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Medicine

Um Protocolo de Avaliação Abrangente de Disfunção Bulbar em Esclerose Lateral Amiotrófica (ALS)

doi: 10.3791/2422 Published: February 21, 2011

Summary

Avaliações objetivas dos mecanismos fisiológicos que suportam discurso são necessárias para controlar o início da doença e progressão em pessoas com esclerose lateral amiotrófica e quantificar os efeitos do tratamento em ensaios clínicos. Neste vídeo, apresentamos uma solução global, protocolo de instrumentação baseada para quantificar o desempenho motor da fala em populações clínicas.

Abstract

Melhores métodos de avaliação comprometimento bulbar são necessários para acelerar o diagnóstico de disfunção bulbar em ALS, para prever a progressão da doença através de subsistemas de discurso, e para abordar a necessidade crítica de medidas de resultado sensível para curso ensaios clínicos de tratamento experimental. Para atender a essa necessidade, estamos a obtenção de perfis longitudinais de comprometimento bulbar em 100 indivíduos com base em uma avaliação de instrumentação baseada abrangente que medidas objetivas de rendimento. Usando abordagens instrumental para quantificar discurso comportamentos relacionados é muito importante em um campo que tem principalmente invocada subjetivo, perceptivo-auditiva as formas de avaliação da fala 1. Nosso protocolo de avaliação mede o desempenho em todos os subsistemas de discurso, que incluem respiratório, fonatório (laringe), resonatory (velofaríngea), e articulatórios. O subsistema de articulação é dividido em componentes facial (queixo e lábios), e da língua. Pesquisas anteriores sugeriram que cada subsistema discurso responde de forma diferente para doenças neurológicas como a esclerose lateral amiotrófica. O actual protocolo é projetado para testar o desempenho de cada subsistema discurso como forma independente de outros subsistemas possível. Os subsistemas de fala são avaliadas no contexto de mudanças mais globais para o desempenho da fala. Estas variáveis ​​discurso nível do sistema incluem a taxa de falar e inteligibilidade da fala.

O protocolo requer instrumentação especializada e software comerciais e personalizados. Os subsistemas respiratório, fonatório e resonatory são avaliados por meio de pressão de fluxo (aerodinâmico) e métodos acústicos. O subsistema de articulação é avaliada através de técnicas de rastreamento 3D movimento. As medidas objetivas que são usados ​​para quantificar a disfunção bulbar foram bem estabelecido na literatura fala e mostrar sensibilidade a mudanças em função bulbar com a progressão da doença. O resultado da avaliação é uma forma abrangente, em todo subsistema de perfil de desempenho para cada participante. O perfil, quando comparado com as mesmas medidas obtidas de controles saudáveis, é utilizado para fins de diagnóstico. Atualmente, estamos testando a sensibilidade e especificidade destas medidas para o diagnóstico de ELA e para prever a taxa de progressão da doença. No longo prazo, o endofenótipo mais refinada de ALS bulbar derivados deste trabalho está prevista para fortalecer os esforços futuros para identificar os loci genéticos de ALS e melhorar a especificidade do diagnóstico e tratamento da doença como um todo. A avaliação objetiva que é demonstrada neste vídeo pode ser usado para avaliar uma ampla gama de deficiências motoras da fala, incluindo as relacionadas com derrame lesão cerebral, traumáticas, esclerose múltipla e doença de Parkinson.

Protocol

Análises I. Subsistema

1. Subsistema respiratório / respiração para a fala

O subsistema respiratória é avaliada por meio do sistema fonatório aerodinâmica (PAS). O sistema permite gravações simultâneas de pressão oral, o fluxo de ar e acústica da fala (ver Tabela 1 para a lista de equipamentos e fabricantes). Uma máscara facial descartável e um tubo de pressão com sensor descartáveis ​​são necessários para as gravações. Antes da gravação, os canais de fluxo e pressão são calibrados de acordo com as especificações do fabricante.

