Waiting
Login processing...

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

Medicine

Samordna Kartläggning av Hyolaryngeal Mechanics att svälja

doi: 10.3791/51476 Published: May 6, 2014

Summary

Koordinat kartläggning är ett förfarande för att dokumentera framträdande dragen i hyolaryngeal biomekanik i svalg fas för att svälja. Denna metod använder bildanalys programvara för att spela in koordinaterna för anatomiska landmärken. Dessa koordinater importeras till ett Excel-makro och översatts till kinematiska variabler av intresse användbart i dysfagi forskning.

Abstract

Characterizing hyolaryngeal rörelse är viktig för dysfagi forskning. Tidigare metoder kräver flera mätningar för att erhålla en kinematisk mätning medan samordna kartläggning av hyolaryngeal mekanik använder Modifierad Barium Swallow (MBS) använder en uppsättning koordinater för att beräkna flera variabler av intresse. För demonstrationsändamål, var tio kinematiska mätningar som genereras från en uppsättning koordinater för att bestämma skillnader i svälja två olika bolustyper. Beräkningar av hyoid utflykt mot kotorna och underkäken är korrelerade för att fastställa betydelsen av referensaxel.

För att visa samordna kartläggning metodik, var 40 MBS studier slumpmässigt utvalda från en datauppsättning av friska normala individer med ingen känd svälja nedskrivningar. En 5 ml tunnflytande bolus och en 5 ml pudding svalor mättes från varje ämne. Nio koordinater, Kartläggning av skallbasen, underkäken, kotor och delar av hyolaryngeal komplex, registrerades vid ramarna för lägsta och högsta hyolaryngeal utflykt. Koordinater ades matematiskt omvandlas till tio variabler av hyolaryngeal mekanik.

Inter-rater reliability utvärderades genom Intraclass korrelationskoefficienter (ICC). Tvåsidiga t-test användes för att utvärdera skillnader i kinematik efter bolus viskositet. Hyoid utflyktsmätningar mot olika referensaxel så var korrelerade. Inter-rater reliability bland sex bedömare för de 18 koordinaterna varierade från ICC = 0,90 till 0,97. En skiffer av tio kinematiska mätningar jämfördes ämnesvis mellan de sex bedömare. En avvikare avslogs, och medelvärdet av de återstående tillförlitlighets poängen var ICC = 0,91, från 0,84 till 0,96, 95% CI. Tvåsidiga t-test med Bonferroni korrigeringar som jämför tio kinematiska variabler (5 ml tunn-flytande vs 5 ml pudding svalor) visade statistiskt signifikanta skillnader i hyoid utflykt, överlägsen laryngeal rörelse och svalg shortening (p <0,005). Pearson korrelationer av hyoid excursion mätningar från två olika referensaxlarna var: r = 0,62, r2 = 0,38 (tunn-vätska); r = 0,52, r2 = 0,27, (pudding).

Att få landmärke koordinater är en tillförlitlig metod för att generera flera kinematiska variabler från video fluoroskopiska bilder användbara dysfagi forskning.

Introduction

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

Svalg fas svälja är en komplex process som omfattar över tjugo muskler och flera skelettelement för att överföra en bolus från munhålan till matstrupen och samtidigt skydda luftvägarna. Föregående svalg sammandragning, delar av hyolaryngeal komplexet (tungbenet, struphuvudet, och tillhörande strukturer inklusive den övre matstrupen sphincter) är förskjutna för att omvandla en andningsledning till en mag-tarmkanalen. Struphuvudet åter belägen anteriort bort från banan för en mötande bolus, och den övre matstrupssfinktern sträckes öppen. Kinematiska mätningar tagna från video fluoroskopiska svälj studier (även känd som en MBS eller modifierad Barium Swallow Studies) är det primära forskningsmetodik för att kvantifiera de olika rörelser hyolaryngeal komplex 1.

Medan kvantitativ video fluoroskopiska mått är användbara för mätning av sväljfunktion, olika referensaxeloch skalärer av mätresultatet i fynd som är oförenliga bland de olika metoderna för kinematiska mätningar 2. Rörelsen hos patienten och fluoroskop under manuell klinikern kontroll confounds också noggrannheten i mätning av detta komplex fysiologisk process. Ännu viktigare, gör kinematiska mätningar inte nödvändigtvis struktur-till-funktion relationer viktiga för att utvärdera oordnat svälja. Kinematics av ​​hyoid särskilt har konstruerats för att spåra rörelse i en främre eller överlägsen riktning i förhållande till en anatomisk plan i linje med ryggkotorna. Men denna konfiguration inte representera handlingslinje av muskler som avbryta hyoiden.

