Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

Koordinere Kortlægning af Hyolaryngeal Mechanics synke

doi: 10.3791/51476 Published: May 6, 2014

Summary

Koordinere mapping er en metode til at dokumentere iøjnefaldende træk ved hyolaryngeal biomekanik i svælg fase synke. Denne metode benytter billede analyse software til at registrere koordinaterne for anatomiske vartegn. Disse koordinater importeres til en Excel-makro og oversat til kinematiske variable af interesse nyttig i dysfagi forskning.

Abstract

Karakterisering af hyolaryngeal bevægelse er vigtig for dysfagi forskning. Tidligere metoder kræver flere målinger for at opnå en kinematisk måling mens koordinere kortlægning af hyolaryngeal mekanik brug af modificeret Barium Swallow (MBS) bruger et sæt koordinater til at beregne flere variabler af interesse. Til demonstration blev ti kinematiske målinger genereres fra ét sæt koordinater til at bestemme forskelle i synke to forskellige bolus typer. Beregninger af hyoid udflugt mod ryghvirvler og underkæben er korreleret til at bestemme betydningen af ​​akser reference.

For at demonstrere koordinere kortlægning metode blev 40 MBS undersøgelser tilfældigt udvalgt fra et datasæt af sunde normale forsøgspersoner uden kendt synke værdiforringelse. En 5 ml tynd væske bolus og et 5 ml budding svaler blev målt fra hvert emne. Ni koordinater kortlægning kranie base, underkæbe, ryghvirvler og elementer af Hyolarynx-kompleks, blev registreret ved rammerne for minimum og maksimum hyolaryngeal udflugt. Koordinater blev matematisk konverteret til ti variabler af hyolaryngeal mekanik.

Inter-rater pålidelighed blev evalueret ved Intraclass korrelationskoefficienter (ICC). To-tailed t-test blev anvendt til at evaluere forskelle i kinematik efter bolus viskositet. Hyoid udflugt målinger mod forskellige akser referencerammer var korreleret. Inter-rater pålidelighed blandt seks testere for de 18 koordinater varierede fra ICC = 0,90 til 0,97. En skifer af ti kinematiske målinger blev sammenlignet efter emne mellem de seks raters. En outlier blev afvist, og gennemsnittet af de resterende reliabilitetsscores var ICC = 0,91, 0,84 til 0,96, 95% CI. Tohalede t-test med Bonferroni korrektioner sammenligner ti kinematiske variable (5 ml tynd flydende vs 5 ml budding svaler) viste statistisk signifikante forskelle i hyoid udflugt, overlegen larynx bevægelse og svælg shortening (p <0,005). Pearson korrelationer af hyoid udflugt målinger fra to forskellige akser referencerammer var: r = 0,62, r 2 = 0,38, (tynd væske); r = 0,52, r2 = 0,27 (budding).

Indhentning skelsættende koordinater er en pålidelig metode til at generere flere kinematiske variable fra video fluoroskopiske billeder er nyttige i dysfagi forskning.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Svælg fase synke er en kompleks proces, der involverer mere end tyve muskler og flere skeletelementer at overføre en bolus fra mundhulen i spiserøret og samtidig beskytte luftvejene. Foregående svælg konstriktion, elementer af hyolaryngeal kompleks (tungebenet, strubehoved og tilknyttede strukturer, herunder den øverste esophageal sphincter) er forskudt til at konvertere en respiratorisk ledning ind i en fordøjelseskanalen. Strubehovedet er re-placeret anteriort væk fra bane af en modkørende bolus, og den øverste esophageal sphincter strækkes åben. Kinematiske målinger taget fra video fluoroskopiske synke undersøgelser (også kendt som en MBS eller Modified Barium Swallow Studies) er den primære forskning metode til at kvantificere de mange bevægelser hyolaryngeal kompleks 1..

Mens kvantitativ video fluoroskopiske målinger er nyttige til måling synke funktion, de forskellige akser henvisningog skalarer af måleresultatet i fund, der er uforenelige blandt de forskellige metoder til kinematiske målinger 2. Bevægelsen af ​​patienten og fluoroscope under manuel kliniker kontrol forvirrer også nøjagtigheden af ​​måling af dette kompleks fysiologisk proces. Endnu vigtigere, behøver kinematiske målinger ikke nødvendigvis afspejler struktur-til-funktion relationer vigtige for at vurdere, uorganiseret synke. Kinematik hyoid især er designet til at spore bevægelse i en anterior eller bedre retning i forhold til en anatomisk plan på linie med hvirvlerne. Men denne konfiguration ikke repræsenterer aktionslinje af muskler, der suspenderer hyoid.

En to-slynge mekanisme hyolaryngeal elevation i svælg fase synke er blevet identificeret (figur 1) 3,4. De suprahyoid muskler omfatter forreste muskuløs slynge, og de lange svælg muskler omfatter posterior muskuløs slynge. Disse muskler ophøje forskellige elementer af hyolaryngeal kompleks herunder hyoid, strubehoved, og strukturer, der danner den øvre esophageal sphincter.

