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Medicine

Un Protocolo de Evaluación Integral de la disfunción bulbar de la Esclerosis Lateral Amiotrófica (ALS)

doi: 10.3791/2422 Published: February 21, 2011

Summary

Evaluaciones objetivas de los mecanismos fisiológicos que el apoyo del habla son necesarias para controlar la enfermedad de inicio y la progresión de las personas con ELA y para cuantificar los efectos del tratamiento en los ensayos clínicos. En este vídeo, se presenta una completa instrumentación basada en el protocolo para cuantificar el rendimiento motor del habla en poblaciones clínicas.

Abstract

Mejora de los métodos para evaluar el deterioro bulbar son necesarios para acelerar el diagnóstico de la disfunción bulbar en la ELA, para predecir la progresión de la enfermedad a través de los subsistemas del habla, y para abordar la necesidad crítica de las medidas de resultado más sensibles para los ensayos en curso de tratamiento experimental. Para satisfacer esta necesidad, estamos obteniendo perfiles longitudinales de deterioro bulbar en 100 individuos en base a una amplia instrumentación basada en la evaluación de que las medidas objetivas de rendimiento. Utilizando métodos instrumentales para cuantificar las conductas relacionadas con el habla es muy importante en un campo que se ha basado principalmente en la subjetiva, la percepción auditiva, formas de evaluación de la conversación 1. Nuestro protocolo de evaluación de las medidas de desempeño a través de todos los subsistemas del habla, que son los respiratorios, fonación (laringe), resonatory (velofaríngea), y articulatorios. El subsistema de articulación se divide en los componentes faciales (mandíbula y el labio), y la lengua. La investigación previa ha sugerido que cada subsistema discurso responde de manera diferente a las enfermedades neurológicas como la esclerosis lateral amiotrófica. El protocolo actual está diseñada para evaluar el desempeño de cada subsistema de expresión como forma independiente de otros subsistemas como sea posible. Los subsistemas del habla que se evalúan en el contexto de los cambios más globales para el desempeño del habla. Estas variables del sistema discurso nivel incluyen velocidad de habla y la inteligibilidad del habla.

El protocolo requiere instrumentos especializados, y el software comercial y la costumbre. Los subsistemas de las vías respiratorias, fonatorio, y resonatory se evalúan mediante la presión de flujo (aerodinámico) y los métodos acústicos. El subsistema de articulación se evalúa mediante técnicas de seguimiento de movimiento 3D. Las medidas objetivas que se utilizan para cuantificar deterioro bulbar ha sido bien establecida en la literatura de habla y mostrar sensibilidad a los cambios en la función bulbar con progresión de la enfermedad. El resultado de la evaluación es una solución amplia, a través de subsistema de perfil de rendimiento para cada participante. El perfil, en comparación con las mismas medidas obtenidas de controles sanos, se utiliza con fines de diagnóstico. Actualmente, estamos probando la sensibilidad y especificidad de estas medidas para el diagnóstico de ELA y para predecir la tasa de progresión de la enfermedad. En el largo plazo, el endofenotipo más refinado de la ELA bulbar derivados de este trabajo se espera fortalecer los esfuerzos futuros para identificar los loci genéticos de la ELA y mejorar la especificidad de diagnóstico y tratamiento de la enfermedad en su conjunto. La evaluación objetiva que se demuestra en este vídeo se puede utilizar para evaluar una amplia gama de trastornos motores del habla, incluyendo aquellos relacionados con derrame cerebral, lesión cerebral traumática, esclerosis múltiple y la enfermedad de Parkinson.

Protocol

I. Subsistema de Análisis

1. Subsistema de las vías respiratorias / respiración para el habla

El subsistema de las vías respiratorias es evaluada usando el sistema fonatorio aerodinámica (PAS). El sistema permite la grabación simultánea de la presión oral, el flujo de aire y la acústica del habla (ver Tabla 1 para la lista de equipos y fabricantes). Una mascarilla desechable y un tubo desechable de detección de presión son necesarias para las grabaciones. Antes de la grabación, los canales de flujo y la presión son calibrados de acuerdo a las especificaciones del fabricante.

