: Pacientes com doença de Parkinson e retropulsão são conhecidos por dar 5-6 passos para trás durante o ensaio de tração.
6. Lugar cai esteira no chão, como medida de precaução.
7. Limpe o chicote de fios, sensores e fios com uma toalhita desinfetante da classe hospital antes de testar cada participante.
   Nota: Gravação de vídeo (por exemplo, usando uma câmera portátil em um tripé) do teste instrumentado puxar o procedimento é recomendado para que as irregularidades durante o processamento de dados podem ser referenciadas contra os dados de vídeo de um julgamento.

2. preparação e seleção participante

1. Identificar os participantes apropriados para estudo: participantes podem abranger uma gama de idades, condições de doença e gravidade onde respostas posturais são de interesse e avaliação de equilíbrio normalmente emprega o teste clínico de puxar. Certifique-se que os participantes podem ficar independente e gerar uma resposta de equilíbrio corretiva não requerem assistência para recuperar (ou seja, até grau 1 instabilidade postural de acordo com a UPDRS).
2. Excluir as pessoas com visão cardiovascular, vestibular e condições músculo-esqueléticas (incluindo pessoas que exigem Ortopedia pé ou talas), que podem afectar o desempenho do equilíbrio a menos que este é o tema da investigação, aqueles em contato precauções e aqueles na medicação conhecida por afetar o equilíbrio ou a atenção (por exemplo, antidepressivos, neurolépticos, benzodiazepínicos, anti-epilépticos, antiarrítmicos e diuréticos).
3. Tenho o participante vestir roupas soltas confortáveis no dia do experimento e retire os sapatos antes do procedimento de ensaio de tração.
4. Auxiliar o participante em vestir a cadeirinha de porta-malas personalizado com célula de carga. Clique as fivelas ao redor do peito e cintura. Certifique-se de correias de ajuste do arnês são apertadas, mas confortável. Não permita que mais de 50 milímetros de folga no equipamento de quando puxar a corda. Em participantes com instabilidade postural conhecido, certifique-se de que o assistente está presente quando o arnês é aplicado quando o participante está de pé.
5. Anexar sensores de movimento usando fita adesiva médica para o entalhe esternal (a nível da vértebra torácica em terceiro e segunda) e dos pés no maléolo do tornozelo direito e esquerdo.
   Nota: Aplicam-se os sensores em participantes com instabilidade postural conhecido na sessão. Todos os cabos devem ser roteados cuidadosamente para evitar riscos de viagem.
6. Pergunta o participante repousar os pés descalços, em uma posição confortável (de acordo com preferido base do participante de apoio) ao longo de marcações de linha vertical e horizontal no chão. Observe a posição de pés do participante. Pergunta o participante a Observe também que seus próprios pés posicionar para reverter para a mesma posição após cada tração. Monitorar o posicionamento de pés do participante após cada julgamento e pedir o participante a retornar à posição original de pés, se todos os desvios são observados.
7. Instrua o participante a concentrar-se na arte de 1,5 m em frente a nível olho com as mãos ao seu lado para minimizar distrações entre trações.

3. procedimento de ensaio de tração instrumentado

1. Realize o teste de tração instrumentado em conformidade com as diretrizes de teste de tração clínico descrito por UPDRS⁵.
2. Explicar o procedimento de teste e avise o participante que piso tem permissão para recuperar o equilíbrio após a puxar para trás. Desencorajar respostas antecipatórias como flexão do tronco para a frente, enrijecimento na postura ou joelho flexão antes do puxar. Observe estas respostas se eles ocorrerem durante o experimento.
3. Antes de cada tração, certifique-se do que participante está atento, pedindo o participante a se concentrar em um quadro pendurado na parede. Certifique-se o participante é pé na posição vertical, com os olhos abertos, mãos ao seu lado, e os pés colocados sobre os marcadores designados em uma posição confortável.
4. Fique atrás do participante. Aplica uma tração acelerada de força suficiente para gerar uma resposta de tronco e passo via a corda e mantida perpendicular ao nível do ombro do participante de célula de carga.
5. Depois de garantir que cada puxar o participante retorna aos pés originais posicionamento. Redefinir a posição designadas marcadores no chão e repita 35 vezes.
   Nota: O número de ensaios pode ser variado de acordo com o projeto experimental e população clínica.
6. Permitir que os participantes um curto descanso de 2 min após cada 10 ensaios ou conforme necessário para reduzir os efeitos da fadiga e garantir a atenção está voltada para a tarefa. Os participantes podem optar por sentar ou ficar. Solicite que os participantes se abstenham de falar entre as trações, a não ser solicitando uma pausa ou expressar desconforto durante o procedimento.
7. Como uma precaução de segurança adicional, certifique-se de que o assessor e assistente são em pé com as costas perto de uma parede, permitindo espaço para o participante a dar vários passos para trás.
   Nota: O avaliador deve estar sempre preparado para pegar o paciente. Um assistente é necessário para a segurança quando os participantes com instabilidade postural conhecido são avaliados.
8. Desanexar sensores e auxiliar o participante fora do arnês após a conclusão do procedimento de ensaio de tração instrumentado.