Koordinere kortlægning af hyolaryngeal mekanik udnytter ni let identificerbare anatomiske kendetegn at kortlægge tre skelet håndtag og funktioner i hyolaryngeal komplekse repræsenterer fastgørelsespunkter i den forreste og bageste muskuløse slynger (figur 2). Under synke, hver skelet håndtag og træk den hyolaryngeal kompleks er i bevægelse. Ved at samle koordinater, kan systemet blive fanget i en tidsramme. Trigonometrisk konvertering af koordinater kan bruges til at generere flere kinematiske målinger af hyolaryngeal bevægelse under synke. Variable kan beregnes til sammenligning med resultater rapporteret i litteraturen, eller bruges til at generere nye målinger repræsenterer struktur-til-funktion forhold af interesse.

Det primære formål med dette oplæg er at demonstrere en metode til generering af flere kinematiske målinger beregnet ud fra et enkelt sæt anatomiske skelsættende koordinater indsamlet fra Modified Barium Swallow (MBS) undersøgelser. Vi dokumenterer pålideligheden af ​​denne metode ved hjælp Intraclass korrelationskoefficienter at bestemme den inter-rater pålidelighed 6 forskellige efterforskere herunder en ekspert, tre testere med erfaring, og to novicer. Fra de kinematiske resultater, er forskelle i synke mekanik ved bolus konsistens evalueret. Endelig foreslås af Molefenter og Steele spørgsmål om betydningen af ​​referenceaksen til måling hyoid bevægelse behandles. At nærme sig dette spørgsmål, vi sammenligne målinger af hyoid udflugt i forhold til ryghvirvlerne og i forhold til underkæben, beregnet ud fra den samme koordinater for begge bolus typer. Hvis disse to metoder til måling af hyoid bevægelse repræsenterer den samme struktur til at fungere relationerhofte, så resultaterne bør stærkt korreleret.

Til denne undersøgelse blev 40 laterale view MBS undersøgelser tilfældigt udvalgt fra en samling af 139 normale undersøgelser under et forsknings-protokol godkendt af Georgien Regents University Institutional Review Board og i forskningssamarbejde med Evelyn Trammell Institut for Voice og synke på det medicinske universitet i South Carolina. For at demonstrere anvendeligheden af denne metode blev ti variable kendetegner hyolaryngeal kinematik beregnet ud fra det samme sæt af koordinere data (tabel 1). Syv af disse beregnede målinger har tidligere været anvendt i litteraturen, herunder: forreste og overlegen målinger hyoid distance i forhold til ryghvirvlerne 5; forreste og overlegen hyoid forskydning i forhold til C2-4 længde, også i forhold til ryghvirvlerne 6; overlegen bevægelse af strubehovedet i forhold til hvirvlerne 7; hyolaryngeal approximation 1; og maksimal hyoid udflugt i forhold til ryghvirvlerne 1.. Desuden blev tre nye målinger beregnes: svælg afkortning tilnærme de vedhæftede filer i palatopharyngeus muskel, larynx elevation efter en linje af handling repræsenterer stylopharyngeus og hyoid udflugt tilnærmelse af vedhæftede filer i de suprahyoid muskler 4,8.

En ekspert hoved og hals anatom (WP), tre efterforskere med begrænset erfaring tager målinger (CJ, SR, TT), og to nybegyndere efterforskere (RS, JT) opnået koordinere kortdata anvendelse af protokollen beskrevet nedenfor. Eksperten (WP) er uddannet de tre bedømmere med erfaring, og disse til gengæld trænet de to nybegyndere raters. Inter-Rater pålidelighed koordinere data og resultater beregnet ud fra koordinater efter emne blev bestemt ved Intraclass korrelationskoefficienter 9. To tailed t-tests blev udført på hver variabel for at bestemme statistically signifikante forskelle i bolus typer. En Pearson korrelationskoefficient og en koefficient på beslutsomhed blev brugt til at vurdere overensstemmelse mellem resultaterne af hyoid udflugt beregnet med ryghvirvler som referenceaksen versus hyoid udflugt med underkæben som en akse referencepunkt for 5 ml tynd væske svale og 5 ml budding svale.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1.. Konfiguration af en computer

  1. For Macintosh hente følgende open source eller freeware software: ImageJ, MACX Video Converter Free Edition (Mac) og QuickTime (se tabel materiale / udstyr).
  2. For en pc, kan du downloade følgende open source eller freeware software: ImageJ, MPEG Streamclip (PC) og QuickTime (se tabel materiale / udstyr).

