Waiting
Login processing...

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

Medicine

Koordinaten Mapping von Hyolaryngeal Mechanik in Schlucken

doi: 10.3791/51476 Published: May 6, 2014

Summary

Koordinatenabbildung ist ein Verfahren zur Dokumentation von hervorstechenden Eigenschaften hyolaryngeal Biomechanik im Rachenschluckphase. Diese Methode nutzt die Bildanalyse-Software, um die Koordinaten von anatomischen Landmarken aufzeichnen. Diese Koordinaten werden in einer Excel-Makro importiert und in die kinematischen Größen von Interesse, die in der Forschung Dysphagie übersetzt.

Abstract

Charakterisierung hyolaryngeal Bewegung ist wichtig, Dysphagie Forschung. Frühere Verfahren erfordern mehrere Messungen auf eine kinematische Messung wohin erhalten Koordinatenabbildung von hyolaryngeal Mechanik mit modifizierten Barium-Schwalbe (MBS) verwendet einen Satz von Koordinaten, um mehrere Variablen von Interesse zu berechnen. Zu Demonstrationszwecken wurden zehn kinematischen Messungen von einem Satz von Koordinaten erzeugt werden, um Unterschiede in der Schluck zwei verschiedene Arten Bolus zu bestimmen. Berechnungen der Zungen Auslenkung gegen die Wirbel-und Unterkiefer korreliert werden, um die Bedeutung der Bezugsachsen zu bestimmen.

Um zu demonstrieren, koordinieren Mapping Methode wurden 40 Studien MBS zufällig ohne bekannte Schluck Beeinträchtigung, die aus einem Datensatz von gesunden Normalpersonen. Eine 5 ml dünnflüssig Bolus und eine 5 ml-Pudding Schwalben wurden von jedem Probanden gemessen. Neun-Koordinaten, die Abbildung der Schädelbasis, Unterkiefer, Wirbel und Elemente der hyoLarynx-Komplexes wurden in den Rahmen der minimalen und maximalen Auslenkung hyolaryngeal aufgezeichnet. Koordinaten wurden mathematisch in zehn Variablen hyolaryngeal Mechanik umgewandelt.

Inter-Reliabilität wurde von Intrakorrelationskoeffizienten (ICC) ausgewertet. Zweiseitigen t-Tests wurden verwendet, um Unterschiede in der Kinematik durch Bolus Viskosität auszuwerten. Zungen Ausflug Messungen gegen verschiedene Bezugsachsen wurden korreliert. Inter-Reliabilität zwischen sechs Rater für die 18 Koordinaten reichten von ICC = 0,90-0,97. Ein Schiefer von zehn kinematischen Messungen wurde von Subjekt zwischen den sechs Rater verglichen. Ein Ausreißer wurde abgelehnt, und der Mittelwert der übrigen Zuverlässigkeit Partituren war ICC = 0,91, von 0,84 bis 0,96, 95% CI. Zweiseitigen t-Tests mit Bonferroni-Korrekturen Vergleich zehn kinematischen Größen (5 ml dünnflüssig vs 5 ml Pudding Schwalben) zeigte statistisch signifikante Unterschiede in Zungen Ausflug, überlegene Kehlkopfbewegung und Rachen shortening (p <0,005). Pearson-Korrelationen der Zungen Ausflug Messungen aus zwei verschiedenen Bezugsachsen waren: r = 0,62, r 2 = 0,38, (dünnflüssig); r = 0,52, r 2 = 0,27, (Pudding).

Beziehen Koordinaten Wahrzeichen ist eine zuverlässige Methode, um mehrere kinematischen Größen aus Videodurchleuchtungsbilder nützlich Dysphagie Forschung zu generieren.

Introduction

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

Die Rachenphase des Schluckens ist ein komplexer Prozess, der über zwanzig Muskeln und mehrere Skelettelemente, einen Bolus aus der Mundhöhle in die Speiseröhre zu übertragen, während der Schutz der Atemwege. Vorhergehende Rachenverengung, Elemente der hyolaryngeal Komplex (Zungenbein, Kehlkopf, und die damit verbundenen Strukturen, einschließlich des oberen Ösophagussphinkters) werden verschoben, um eine Atemschutzleitung in einem Verdauungstrakt zu konvertieren. Der Kehlkopf wieder entfernt vorn weg von der Flugbahn eines ankommenden Bolus und die obere Ösophagussphinkter offen gedehnt. Kinematische Messungen von Videodurchleuchtungs Schlucken Studien (auch als bekannt oder MBS modifizierte Bariumverschluckungsuntersuchungen) genommen sind die primären Forschungsmethoden für die Quantifizierung der mehrere Bewegungen des hyolaryngeal Komplex 1.

Während quantitative Videodurchleuchtungs Messungen sind nützlich für die Messung Schluckfunktion, verschiedene Achsen von ReferenzSkalare und des Messergebnisses in Erkenntnisse, die bei den verschiedenen Methoden der kinematischen Messungen 2 kompatibel sind. Die Bewegung des Patienten und Kliniker Fluoroskop unter manueller Kontrolle verwechselt auch die Genauigkeit der Messung dieser komplexen physiologischen Prozess. Noch wichtiger ist, kinematische Messungen nicht unbedingt Struktur-Funktions-Beziehungen wichtig für die Bewertung ungeordneten Schlucken. Kinematik des Zungen insbesondere wurden entwickelt, um eine Bewegung in einer Vorwärts oder überlegen in Bezug auf die Richtung einer anatomischen Ebene mit dem Wirbel ausgerichtet zu verfolgen. Allerdings ist diese Konfiguration nicht unbedingt die Wirkungslinie der Muskeln, die das Zungen auszusetzen.