  1. Capacidad vital (CV) es el volumen máximo de aire que se exhala después de una inhalación máxima. VC se evalúa usando una mascarilla desechable que se adjunta a la neumotacógrafo.
    1. El PAS "Capacidad Vital" se selecciona el protocolo para la grabación.
    2. El participante se le instruye para inhalar como máximo posible y exhalar al máximo en la máscara, la tarea se repite tres veces.
    3. Volumen espiratorio máximo se obtiene utilizando el software SAP.
  2. La presión subglótica (Ps) es la presión de aire disponible en los pulmones para la producción de "presionar" a las consonantes. Ps es evaluado indirectamente mediante la medición de la presión máxima en la boca durante la producción de un tren sílaba 2,3.
    1. El PAS "Eficiencia voces" se selecciona el protocolo para la grabación.
    2. Para registrar la presión oral durante / pa /, la detección de presión del tubo se coloca dentro de la boca en la superficie de la lengua.
    3. Las fosas nasales se ocluyen con una pinza en la nariz para eliminar el potencial de escape de flujo de aire nasal.
    4. El participante se le pide que inhale aproximadamente el doble de su cantidad normal y decir / pa / en la máscara de la cara. La sílaba / pa / se repite siete veces en una exhalación, mientras se mantiene constante tono y volumen. La tasa se mantiene en el 1,5 sílabas por segundo.
    5. Presión oral, pico se mide por cinco (centro) repeticiones de / pa /. Un promedio de estas cinco producciones se obtiene de representar Sal durante el habla.
    6. Porque covaría Sal con el nivel de presión sonora (SPL) 4,5, el SPL también se recoge para cada sílaba. Se utiliza posteriormente como covariable en los análisis.
  3. La respiración del habla se evalúa durante el habla, mientras que los participantes leyeron un estándar de 60 palabras del párrafo (Anexo 1) desarrollado específicamente para automático y exacto pausa-límite de detección de 6.
    1. El PAS "fonación máxima" se selecciona el protocolo para la grabación.
    2. La señal de flujo de aire se recoge mediante una máscara desechable que se ajuste alrededor de la cara.
    3. El participante se le pide que lea el párrafo en su ritmo normal cómodo hablando y volumen.
    4. Las huellas del flujo de aire se exportan en un encargo del habla y el análisis de pausa (SPA) 7 programa de software en Matlab. En este programa, las pausas en el discurso se identifican. El software calcula, entre otras medidas, el tiempo de pausa por ciento, que es una medida de tiempo dedicado a hacer una pausa durante la lectura de un pasaje.

2. Subsistema de fonación

El subsistema de fonación se evalúa a través de grabaciones de voz a través de equipos de alta calidad de grabación acústica (tabla 1).

  1. El micrófono está situado a unos 15 cm de distancia de la boca.
  2. Un clip nasal se usa para eliminar el efecto potencial de la insuficiencia velofaríngea en la calidad de la fonación.
  3. El participante se compromete a producir "fonación máxima". Él o ella se le instruye para inhalar la mayor cantidad de aire y luego a phonate / a / en un tono normal y la intensidad durante el mayor tiempo posible. Esta tarea se practica al menos una vez antes de la grabación. La importancia de poner el máximo esfuerzo se pone de relieve.
  4. Duración de la fonación máxima se mide en segundos, usando la forma de onda acústica.
  5. La forma de onda acústica digitalizada se carga en el perfil multidimensional de voz (MDVP) de software para el análisis. Medidas de tendencia central y variabilidad de la frecuencia fundamental (F0), el ruido a relación armónica (NHR) y jitter por ciento, entre otros, se obtienen por medio de cinco segundos de intervalo de la fonación.

3. Subsistema Resonatory

El subsistema de resonatory se evalúa con Nasometer. Este dispositivo consta de un auricular con un deflector, que se coloca debajo de la nariz y separa las cavidades orales y nasales. Dos micrófonos que detectan las señales acústicas orales y nasales están unidos a los lados opuestos de la placa.

  1. El aparato se calibra antes de cada grabación.
  2. El auricular se coloca en la cabeza con el deflector de descanso por encima del labio superior y se coloca paralela a la ground.
  3. El participante se le pide que repita una "nariz" (por ejemplo, mamá hizo un poco de mermelada de limón) y un "no nasales" (por ejemplo, comprar un perrito Bobby) sentencia de tres veces a una velocidad de habla habitual y el volumen.
  4. La intensidad de medida de la porción de voz de las señales acústicas oral y nasal se convierten en una puntuación nasalance, que se define como la relación entre nasal / nasal + energía acústica oral, y se expresa como un porcentaje. La puntuación nasalance refleja la proporción relativa de la energía acústica nasal a oral en un flujo del habla 8.
  5. El software calcula Nasometer numerosas estadísticas descriptivas de la forma de onda nasalance.
  6. Nasalance distancia, que se obtiene restando la media calculada a través de nasalance frases oral (BBP) de la nasalance media de las frases nasal (MMJ) 9, también se puede utilizar como un índice de deterioro velofaríngea.

4. Subsistema de articulación: la cara

Faciales (labio y la mandíbula) se registran movimientos en 3D con alta resolución, sistema óptico de captura de movimiento 10. Las cámaras termográficas de vídeo digital de captura de las posiciones de los 15 marcadores reflectantes que se adjuntan a la cabeza de cada participante y la cara en puntos anatómicos específicos. Una señal acústica del habla se registra simultáneamente con la cinemática del habla.

  1. El sistema se calibra antes de las grabaciones de acuerdo a las especificaciones del fabricante.
  2. Cuatro marcadores están unidos a la frente de los participantes con una banda para la cabeza. Los marcadores también están asociadas a la ceja izquierda y la derecha, el puente y la punta de la nariz, el borde del bermellón del labio superior e inferior, las esquinas izquierda y derecha de la boca, y en tres lugares diferentes en la barbilla. Esta es la matriz de marcadores típicos utilizados en este protocolo, pero un número ilimitado de marcadores se pueden utilizar con este sistema.
  3. El participante se compromete a leer las oraciones y frases (ver Tabla 2) en su velocidad de habla habitual y el volumen.
  4. Un "silencio" de archivos de grabación se obtiene y se utiliza en post-proceso para normalizar las diferencias en la colocación del marcador entre las sesiones y para la re-expresión de la relación de datos a la constante anatómicamente basados ​​en el sistema de coordenadas, según sea necesario.
  5. Durante el post-procesamiento, los movimientos de los marcadores faciales se comprueban los errores de seguimiento y la cabeza con corrección basado en la sustracción de los componentes tanto de traslación y rotación de movimiento de la cabeza.
  6. Los datos se cargan en Smash, un programa de software basado en Matlab desarrollados en nuestro laboratorio. Dentro de SMASH, los datos se filtran y se analiza. Velocidad máxima movimiento se deriva de cada trazo y se utiliza como el principal indicador de la función de articulación de la mandíbula y los labios. Velocidad en 3D se calcula como la derivada de primer orden de la historia euclidiana distancia cada articulador de tiempo en Smash.

5. Subsistema de articulación: la lengua

Seguimiento de la lengua se lleva a cabo utilizando un dispositivo de rastreo electromagnético (WAVE), que registra la posición y la rotación de los sensores que están conectados a la lengua. A diferencia del seguimiento de movimiento óptico que se utiliza para registrar las estructuras externas, facial, la tecnología electromagnética proporciona una manera de seguir con precisión los movimientos de la lengua durante el discurso de 11. El sistema utiliza una combinación de 5 y 6 grados de libertad (5DOF y 6DOF) sensores para registrar los movimientos articulatorios en un volumen calibrado (30 x 30 x 30 cm). Datos de movimiento y los datos acústicos se adquieren al mismo tiempo.

  1. Dos sensores están conectados a los articuladores con pegamento dental (adhesivo PeriAcryl periodontal). Una referencia que se adjunta al puente de la nariz para registrar los movimientos de la cabeza. Un pequeño sensor 5DOF (ubicación en 3D y 2D medidas angulares) se une a la lengua en la línea media, de aproximadamente 2 cm por detrás de la punta de la lengua.
  2. Para obtener los movimientos de la lengua que son independientes de la mandíbula subyacente, cada participante está equipado con un pre-hechos bloque de mordida 5 mm. El bloque de mordida es de condensación masilla no tóxica (Henry Schein).
  3. El bloque de mordida se coloca entre los molares en el lado de la boca. Una cuerda atada a la pieza de mordida se fija a la cara de los participantes para evitar que se de la manzana mordida.
  4. El participante se compromete a leer las oraciones y frases (ver Tabla 2).
  5. Movimientos de la lengua se registran en relación con la posición de la cabeza.
  6. Posterior a la adquisición, los datos se transfieren en SMASH, donde se pasa bajos filtrada, analizada sobre la base de la traza de movimiento vertical, y se utiliza para calcular la velocidad en 3D. La velocidad media y máxima de circulación en cada emisión se presenta como un índice de enfermedades relacionadas con el cambio de este articulador.

II. A nivel del sistema de evaluación

Además de las variables a nivel de subsistema, la inteligibilidad del habla y la velocidad de la voz se miden. Estos meadas son esenciales porque son clínicas actuales "estándares objetivo" que caracteriza el desempeño discurso bulbar. Que proporcionan una indicación del estado funcional del sistema de producción del habla como un todo y cuantificar la gravedad del deterioro del habla. Estas medidas se obtienen mediante la prueba de inteligibilidad Sentencia (SIT) 12.