2.. Forberedelse videoklip

  1. Fil konvertering. Konvertere rå videofiler i. Mov til indsamling af data i ImageJ. Bemærk: anvendelige videoer skal omfatte underkæben hårde gane, C1-C4 ryghvirvler, strubehovedet og svælget i synsfeltet. ImageJ værktøjer kan forbedre billedkvaliteten spørgsmål.
    1. Med en pc, skal du bruge MPEG Streamclip, indlæse rå. Avi videofil via File >> Open Files og vælge det ønskede klip. Vælg Fil >> Eksporter til QuickTime.
    2. Med en Mac, kan du bruge MACX Video Converter, klik på "Tilføj Fil" og vælg video (r) for samarbejdenversionen. Kan konverteres på én gang ved hjælp af dette program flere videoer der.
    3. I Output Indstillinger skal du klikke på knappen Gennemse, og vælg den ønskede placering for at gemme den konverterede fil.
    4. Klik på fanebladet "til MOV". Sørg for, at Output Format under afsnittet "Video Settings" er MOV. Klik på Start.
  2. Redigering kliplængden. Hukommelse er begrænset med ImageJ. Det anbefales, at en fil for hver sluge foretages.
    1. Åbent MOV. Video fil oprettet i trin 2.1 hjælp af QuickTime (PC eller Mac).
    2. Identificer 5 ml tynd flydende og budding svaler ved audio køer eller ved svale sekvens skitseret af MBS protokol, der anvendes under indsamlingen af ​​data.
    3. Vælg Rediger >> Trim og justere trimningen bar, således at hele 5 ml Tynd Fluid svale visualiseres. Klik på trim.
    4. Vælg Filer >> Export og skabe et filnavn, der skal bruges til at forbinde forbehold data (køn, alder, ætiologi, bolustypen) til kurrerdinate kortlægningsresultater.
    5. Gentag for den budding svale (eller for nogen anden bolus af interesse).

3. De-identifikation billeder

  1. Hvis en fil indeholder personlige helbredsoplysninger (PHI), og skal være de-identificeret, uploade filen ved hjælp Billede J (Se 4,1-4,2).
  2. Brug rektangelværktøjet at indramme synke undersøgelse for at udelukke PHI. Vælg billede >> Beskær. Vælg derefter Filer >> Gem som >> QuickTime-film.
  3. Konfigurer dialogboks som følger: Compression >> Sorenson 3; Kvalitet >> Maximum indtaste de relevante frame rate (normalt 30 fps).

4.. Forberedelse til at måle

  1. Åbent ImageJ. Klik på ">>"-ikonet på værktøjslinjen. Vælg >> Arrow etiketteringsværktøjer.
  2. Upload af billeder. Klik på QuickTime-ikonet. Vælg "Åbn film som en stak" fra drop down menuen og find redigeret QuickTime klip. ImaGE J vil ikke åbne hele svale undersøgelsen på grund af hukommelse grænser (se trin 2.2). Hukommelse kan minimalt udvides ved at vælge Rediger >> Indstillinger >> Hukommelse & Tråde.
  3. Forarbejdning billeder for at forbedre billedkvaliteten. Vælg Process >> Math >> Tilføj. Kontroller eksempelboksen og juster numre til den ønskede billedkvalitet. Svar ja til at behandle hele stakken af ​​billeder.
  4. Indstil målinger. Vælg Analyser >> Set Målinger fra menuen ImageJ. På dialogboks mark "stack" og "Invert Y koordinater." Fjern alt andet.
  5. Vælg Multipoint værktøj fra værktøjslinjen. Klik på anatomiske landemærker i rækkefølge (se 5,0)
  6. Ved hjælp af multipunkt værktøj.
    1. Tag en måling af alle punkter ved at vælge Analyser >> Mål fra menuen eller tastaturkommando + M (kontrol + M for pc'er).
    2. Fjern alle point med Kommando + A (kontrol + A for pc'er).
    3. Fjern enkelt point ved svævende over et punkt, derefter holde Kommando-Alternativ-tasterne, og klik på det punkt, der skal fjernes.
    4. Flyt singulære punkter ved at svæve over et punkt, klikke, trække og slippe et punkt til en ny placering.
    5. Flyt alle punkter sammen med piletasterne.

5. Kortlægning Vartegn

  1. Begynd på første frame og gå videre til en klar ramme i den præ-orale fase. Observere positionen af ​​bolus på den forreste, overlegen margin af tungen før initiering af oral transporten af ​​svale. Brug denne ramme til at indstille de første ni koordinater.
  2. Brug ImageJ multi-point værktøj til at kortlægge de første ni koordinater på følgende anatomiske kendetegn (se figur 3a og 3b)
  3. Optag første ni koordinater ved hjælp kommando + M nøgler (Ctrl + M for pc'er).
  4. Advance rammer indtil tungebenet har nået maksimum position i forreste og overlegen retninger. Bekræft maksimum ved at fremme rammer til insure nedstigning af hyoid begynder den følgende ramme.
  5. Flyt punkt 1 - 5 for deres nye stillinger. Disse nye stillinger vil blive optaget som koordinater 10 - 14.
  6. Flyt punkt 9, som igen bliver til koordinat 18 Bemærk:. Rammer, vil sandsynligvis variere for de næste to trin.
  7. Find ramme skildrer maksimal larynx elevation. Juster punkt 7 og 8, som vil tjene som koordinerer 16 og 17 år.
  8. Find ramme (r), der repræsenterer den maksimale udflugt UES, punkt 6 (koordinat 15). Fra maksimal hyoid ramme, find ramme, hvor bolus hæmmes af UES i hypopharynx. Juster koordinere punkt for UES fra minimum ramme til at repræsentere UES maksimum koordinat 18.
  9. Optag anden ni koordinater ved hjælp kommando + M nøgler (Ctrl + M for pc'er).
  10. For koordinaterne 19 og 20 markerer kanterne af skalar (en penny eller 1,9 cm ring) på aksen repræsenterer den længste diameter af den røntgenfaste markør.
  11. Optag skalar koordinater ved hjælp kommando + M-tastens (kontrol + M for pc'er).