Ein Zwei-Sling Mechanismus der hyolaryngeal Erhebung im Rachenphase des Schluckens wurde identifiziert (Abbildung 1) 3,4. Die suprahyoidalen Muskeln umfassen die vorderen Muskelschlinge und die langen Rachenmuskeln umfassen die posterior Muskelschlinge. Diese Muskeln heben verschiedenen Elemente der hyolaryngeal Komplex einschließlich des Zungen, Kehlkopf, und Strukturen, die den oberen Speiseröhrenschließmuskel zu bilden.

Koordinaten Abbildung von hyolaryngeal Mechanik nutzt neun leicht identifizierbaren anatomischen Landmarken zu drei Hebel und Skelettmerkmale der hyolaryngeal komplexer darstellt Befestigungspunkte der vorderen und hinteren Muskelschlingen (Abbildung 2) abzubilden. Während des Schluckens ist jeder Skeletthebel und Merkmal der hyolaryngeal Komplex in Bewegung. Durch das Sammeln von Koordinaten, kann das System in einem beliebigen Zeitrahmen erfasst werden. Trigonometrische Umwandlung von Koordinaten können mehrere kinematische Messungen der hyolaryngeal Bewegung beim Schlucken zu erzeugen. Variablen können zum Vergleich mit den Ergebnissen in der Literatur berichtet berechnet werden oder verwendet werden, um neue Messungen, die Struktur-Funktions-Beziehungen von Interesse.

Das primäre Ziel dieser Arbeit ist es, ein Verfahren zur Erzeugung von mehreren kinematischen Messungen aus einem einzigen Satz von Koordinaten aus anatomischen Wahrzeichen Geändert Barium-Schwalbe (MBS) Studien gesammelt wurden demonstrieren. Wir dokumentieren die Zuverlässigkeit dieser Methode unter Verwendung von Intrakorrelationskoeffizienten, um die inter-Reliabilität von 6 verschiedenen Forschern auch ein Experte, drei Rater mit Erfahrung, und zwei Novizen zu bestimmen. Aus den kinematischen Ergebnisse werden Unterschiede beim Schlucken Mechanik durch Bolus Konsistenz beurteilt. Schließlich ist die Frage, die Molefenter und Steele vorgeschlagen über die Bedeutung der Achse des Referenz in Messzungenbewegung verwendet gerichtet. Um diese Frage, die wir vergleichen Messungen der Zungen Ausflug in Bezug auf die Wirbel und in Bezug auf den Unterkiefer aus dem gleichen Satz von Koordinaten für beide Bolustypen berechnet nähern. Wenn diese beiden Methoden zur Messung der Zungenbewegung repräsentieren die gleiche Struktur, die Beziehungen funktionierenHüfte, dann sollten die Ergebnisse stark korreliert werden.

Für diese Studie wurden 40 Seitenansicht MBS Studien zufällig aus einer Sammlung von 139 normalen Studium bei einer von der Universität Georgia Regents Institutional Review Board und in Forschungskooperation mit dem Institut für Evelyn Trammell Stimme genehmigt und Schlucken an der Medizinischen Universität von Forschungsprotokoll South Carolina. Um die Nützlichkeit dieses Verfahrens zu demonstrieren, wurden zehn charakterisierenden Größen hyolaryngeal Kinematik aus dem gleichen Satz von Koordinatendaten (Tabelle 1) berechnet. Sieben dieser Messungen berechnet wurden bisher in der Literatur verwendet wurde, einschließlich: vordere und obere Zungenentfernungsmessungen in Bezug auf die Wirbelkörper 5; vordere und obere Zungen Verschiebung im Verhältnis von C2-4 Länge, auch in Bezug auf den Wirbeln 6; legene Bewegung des Kehlkopfes in Bezug auf den Wirbel 7; hyolaryngeal approximatIonen-1; und maximale Zungen Ausflug in Bezug auf die Wirbel ein. Darüber hinaus wurden drei neue Messungen berechnet: Rachen Verkürzung Angleichung der Anhänge der palatopharyngeus Muskel-, Kehlkopf-Höhen folgenden eine Reihe von Maßnahmen, die die stylopharyngeus und Zungen Ausflug Angleichung der Anhänge der suprahyoidalen Muskeln 4,8.

Ein Experte Kopf-Hals-Anatom (WP), drei Ermittler mit wenig Erfahrung Messungen (CJ, SR, TT) und zwei unerfahrene Ermittler (RS, JT) erhaltenen Koordinaten Mapping-Daten mit der unten beschriebenen Protokoll. Der Experte (WP) trainiert die drei Rater mit Erfahrung, und diese wiederum trainiert die beiden Anfänger Rater. Inter-Reliabilität von Koordinatendaten und Ergebnisse aus Koordinaten berechnet Thema wurde von Intrakorrelationskoeffizienten 9 bestimmt. Zwei seitigen t-Tests wurden durchgeführt, um die einzelnen Variablen bestimmen statistically signifikanten Unterschiede in Bolus-Typen. Ein Korrelationskoeffizienten nach Pearson und eine Bestimmungskoeffizient wurden verwendet, um Ergebnisse der Vereinbarung zwischen Zungen Ausflug mit den Wirbeln als Bezugsachse gegenüber Zungen Ausflug mit dem Unterkiefer als Bezugsachse für die 5 ml dünnflüssigen Schwalbe und 5 ml berechnet bewerten Pudding Schluck.