4. processamento de sinal

Nota: Utilize uma plataforma de ciência de dados apropriado como MATLAB, R ou Python. Comandos mostrados aqui são para MATLAB e código de exemplo está disponível como Arquivo suplementar.

1. Importar dados registrados durante a etapa de 3.4 em uma plataforma de ciência de dados apropriado: csvread().
2. Alinhar os movimento tracker e carga de celular dados usando sinais de gatilho e resample para uma maior taxa de amostragem: função de resample() de 1 kHz se necessário.
3. Passa-alta filtrar todos os movimento rastreamento e carregar dados da célula com uma frequência de corte de 0,05 Hz para remover deriva da linha de base: butter() e filtfilt().
4. Dobro, diferenciar o tronco rastreamento de movimento dados de deslocamento para obter tronco velocidade e aceleração: diff().
5. Usando um algoritmo de pico-deteção aplicada aos dados de célula de carga ou o sinal de gatilho, fatia gravações para obter épocas de cada individual pull teste julgamento: findpeaks() função.
6. Detectar e rejeitar os ensaios com o movimento de tronco antecipatória. Um deslocamento do tronco para a frente imediatamente antes da administração de tração geralmente apresenta-se como um pico pelo menos três desvios-padrão acima da média da linha de base do sensor de porta-malas: STD () e mean().
7. Determinar o tempo de reação postural como a diferença entre o início do deslocamento do tronco (3 desvios-padrão acima da média da linha de base) após o puxar e o ponto de viragem da curva de velocidade de tronco (indicando o início da desaceleração do tronco): Diferencie, diff() e detector de cruzamento de uso zero, zcd().
8. Determinar a magnitude da resposta postural como a desaceleração do pico do tronco: tembém ou Max ().
9. Calcular o tempo de reação de passo como a diferença entre o início do deslocamento do tronco (conforme 4.7) ao movimento inicial do membro passo a passo: 3 desvios-padrão acima da média da linha de base.
10. Determine a magnitude da resposta passo calculando o deslocamento total do pé em milímetros (mm), de pé inicial descolagem contatar do piso membro prendendo para trás retropulsão. Excluir os passos menos de 50 mm, como a alteração da base de apoio é considerada negligenciável²⁴: tembém ou Max ().
11. Calcular a força de tração máxima e taxa de desenvolvimento de força da célula de carga: Max () para puxar; Max () e diff() para a taxa de força.
    Nota: A força de tração de pico indica a força máxima instantânea entregue, Considerando que a taxa de força é a inclinação da força contra a curva do tempo indica quão rapidamente a força foi gerada.

Para investigar respostas tronco e passo em uma coorte de jovem, saudável,23, foi utilizado o teste de tração instrumentado (Figura 1). Trinta e cinco ensaios foram apresentados em série, com um estímulo auditivo entregado simultaneamente com cada tração (Figura 2). O estímulo auditivo foi 116 dB (alto) ou 90 dB (normal). O estímulo de alto tem sido demonstrado como suficiente para provocar efeitos de StartReact, onde respostas pré-preparadas são liberadas mais cedo por uma surpreendente de estímulo auditivo25. Efeitos de StartReact podem ser usados como uma sonda para explorar mecanismos subjacentes preparação motor26. O primeiro julgamento foi mantido para analisar as respostas unhabituated e quatro julgamentos subsequentes descartados para permitir efeitos de prática, que têm sido mostrados para se habituar ao longo de cinco ensaios iniciais27. Subsequentes testes habituados composta normal 20-intensidade e 10 ensaios altos misturaram aleatoriamente. Intervalos inter experimentais (10-15 s) eram variável. A análise foi feita utilizando modelos mistos lineares devido a vários fatores contribuintes que poderiam influenciar o tronco e passo respostas posturais (por exemplo, a variabilidade da força de tração entre ensaios ou participante altura e peso). Análise de modelos mistos lineares foi realizado utilizando a seguinte equação:

onde Yij é o tempo de reação do participante ou magnitude de resposta para julgamento eu, β0-5 são os coeficientes de efeito fixo, θ0j é o efeito aleatório para participante j (intercepção aleatória) , Εij e é o termo de erro.