En två-sling mekanism hyolaryngeal höjden i svalg fas nedsväljning har identifierats (Figur 1) 3,4. De suprahyoid muskler består av främre muskel sele, och de långa svalgmuskulaturen består av posterior muskulös sele. Dessa muskler höjer olika delar av hyolaryngeal komplexet inklusive hyoid, struphuvudet, och strukturer som utgör den övre matstrupen sphincter.

Samordna kartläggning av hyolaryngeal mekanik använder nio lätt identifierbara anatomiska landmärken för att kartlägga tre skelett spakar och funktioner i hyolaryngeal komplexa representerar fästpunkter i den främre och bakre muskel selar (Figur 2). Under svälja, är varje skelett spaken och inslag i hyolaryngeal komplex i rörelse. Genom att samla in koordinater, kan systemet fångas i varje tidsram. Trigonometrisk omvandling av koordinater kan användas för att generera flera kinematiska mätningar av hyolaryngeal rörelser under sväljning. Variabler kan beräknas för jämförelse med resultat som rapporteras i litteraturen, eller användas för att generera nya mätningar representerar struktur-till-funktion relationer av intresse.

Det primära syftet med denna uppsats är att demonstrera en metod för att generera flera kinematiska mätningar beräknade från en enda uppsättning anatomiska landmärke koordinater som samlats in från modifierade Barium Swallow (MBS) studier. Vi dokumenterar tillförlitligheten i denna metod med hjälp Intraclass korrelationskoefficienter för att bestämma den inter-rater reliability av 6 olika utredare inklusive en expert, tre bedömare med erfarenhet, och två noviser. Från de kinematiska resultat, är skillnader i svälja mekanik genom bolus konsekvens utvärderas. Slutligen är frågan föreslår Molefenter och Steele om vikten av referensaxeln som används för att mäta hyoid rörelse upp. För att närma sig denna fråga vi jämför mätningar av hyoid utflykt i förhållande till ryggkotorna och i förhållande till underkäken, räknat från samma uppsättning koordinater för båda bolustyper. Om dessa två metoder för att mäta hyoid rörelse representerar samma struktur för att fungera relationerhöft, så resultaten bör starkt korrelerade.

För denna studie var 40 lateral MBS studier slumpmässigt utvalda från en samling av 139 normala studier inom ett forskningsprotokoll som godkänts av Georgia Regents University Institutional Review Board och i forskningssamarbete med Evelyn Trammell Institutet för Voice och svälja vid medicinska universitetet i South Carolina. För att demonstrera användbarheten av denna metod var tio variabler karakteriserar hyolaryngeal kinematik beräknades från samma uppsättning koordinatdata (tabell 1). Sju av dessa beräknade mätningar har tidigare använts i litteraturen inklusive: främre och superior hyoid avståndsmätningar i förhållande till ryggkotorna 5; främre och överlägsen hyoid förskjutning som ett förhållande mellan C2-4 längd, också med hänvisning till kotorna 6; överlägsen rörelse i struphuvudet med hänvisning till kotorna 7; hyolaryngeal UNGEFÄRLIGion 1; och maximal hyoid utflykt med hänvisning till kotorna 1. Dessutom har tre nya mätningar beräknas: svalg förkortning tillnärmning bilagor i palatopharyngeus muskeln, laryngeal höjd efter en handlingslinje som representerar stylopharyngeus och hyoid utflykt som närmar bilagor i de suprahyoid musklerna 4,8.

En expert huvud och hals anatomist (WP), tre utredare med begränsad erfarenhet mätningar (CJ, SR, TT) och två nybörjare utredare (RS, JT) erhålls koordinatkartdata med hjälp av det protokoll som beskrivs nedan. Experten (WP) tränade de tre bedömare med erfarenhet, och dessa i sin tur tränade de två oerfarna bedömare. Inter-rater reliability av koordinatdata och resultat beräknas utifrån koordinaterna ämnesvis bestämdes genom Intraclass korrelationskoefficienter 9. Två tailed t-test utfördes på varje variabel för att bestämma statistically signifikanta skillnader i bolustyper. En Pearson korrelationskoefficient och en förklaringsgrad användes för att utvärdera överenskommelsen mellan resultaten från hyoid utflykt beräknade med kotorna som en referensaxel kontra hyoid utflykt med underkäken som en referensaxel för 5 ml tunnflytande svälja och 5 ml pudding svälja.

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. Konfigurera en dator

  1. För Macintosh, ladda ner följande öppen källkod eller gratis programvara: ImageJ, MACX Video Converter Free Edition (Mac) och QuickTime (se tabell av material / utrustning).
  2. För en PC, ladda ner följande öppen källkod eller gratis programvara: ImageJ, MPEG Streamclip (PC), och QuickTime (se tabell av material / utrustning).