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. Konfigurieren eines Computers

  1. Für Macintosh, laden Sie die folgenden Open-Source-oder Freeware-Software: ImageJ, MacX Video Converter Free Edition (Mac) und Quicktime (siehe Tabelle Material / Ausrüstung).
  2. Für einen PC, laden Sie die folgenden Open-Source-oder Freeware-Software: ImageJ, MPEG Streamclip (PC) und Quicktime (siehe Tabelle Material / Ausrüstung).

2. Vorbereitung Videoclips

  1. Datei-Konvertierung. Konvertieren von RAW-Video-Dateien in. Mov für die Datenerfassung in ImageJ. Hinweis: nutzbare Videos sollten den Unterkiefer, Gaumen, hart, C1-C4-Wirbel-, Kehlkopf-und Rachenraum in das Blickfeld sind. ImageJ Bearbeitungswerkzeuge können die Bildqualität Fragen zu verbessern.
    1. Mit einem PC verwenden MPEG Streamclip, laden Sie die roh. AVI-Video-Datei über Datei >> Öffnen von Dateien und die Auswahl des gewünschten Clip. Wählen Sie Datei >> Export in Quicktime.
    2. Mit einem Mac verwenden MacX Video Converter, klicken Sie auf "Datei hinzufügen" und wählen Sie Video (s) für die ZusammenarbeitnVersion. Mehrere Videos auf einmal mit dieser Anwendung überführt werden.
    3. Im Abschnitt Ausgabe-Einstellungen, klicken Sie auf die Schaltfläche Durchsuchen und wählen Sie den gewünschten Speicherort für die konvertierte Datei speichern.
    4. Klicken Sie auf der Registerkarte "MOV". Stellen Sie sicher, dass das Ausgabeformat unter dem Abschnitt "Video-Einstellungen" ist MOV. Klicken Sie auf Start.
  2. Bearbeiten von Cliplänge. Der Speicher wird mit ImageJ begrenzt. Es wird empfohlen, dass eine Datei von jedem schlucken werden.
    1. Offene MOV. Video-Datei in Schritt erstellt mit Quicktime 2.1 (PC oder Mac).
    2. Identifizieren 5 ml dünnflüssig und Pudding Schwalben von Audio-Warteschlangen oder Schwalbe Sequenz durch die MBS-Protokoll bei der Datensammlung verwendet skizziert.
    3. Wählen Sie Bearbeiten >> Trim und stellen Sie die Trimmleiste, so dass die gesamten 5 ml Thin Flüssigkeit schlucken wird visualisiert. Klicken Sie trimmen.
    4. Wählen Sie Datei >> Export und erstellen Sie einen Dateinamen ein, die zum Thema Daten (Geschlecht, Alter, Ätiologie, Bolus-Typ) zu verknüpfen coo werdenrdinate Kartierungsergebnisse.
    5. Wiederholen Sie für den Pudding Schwalbe (oder aus einem anderen Bolus von Interesse).

3. De-Identifizierung Bilder

  1. Wenn eine Datei enthält keine persönlichen Gesundheitsinformationen (PHI) und muss de-identifiziert werden können, laden Sie die Datei mit Image J (Siehe 4,1-4,2).
  2. Verwenden Sie das Rechteck-Werkzeug, um das Schlucken Studie PHI ausschließen Rahmen. Wählen Sie Bild >> Crop. Dann wählen Sie Datei >> Speichern unter >> Quicktime-Film.
  3. Konfigurieren Sie den Dialog wie folgt: Kompression >> Sorenson 3; Qualität >> Maximum, geben Sie die entsprechende Bildrate (in der Regel 30 fps).

4. Messvorbereitung

  1. Offene ImageJ. Klicken Sie auf den ">>"-Symbol in der Symbolleiste. Wählen Sie >> Pfeil Labeling Tools.
  2. Hochladen von Bildern. Klicken Sie auf Quicktime-Symbol. Wählen Sie "Öffnen Film als Stapel" aus dem Dropdown-Menü und suchen Sie bearbeitete Quicktime-Clips. Image J wird die gesamte Schwalbe-Studie nicht öffnen aufgrund von Speichergrenzen (siehe Schritt 2.2). Der Speicher kann minimal über Bearbeiten erweitert werden >> Optionen >> Memory & Themen.
  3. Verarbeitung von Bildern, die Bildqualität zu verbessern. Wählen Sie Prozess >> Mathematik >> hinzufügen. Überprüfen Sie die Vorschau-Box und stellen Zahlen, um die gewünschte Bildqualität. Antwort Ja, die gesamte Stapel von Bildern zu verarbeiten.
  4. Set-Messungen. Wählen Analysieren >> Set Maße von der ImageJ-Menü. Im Dialogfeld Marke "Stack Position" und "Invert Y-Koordinaten". Markierungen alles andere.
  5. Wählen Sie die Multipoint-Werkzeug aus der Werkzeugleiste. Klicken Sie auf anatomischen Landmarken in der Reihenfolge (siehe 5.0)
  6. Mit der Multipoint-Tool.
    1. Nehmen Sie eine Messung aller Punkte, indem Sie Analysieren >> Messen Sie von der Menü-oder Tastaturbefehl + M (Kontrolle + M für PCs).
    2. Entfernen Sie alle Punkte mit Befehl + A (Kontrolle + A für PCs).
    3. Entfernen Sie einzelne Punkte durch schwebt over einen Punkt, dann halten Sie die Befehlstasten-Option und klicken Sie auf den Punkt, zu entfernen.
    4. Bewegen Sie einzelne Punkte, indem Sie über einen Punkt, Klicken, Ziehen und Fallenlassen einen Punkt, um eine neue Position.
    5. Verschieben Sie alle Punkte zusammen mit den Pfeiltasten.

5. Mapping Sehenswürdigkeiten

  1. Beginnen Sie am ersten Frame und vorab zu einem klaren Rahmen in der Pre-oralen Phase. Beachten Position des Bolus an der vorderen, Oberrand der Zunge vor dem Beginn der oralen Transport des Schluck. Nutzen Sie diesen Rahmen, um die ersten neun Koordinaten gesetzt.
  2. Verwenden Sie die ImageJ Mehrpunkt-Werkzeug, um die ersten neun Koordinaten an den folgenden anatomischen Landmarken zuordnen (siehe Abb. 3a und 3b)
  3. Nehmen ersten neun Koordinaten mit dem Befehl + M-Tasten (Steuer + M für PCs).
  4. Vorausrahmen bis Zungenbein Maximalposition in vorderen und oberen Richtungen erreicht hat. Bestätigen Sie mit der maximalen Förderung Rahmen, um insAbbildung Abstieg des Zungen beginnt am folgenden Rahmen.
  5. Umzugs Punkte 1-5 zu ihren neuen Positionen. Diese neuen Positionen werden als Koordinaten aufgezeichnet werden 10 - 14.
  6. Umzugs Punkt 9, die wiederum koordinieren wird 18 Hinweis:. Rahmen werden wahrscheinlich variieren für die nächsten zwei Schritten.
  7. Suchen Rahmen Darstellung maximale Kehlkopf-Höhe. Stellen Sie den Nummern 7 und 8, die dazu dienen, als Koordinaten 16 und 17.
  8. Finden Rahmen (s), die die maximale Auslenkung der UES Nummer 6 (Koordinaten 15). Von maximal Zungen Rahmen, Rahmen lokalisieren, wo der Bolus wird durch die UES im Hypopharynx behindert. Stellen Koordinatenpunkt für UES von Mindestrahmen zu vertreten UES maximal 18 koordinieren.
  9. Nehmen zweiten neun Koordinaten mit dem Befehl + M-Tasten (Steuer + M für PCs).
  10. Für Koordinaten 19 und 20 markieren die Ränder des skalaren (Pfennig oder 1,9 cm Ring) an der Achse, die die längste Durchmesser des röntgendichten Markers.
  11. Rekord Skalar-Koordinaten mit der Befehlstaste + Ms (Kontrolle + M für PCs).

6. Transkoordinatendaten in kinematischen Messungen von Interesse mit einem Makro aktiviert Excel-Datei (die Anleitung für dieses Makro auf der Datei enthalten)

Hinweis: trigonometrische Berechnungen in den Makros eingebettet berechnen kinematische Messungen (Abbildung 4).

  1. Download "CoordinateMapping.xlsm" aus dem JoVE Artikelseite.
  2. Folgen Sie den Anweisungen auf dem Arbeitsblatt, um die Datei zu initialisieren. Ergebnisse, Daten und Eingabeblatt: Die Initialisierung Makro drei Blätter darunter erstellen. Hinweis: Macintosh-Benutzer müssen Entwicklertools in Excel ermöglichen, Makros ausführen.
  3. Copy-Koordinaten aus dem ImageJ Ergebnisfenster und Einfügen in die bezeichnete Zelle in der "Eingabeblatt". Führen Sie den "datacaptureline" Makro.
  4. Die Ergebnisse werden auf der "Ergebnisse" Blatt erscheinen. Die Linien der Koordinatendaten werden auf der "Daten"-Blatt erscheinen.

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

Intrakorrelationskoeffizienten (ICC) von Koordinaten von sechs Ermittler, die unabhängig voneinander analysiert 80 Videodurchleuchtungs Dateien (zwei Bolus-Studie von 40 Patienten) gesammelt reichten von ICC = 0,90 bis 0,97. Eine Aufschlüsselung der ICC von Koordinaten durch Gruppe ist wie folgt: Koordinaten # 1-5 (Skelettelemente bei minimalen hyolaryngeal Ausflug) Durchschnitt = 0,93, 0,91 bis 0,95, 95% CI; koordiniert # 6 - 9 (hyolaryngeal Komplex bei Mindest hyolaryngeal Ausflug) Mittelwert = 0,94, 092 bis 0,96, 95% CI; koordiniert # 10-14 (Skelettelemente bei maximaler hyolaryngeal Ausflug) Mittelwert = 0,93, 0,91 bis 0,95, 95% CI; und koordiniert # 15-18 (hyolaryngeal komplexe maximal hyolaryngeal Ausflug) Durchschnitt = 0,96, 0,94 bis 0,97, 95% CI. Diese Ergebnisse zeigen, dass eine starke Zuverlässigkeit zwischen Richtern ist erreichbar mit Koordinatenabbildung.

ICC von zehn Variablen von Koordinaten aus sechs unabhängigen Rater von Subjekt und Bolus gesammelt berechnet schlucken enthülltein einziges Thema mit einem ICC = 0,54 für die 5 ml dünnflüssigen Schwalbe und ICC = 0,47. Visuelle Prüfung dieser MBS-Studie bestätigt eine schlechte Bildqualität. Ohne diesem Thema ist der Mittelwert der Konfidenzintervalle alle ICC und 95% 0,91 Von 0,84 bis 0,96 für den Rest des MBS-Dateien analysiert. Diese Ergebnisse zeigen, dass inter Richter Zuverlässigkeit von Variablen ist nützlich, um festzustellen, ob die Bildqualität der einzelnen Dateien ist akzeptabel.