A tração instrumentada testar respostas distintos do primeiro julgamento e efeitos de StartReact a uma perturbação para trás. Durante o primeiro julgamento, passo tempo de reação foi mais lento (primeiro-julgamento vs ensaios subsequentes significar diferença: 36,9 ms, p = 0,009), e piso tamanho era maior (primeiro-julgamento vs ensaios subsequentes significar diferença: 60 mm, p = 0,002) (tabela 1 ). Tempo de reação do porta-malas e a magnitude da resposta permaneceram inalteradas. StartReact efeitos apenas estiveram presentes no porta-malas para trações habituadas subsequentes. Um estímulo auditivo alto acelerou o tempo de reação do tronco (alto vs diferença média normal estímulos: 10,2 ms, p = 0,002) e aumento da amplitude de resposta de tronco (alto vs diferença média normal estímulos: 588 mm.s-2, p < 0,001) ( Figura 3 e tabela 2). Variáveis que contribuem para as respostas do teste de tração foram exploradas. Notavelmente, força de tração do examinador pico foi encontrada para influenciar o tamanho das respostas (p < 0,001) e tempos de reação de tronco (p < 0,001) piso (tabelas 3 e 4). Peso participante influenciado passo tempos de reação (p = 0,008) (tabela 3). Caso contrário, peso e altura participante não influenciou os resultados.

Figura 1 . Inicia-se a teste de tração instrumentados O teste de tração instrumentados permite que um assessor aplicar uma perturbação para trás do ombro-nível usando uma corda e aproveitar (a). A força da perturbação é gravada usando um medidor de força (b); a resposta do tronco através de um sensor colocado no entalhe esternal (c); e pisar através de sensores de maléolo do tornozelo esquerdo e direito (d). O sistema de rastreamento de movimento engloba uma unidade de processamento (e) que calcula a posição tridimensional de até quatro sensores em relação a um transmissor eletromagnético (f). Estímulos auditivos são entregues via fones de ouvido. Esta figura foi modificada em23. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2 . Os dados coletados de julgamento do teste instrumentado puxar um representante Linhas verticais tracejadas indicam marcadores no eixo tempo (t). O aparecimento de tração ocorre no marcador 0 com posterior início do deslocamento do tronco no marco 1. Deslocamento do tronco positivo indica movimento para trás. O estímulo auditivo começa na borda de queda do gatilho som, 21 ± 6 ms de força de tração de pico. O início da desaceleração do tronco no marcador 2 ocorre na reversão da velocidade do porta-malas de pico. A resposta postural (ou seja, tempo de reação do tronco) é definida como a diferença entre marcadores 2 e 1. . Esta figura foi modificada em23. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3 . Efeitos StartReact em respostas posturais de tronco. Dados brutos representativos dos ensaios único associados com o estímulo normal em 90 dB (normal), indicado pelas linhas cinzentas e estímulo auditivo alto em 116 dB (alto), indicado pelas linhas azuis. Linhas verticais tracejadas indicam marcadores no eixo de tempo. StartReact é demonstrado pelos tempos de reação mais rápida em velocidade de tronco ao estímulo auditivo alto, indicado pelo partido vertical linha azul, em comparação com o estímulo auditivo normal, indicado pela linha vertical quebrada cinza (A). Magnitude de resposta para a tarefa postural é derivada de aceleração de tronco. Linhas horizontais tracejadas indicam marcadores no eixo de aceleração de tronco. A maior magnitude de resposta é mostrada no julgamento do alto, conforme indicado pelo azul quebrado a linha horizontal que representa o ponto mínimo da curva de aceleração, em comparação com o julgamento normal, representado pela linha horizontal quebrada cinza (B). Esta figura foi modificada em23. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Tabela 1. Quer dizer diferenças (Δ) entre o primeiro julgamento de teste de tração e ensaios subsequentes com 90 dB (normal) ou 116 dB estímulos auditivos (altos) para o tempo de reação do passo e a magnitude da resposta. Esta tabela foi modificada em23.

Tabela 2. Quer dizer as diferenças (Δ) entre o primeiro julgamento de teste de tração e ensaios subsequentes com 90 dB (normal) ou 116 dB de estímulos auditivos (alto) para o tempo de reação do porta-malas e a magnitude da resposta. Esta tabela foi modificada em23.

Tabela 3. Estimativas de coeficiente, intervalos de confiança de 95% (CI) e significância estatística de pull instrumentado preditores resultantes de modelos mistos lineares para resposta de etapa de teste. Esta tabela foi modificada em23.

Tabela 4. Estimativas de coeficiente, intervalos de confiança de 95% (CI) e significância estatística instrumentado pull test preditores resultantes de modelos mistos lineares para a resposta do tronco. Esta tabela foi modificada em23.

Complementares de codificação do arquivo. Clique aqui para baixar este arquivo.

Não há conflitos de interesses, financeiros ou outro, são declarados pelos autores.