2. Förbereda videoklipp

  1. Konvertering fil. Konvertera rå videofiler till. Mov för datainsamling i ImageJ. OBS: användbara videoklipp bör omfatta underkäken, hårda gommen, C1-C4 kotor, struphuvudet och svalget i synfältet. ImageJ bearbetningsverktyg kan förbättra bildkvaliteten.
    1. Med en dator använder MPEG Streamclip, ladda råa. AVI videofil via Arkiv >> Öppna filer och välja önskat klipp. Välj File >> Exportera till QuickTime.
    2. Med en Mac, använd MACX Video Converter, klicka på "Add File" och välj video (s) för samarbetenVersion. Flera filmer kan konverteras på en gång med hjälp av denna applikation.
    3. I avsnittet Output Settings klickar du på knappen Bläddra och välj önskad plats att spara den konverterade filen.
    4. Klicka på fliken "till MOV". Se till att Output Format i avsnittet "Videoinställningar" är MOV. Klicka på Start.
  2. Redigera klipp längd. Minnet är begränsat med ImageJ. Det rekommenderas att en fil av varje svälja göras.
    1. Öppna MOV. Video-fil som skapades i steg 2.1 med QuickTime (PC eller Mac).
    2. Identifiera 5 ml tunnflytande och pudding svalor genom ljud köer eller genom att svälja sekvens som beskrivs av MBS protokoll som används vid datainsamling.
    3. Välj Redigera >> Trim och justera beskärnings bar så att hela 5 ml Tunna Fluid svälja visualiseras. Klicka på trim.
    4. Välj Arkiv >> Export och skapa ett filnamn som kommer att användas för att länka ämnesdata (kön, ålder, etiologi, bolus typ) till COOrdinate kartläggning resultat.
    5. Upprepa för pudding svälja (eller för något annat bolus av intresse).

3. De-identifiera bilder

  1. Om en fil innehåller personlig hälsoinformation (PHI) och måste avidentifieras, ladda upp filen med Image J (Se 4,1-4,2).
  2. Använd rektangelverktyget för att rama in svälja studien att utesluta PHI. Välj bild >> Beskär. Då Välj Arkiv >> Spara som >> QuickTime-film.
  3. Konfigurera dialogrutan enligt följande: Komprimering >> Sorenson 3; Kvalitet >> Maximum, ange lämplig bildhastighet (vanligtvis 30 fps).

4. Förberedelser för att mäta

  1. Öppen ImageJ. Klicka på ">>" ikonen i verktygsfältet. Välj >> Arrow Märkning Tools.
  2. Överföra bilder. Klicka på QuickTime-ikonen. Välj "Öppna filmen som en skorsten" från rullgardinsmenyn och leta redigerad QuickTime klipp. ImaGE J kommer inte att öppna hela svälja studien på grund av minnesbegränsningar (se steg 2.2). Minnet kan vara minimalt utökas genom att välja Redigera >> Alternativ >> Minnen & trådar.
  3. Bearbeta bilder för att förbättra bildkvaliteten. Välj Process >> Math >> Lägg till. Kontrollera förhandsgranskningsrutan och justera nummer till önskad bildkvalitet. Svara ja för att bearbeta hela bunten med bilder.
  4. Ställ mätningar. Välj Analysera >> Set Mätningar från ImageJ menyn. I dialogrutan märket "staplas" och "Invertera Y-koordinater". Avmarkera allt annat.
  5. Välj multiverktyget i verktygsfältet. Klicka på anatomiska riktmärken i sekvens (se 5,0)
  6. Användning av multiverktyg.
    1. Ta ett mått på alla punkter genom att välja Analysera >> Mät från menyn eller tangentbordskommandot + M (kontroll + M för PC).
    2. Ta bort alla punkter med kommando + A (kontroll + A för PC).
    3. Ta bort enstaka punkter genom att hovra over en punkt, sedan hålla kommando-alternativknappar och klicka på den punkt som ska tas bort.
    4. Flytta singulära punkter genom att hovra över en punkt, klicka, dra och släppa en punkt till en ny plats.
    5. Flytta alla punkter tillsammans med piltangenterna.