Ein Vergleich der 5 ml dünnflüssig Schwalben und 5 ml Pudding Schwalben berechnet Variable mit einem zweiseitigen t-Test ergab folgende p-Werte mit allen Messungen enthalten (n = 234): Ameise. Zungenbewegung p = 0,82, Sup. Zungenbewegung p = 0,0001, Zungen Exkursion (Unterkiefer) p = 0,09, Zungen Exkursion (Wirbel) p = 0,0005, Sup. Kehlkopfbewegung p = 0,003, p = Hyolaryngeal Angleichung 0,42, Kehlkopf Elevation p = 0,02, Rachen-Verkürzung m> p = 0,0000, Zungen Exkursion (Unterkiefer, C2 - C4) p = 0,06, Larynx-Elevation (C2 - 4) p = 0,01 (Abbildung 5) (Tabelle 2). Diese Ergebnisse zeigen, was kinematischen Variablen unterscheiden sich durch Bolus-Viskosität in dieser Stichprobe.

Ein Korrelationskoeffizienten nach Pearson und ein Koeffizient zur Bestimmung der Zungen Ausflug mit den Wirbeln als Bezugsachse gegenüber Zungen Ausflug verglichen mit dem Unterkiefer als Bezugsachse für die 5 ml dünnflüssig und 5 ml Pudding Schwalben berechnet sich wie folgt: r = 0,621, r 2 = 0,37 (5 ml dünnflüssig) und r = 0.49, r 2 = 0,24 (5 ml Pudding). Diese Ergebnisse zeigen, dass Zungenbewegung ist multifaktoriell; wenn suprahyoidalen Muskeln nur verdrängt das Zungen, dann würden diese Messungen stark korreliert werden (> 0,90).

n "fo: src =" / files/ftp_upload/51476/51476fig1highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/51476/51476fig1.jpg "/>
. Abbildung 1 Illustration der Muskelschlingen, die aussetzen und erheben Elemente der hyolaryngeal Komplex mit dem Zungen, Kehlkopf, thyrohyoidea (TH) und der oberen Ösophagussphinkters (UES). Anterioren Muskelschlinge 1) geniohyoideus 2) anterior digastric 3.. ) mylohyoideus 4) stylohyoideus 5) Hinter digastric.. posterior Muskelschlinge 6). palatopharyngeus 7). salpingopharyngeus 8). stylopharyngeus.

Figur 2
Abbildung 2. Neun Koordinaten (in blau) Karte den Unterkiefer, Schädelbasis und der Wirbelsäule (in rot) und Elemente des hyolaryngeal Komplex (in grün).

3a 3a. Wahrzeichen für fünf Koordinaten Abbildung der drei Skelett Hebel wie auf MBS (# 1 = Unterkiefer, wo die untere Linie des Körpers des Unterkiefers trifft den Umriss Symphyse des Unterkiefers sichtbar, # 2 = hinteren Rand des harten Gaumens, wo kreuzt die vordere Kante des Ramus des Unterkiefers, # 3 = Tuberculum anterius des Atlas (C1), # 4 = vorderen unteren Rand der Wirbelkörper C2, # 5 = vorderen unteren Rand des Wirbels C4).

3b
3b. Wahrzeichen für vier Koordinaten Abbildung der Elemente der hyolaryngeal Komplex mit dem Zungen, des Kehlkopfes und der oberen Speiseröhre (# 6 = schlechter Luft colUMN des Hypopharynx proximal zu dem oberen Speiseröhrenschließmuskel, # 7 = hinteren, unteren Rande des Ringknorpels am trachealen Luftsäule (hinteren Kehlkopf), # 8 = vordere, untere Rand des Ringknorpels am trachealen Luftsäule (anterior Larynx ), # 9 = vorderen unteren Rand des Zungenbeins).

Fig. 4
. Abbildung 4 trigonometrische Transformation von Koordinatendaten: Um die Bewegung von einem Wahrzeichen (. Ex Zungen) gegen einen Hebel als Bezugsachse verfolgen ersten designierten x (ex. Wirbel durch C1-C4 vertreten), y-Koordinaten: 1 = C1, 2 = C4, 3 = Zungen. Also, b = Bezugsachse, C = Winkel von Interesse, a = Hypotenuse. * Jede Entfernung zwischen den Koordinaten wird mit Satz des Pythagoras, wie gezeigt, eine Länge abgeleitet. ** Alle Winkel von Interessewird mit dem Gesetz der Cosinus abgeleitet, wie durch den Winkel C Anterior Verschiebung Nr. 3 in Bezug auf die Referenzachse (Linie b) nachgewiesen ist = i'-i, wobei i '= sin (C') a 'und i = sin (C) ein. Legene Verschiebung Nr. 3 in Bezug auf die Bezugsachse ist = II-II ', in denen II = cos (C) ein und ii' = cos (C ') a'. Diese Formeln können umgewandelt werden, um verschiedene Bezugsachse, die eine der drei Gerüst Hebel der Schluckvorrichtung aufzunehmen.

Figur 5
Abbildung 5. Ergebnisse eines Vergleichs einen Schiefer der kinematischen Variablen aus koordinieren Vergleich 5 ml dünnflüssig vs 5 ml Pudding MBS Schwalben (n = 39) berechnet. AH = vorderen Zungenbewegung, SH = Superior Zungenbewegung, HE m = Zungen Ausflug in Bezug auf die mandible, HE v = Zungen Ausflug in Bezug auf den Wirbel, SupLx = Superior Kehlkopfbewegung, HyLx = hyolaryngeal Näherung LxEl = Kehlkopf-Höhe (in Richtung der Schädelbasis), PhxSh = Rachen Verkürzung, HE = m * Zungen Ausflug in Bezug auf den Unterkiefer mit einem C2 - 4 Skalar, LxEl * = Kehlkopf-Höhen mit einem C2 - 4 Skalar.