  1. Antes de la grabación, una lista aleatoria de 10 frases de una longitud cada vez mayor (de 5 a 15 palabras) es generado por el software de SIT.
  2. Un micrófono se coloca en la cabeza, a unos 15 cm de la boca.
  3. El participante se compromete a leer la lista en su velocidad de habla habitual y el volumen. Las sentencias son grabadas digitalmente en 44,1 con una resolución de 16 bits.
  4. Varios jueces capacitados que están familiarizados con el participante transcribir las frases ortográficamente y medir la duración de la sentencia.
  5. El software calcula automáticamente SIT inteligibilidad de la palabra, que se encuentra por ciento de las palabras transcritas correctamente con respecto al número total de palabras producidas. Velocidad de la voz también se informó que el número de palabras leídas por minuto.
Subsistema Equipo / Software Señal Configuración de adquisición
Respiratorio Sistema fonatorio aerodinámica (PAS), KayPENTAX, Lincoln Park, NJ, EE.UU. Acústica, presión y flujo Frecuencia de muestreo = 200 Hz, paso bajo filtrada = 30Hz
Fonatorio Compact Flash grabadora (por ejemplo, PMD660),
Micrófono de calidad profesional,
SPL metros, Extech Instruments
Software: MDVP, KAYPentax
Acústico Frecuencia de muestreo = 44,01 kHz, 16 bits PCM lineal
Resonatory Nasometer, modelo 6400, KAYPentax Acústico Frecuencia de muestreo = 11025 Hz
Articulatorios: Cara Águila sistema digital, Análisis de movimiento Corp. Cinemática y acústico Frecuencia de muestreo = 120 Hz, paso bajo filtrada = 10Hz
Articulatoria: Lengua WAVE, Norte Digital Inc, Canadá Cinemática y acústico Frecuencia de muestreo = pasar de 100 Hz, 20 Hz = Low filtrada

Tabla 1: Configuración de Instrumentación y adquisición para la recolección de sub-sistema de datos

Nivel Tarea Mediciones Referencias y Normas
Respiratorio VC Volumen espiratorio máximo pulmonar 13
/ Pa / x 7 La presión subglótica 2, 3
El paso de bambú % Tiempo de pausa 6, 7, 14
Fonatorio Fonación máxima / / a Duración de la fonación máxima, media jitter F0, SNR 15, 16, 17, 3
Resonatory Mamá hizo un poco de mermelada de limón; Bobby Comprar un cachorro Nasalance 18, 19
Articulatorios: Cara Bobby comprar un cachorro, Di _ una vez más (bat, marea, mantener, la herramienta) La velocidad de movimiento 20, 21
Articulatoria: Lengua / Ta / x 5, Di tapete una vez más
A nivel de sistema SIT, Sentencias Inteligibilidad del habla y la velocidad de la voz 12

Tabla 2: Las mediciones obtenidas para cada subsistema y de la tarea

Apéndice 1: el paso de bambú

Paredes de bambú están llegando a ser muy popular. Ellos son fuertes, fáciles de usar, y de buen aspecto. Que proporcionan una buena base y crear el ambiente en los jardines japoneses. El bambú es una hierba, y es una de las hierbas de más rápido crecimiento en el mundo. Muchas variedades de bambú se cultiva en Asia, aunque también se cultiva en Estados Unidos. El año pasado compramos una casa nueva y han estado trabajando en los jardines de flores. En unos días más, vamos a hacer con la pared de bambú en uno de nuestros jardines. Realmente hemos disfrutado el proyecto.

Discussion

Aquí hemos demostrado un protocolo completo para la evaluación de la bulbar (voz) disfunción en la ELA. Los datos obtenidos de este protocolo se utilizan para obtener una comprensión más profunda de cómo la ELA afecta a la producción del habla. Estos datos también se utilizan para determinar las medidas más sensibles de la progresión de la enfermedad. Aunque este protocolo está siendo empleado para la investigación, los resultados de esta investigación serán utilizados para desarrollar métodos más rentables y factibles de cuantificar clínicamente participación bulbar.

Disclosures

No hay conflictos de interés declarado.

Acknowledgments

Este trabajo ha sido financiado por el Instituto Nacional de Salud, Instituto Nacional de la Sordera y Otros Desórdenes de Comunicación, Grant R01DCO09890-02, la Fundación Canadiense para la Innovación (CFI-LOF # 15704), y Connaught Fundación de la Universidad de Toronto. Los autores desean agradecer a Cynthia Didion, Kuruvilla Mili, Rudy Krista, y Lori Synhorst para obtener ayuda con la recopilación de datos y análisis, y Ullman Cara para crear clips de vídeo.

Las animaciones fueron realizadas por Editorial Blue Tree ( http://www.bluetreepublishing.com/ )

El SPA y el software basado en Matlab es SMASH y se pueden obtener poniéndose en contacto con Jordan Green en jgreen4@unl.edu.

Visita nuestros laboratorios:

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

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).

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