  1. Capacidade vital (CV) é o volume máximo de ar que é exalado após a inalação máxima. VC é avaliada usando uma máscara descartável que é anexado ao pneumotacógrafo.
    1. O PAS "Vital Capacity" protocolo é seleccionado para a gravação.
    2. O participante é instruído a inspirar o máximo possível e expire ao máximo para a máscara, a tarefa é repetida três vezes.
    3. Volume expiratório máximo é obtido utilizando software PAS.
  2. Pressão subglótica (Ps) é a pressão do ar nos pulmões disponíveis para a produção de "pressão" consoantes. Ps é avaliada indiretamente através da medição da pressão de pico na boca durante a produção de um trem sílaba 2,3.
    1. O PAS "Voicing Eficiência" protocolo é seleccionado para a gravação.
    2. Para gravar a pressão oral durante / pa /, a pressão de detecção tubo é posicionada no interior da boca na superfície da língua.
    3. Passagens nasais são ocluídas com um clipe nasal para eliminar escapar fluxo potencial nasal ar.
    4. O participante é instruído a inalar cerca de duas vezes a quantidade normal de seus e dizer / pa / para a máscara facial. A sílaba / pa / é repetida sete vezes em uma exalação, enquanto mantém tom consistente e intensidade. A taxa é mantida em 1,5 sílabas por segundo.
    5. Pressão de pico por via oral é medida por cinco (meio) repetições de / pa /. Uma média dessas cinco produções são obtidas para representar Ps durante a fala.
    6. Porque covaries Ps com nível de pressão sonora (SPL) 4,5, a SPL também são coletados para cada sílaba. Ele é usado posteriormente como covariável durante as análises.
  3. Respiração e de fala é avaliada durante o discurso ligado enquanto os participantes lêem um parágrafo 60 palavra-padrão (Anexo 1) desenvolvido especificamente para precisos, detecção de pausa limite automático 6.
    1. O PAS "Maximum Fonação" protocolo é seleccionado para a gravação.
    2. O sinal de fluxo de ar são coletados usando uma máscara descartável que é caber em torno do rosto.
    3. O participante é instruído a ler o parágrafo em sua taxa normal de fala confortável e sonoridade.
    4. Traços fluxo de ar são exportados em um custom-made Análise do Discurso Pause (SPA) 7 programa de software em Matlab. Neste programa, as pausas na fala encadeada são identificados. O software calcula, entre outras medidas, tempo de pausa por cento, que é uma medida de tempo gasto pausa durante a leitura de uma passagem.

2. Subsistema fonatório

O subsistema fonatório é avaliada por meio de gravações de voz utilizando equipamentos de alta qualidade de gravação acústica (Tabela 1).

  1. O microfone é colocado a cerca de 15 cm de distância da boca.
  2. Um clipe nasal é usado para eliminar o efeito potencial da inadequação velofaríngea sobre a qualidade da fonação.
  3. O participante é convidado a produzir "Máximo de Fonação". Ele ou ela é instruída a inalar a quantidade máxima de ar e depois para phonate / a / em um pitch e loudness para o maior tempo possível. Esta tarefa é praticada pelo menos uma vez antes de gravar. A importância de colocar um esforço máximo é enfatizada.
  4. Duração máximo de fonação é medido em segundos usando a forma de onda acústica.
  5. A forma de onda acústica digitalizado é carregada no software de voz Perfil Multidimensional (MDVP) para análise. Medidas de tendência central e variabilidade da freqüência fundamental (F0), ruído-to-harmonic ratio (NHR) e jitter por cento, entre outros, são obtidos por meio de cinco segundos o intervalo de fonação.

3. Subsistema Resonatory

O subsistema resonatory é avaliada usando Nasometer. Este dispositivo consiste de um fone de ouvido com um anteparo, que é posicionado sob o nariz e separa as cavidades nasais orais e nasais. Dois microfones que detectam os sinais acústicos oral e nasal são anexados a lados opostos da placa.

  1. O dispositivo é calibrado antes de cada gravação.
  2. O headset é colocado na cabeça com a placa deflectora descansando acima do lábio superior e posicionado paralelo ao ground.
  3. O participante é convidado a repetir uma "nasal" (por exemplo, Mama fez algumas jam limão) e um "não-nasal" (por exemplo, comprar um filhote de cachorro Bobby) sentença de três vezes a uma taxa de falar habitual e sonoridade.
  4. As intensidades medida da porção exprimiu dos sinais orais e nasais acústica são convertidos em uma pontuação nasalância, que é definida como a razão entre nasal / energia acústica nasal + oral, e é expresso como uma percentagem. A pontuação nasalância reflete a proporção relativa de nasal para oral energia acústica em um fluxo de fala 8.
  5. O software calcula Nasometer inúmeras estatísticas descritivas da forma de onda nasalância.
  6. Nasalância distância, que é derivado, subtraindo o nasalância média calculada entre sentenças oral (BBP) da nasalância significa para as sentenças nasal (MMJ) 9, também pode ser usado como um índice de insuficiência velofaríngea.

4. Subsistema articulatórios: Face

Facial (lábio e queixo) Os movimentos são registrados em 3D usando uma resolução alta, sistema de captura óptica de movimento 10. O infravermelho câmeras de vídeo digitais capturam as posições de 15 marcadores reflexivos que são colocados na cabeça de cada participante e da face em pontos anatômicos específicos. Um sinal de voz acústico é gravado simultaneamente com cinemática discurso.