Messgröße Bezugsachse Scalar Beschreibung
Anterior Zungenbewegung Wirbel cm Von Kim und McCullough 2008 beschrieben, berechnet die Verschiebung der Zungen (Koordinaten 9) von einer Linie in etwa der Wirbel (Verbindungslinie zwischen Koordinaten 3 und 5, die C1 bzw. C4)
Superior-Zungenbewegung Wirbel cm Von K beschriebenIM und McCullough 2008 berechnet die Verschiebung des Zungen (Koordinaten 9) in einer Richtung parallel zu einer Linie annähert C1-C4 Wirbeln.
Zungen Exkursion (Unterkiefer) Mylohyoideus Linie des Unterkiefers cm Berechnet die Verschiebung der Zungen auf einer Linie in etwa der mylohyoideus Linie des Unterkiefers (Koordinaten 1 & 3). Diese Messung approximiert die Funktion der suprahyoidalen Muskeln.
Zungen Ausflug (Wirbel) Wirbel cm Beschreiben von Leonard et al., 2000, löst den vorderen und oberen Vektor der Bewegung der Zungen weg von einer Linie annähert C1-C4-Wirbel
Superior-Kehlkopf-Bewegung Wirbel cm Bei Logemann et al. 2000 beschrieben, berechnet die Verschiebung des Kehlkopfes (Koordinaten 8) in einer Richtung parallel zu einer Linie ungefähr der Wirbel
Hyolaryngeal Annäherung n / a cm Von Leonard et al., 2000 beschrieben, berechnet die Angleichung der Zungen (Koordinaten 9) und Kehlkopf (Koordinaten 8)
Larynx-Elevation n / a cm Berechnet die Verschiebung des hinteren Kehlkopf (Koordinaten 7) in Richtung C1 (Koordinaten 3) Angleichung der Anhänge der stylopharyngeus.
Rachen-Verkürzung n / a cm Berechnet die Verschiebung der UES (Koordinaten 6) in Richtung des harten Gaumens (Koordinaten 2) Angleichung der Anhänge der palatopharyngeus.
Zungen Exkursion (Unterkiefer) Wirbel C2-4 Oben beschrieben, verwendet aber C2-C4-Skalar (Koordinaten 4 und 5) von Steele et al., 2011,
Larynx-Elevation (Wirbel) Wirbel C2-4 Oben beschrieben, aber uses der C2-C4 skalare (Koordinaten 4 und 5) von Steele et al., 2011,

Tabelle 1. Beschreibungen von Verschiebungsmessungen.

Messgröße 5 ml dünnflüssig (n = 234 Messungen) 5 ml Pudding (n = 234 Messungen) p-Werte
Bedeuten SD Bedeuten SD (2 tailed T-Test)
Anterior Zungenbewegung 1.10 0,41 1.11 0,40 0,82
Superior-Zungenbewegung 1,49 0,66 1,76 0,75 0,0001
Zungen Exkursion (Unterkiefer) 1,37 0,48 1,45 0,48 0,09
Zungen Ausflug (Wirbel) 1,93 0,57 2,15 0,69 0,001
Superior-Kehlkopf-Bewegung 3,32 0,88 3,60 1,03 0,003
Hyolaryngeal Annäherung 1.10 0,57 1,14 0,55 0,42
Larynx-Elevation 2,53 0,67 2,70 0,76 0,02
Rachen-Verkürzung 1,30 0,62 1,66 0,65 0,0000
Zungen Exkursion (Unterkiefer) 0,36 0,12 0,38 0,13 0,06
Zungen Ausflug (Wirbel) 0,67 0,16 0,71 0,19 0,01

Tabelle 2. Mittelwerte, Standardabweichungen und p-Werte von 5 ml dünnen Flüssigkeits 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

Diese Studie demonstriert die Nützlichkeit eines Verfahrens unter Verwendung von Koordinatendaten von anatomischen Landmarken, um mehrere Messungen der kinematischen Bewegung hyolaryngeal Schluck berechnen. Inter-Reliabilität von sechs Rater, darunter zwei Neulinge Rater, für Koordinaten und berechneten Größen stark war (ICC> 0,90). Repräsentative Ergebnisse aus einer Stichprobe von gesunden nicht-dysphagic Erwachsenen zeigten Unterschiede in mehrere kinematische Größen in Reaktion auf zwei Arten Bolus. Wir fanden auch, dass die Verwendung unterschiedlicher Achsen der Referenz für die Berechnung der Auslenkung des Zungenbeins produziert Ergebnisse, die nicht stark korreliert wurden.

Sammeln anatomischen Landmarken-Daten reduziert die Zeit und entfernt Variabilität durch mehrere Messungen in anderen Verfahren verwendet 1,5-7 eingeführt. Ein vollständiger Satz von kinematischen Messungen berechnet und eingesetzt werden, in einer Faktorenanalyse oder Hauptkomponenten-Analyse, wenn alle Koordinaten sichtbar sind.Alternativ, wenn eine Forschungsfrage betrifft weniger Variablen können weniger Koordinaten benötigt werden, um eine kleinere Schiefer von Abstandsmessungen zu berechnen. Die Initialisierung Makro wird bestimmen, welcher der Koordinaten gesammelt werden muss. Diese Technik wurde unter Verwendung von Open-Source-Software oder leicht verfügbar, um den breiten Einsatz in der Forschung zu fördern Dysphagie entwickelt. Diese mehreren Schritte könnten in kommerziell erhältliche Software, die potenziell könnte in einer klinischen Umgebung ist diese Technik möglich integriert werden.