6.. Omdan koordinere data til kinematiske målinger af interesse ved hjælp af en makro aktiveret Excel-fil (instruktionerne til denne makro er inkluderet på filen)

Bemærk: Trigonometriske beregninger indlejret i makroerne beregne kinematiske målinger (Figur 4).

  1. Download "CoordinateMapping.xlsm" fra JOVE artiklen side.
  2. Følg instruktionerne på regnearket for at initialisere filen. Initialiseringen makro vil skabe tre ark, herunder: resultater, data og input ark. Bemærk: Macintosh-brugere skal aktivere udviklingsværktøjer i Excel til at køre makroer.
  3. Kopier koordinater i det ImageJ resultater vindue og indsæt i den udpegede celle i "input-ark". Kør "datacaptureline" makro.
  4. Resultaterne vil blive vist på "resultater" ark. Linjer af koordinere data vil blive vist på "data" ark.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Intraclass korrelationskoefficienter (ICC) koordinater indsamlet af seks efterforskere, der selvstændigt analyseret 80 video fluoroskopiske filer (to bolus forsøg fra 40 forsøgspersoner) varierede fra ICC = 0,90-0,97. En opdeling af ICC s koordinater efter gruppe er som følger: koordinerer nr. 1 - 5 (skelet elementer på minimum hyolaryngeal udflugt) betyder, = 0,93, 0,91 til 0,95, 95% CI; koordinerer nr. 6 - 9 (hyolaryngeal kompleks på minimum hyolaryngeal udflugt) betyder = 0,94, 092 til 0,96, 95% CI; koordinerer nr. 10 - 14 (skelet elementer ved maksimal hyolaryngeal udflugt) betyder, = 0,93, 0,91 til 0,95, 95% CI; og koordinerer nr. 15 - 18 (hyolaryngeal kompleks ved maksimal hyolaryngeal udflugt) betyder = 0,96, 0,94 til 0,97, 95% CI. Disse resultater viser, at en stærk pålidelighed mellem dommere opnåelige bruger koordinere kortlægning.

ICC er ti variabler beregnet ud fra koordinater indsamlet fra seks uafhængige bedømmere efter emne og bolus sluge afsløretet enkelt emne med en ICC = 0,54 for de 5 ml tynd væske sluge og ICC = 0,47. Visuel undersøgelse af denne MBS undersøgelse bekræftede dårlig billedkvalitet. Eksklusive dette emne, middelværdien af ​​alle ICC s og 95% konfidensintervaller er 0,91, 0,84-0,96 for resten af ​​MBS filer analyseres. Disse resultater indikerer, at inter-dommer pålidelighed variabler er nyttigt at bestemme, om billedkvaliteten af ​​bestemte filer er acceptabel.

En sammenligning af 5 ml tynde væske svaler og 5 ml budding svaler ved beregnede variable ved hjælp af en to-halet t-test produceret følgende p-værdier med alle målinger inkluderet (n = 234): Ant. Hyoid Movement p = 0,82, Sup. Hyoid Movement p = 0,0001, hyoid Udflugt (underkæben) p = 0,09, hyoid Udflugt (ryghvirvler) p = 0,0005, Sup. Larynx Movement p = 0,003, Hyolaryngeal tilnærmelse p = 0,42, Larynx Elevation p = 0,02, Faryngeal Afkortning m> p = 0,0000, hyoid Udflugt (underkæbe, C2 - C4) p = 0,06, Laryngeal Elevation (C2 - 4) p = 0,01 (figur 5) (tabel 2). Disse resultater viser, hvad kinematiske variable afvige bolus viskositet i denne stikprøve.

En Pearson korrelationskoefficient og en koefficient på bestemmelse af hyoid udflugt beregnes med ryghvirvler som referenceaksen versus hyoid udflugt sammenlignet med underkæben som en akse referencepunkt for 5 ml tynd væske og 5 ml budding svalerne er som følger: r = 0.621, r 2 = 0,37 (5 ml tynd væske), og r = 0,49, r2 = 0,24 (5 ml budding). Dette resulterer viser, at hyoid bevægelse er multifaktoriel; hvis suprahyoid muskler udelukkende fordrevet hyoid, så disse målinger vil være stærkt korreleret (> 0,90).

n "fo: src =" / files/ftp_upload/51476/51476fig1highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/51476/51476fig1.jpg "/>
. Figur 1. Illustration af de muskulære slynger der suspenderer og ophøje elementer af hyolaryngeal kompleks, herunder hyoid, strubehoved, thyrohyoid (TH), og øvre esophageal sphincter (UES):. Forreste muskuløs slynge 1) geniohyoid 2) forreste digastric 3.. ) mylohyoid 4) stylohyoid 5) bageste digastric..; posterior muskuløs slynge. 6) palatopharyngeus 7.). salpingopharyngeus 8..) stylopharyngeus.

Figur 2
Figur 2.. Ni koordinater (i blåt) map underkæben, kranie base, og ryghvirvler (i rødt) og elementer af den hyolaryngeal kompleks (i grønt).