5. Mapping landmärken

  1. Börja på första bilden och gå vidare till en tydlig ram i pre-orala fasen. Beakta positionen för bolus på den främre, överlägsen marginal av tungan före initiering av oral transport av den svala. Använd denna ram för att ställa in de första nio koordinaterna.
  2. Använd ImageJ flerpunkts verktyg för att kartlägga de första nio koordinater vid följande anatomiska landmärken (se figurerna 3a och 3b)
  3. Spela första nio koordinater med hjälp av kommandot + M knapparna (kontroll + M för PC).
  4. Advance ramar tills tungbenet har nått maximal position i främre och överlägsen riktningar. Bekräfta maximalt genom att avancera till ramar till insure härkomst av tung börjar på följande ramen.
  5. Flytta punkterna 1 - 5 till sina nya positioner. Dessa nya tjänster kommer att registreras som samordnar 10 - 14.
  6. Flytta punkt 9, vilket i sin tur blir koordinat 18 Anm. Ramar kommer sannolikt att variera för de nästa två steg.
  7. Leta ram föreställande maximal laryngeal höjd. Justera punkterna 7 och 8, som kommer att fungera som samordnar 16 och 17.
  8. Hitta frame (s) som representerar den maximala utflykt i UES, punkt 6 (koordinat 15). Från maximal hyoid ram, lokalisera ram där bolus hindras av UES i hypofarynx. Justera koordinatpunkt för UES från minimum ram för att representera UES max koordinat 18.
  9. Spela andra nio koordinater med hjälp av kommandot + M tangenterna (kontroll + M för PC).
  10. För koordinaterna 19 och 20 markerar kanterna på skalär (ett öre eller 1,9 cm ring) vid axel som motsvarar den längsta diametern på den röntgentäta markören.
  11. Rekord skalär samordnar använda Kommando + M nyckels (kontroll + M för PC).

6. Förvandla koordinatuppgifter till kinematiska mätningar av intresse med hjälp av ett makro aktiverat Excel-fil (instruktionerna för detta makro ingår i filen)

OBS: Trigonometriska beräkningar inbäddade i makron beräknar kinematiska mätningar (Figur 4).

  1. Download "CoordinateMapping.xlsm" från JUPITER artikeln sidan.
  2. Följ instruktionerna på kalkylblad för att initiera filen. Initieringen makrot skapar tre ark inklusive: resultat, data och inmatning blad. Anm: Macintosh-användare måste aktivera utvecklarverktyg i Excel för att köra makron.
  3. Kopiera koordinater från ImageJ resultatfönstret och klistra in den utsedda cellen i "input bladet". Kör "datacaptureline" makro.
  4. Resultaten kommer att visas på "resultat" ark. Rader av koordinatdata kommer att visas på "data" blad.

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) av koordinater som samlats in av sex utredare som självständigt analyserat 80 video fluoroskopiska filer (två bolus försöks från 40 försökspersoner) varierade från ICC = 0,90 till 0,97. En uppdelning av ICC: s koordinater med gruppen är följande: samordnar # 1 - 5 (skelettelement vid minimi hyolaryngeal utflykt) menar = 0,93, från 0,91 till 0,95, 95% CI; samordnar # 6-9 (hyolaryngeal komplex vid minst hyolaryngeal utflykt) menar = 0,94, 092 till 0,96, 95% CI; samordnar # 10 - 14 (skelettelement vid maximal hyolaryngeal utflykt) menar = 0,93, från 0,91 till 0,95, 95% CI; och samordnar # 15 - 18 (hyolaryngeal komplex vid maximal hyolaryngeal utflykt) menar = 0,96, från 0,94 till 0,97, 95% CI. Dessa resultat tyder på att en stark tillförlitlighet mellan domarna är möjligt med hjälp av koordinat kartläggning.

ICC: s tio variabler beräknade från koordinater som samlats in från sex oberoende bedömare efter ämne och bolus svälja avslöjadeett enda ämne med en ICC = 0,54 för 5 ml tunnflytande svälja och ICC = 0.47. Visuell undersökning av detta MBS studie bekräftade dålig bildkvalitet. Exklusive detta ämne, är medelvärdet av alla ICC: s och 95% konfidensintervall 0,91, 0,84-0,96 för återstoden av MBS-filer analyseras. Dessa resultat visar att inter domare tillförlitlighet variabler är användbar för att bestämma om bildkvaliteten hos speciella filer är acceptabel.

En jämförelse av 5 ml tunnflytande Svalor och 5 ml pudding svalor efter beräknad variabel med hjälp av ett tvåsidigt t-test gav följande p-värden med alla mätningar ingår (n = 234): Ant. Hyoid Move p = 0,82, Sup. Hyoid riktning p = 0,0001, Hyoid Utflykt (underkäken) p = 0,09, Hyoid Utflykt (kotor) p = 0,0005, Sup. Laryngeal Rörelse p = 0,003, Hyolaryngeal tillnärmning p = 0,42, Laryngeal Elevation p = 0,02, Pharyngeal Förkortning m> p = 0,0000, Hyoid Utflykt (käken, C2 - C4)-p = 0,06, Laryngeal Elevation (C2 - 4) p = 0,01 (fig 5) (tabell 2). Dessa resultat visar vad kinematiska variabler skiljer sig med bolus viskositet i detta stickprov.

En Pearson korrelationskoefficient och en koefficient för bestämning av tung utflykt beräknad med kotorna som en referensaxel kontra hyoid utflykt jämfört med underkäken som en referensaxel för 5 ml tunnflytande och 5 ml pudding svalor är följande: r = 0,621, r 2 = 0,37 (5 ml tunn-vätska), och r = 0,49, r2 = 0,24 (5 ml pudding). Dessa resultat visar att tungrörelse är multifaktoriell; om suprahyoid muskler enbart förflyttade hyoid, då dessa mätningar skulle vara starkt korrelerade (> 0,90).

n "fo: src =" / files/ftp_upload/51476/51476fig1highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/51476/51476fig1.jpg "/>
. Figur 1 Illustration av muskel selar som inställer och lyfta delar av hyolaryngeal komplex inklusive hyoid, struphuvud, thyrohyoid (TH), och övre matstrupssfinktern (UE: ar). Anterior muskulär sling 1) geniohyoid 2) anterior digastric 3.. ) mylohyoid 4) stylohyoid 5) bakre digastric.. posterior muskel sele 6.) palatopharyngeus 7.) salpingopharyngeus 8.) stylopharyngeus.

Figur 2
Figur 2. Nio koordinater (i blått) kartlägga underkäken, skallbasen, och kotor (i rött) och delar av hyolaryngeal komplex (i grönt).

Figur 3a Figur 3a. Landmärken för fem koordinater som kartlägger tre skelett spakar som visualiseras på MBS (# 1 = käken, när den lägre raden av kroppen av underkäken möter symphyseal konturerna av underkäken, # 2 = posteriora kanten av hårda gommen där den korsar den främre kanten på ramus av underkäken, nr 3 = främre knöl på atlas (C1), # 4 = främre sämre kant C2 kotan, # 5 = främre sämre kant C4 kota).

Figur 3b
Figur 3b. Landmärken för fyra koordinater som kartlägger delar av hyolaryngeal komplexet inklusive hyoid, struphuvudet och övre matstrupen sphincter (# 6 = sämre luft column av hypopharynx proximal till den övre matstrupen sphincter, # 7 = bakre, sämre marginal på krikoidbrosket vid trakeal luftpelaren (bakre struphuvudet), # 8 = främre, sämre marginal på krikoidbrosket vid trakeal luftpelaren (främre struphuvud ), # 9 = främre sämre kanten av tungbenet).

Figur 4
. Figur 4 Trigonometriska omvandling av koordinatuppgifter: att spåra rörelser av ett landmärke (. Ex Hyoid) mot en hävarm som referensaxel (ex. kotorna representeras av C1-C4) först utse x, y koordinater: 1 = C1, 2 = C4, 3 = hyoid. Så då b = referensaxel, C = vinkel av intresse, en = hypotenusan. * Varje avståndet mellan koordinaterna härleds med hjälp av Pythagoras sats som visat av längden a. ** Varje vinkel av intressehärleds med hjälp av lagen om cosinussvängningar vilket framgår av vinkeln C. Främre förskjutning av # 3 i förhållande till referensaxeln (linje B) är = I'-i, där jag '= sin (C') a 'och i = sin (C) ett. Överlägsen förskjutning av # 3 i förhållande till referensaxeln är = II-II, där ii = cos (C) A och II '= cos (C') a '. Dessa formler kan omvandlas för att rymma olika referensaxel som representerar en av de tre skelett spakarna i sväljapparat.

Figur 5
Figur 5. Resultat som jämför ett skiffer av kinematiska variabler som beräknats från koordinat jämföra 5 ml tunnflytande vs 5 ml pudding MBS svalor (n = 39). AH = främre hyoid rörelse, SH = överlägsen hyoid rörelse, HE m = hyoid utflykt med hänvisning till de mandible, HE v = hyoid utflykt med hänvisning till kotorna, SupLx = överlägsen laryngeal rörelse, HyLx = hyolaryngeal approximation, LxEl = laryngeal höjd (mot skallbasen), PhxSh = svalg förkortning, HE m * = hyoid utflykt i förhållande till underkäken med en C2 - 4 skalär, LxEl * = laryngeal höjd med en C2 - 4 skalär.

Mätning Variabel Referensaxel Skalär Beskrivning
Anterior hyoid rörelse Kotor cm Beskrivs av Kim och McCullough 2008, beräknar förskjutningen av tung (koordinaten 9) från en linje som närmar kotorna (mellan koordinaterna 3 och 5, vilket motsvarar C1 och C4 respektive)
Överlägsen hyoid rörelse Kotor cm Beskrivs av Kim och McCullough 2008 beräknar förskjutningen av hyoid (koordinaten 9) i en riktning parallell med en linje som approximerar C1-C4 kotor.
Hyoid utflykt (underkäken) Mylohyoid linje av underkäken cm Beräknar förskjutningen av hyoid mot en linje som approximerar den mylohyoid linje av underkäken (Koordinater 1 & 3). Denna mätning approximerar funktionen av suprahyoid muskler.
Hyoid utflykt (kotor) Kotor cm Beskriv av Leonard et al., 2000, löser den främre och överlägsen vektor rörelse av hyoid bort från en linje som approximerar C1-C4 kotor
Överlägsen laryngeal rörelse Kotor cm Beskrivs av Logemann et al., 2000, beräknar förskjutningen av larynx (koordinat 8) i en riktning parallell med en linje som approximerar den kotor
Hyolaryngeal approximation n / a cm Beskrivs av Leonard et al., 2000, beräknar tillnärmning av hyoid (koordinaten 9) och struphuvudet (koordinat 8)
Laryngeal elevation n / a cm Beräknar förskjutning av den bakre struphuvudet (koordinat 7) mot C1 (koordinat 3) om tillnärmning av de bilagor i stylopharyngeus.
Pharyngeal matfett n / a cm Beräknar förskjutning av UES (koordinat 6) mot den hårda gommen (koordinat 2) tillnärmning bilagor i palatopharyngeus.
Hyoid utflykt (underkäken) Kotor C2-4 Beskrivits ovan, men använder C2-C4-skalär (koordinater 4 och 5) som beskrivits av Steele et al., 2011
Laryngeal höjd (kotor) Kotor C2-4 Som beskrivs ovan, men uSES-C2-C4-skalär (koordinater 4 och 5) som beskrivits av Steele et al., 2011

Tabell 1. Beskrivningar av förskjutningsmätningar.

Mätning Variabel 5 ml Tunna Liquid (n = 234 mätningar) 5 ml Pudding (n = 234 mätningar) p-värden
Medelvärde SD Medelvärde SD (2 tailed T-test)
Anterior hyoid rörelse 1,10 0,41 1,11 0,40 0,82
Överlägsen hyoid rörelse 1,49 0,66 1,76 0,75 0,0001
Hyoid utflykt (underkäken) 1,37 0,48 1,45 0,48 0,09
Hyoid utflykt (kotor) 1,93 0,57 2,15 0,69 0,001
Överlägsen laryngeal rörelse 3,32 0,88 3,60 1,03 0,003
Hyolaryngeal approximation 1,10 0,57 1,14 0,55 0,42
Laryngeal elevation 2,53 0,67 2,70 0,76 0,02
Pharyngeal matfett 1,30 0,62 1,66 0,65 0,0000
Hyoid utflykt (underkäken) 0,36 0,12 0,38 0,13 0,06
Hyoid utflykt (kotor) 0,67 0,16 0,71 0,19 0,01

Tabell 2. Organ, standardavvikelser, och p-värden av 5 ml tunna vätske vs 5 ml pudding.

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

Denna studie visar att nyttan av en metod som med hjälp av koordinatdata för anatomiska landmärken för att beräkna flera kinematiska mätningar av hyolaryngeal rörelse att svälja. Inter-rater reliability av sex bedömare, däribland två oerfarna bedömare, för koordinater och beräknade variabler var stark (ICC> 0,90). Representativa resultat från ett slumpmässigt urval av friska icke-dysphagic vuxna visade skillnader i flera kinematiska variabler som svar på två bolustyper. Vi fann också att använda olika referensaxel för beräkning av utflykt i tungbenet gett resultat som inte var starkt korrelerade.

Samla anatomiska landmärke uppgifter minskar tid och tar bort variabilitet införts av flera mätningar som används i andra metoder 1,5-7. En fullständig uppsättning med kinematiska mätningar kan beräknas och användas i en faktoranalys eller huvudsakliga komponenterna analys om alla koordinater är synliga.Alternativt, om en forskningsfråga handlar om färre variabler, färre koordinater kan behövas för att beräkna en mindre skiffer av avståndsmätningar. Initieringen makrot kommer att avgöra vilken av koordinaterna måste samlas in. Denna teknik har utvecklats med öppen källkod eller lätt tillgänglig programvara för att främja en bred användning inom dysfagi forskning. Dessa flera steg skulle kunna införlivas i kommersiellt tillgänglig programvara som skulle kunna göra denna teknik är möjligt i en klinisk miljö.