Änderungen am Protokoll vorgenommen, um Rechen Vorlieben anzupassen. ImageJ kann AVI-Dateien unter anderem zu lesen.. Quicktime wurde gewählt, um die größte Bildauflösung mit der kleinsten Dateigröße zu erhalten. Das Makro aktiviert Excel-Datei ist in der ersten Version. Als Einschränkungen oder Probleme erkannt und in den Code repariert werden neuere Versionen hochgeladen werden. Ein bekanntes Problem ist, dass v1.0 nicht für fehlende Daten zu ermöglichen. Eine aktuelle limitation ist, dass die Ergebnisse nicht in SI erzeugt werden (in cm angegeben) und anatomischen Einheiten (angegeben als C2 - C4-Abstand) in der gleichen Zeit. Eine aktuelle Lösung ist es, ein Excel-Arbeitsmappe zu initialisieren auf SI-Einheiten und ein weiterer Bericht zu anatomischen Einheiten berichten mit den gleichen Daten gesammelt mit ImageJ. Diese und andere Fragen werden im Laufe der Zeit von den Autoren (FO, WP) angesprochen werden.

Entscheidend für die Gültigkeit und Zuverlässigkeit in diesem Verfahren ist die Konsistenz in: Koordinatenabbildung von anatomischen Landmarken und Bildauswahl für minimale und maximale Umcodierung koordinieren. Es ist wichtig, konsequent anatomischen Landmarken zu kennzeichnen. Da die meisten kinematische Messungen werden als eine Differenz im Abstand in der minimalen und maximalen Messungen berechnet, die Kohärenz sicherzustellen, dass kinematische Messungen repräsentieren Schluckfunktion von Interesse. Frame-Auswahl kann durch schlecht kontrollierte Datenerfassung in der Durchleuchtung Suite, wo der Mindestrahmen wie in st beschrieben verwechselt werdenep 5.1 wird nicht abgebildet. Koordinaten bei maximaler gesammelt können verwechselt werden, wenn die Kamera-und Patientenbewegungen ist plötzlich. Zungen und Kehlkopf Maxima sind in der Regel in der Nähe der gleichen Frame erreicht jedoch UES Maxima (die Rachen Verkürzung) kann variieren. Jeder Rahmen stellt 30 ms in der Zeit. In Fällen, in denen viele Frames trennen maximale Auslenkung der Wahrzeichen 6 - 9, ist es wichtig, sicher zu sein, dass Landmarken nummeriert von 1 bis 5 in Kraft bleiben.

Weitere Einschränkungen dieser Technik ergeben sich aus mit bildgebenden Daten. Diese Technik schließt dreidimensionalen räumlichen Beziehungen von zweidimensionalen Daten. Durchleuchtungs-Bilder, wie Röntgenaufnahmen, unterliegen ebenfalls Vergrößerung und Verzerrung, die die Gültigkeit dieser Messungen beeinflussen können. Das Erreichen inter-oder intra-Reliabilität mit schlechter Bildqualität ist schwierig. Schließlich gibt es eine Lernkurve mit der Erreichung Zuverlässigkeit verbunden.

In der aktuellen Studie wurde durch Zuverlässigkeit getestetVergleich der Koordinaten von sechs Beurteiler gemessen; darunter zwei Anfänger Rater, drei Rater mit Erfahrung und ein Experte. Wir fanden, dass die Ausbildung Einflüsse Zuverlässigkeit. Abkommen zwischen den Neuling Rater war ICC = 0,88 wohin Vereinbarung zwischen erfahrenen und fach Rater war ICC = 0,95. Ein wiederkehrendes Thema in der Ausbildung war die Zuverlässigkeit Rahmenauswahl und unterstreicht die Bedeutung von klaren operativen Definitionen von Minimal-und Maximal hyolaryngeal Ausflug, um die Zuverlässigkeit zu verbessern. Schließlich wirkt sich die Bildqualität Zuverlässigkeit. Durch den Vergleich eine Reihe von Variablen unterliegen nach Thema, wurden verwendet, um ICCs MBS mit schlechter Bildqualität zu identifizieren. Für Forschungszwecke schlagen wir vor, die Ablehnung von Bildern mit einem Inter-Rater Zustimmung des ICC <0,70. In unserer Kohorte, ein Thema, mit einem ICC = 0,54 für den 5 ml dünnflüssigen Schwalbe und ICC = 0,47 für den 5 ml Pudding identifiziert. Sichtkontrolle der MBS bestätigt, dass sich die Bildqualität durch statistische Analyse identifiziert werden.

Diese Technik ermöglicht die Bewertung der Abweichung bei der Berechnung und Auslegung des kinematische Messungen 2. Von besonderem Interesse in Forschung Dysphagie ist wie die Bewegung des Zungen gemessen und interpretiert. Zungen Ausflug von verschiedenen Bezugsachsen berechnet wurde, nicht hoch korreliert. Das Bestimmtheitsmaß zeigt, dass die Zungenbewegung gegen den Wirbeln onl gemesseny prognostiziert 37% der Varianz der Zungenbewegung gegen den Unterkiefer als Bezugsachse in 5 ml dünnflüssig Schwalben gemessen und 24% in 5 ml Pudding Schwalben. Dies zeigt, dass andere Bewegung macht Zungenbewegung. Das Zungenbein ist mit dem Unterkiefer und Schädelbasis durch die suprahyoidalen Muskeln befestigt. Da der Unterkiefer bleibt beim Schlucken relativ fest, das Zungen nähert sich der Unterkiefer, das die konzentrische Kontraktion der Muskeln suprahyoidalen. Bei der Messung der Zungenbewegung gegen den Wirbeln, ist es wahrscheinlich, dass die Bewegung des Atlas-Hinterhauptgelenk (Kopf Extension oder Flexion) mit Zungenbewegung zuzurechnen suprahyoidalen Funktion verschmolzen.