  1. O sistema é calibrado antes de gravações de acordo com as especificações do fabricante.
  2. Quatro marcadores estão ligados à testa do participante usando uma banda de cabeça. Marcadores também estão associadas à sobrancelha esquerda e direita, a ponte ea ponta do nariz, a borda do vermelhão do lábio superior e inferior, os cantos esquerdo e direito da boca, e para três locais diferentes no queixo. Esta é a matriz marcador típico usado neste protocolo, mas um número ilimitado de marcadores podem ser utilizados com este sistema.
  3. O participante é convidado a ler frases e frases (ver Tabela 2) em sua taxa de falar habitual e sonoridade.
  4. A "descanso" de gravação do arquivo é obtido e utilizado em pós-processamento para normalizar as diferenças de posicionamento entre as sessões de marcador e para re-expressão da relação de dados para o consistente anatomicamente baseada sistema de coordenadas, conforme necessário.
  5. No pós-processamento, os movimentos dos marcadores faciais são verificadas quanto a erros de rastreamento e chefe corrigida com base na subtração de ambos os componentes de translação e rotação do movimento da cabeça.
  6. Os dados são carregados na SMASH, um programa de software baseado em Matlab, desenvolvido em nosso laboratório. Dentro SMASH, os dados são filtrados e analisados. Pico de velocidade de movimento é derivada de cada traço e usado como o principal indicador da função de articulação para a mandíbula e lábios. Velocidade 3D é calculado como a derivada de primeira ordem da história euclidiana cada articulador da distância tempo em SMASH.

5. Subsistema articulatórios: Tongue

Rastreamento língua é realizado usando um dispositivo de rastreamento eletromagnéticos (WAVE), que registra a posição e rotação de sensores que estão ligados à língua. Ao contrário do que rastreia o movimento ótico que é usado para gravar externas, estruturas faciais, a tecnologia eletromagnética fornece uma maneira de rastrear com precisão os movimentos da língua durante a fala 11. O sistema utiliza uma combinação de 5 e 6 graus de liberdade (5DOF e 6DOF) sensores para registrar movimentos articulatórios em um volume calibrado (30 x 30 x 30 cm). Dados de movimento e os dados acústicos são adquiridas simultaneamente.

  1. Dois sensores estão ligados ao articuladores utilizando cola dental (Adhesive Periodontal PeriAcryl). Uma referência está ligado à ponte do nariz para gravar os movimentos da cabeça. Um pequeno sensor 5DOF (localização 3D e 2D medições angulares) está ligado à língua na linha média, cerca de 2 cm posterior à ponta da língua.
  2. Para obter os movimentos da língua que são independentes da mandíbula subjacente, cada participante está equipado com um pré-fabricados bloco de mordida 5 mm. O bloco de mordida é feito de non-toxic putty condensação (Henry Schein).
  3. O bloco de mordida é colocado entre os molares do lado da boca. Um fio preso ao bloco de mordida é garantido para enfrentar o participante para impedir a ingestão do bloco de mordida.
  4. O participante é convidado a ler frases e frases (ver Tabela 2).
  5. Os movimentos da língua são registrados em relação à posição da cabeça.
  6. Pós-aquisição, os dados são transferidos para SMASH, onde é filtrada passa-baixa, analisado com base no rastreamento de movimento vertical, e usado para calcular a velocidade 3D. A velocidade média e máxima de movimento durante cada enunciado é relatado como um índice de doença relacionada com a mudança deste articulador.

II. Nível do sistema de Avaliação

Além das variáveis ​​nível do subsistema, a inteligibilidade da fala e velocidade da fala são medidos. Estes meaAtendendo a que têm essencial porque eles são clínica atual "normas objetivo" que caracteriza o desempenho da fala bulbar. Eles fornecem uma indicação do estado funcional do sistema de produção da fala como um todo e quantificar a gravidade do comprometimento da fala. Estas medidas são obtidas utilizando o Teste de Inteligibilidade de Sentença (SIT) 12.

  1. Antes da gravação, uma lista aleatória de 10 frases de comprimento crescente (de 5 a 15 palavras) é gerado pelo software SIT.
  2. Um microfone é colocado na cabeça, cerca de 15 cm da boca.
  3. O participante é convidado a ler a lista em sua taxa de falar habitual e sonoridade. As sentenças são gravadas digitalmente em 44.1k usando uma resolução de 16 bits.
  4. Vários juízes formados que não estão familiarizados com o participante transcrever as frases ortograficamente e medir durações sentença.
  5. O software calcula automaticamente SIT inteligibilidade de fala, que é relatado como porcentagem de palavras corretamente transcritas em relação ao número total de palavras produzidas. Taxa de falar também é relatado como o número de palavras lidas por minuto.
Subsistema Equipamento / Software Sinal Configurações de aquisição
Respiratório Sistema de aerodinâmica da fonação (PAS), marca Kaypentax, Lincoln Park, NJ, EUA Acústica, pressão, vazão e = Taxa de amostragem de 200 Hz, Low-pass filtrada = 30Hz
Fonatório Compact flash gravador (por exemplo, PMD660),
Microfone de qualidade profissional,
SPL metros, Extech Instruments
Software: MDVP, marca Kaypentax
Acústico Taxa de amostragem = 44,01 kHz, 16 bit PCM linear
Resonatory Nasometer, modelo 6400, marca Kaypentax Acústico Taxa de amostragem de 11.025 Hz =
Articulatórios: Face Águia Digital System, Motion Analysis Corp Cinemática e acústico = Taxa de amostragem de 120 Hz, Low-pass filtrada = 10Hz
Articulatórios: Tongue WAVE, Northern Digital Inc., Canadá Cinemática e acústico = Taxa de amostragem de passar, 100Hz Low filtrada = 20Hz

Tabela 1: Instrumentação e aquisição de configurações para o sistema de sub-coleta de dados

Nível Tarefa Medições Referências e Normas
Respiratório VC Volume pulmonar expiratória máxima 13
/ Pa / x 7 Pressão subglótica 2, 3
Passagem de bambu Tempo de pausa% 6, 7, 14
Fonatório Máximo de fonação / a / Duração máximo de fonação, a média de jitter, F0, SNR 15, 16, 17, 3
Resonatory Mama fez algumas jam limão; Bobby Compre um cachorro Nasalância 18, 19
Articulatórios: Face Bobby comprar um filhote de cachorro; Say _ novamente (bat, maré, manter, ferramenta) Velocidade de movimento 20, 21
Articulatórios: Tongue / Ta / x 5, Say doily novamente
Em nível de sistema SIT, Sentenças Inteligibilidade da fala e fala 12

Tabela 2: As medidas obtidas para cada subsistema e da tarefa

Apêndice 1: passagem de bambu

Paredes de bambu estão começando a ser muito popular. Eles são fortes, fácil de usar, e com bom aspecto. Eles oferecem uma boa base e criar o clima nos jardins japoneses. O bambu é uma grama, e é uma das ervas que crescem mais rapidamente no mundo. Muitas variedades de bambu são cultivadas na Ásia, embora também seja cultivado na América. No ano passado, comprou uma casa nova e tem vindo a trabalhar sobre os jardins de flores. Em mais alguns dias, vamos ser feito com a parede de bambu em um dos nossos jardins. Temos realmente gostei do projeto.

Discussion

Aqui demonstramos um protocolo abrangente para a avaliação da bulbar (fala) disfunção em ALS. Os dados obtidos a partir deste protocolo são usados ​​para obter uma compreensão mais profunda de como ALS afeta produção da fala. Estes dados também são utilizados para identificar as medidas mais sensíveis da progressão da doença. Embora este protocolo está sendo empregada para a pesquisa, os resultados desta pesquisa serão utilizados para desenvolver abordagens mais custo-eficiente e clinicamente viável para quantificar o envolvimento bulbar.

Disclosures

Não há conflitos de interesse declarados.

Acknowledgments

Este trabalho foi apoiado pelo Instituto Nacional de Saúde, Instituto Nacional de Surdez e Outros Distúrbios de Comunicação, Grant R01DCO09890-02, Fundação Canadense para Inovação (CFI-LOF # 15704), e Fundação Connaught, da Universidade de Toronto. Os autores gostariam de agradecer a Cynthia Didion, Mili Kuruvilla, Krista Rudy, e Lori Synhorst de assistência com a coleta e análise de dados, e Cara Ullman para a criação de clipes de vídeo.

Animações foram feitas por Publishing Blue Tree ( http://www.bluetreepublishing.com/ )

O SPA e software Matlab SMASH é baseado e pode ser obtido entrando em contato com Jordan Verde em jgreen4@unl.edu.

Visite nossos laboratórios:

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Phonatory Aerodynamic System (PAS) KayPENTAX
Compact flash recorder PMD660
Professional quality microphone
SPL meter Extech Instruments
MDVP KayPENTAX
Nasometer KayPENTAX Model 6400
Eagle Digital System Motion Analysis Corp.
WAVE Northern Digital Inc, Canada

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References

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Yunusova, Y., Green, J. R., Wang, J., Pattee, G., Zinman, L. A Protocol for Comprehensive Assessment of Bulbar Dysfunction in Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS). J. Vis. Exp. (48), e2422, doi:10.3791/2422 (2011).More

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