Figur 3a Figur 3a. Seværdigheder i fem koordinater Kortlægning af tre skelet håndtagene som visualiseret på MBS (# 1 = underkæben, når den ringere linje af kroppen af underkæben opfylder den symphyseal omrids af underkæben, # 2 = bageste kant af den hårde gane, hvor det krydser den forreste kant af ramus af underkæben, # 3 = forreste tubercle af atlas (C1), # 4 = forreste ringere kant C2 ryghvirvel, # 5 = forreste ringere kant C4 ryghvirvel).

3b
Figur 3b. Seværdigheder i fire koordinater Kortlægning af elementerne i hyolaryngeal kompleks, herunder hyoid, strube og øvre esophageal sphincter (nr. 6 = ringere luft collonne af hypopharynx proksimalt til den øverste esophageal sphincter, # 7 = posterior, ringere margen af ​​ringbrusk ved trakeal luft kolonne (posterior larynx), nr. 8 = anterior, ringere margen af ​​ringbrusk ved trakeal luft kolonne (anterior larynx ), # 9 = forreste ringere kant hyoidbenet).

Figur 4
. Figur 4 Trigonometrisk transformation af koordinat data: At spore bevægelsen af en milepæl (. Ex hyoid) mod en løftestang som referenceakse (ex. ryghvirvler repræsenteret ved C1-C4) først udpege x, y koordinater: 1 = C1, 2 = C4, 3 = hyoid. Så, b = referenceaksen, C = vinkel af interesse, a = hypotenusen. * Enhver afstand mellem koordinater afledes ved hjælp af Pythagoras 'sætning som påvist af længden en. ** Enhver vinkel af interesseafledes ved hjælp af loven om hygge som påvist ved vinkel C. anterior forskydning af nr. 3 i forhold til referenceaksen (linje B) er = I'-i, hvor jeg '= sin (C') a 'og i = sin (C) a. Superior forskydning af nr. 3 i forhold til referenceaksen er = II-II ', hvor ii = cos (C) A og II' = cos (C ') a'. Disse formler kan omdannes til at rumme diverse referenceaksen repræsenterer en af ​​de tre skelet løftestænger for synke apparatet.

Figur 5
Figur 5.. Resultaterne af en sammenligning en skifer af kinematiske variable beregnet ud fra koordinere sammenligne 5 ml tynd væske vs 5 ml budding MBS svalerne (n = 39). AH = forreste hyoid bevægelse, SH = overlegen hyoid bevægelse, HE m = hyoid udflugt i forhold til mandible, HE v = hyoid udflugt i forhold til hvirvlerne, SupLx = overlegne larynx bevægelse, HyLx = hyolaryngeal tilnærmelse, LxEl = larynx elevation (mod kranie base), PhxSh = svælg afkortning, HE M * = hyoid udflugt i forhold til underkæben med en C2 - 4 skalar, LxEl * = larynx elevation med en C2 - 4 skalar.

Måling Variable Referenceaksen Skalar Beskrivelse
Anterior hyoid bevægelse Ryghvirvler cm Beskrevet af Kim og McCullough 2008 beregner forskydningen af ​​tungebenet (koordinat 9) væk fra en linie tilnærmelse ryghvirvler (forbindelseslinjen koordinater 3 og 5, som repræsenterer C1 og C4 henholdsvis)
Superior hyoid bevægelse Ryghvirvler cm Beskrevet af Kim og McCullough 2008 beregner forskydningen af ​​tungebenet (koordinat 9) i en retning parallel med en linje tilnærme C1-C4 ryghvirvler.
Hyoid udflugt (underkæben) Mylohyoid linje underkæben cm Beregner forskydning af hyoid mod en linje tilnærmelse af mylohyoid linje i underkæben (koordinater 1 & 3). Denne måling tilnærmer funktion suprahyoid muskler.
Hyoid udflugt (ryghvirvler) Ryghvirvler cm Beskriver Leonard et al., 2000, løser den forreste og overlegen vektor bevægelighed hyoid væk fra en linie tilnærme C1-C4 ryghvirvler
Superior larynx bevægelse Ryghvirvler cm Beskrevet af Logemann et al. 2000 beregner forskydningen af ​​larynx (koordinat 8) i en retning parallel med en linje tilnærme ryghvirvler
Hyolaryngeal tilnærmelse n / a cm Beskrevet af Leonard et al., 2000, beregner tilnærmelse af hyoid (koordinat 9), og larynx (koordinat 8)
Larynx elevation n / a cm Beregner forskydning af den bageste larynx (koordinat 7) mod C1 (koordinat 3) tilnærme de vedhæftede filer i stylopharyngeus.
Faryngeal afkortning n / a cm Beregner forskydning af UES (koordinat 6) mod den hårde gane (koordinat 2) tilnærme de vedhæftede filer i palatopharyngeus.
Hyoid udflugt (underkæben) Ryghvirvler C2-4- Beskrevet ovenfor, men bruger C2-C4 skalar (coordinates 4 og 5) er beskrevet af Steele et al. 2011
Larynx elevation (ryghvirvler) Ryghvirvler C2-4- Beskrevet ovenfor, men uSES C2-C4 skalar (koordinater 4 og 5) beskrevet af Steele et al. 2011

Tabel 1.. Beskrivelser af målinger forskydning.