Messzungen Ausflug in Bezug auf den Unterkiefer nach Design mehr genau den zugrunde liegenden funktionellen Anatomie 8. Zwei Studien assoziieren verminderte Zungenbewegung und das Risiko für Aspiration gefunden unterschiedliche Ergebnisse; ein assoziiertes schmälernd überlegen Bewegung der Zungen und den anderen gefunden vorderen Bewegungs 6,10. Sowohl gemessen Zungenbewegung in Bezug auf den Wirbel. Um festzustellen, ob Zungenbewegung ist ein Biomarker für die Aspiration, argumentieren wir, dass Studien sollten Zungenbewegung in Beziehung zu den Skelett Hebel, um die Verschiebung der Zungenmuskulatur legen zu messen, und nicht in Beziehung zu dem Wirbel, zu denen sie nicht legen.

Bei der Verwendung von Verschiebungsmessungen in Forschung es wichtig, die anatomische Korrelate von Interesse zu definieren. Die Feststellung, dass Zungen Ausflug von verschiedenen Bezugsachsen berechnet werden, nicht hoch korreliert unterstreicht die Notwendigkeit, zu überlegen, was kinematischen Messungen tatsächlich zu vertreten. Zungen Ausflug in Bezug auf den Wirbel stellt die kovariante Funktion der Kopf-und Halsverlängerung und suprahyoidalen Kontraktion. Wenn das Verständnis der zugrunde liegende Funktion der suprahyoidalen Muskeln ist wichtiger, dann Zungen Ausflug in refere gemessennce zum Unterkiefer ist genauer 3,8. Die vorgeschlagenen Höhe Kehlkopf-und Rachen Verkürzung Variablen korrelieren mit den langen Rachenmuskeln, eine hintere Schlinge von Muskeln, die den Kehlkopf von Hirnnerven IX und X 3,4 innerviert zu erheben. Aber auch andere Muskeln helfen, in Höhe Kehlkopf-und Rachen Verkürzung. Koordinatenzuordnung können Ermittler auf ein Array von ausgewählten Variablen zu messen, aber Variablen sollten im Zusammenhang mit einer bestimmten Fragestellung gewählt werden. Es ist daher wichtig, die kovarianten Funktion von Muskeln, die diese Messungen zugrunde bestätigen.

Koordinaten Mapping-Daten können in morphometrische Analyse verwendet, um kovariante Form Veränderungen in normalen und abnormalen bewerten Schlucken 11 werden. Morphometrische Analyse der hyolaryngeal Gerät zeigt an, Muskel-Skelett-Anpassungen an verschiedene Bedingungen wie Schluckstörungen. Die morphometrische Analyse der Koordinaten Mapping Schlucken funktion kann letztendlich mehr nützliche Informationen über die Biomechanik des Schlucken und Schluck Beeinträchtigung als Kinematik allein. Zukünftige Richtungen umfassen die Entwicklung einer Datenbank mit Koordinaten Phänotyp Schlucken und Schluck Beeinträchtigung mit kinematischen Ergebnisse und morphometrische Analyse. Eine solche Datenbank würde uns erlauben, zugrunde liegende funktionelle Anatomie Schlucken und Schluck Beeinträchtigung mit verschiedenen Ursachen von Dysphagie assoziiert zu bestimmen. Ein Koordinaten Strategie könnte auch zu anderen bildgebenden Modalitäten, wo Koordinaten können wie dynamische MRT oder 320-Detektor-Reihe Multi-Slice-CT-12 erhalten werden, angewendet werden.

In der Summe Koordinatendaten ist nützlich für die Berechnung mehrere zuverlässige kinematische Messungen der hyolaryngeal Bewegung beim Schlucken. Kinematische Messungen müssen im Rahmen der Forschungsfrage und der zugrunde liegenden Anatomie zu verstehen. Einige der Verschiebung Variablen mit bestimmten Muskelgruppe und Funktion s gekoppeltome sind es nicht. Koordinaten können auch in morphometrische Analyse des Schluck verwendet werden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen konkurrieren.

Acknowledgments

Die Autoren danken Kendrea Focht, CSCD, CCC-SLP und die Evelyn Trammell Institut für Sprach-und Schluck an der Medizinischen Universität von South Carolina, für den Austausch von MBS Bilddateien verwendet, diese Methode zu demonstrieren. Vom National Center for Advancing Translational Sciences und Grant Number 1K24DC12801 (PI: Martin-Harris): Diese Daten wurden durch MBS extramuralen Betreuung durch Grant Number TL1TR000061 (Focht PI) finanziert gesammelt aus dem National Institute on Taubheit und andere Communication Disorders, und intra-Unterstützung von Mark und Evelyn Trammell Trust. Diese Methoden wurden ursprünglich von der Hauptforscher entwickelt, während von Grant Number F31DC011705 aus dem National Institute on Taubheit und andere Communication Disorders unterstützt. Der Inhalt ist ausschließlich der Verantwortung der Autoren und nicht notwendigerweise die offizielle Meinung des National Institute on Taubheit und andere Communication Disorders oder den National Institutesder Gesundheit.

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).
Koordinaten Mapping von Hyolaryngeal Mechanik in Schlucken
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