Ändringar i protokollet kan göras för att rymma datorpreferenser. ImageJ kan läsa. Avi-filer bland andra. QuickTime har valt att behålla den största bildupplösning med den minsta filstorleken. Makrot aktiverat Excel-fil är i sin första version. Eftersom begränsningar eller problem identifieras och repareras i koden, kommer nyare versioner laddas upp. Ett känt problem är att v1.0 inte tillåter uppgifter som saknas. En aktuell limitation är att resultaten inte kan genereras i SI (rapporterat i centimeter) och anatomiska enheter (redovisas som C2 - C4 distans) samtidigt. En aktuell lösning är att initiera en Excel-arbetsbok för att rapportera SI-enheter och en annan för att rapportera anatomiska enheter med samma uppgifter som samlats in med hjälp av ImageJ. Dessa och andra frågor kommer att behandlas under tiden av författarna (FO, WP).

Kritisk till validitet och reliabilitet i denna metod är konsekvent: samordna kartläggning av anatomiska landmärken, och val av bågar för lägsta och högsta omkodning av koordinat. Det är viktigt att märka anatomiska landmärken konsekvent. Eftersom de flesta kinematiska mätningar beräknas som en skillnad i avstånd i minsta och största mått, kommer konsekvensen att kinematiska mätningar representerar sväljfunktion av intresse. Frame val kan förväxlas med insamling dåligt kontrollerade uppgifter i genomlysnings sviten där minimiramen enligt beskrivningen i step 5.1 är inte avbildas. Koordinater samlats vid maximalt kan också komma på skam om kamera och patientrörelser är plötslig. Hyoid och struphuvud maxima uppnås vanligen nära samma ram, men UES maxima (representerande svalg förkortning) kan variera. Varje ram representerar 30msec i tiden. I de fall där många bildrutor åtskilja maximalt utslag av landmärken 6-9, är det viktigt att vara säker på att landmärken numrerade 1-5 kvar.

Andra begränsningar med denna teknik härrör från användning av bilddata. Denna teknik härleder tredimensionella rumsliga relationer från två-dimensionella data. Fluoroskopiska bilder, som röntgenbilder, är också föremål för förstoring och distorsion, vilket kan påverka giltigheten av dessa mätningar. Att uppnå inter-eller intra-rater reliability med dålig bildkvalitet är svårt. Slutligen finns det en inlärningskurva i samband med att uppnå tillförlitlighet.

I den aktuella studien tillförlitlighet testats avjämföra koordinater mäts av sex bedömare; inklusive två oerfarna bedömare, tre bedömare med erfarenhet och en expert. Vi fann att utbildning påverkar tillförlitligheten. Avtal mellan de oerfarna bedömare var ICC = 0,88 medan överenskommelse mellan mer erfarna och sakkunniga bedömare var ICC = 0,95. Ett återkommande tema i tillförlitlighet utbildningen var frame val, understryker vikten av tydliga operativa definitioner av lägsta och högsta hyolaryngeal utflykt för att förbättra tillförlitligheten. Slutligen påverkar bildkvaliteten tillförlitlighet. Genom att jämföra en rad variabler som omfattas av ämnet, var ICCs används för att identifiera MBSS med dålig bildkvalitet. För forskningsändamål föreslår vi att avvisa bilder med en inter-rater överenskommelse ICC <0,70. I vår kohort, ett ämne med en ICC = 0,54 för 5 ml tunnflytande svälja och ICC = 0,47 för 5 ml pudding identifierades. Visuell inspektion av MBS bekräftat att dålig bildkvalitet kunde identifieras genom statistisk analys.

Denna teknik möjliggör utvärdering av variation i beräkning och tolkning av kinematiska mätningar 2. Av speciellt intresse i dysfagi forskning är hur rörelsen av hyoid mäts och tolkas. Hyoid utflykt beräknat från olika referensaxel så var inte starkt korrelerade. Förklaringsgraden visar att hyoid rörelse mätt mot kotorna only förutspår 37% av variansen av hyoid rörelse mäts mot underkäken som en referensaxel i 5 ml tunnflytande svalor och 24% i 5 ml pudding svalor. Detta tyder på att andra rörelsen står för tungrörelser. Hyoidbenet är fäst till underkäke och skallbasen genom suprahyoid muskler. Sedan underkäken förblir relativt fast under sväljning, är hyoid närmar underkäken är representativt för den koncentriska kontraktion av suprahyoid muskler. Vid mätning hyoid rörelse mot kotorna, är det troligt att rörelse av atlan nacken (huvudet anknytning eller böjning) är sammanbinds med hyoid rörelse hänförlig till suprahyoid funktion.

Mätning hyoid utflykt i förhållande till underkäken med design är mer exakt den bakomliggande funktionell anatomi 8. Två studier associerar minskad hyoid rörelse och risk för aspiration funnit olika resultat; en associerad diminished överlägsen rörelse hyoiden och den andra fann anterior rörelse 6,10. Både uppmätt hyoid rörelse i förhållande till ryggkotorna. För att avgöra om hyoid rörelsen är en biomarkör för aspiration, vi hävdar att studierna ska mäta hyoid rörelse i förhållande till de skelett spakar till vilka muskler förflytta hyoid fäster, snarare än i förhållande till kotan som de inte fäster.

När du använder förskjutningsmätningar inom forskningen det viktigt att definiera de anatomiska korrelat av intresse. Den fann att hyoid utflykt beräknat från olika referensaxel är inte starkt korrelerade stryker behovet av att överväga vilka kinematiska mätningar faktiskt representerar. Hyoid utflykt med hänvisning till kotorna representerar kovariant funktion av huvud-och hals förlängning och suprahyoid kontraktion. Om förstå den underliggande funktion suprahyoid muskler är viktigare, då hyoid utflykt mätt i reference med underkäken är mer exakt 3,8. De föreslagna laryngeal höjd-och svalg förkortning variablerna korrelerar till de långa svalgmuskulaturen, en bakre lyftsele av muskler som höjer struphuvudet innerveras av kranialnerver IX och X 3,4. Men andra muskler stöd i struphuvud höjd-och svalg förkortning. Samordna kartläggning låter utredarna att mäta en rad utvalda variabler, men variabler bör väljas inom ramen för en viss forskningsfråga. Därför är det viktigt att erkänna den kovariant funktion av muskler som ligger bakom dessa mätningar.

Koordinatkartdata kan användas i morfometrisk analys för att utvärdera kovarianta formförändringar i normala och onormala svälja 11. Morfometrisk analys av hyolaryngeal apparaten indikerar muskuloskeletala anpassningar till olika villkor, inklusive att svälja nedskrivningar. Den morfometriska analysen av koordinater kartläggning svälja funktion kan i slutändan ge mer användbar information om biomekanik svälja och svälja nedskrivningar än enbart kinematik. Framtida riktningar ingår att utveckla en databas med koordinater till fenotyp svälja och svälja nedskrivningar med hjälp av kinematiska resultat och morfometriska analys. En sådan databas skulle tillåta oss att bestämma underliggande funktionella anatomi svälja och svälja nedskrivningar i samband med olika etiologier av dysfagi. En koordinat strategi kan också tillämpas på andra avbildningsmetoder där koordinater kan erhållas såsom dynamisk MR eller 320-detektor-rad Multi-slice CT 12.

Sammanfattningsvis koordinatdata är användbar för beräkning flertal tillförlitliga kinematiska mätningar av hyolaryngeal rörelse att svälja. Kinematiska mätningar måste förstås inom ramen för forskningsfråga och den underliggande anatomin. Några av förskjutnings variabler i kombination med specifik muskelgrupp funktion och some inte är det. Koordinater kan också användas i morfometrisk analys av sväljning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna förklarar att de inte har några konkurrerande ekonomiska intressen.

Acknowledgments

Författarna erkänner Kendrea Focht, CSCD, CCC-SLP, och Evelyn Trammell Institutet för Voice och svälja vid medicinska universitetet i South Carolina, för att dela MBS avbildningsfiler som används för att demonstrera denna metod. Dessa MBS data samlades in genom extramural stöd finansierat av Grant Number TL1TR000061 (PI: Focht) från National Center for Advancing Translational vetenskap och av Grant Number 1K24DC12801 (PI: Martin-Harris) från National Institute on Dövhet och andra sjukdomar kommunikation, och intramural stöd från Mark och Evelyn Trammell Trust. Dessa metoder utvecklades ursprungligen av den ansvarige prövaren samtidigt stöds av Grant Nummer F31DC011705 från National Institute on Dövhet och andra sjukdomar kommunikation. Innehållet är ensamt ansvarig för författare och inte nödvändigtvis representerar officiella ståndpunkter National Institute on Dövhet och andra sjukdomar kommunikation eller National Institutesof Health.

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).
Samordna Kartläggning av Hyolaryngeal Mechanics att svälja
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