Måling Variable 5 ml tyndtflydende (n = 234 målinger) 5 ml Pudding (n = 234 målinger) p-værdier
Mean SD Mean SD (2 tailed t-test)
Anterior hyoid bevægelse 1.10 0,41 1.11 0.40 0,82
Superior hyoid bevægelse 1,49 0,66 1.76 0.75 0,0001
Hyoid udflugt (underkæben) 1,37 0,48 1.45 0,48 0.09
Hyoid udflugt (ryghvirvler) 1,93 0,57 2.15 0,69 0.001
Superior larynx bevægelse 3,32 0,88 3,60 1.03 0.003
Hyolaryngeal tilnærmelse 1.10 0,57 1.14 0.55 0,42
Larynx elevation 2,53 0,67 2,70 0,76 0.02
Faryngeal afkortning 1.30 0,62 1,66 0,65 0,0000
Hyoid udflugt (underkæben) 0,36 0.12 0,38 0,13 0.06
Hyoid udflugt (ryghvirvler) 0,67 0.16 0,71 0,19 0.01

Tabel 2. Midler, standardafvigelser, og p-værdier på 5 ml tynd væske vs 5 ml budding.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Denne undersøgelse viser nytten af ​​en metode, ved hjælp af koordinere data fra anatomiske kendetegn at beregne flere kinematiske målinger af hyolaryngeal bevægelse i synke. Inter-Rater pålideligheden af ​​seks raters, herunder to nybegyndere raters, for koordinater og beregnede variable var stærk (ICC> 0,90). Repræsentative resultater fra en stikprøveundersøgelse af sunde, ikke-dysphagic voksne viste forskelle i flere kinematiske variable i svar på to bolus typer. Vi fandt også, at bruge forskellige akser reference for beregningen af ​​udflugt hyoidbenet givet resultater, der ikke var stærkt korreleret.

Indsamling anatomisk vartegn data reducerer tid og fjerner variabilitet indført ved flere målinger, der anvendes i andre metoder 1,5-7. Et komplet sæt af kinematiske målinger kan beregnes og anvendes i en faktoranalyse eller hovedkomponenter analyse, hvis alle koordinater er synlige.Alternativt, hvis et forsknings-spørgsmål indebærer færre variabler, kan der være behov færre koordinater til at beregne en mindre skifer af afstandsmålinger. Initialiseringen makro vil afgøre, hvilke af koordinaterne skal indsamles. Denne teknik blev udviklet ved hjælp af open source eller let tilgængelige software for at fremme bred anvendelse i dysfagi forskning. Disse mange skridt kunne indarbejdes i kommercielt tilgængeligt software, der potentielt kan gøre denne teknik lade sig gøre i et klinisk miljø.

Ændringer af protokollen kan gøres for at imødekomme computing præferencer. ImageJ kan læse. Avi filer blandt andre. QuickTime blev valgt at bevare den størst billedopløsningen med den mindste filstørrelse. Makroen aktiveret Excel-fil er i sin første version. Da begrænsninger eller problemer identificeres og repareres i koden, vil nyere versioner uploades. Et kendt problem er, at v1.0 ikke tillader manglende data. En aktuel limitation er, at ikke kan genereres resultater i SI (rapporteret i centimeter) og anatomiske enheder (rapporteret som C2 - C4-afstand) på samme tid. En nuværende løsning er at initialisere en Excel-projektmappe til at rapportere SI-enheder og en anden til at rapportere anatomiske enheder bruger de samme data indsamlet ved hjælp ImageJ. Disse og andre spørgsmål vil blive taget over tid af forfatterne (FO, WP).

Kritisk til gyldighed og pålidelighed i denne metode er sammenhæng i: koordinere kortlægning af anatomiske vartegn, og stel valg for minimum og maksimum omkodning af koordinat. Det er vigtigt at markere anatomiske kendetegn konsekvent. Da de fleste kinematiske målinger beregnet som en forskel i afstand på minimum og maksimum målinger vil konsistens sikrer, at kinematiske målinger repræsenterer synke funktion af interesse. Ramme valg kan forveksles med indsamlingen dårligt kontrolleret data i fluoroskopi suite, hvor den mindste ramme som beskrevet i step 5.1 ikke afbildes. Koordinater indsamlet på maksimalt kan også forveksles hvis kamera og tålmodig bevægelse er pludselig. Tungebenet og larynx maksimum nås sædvanligvis nær den samme ramme, men UES maksimum (der repræsenterer svælg afkortning) variere. Hver ramme repræsenterer 30msec i tide. I tilfælde, hvor mange frames adskille maksimal udflugt vartegn 6-9, er det vigtigt at være sikker på, at vartegn nummereret 1 - 5 forblive på plads.

Andre begrænsninger ved denne teknik hidrører fra anvendelse af billeddata. Denne teknik udleder tredimensionale rumlige relationer fra todimensionale data. Fluoroskopiske billeder, ligesom røntgenbilleder, er også genstand for forstørrelse og forvrængning, som kan påvirke validiteten af ​​disse målinger. Opnåelse af inter-eller intra-rater pålidelighed med dårlig billedkvalitet er vanskelig. Endelig er der en indlæringskurve forbundet med at opnå pålidelighed.

I den aktuelle undersøgelse blev pålidelighed testet vedsammenligne koordinater målt ved seks raters; herunder to nybegyndere raters, tre testere med erfaring og en ekspert. Vi fandt, at uddannelse påvirker pålidelighed. Aftale mellem den uerfarne raters var ICC = 0,88 hvorimod aftale mellem mere erfarne og ekspert raters var ICC = 0,95. Et tilbagevendende tema i pålidelighed træning var stel valg, hvilket understreger betydningen af ​​klare operationelle definitioner af minimum og maksimum hyolaryngeal udflugt for at forbedre pålideligheden. Endelig billedkvalitet påvirker pålideligheden. Ved at sammenligne en række variabler, der er omfattet af emnet blev ICC bruges til at identificere MBSerne med dårlig billedkvalitet. Til forskningsformål foreslår vi afvise billeder med en inter-Rater aftale med ICC <0,70. I vores kohorte, et emne med en ICC = 0,54 for 5 ml tynd væske svale og ICC = 0,47 for de 5 ml budding blev identificeret. Visuel inspektion af MBS bekræftet, at dårlig billedkvalitet kan identificeres ved statistisk analyse.

Denne teknik giver mulighed for evaluering af variation i beregningen, og fortolkningen af kinematiske målinger 2. Af særlig interesse i dysfagi forskning er, hvordan bevægelsen af ​​hyoid måles og fortolkes. Hyoid udflugt beregnet ud fra forskellige akser referencerammer var ikke højt korreleret. Determinationskoefficienten viser, at hyoid bevægelse målt i forhold til ryghvirvlerne only forudsiger 37% af variansen af ​​hyoid bevægelse målt i forhold til underkæben som en referenceaksen i 5 ml tynd flydende svaler og 24% i 5 ml budding svaler. Dette indikerer, at anden bevægelse tegner sig for hyoid bevægelse. Hyoidbenet er fastgjort til underkæbe og kraniale base ved de suprahyoid muskler. Da underkæben fortsat relativt fast ved indtagelse, hyoid nærmer underkæben er repræsentativ for den koncentriske sammentrækning af suprahyoid muskler. Ved måling hyoid bevægelse mod ryghvirvler, er det sandsynligt, at bevægelse af nakkeleddet (hoved udvidelse eller bøjning) er conflated med hyoid bevægelse tilskrives suprahyoid funktion.

Måling hyoid udflugt i forhold til underkæben ved design mere præcist repræsenterer den underliggende funktionelle anatomi 8. To undersøgelser med deltagelse formindsket hyoid bevægelse og risiko for aspiration fundet forskellige resultater; en associeret svækkerd overlegen bevægelse af tungebenet og andre fundet anteriore bevægelse 6,10. Både målt hyoid bevægelse i forhold til ryghvirvlerne. At afgøre, om hyoid bevægelse er en biomarkør for aspiration, argumenterer vi for, at undersøgelserne skal måle hyoid bevægelse i forhold til de skelet løftestænger til hvilke muskler fortrænge hyoid vedhæfte, snarere end i forhold til den ryghvirvel, som de ikke vedhæfte.

Ved brug af målinger forskydning i forskning er det vigtigt at definere de anatomiske korrelater af interesse. Konstateringen af, at hyoid udflugt beregnet ud fra forskellige akser referencerammer ikke højt korreleret understreger behovet for at overveje, hvad kinematiske målinger faktisk repræsenterer. Hyoid udflugt i forhold til ryghvirvlerne repræsenterer covariant funktion af hoved og hals udvidelse og suprahyoid sammentrækning. Hvis forstå den underliggende funktion suprahyoid muskler er mere vigtigt, så hyoid udflugt målt i reference med underkæben er mere præcis 3,8. De foreslåede larynx elevation og svælg afkortning variabler korrelerer de lange svælg muskler, en posterior slynge af muskler, der løfter strubehovedet innerveret af kranienerver IX og X 3,4. Men andre muskler støtte i larynx elevation og svælg afkortning. Koordinere kortlægning giver efterforskerne til at måle en bred vifte af udvalgte variable, men variable bør vælges på baggrund af en bestemt problemstilling. Det er derfor vigtigt at anerkende den covariant funktion af muskler, der ligger til grund for disse målinger.

Koordinere kortdata kan bruges i morfometrisk analyse for at vurdere covariant form ændringer i normal og unormal synke 11. Morfometrisk analyse af den hyolaryngeal apparat indikerer muskel tilpasninger til forskellige forhold, herunder synke værdiforringelse. Den morfometrisk analyse af koordinater kortlægning synke function kan i sidste ende give mere nyttig information om biomekanik synke og synke leverfunktion end kinematik alene. Fremtidige retninger omfatter udarbejdelse af en database over koordinater til fænotype synke og synke værdiforringelse hjælp kinematiske resultater og morfometrisk analyse. En sådan database ville give os mulighed for at bestemme den underliggende funktionelle anatomi synke og synke nedskrivninger forbundet med forskellige etiologies af dysfagi. Et koordinatsystem strategi kan også anvendes på andre billeddiagnostiske modaliteter, hvor koordinater kan opnås, såsom dynamisk MRI eller 320-detektor-rækken multi-slice CT 12.

I sum, koordinere data er nyttig til beregning af flere pålidelige kinematiske målinger af hyolaryngeal bevægelse i synke. Kinematiske målinger skal forstås inden for rammerne af den forskning, spørgsmål og det underliggende anatomi. Nogle af variabler forskydning er kombineret med specifik muskel gruppe funktion og sogle er ikke. Koordinaterne kan også anvendes i morfometriske analyse af synke.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer, at de ikke har nogen konkurrerende finansielle interesser.

Acknowledgments

Forfatterne erkender Kendrea Focht, CSCD, CCC-SLP og Evelyn Trammell Institut for Voice og synke på Medical University of South Carolina, for at dele MBS billeddannelse filer, der bruges til at demonstrere denne metode. Disse MBS data blev indsamlet via extramural støtte finansieret af Grant Number TL1TR000061 (PI: Focht) fra National Center for Fremme Translationelle Sciences og Grant Number 1K24DC12801 (PI: Martin-Harris) fra National Institute on Døvhed og andre kommunikations Disorders, og intramuralt støtte fra Mark og Evelyn Trammell Trust. Disse metoder blev oprindeligt udviklet af principal investigator mens støttet af Grant Number F31DC011705 fra National Institute on Døvhed og andre kommunikations Disorders. Indholdet er alene forfatternes ansvar og repræsenterer ikke nødvendigvis de officielle synspunkter National Institute on Døvhed og andre kommunikations Disorders eller National InstitutesSundhedsstyrelsen.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
ImageJ   NIH http://rsbweb.nih.gov/ij/download.html For Macintosh
MacX Video Converter Free Edition (Mac) Digiarty http://www.macxdvd.com/mac-video-converter-free/ For Macintosh
QuickTime  Apple http://support.apple.com/downloads/#QuickTime For Macintosh
ImageJ   NIH http://rsbweb.nih.gov/ij/download.html For a PC
MPEG Streamclip (PC)  Squared 5 http://www.squared5.com For a PC
QuickTime Apple http://support.apple.com/downloads/#QuickTime For a PC

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Leonard, R. J., Kendall, K. A., McKenzie, S., Gonçalves, M. I., Walker, A. Structural Displacements in Normal Swallowing: A Videofluoroscopic Study. Dysphagia. 15, 146-152 (2000).
  2. Molfenter, S. M., Steele, C. M. Physiological Variability in the Deglutition Literature: Hyoid and Laryngeal Kinematics. Dysphagia. 26, 67-74 (2010).
  3. Pearson, W. G., Hindson, D. F., Langmore, S. E., Zumwalt, A. C. Evaluating Swallowing Muscles Essential for Hyolaryngeal Elevation by Using Muscle Functional Magnetic Resonance Imaging. International Journal of Radiation Oncology* Biology* Physics. 85, 735-740 (2013).
  4. Pearson, W. G., Langmore, S. E., Yu, L. B., Zumwalt, A. C. Structural Analysis of Muscles Elevating the Hyolaryngeal Complex. Dysphagia. 27, 445-451 (2012).
  5. Kim, Y., McCullough, G. H. Maximum hyoid displacement in normal swallowing. Dysphagia. 23, 274-279 (2008).
  6. Steele, C. M., et al. The relationship between hyoid and laryngeal displacement and swallowing impairment. Clin. Otolaryngol. 36, 30-36 (2011).
  7. Logemann, J. A., et al. Temporal and Biomechanical Characteristics of Oropharyngeal Swallow in Younger and Older Men. Journal of Speech, Language and Hearing Research. 43, 1264-1274 (2000).
  8. Pearson, W., Langmore, S., Zumwalt, A. Evaluating the Structural Properties of Suprahyoid Muscles and their Potential for Moving the Hyoid. Dysphagia. 26, 345-351 (2011).
  9. Hopkins, W. G. Measures of reliability in sports medicine and science. Sports Med. 30, 1-15 (2000).
  10. Bingjie, L., Zhang, T., Sun, X., Xu, J., Jiang, G. Quantitative videofluoroscopic analysis of penetration-aspiration in post-stroke patients. Neurol. India. 58, 42-47 (2010).
  11. Webster, M., Sheets, H. D., Alroy, J., Hunt, G. A practical introduction to landmark-based geometric morphometrics. Quantitative Methods in Paleobiology. Paleontological Society Papers. 16, 163-188 (2010).
  12. Inamoto, Y., et al. Evaluation of swallowing using 320-detector-row multislice CT. Part II: Kinematic analysis of laryngeal closure during normal swallowing. Dysphagia. 26, 209-217 (2011).
Koordinere Kortlægning af Hyolaryngeal Mechanics synke
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Thompson, T. Z., Obeidin, F., Davidoff, A. A., Hightower, C. L., Johnson, C. Z., Rice, S. L., Sokolove, R. L., Taylor, B. K., Tuck, J. M., Pearson, Jr., W. G. Coordinate Mapping of Hyolaryngeal Mechanics in Swallowing. J. Vis. Exp. (87), e51476, doi:10.3791/51476 (2014).More

Thompson, T. Z., Obeidin, F., Davidoff, A. A., Hightower, C. L., Johnson, C. Z., Rice, S. L., Sokolove, R. L., Taylor, B. K., Tuck, J. M., Pearson, Jr., W. G. Coordinate Mapping of Hyolaryngeal Mechanics in Swallowing. J. Vis. Exp. (87), e51476, doi:10.3791/51476 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter