Waiting
Login processing...

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

Medicine

Koordinere Kartlegging av Hyolaryngeal Mechanics i Svelge

doi: 10.3791/51476 Published: May 6, 2014

Summary

Koordinere kartlegging er en metode for å dokumentere fremtredende trekk ved hyolaryngeal biomekanikk i svelg fasen av å svelge. Denne metoden bruker bildeanalyse programvare for å spille inn koordinatene anatomiske landemerker. Disse koordinatene er importert inn i et excel makro og oversatt til kinematiske variabler av interesse nyttig i dysfagi forskning.

Abstract

Karakteriserer hyolaryngeal bevegelse er viktig å dysfagi forskning. Tidligere metoder krever flere målinger for å få tak i en kinematisk måling mens koordinere kartlegging av hyolaryngeal mekanikk ved hjelp av modifisert barium svelge (MBS) bruker ett sett med koordinater til å beregne flere variabler av interesse. For demonstrasjonsformål, ble ti kinematiske målinger generert fra ett sett med koordinater for å finne forskjeller i svelge to forskjellige bolus typer. Beregninger av hyoid ekskursjon mot ryggvirvler og underkjeve er korrelert til å bestemme betydningen av aksene i referanse.

For å demonstrere koordinere kartlegging metodikk, ble 40 MBS studier tilfeldig valgt fra et datasett for friske normale personer uten kjent svelgeproblemer. En 5 ml tynn-flytende bolus og en 5 ml pudding svalene ble målt fra hvert fag. Ni koordinater, Kartlegging av skallebasis, kjeven, ryggvirvler og elementer av hyolaryngeal kompleks, ble registrert på rammene av minimum og maksimum hyolaryngeal ekskursjon. Koordinater ble matematisk omgjort til ti variabler av hyolaryngeal mekanikk.

Inter-rater reliabilitet ble evaluert av intraclass korrelasjonskoeffisienter (ICC). Tosidige t-tester ble brukt til å evaluere forskjellene i kinematikk ved bolus viskositet. Hyoid utflukts målinger mot ulike akser av referansen ble korrelert. Inter-rater reliabilitet blant seks raters for de 18 koordinatene varierte fra ICC = 0,90 til 0,97. En skifer av ti kinematiske målinger ble sammenlignet med lagt mellom seks raters. En avvikende ble avvist, og gjennomsnittet av de resterende pålitelighet score var ICC = 0,91, 0,84 til 0,96, 95% KI. Tosidige t-tester med Bonferroni korreksjoner sammenligne ti kinematiske variabler (5 ml tynn-flytende vs 5 ml pudding svale) viste statistisk signifikante forskjeller i hyoid utflukt, overlegne laryngeal bevegelse, og pharyngeal shortening (p <0.005). Pearson korrelasjoner av Hyoid ekskursjon målinger fra to forskjellige akser for referanse var: r = 0,62, R2 = 0,38, (tynn-flytende); r = 0,52, R2 = 0,27, (pudding).

Innhenting landemerke koordinater er en pålitelig metode for å generere flere kinematiske variabler fra video fluoroskopiske bilder nyttige i dysfagi forskning.

Introduction

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

Svelg fasen av svelge er en kompleks prosess som involverer over tjue muskler og flere skjelettelementer for å overføre en bolus fra munnhulen til spiserøret samtidig beskytte luftveiene. Forutgående farygal, elementer av hyolaryngeal kompleks (hyoid bein, strupehode, og tilhørende strukturer, inkludert den øvre esophageal sphincter) blir fortrengt til å konvertere en luftkanal inn i et fordøyelseskanalen. Strupehodet er re-lokalisert anteriort bort fra banen til en møtende bolus, og den øvre spiserørlukkemuskel er strukket åpne. Kinematiske målinger tatt fra video fluoroskopiske svelge studier (også kjent som en MBS eller endring barium svelge Studies) er den primære forskningsmetodikk for å tallfeste flere bevegelser av hyolaryngeal kompleks en.

Mens kvantitativ video fluoroskopiske målinger er anvendbare for måling av svelge funksjon, forskjellige akser referanseog scalars av måleresultatet i funn som ikke er kompatible mellom de ulike metodene for kinematiske målinger to. Bevegelsen av pasienten og fluoroscope henhold manuell behandleren kontroll confounds også nøyaktigheten av måle dette komplekset fysiologiske prosess. Enda viktigere, kinematiske målinger ikke nødvendigvis struktur-til-funksjon relasjoner er viktige for å vurdere uordnede svelge. Kinematikk hyoid særlig er utformet for å spore bevegelse i en fremre eller overlegen retning i referanse til en anatomisk planet i flukt med ryggvirvler. Men denne konfigurasjonen representerer ikke linjen av handlingen av muskler som suspendere hyoid.

En to-sling Mekanismen hyolaryngeal høyde i svelg-fasen av svelge har blitt identifisert (figur 1) 3,4. De treffer suprahyoid musklene utgjør den fremre muskel slynge, og de lange svelg muskler består av posterior muskuløs slynge. Disse musklene heve ulike elementer i hyolaryngeal komplekse inkludert hyoid, strupehode, og strukturer som danner den øvre esophageal sphincter.

Koordinere kartlegging av hyolaryngeal mekanikk benytter ni lett identifiserbare anatomiske landemerker å kartlegge tre skjelett spaker og funksjoner av hyolaryngeal komplekse representerer festepunkter i fremre og bakre muskuløse stropper (figur 2). Under svelging, er hver skjelett spaken og funksjon i hyolaryngeal kompleks i bevegelse. Ved å samle koordinater, kan systemet bli fanget opp i en hvilken som helst tidsperiode. Trigonometriske konvertering av koordinater kan brukes til å generere flere kinematiske målinger av hyolaryngeal bevegelse under svelging. Variabler kan beregnes for sammenligning med resultatene som er rapportert i litteraturen, eller brukes til å generere nye målinger som representerer struktur-til-funksjonsforhold av interesse.

Det primære målet med denne artikkelen er å vise en metode for å generere flere kinematiske målinger beregnet ut fra et enkelt sett med anatomiske landemerke koordinater hentet fra Modifiserte barium svelge (MBS) studier. Vi dokumentere påliteligheten av denne metoden ved å bruke intraclass korrelasjonskoeffisienter å bestemme inter-rater reliabilitet av seks forskjellige etterforskere inkludert en ekspert, tre raters med erfaring, og to noviser. Fra den kinematiske resultater, blir forskjeller i svelge mekanikken ved bolus konsistens evaluert. Til slutt, er spørsmålet som Molefenter og Steele om betydningen av aksen av referansen som brukes ved måling av hyoid bevegelse adressert. For å nærme seg dette spørsmålet vi sammenligne målinger av hyoid utflukt i referanse til ryggvirvlene og i referanse til kjeven, beregnet ut fra samme sett med koordinater for både bolus typer. Hvis disse to metoder for måling av hyoid bevegelse representerer den samme struktur for å fungere forholdethofte, så resultatene bør være sterkt korrelert.

For denne studien ble 40 lateral view MBS studier tilfeldig valgt fra en samling av 139 normale studier i henhold til en forskningsprotokoll godkjent av Georgia Regents Universitetet Institutional Review Board og i forskningssamarbeid med Evelyn Trammell Institutt for Voice og svelger ved Medical University of South Carolina. For å demonstrere nytten av denne fremgangsmåte ble ti variabler som karakteriserer hyolaryngeal kinematikk beregnet ut fra samme sett med koordinat-data (tabell 1). Syv av disse beregnede målinger har tidligere vært brukt i litteraturen inkludert: anterior og overlegen hyoid avstandsmåling i referanse til ryggvirvlene 5; anterior og overlegen hyoid forskyvning som et forhold mellom C2-4 lengde, også med henvisning til ryggvirvlene 6; overlegen bevegelse av strupehodet i referanse til ryggvirvlene 7; hyolaryngeal omtrenteligion 1; og maksimal hyoid utflukt i referanse til ryggvirvlene en. I tillegg ble tre nye målinger beregnes: pharyngeal forkorte tilnærmet vedleggene til palatopharyngeus muskel, heving av strupehodet etter en linje av handlingen representerer stylopharyngeus, og hyoid ekskursjon tilnærmet vedlegg av de treffer suprahyoid muskler 4,8.

En ekspert hode og nakke anatomist (WP), tre etterforskere med begrenset erfaring å ta målinger (CJ, SR, TT), og to uerfarne etterforskere (RS, JT) innhentet koordinere kartdata ved hjelp av protokollen beskrevet nedenfor. Den sakkyndige (WP) trente de tre raters med erfaring, og disse igjen trent de to uerfarne raters. Inter-rater reliabilitet av koordinere data og resultater beregnet fra koordinater etter emne ble bestemt av intraclass korrelasjonskoeffisienter ni. To tailed t-tester ble utført på hver variabel for å bestemme statistically signifikante forskjeller i bolus typer. En Pearson korrelasjonskoeffisient og en determinantkoeffisient ble brukt til å evaluere avtalen mellom resultatene av hyoid utflukt beregnet med ryggvirvlene som en akse av referansen versus hyoid utflukt med kjeven som en akse referanseramme for 5 ml tynn-flytende svelge og 5 ml pudding svelge.

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

En. Konfigurere en datamaskin

  1. For Macintosh, laste ned følgende åpen kildekode eller freeware programvare: ImageJ, MacX Video Converter Free Edition (Mac), og QuickTime (se tabell over materiell / utstyr).
  2. For en PC, last ned følgende åpen kildekode eller freeware programvare: ImageJ, MPEG Streamclip (PC), og QuickTime (se tabell over materiell / utstyr).

2. Forbereder videoklipp

  1. Filkonvertering. Konvertere rå videofiler inn. Mov for datainnsamling i ImageJ. Merk: bruk videoene må inkludere kjeven, harde gane, C1-C4 virvler, strupehode og svelg i synsfeltet. ImageJ prosessering verktøy kan forbedre bildekvaliteten.
    1. Med en PC, bruker MPEG Streamclip, laste den rå. Avi video fil via File >> Open Files og velge ønsket klippet. Velg File >> Eksporter til QuickTime.
    2. Med en Mac, bruker MacX Video Converter, klikk på "Legg til fil" og velg video (er) for conversjon. Flere videoer kan konverteres samtidig ved hjelp av dette programmet.
    3. I avsnittet Output Settings, klikk på knappen Bla gjennom og velge ønsket plassering å lagre den konverterte filen.
    4. Klikk på "til MOV"-kategorien. Kontroller at Output Format under "Video Settings"-delen er MOV. Klikk på Start.
  2. Redigering klipplengde. Minnet er begrenset med ImageJ. Det anbefales at en fil for hver svelge gjøres.
    1. Åpen MOV. Video fil opprettet i trinn 2.1 bruker QuickTime (PC eller Mac).
    2. Identifiser 5 ml tynn-flytende og pudding svale av lyd-køer eller ved swallow sekvens skissert av MBS protokollen som brukes under datainnsamlingen.
    3. Velg Rediger >> Trim og justere trimmingen bar slik at hele 5 ml Thin Fluid svelge visualiseres. Klikk trim.
    4. Velg File >> Eksport og skape et filnavn som skal brukes til å lenke Subject data (kjønn, alder, etiologi, bolustype) å COOrdinate kartleggingsresultater.
    5. Gjenta for den pudding svelge (eller for noen annen bolus av interesse).

Tre. De-identifiserende bilder

  1. Hvis en fil inneholder noen personlige helseinformasjon (PHI) og trenger å bli avidentifisert, laste opp filen ved hjelp av Image J (Se 4.1 til 4.2).
  2. Bruk rektangel verktøyet å ramme svelge studie for å utelukke PHI. Velg bilde >> Beskjær. Deretter velg File >> Lagre som >> QuickTime-film.
  3. Konfigurer dialogboksen som følger: Komprimering >> Sorenson 3; Kvalitet >> Maximum, skrive inn riktig bildefrekvens (vanligvis 30 fps).

4. Forbereder å måle

  1. Åpen ImageJ. Klikk på ">>"-ikonet på verktøylinjen. Velg >> Arrow merking Tools.
  2. Laster opp bilder. Klikk på QuickTime-ikonet. Velg "Åpne film som en stack" fra rullegardinmenyen og finne redigerte QuickTime klipp. Image J vil ikke åpne hele svelge studien på grunn av minnegrenser (se trinn 2.2). Minne kan være minimalt utvides ved å velge Edit >> Alternativer >> Minne og tråder.
  3. Behandler bilder for å forbedre bildekvaliteten. Velg Process >> Math >> Legg. Sjekk forhåndsvisningsboksen og justere tallene til ønsket bildekvalitet. Svar ja til å behandle hele bunken av bilder.
  4. Sett målinger. Velg Analyser >> Set Målinger fra ImageJ menyen. På dialogboksen merket "Stack Position" og "Inverter Y koordinater". Fjern merking alt annet.
  5. Velg multiverktøyet fra verktøylinjen. Klikk på anatomiske landemerker i rekkefølge (se 5.0)
  6. Bruke multiverktøyet.
    1. Ta en måling av alle punkter ved å velge Analyser >> Mål fra menyen eller tastaturkommando + M (kontroll + M for PCer).
    2. Fjern alle punkter kommando med + A (control + A for PCer).
    3. Fjern enkeltpunkter ved å holde over et punkt, og deretter holder du Kommando-Tilvalg-tastene og klikk på det punktet som skal fjernes.
    4. Flytt singulære punkter ved å holde markøren over et punkt, klikke, dra og slippe et punkt til et nytt sted.
    5. Flytt alle punktene sammen med piltastene.

5. Kartlegging Landemerker

  1. Begynn ved første rammen og videre til en klar ramme i den før-oral fase. Observere posisjonen til bolus på fremre, overlegen margin av tungen før oppstart av oral transport av svalen. Bruk denne rammen for å sette de ni første koordinatene.
  2. Bruk ImageJ multi-punkts verktøy for å kartlegge de ni første koordinatene på følgende anatomiske landemerker (se figur 3a og 3b)
  3. Spill første ni koordinater ved hjelp av kommandoen + M tastene (Ctrl + M for PCer).
  4. Advance rammer til hyoid bein har nådd maksimal posisjon i anterior og overlegen retninger. Bekreft maksimalt ved å fremme rammer til insure nedstigningen av hyoid begynner på følgende rammen.
  5. Flytt punktene 1-5 til sine nye stillinger. Disse nye stillingene vil bli registrert som koordinerer 10 - 14.
  6. Flytt punkt 9, som i sin tur blir koordinaten 18 Merk:. Rammer vil sannsynligvis variere for de neste to trinn.
  7. Finn ramme som viser maksimal heving av strupehodet. Juster poeng 7 og 8, som vil tjene som koordinerer 16 og 17.
  8. Finn rammen (e) som representerer den maksimale ekskursjon for UES, punkt 6 (koordinere 15). Fra maksimal hyoid ramme, finn ramme der bolus hindres av de UES i hypofarynks. Juster koordinatpunkt for UES fra minimum ramme å representere UES maksimal koordinere 18.
  9. Spill andre ni koordinater ved hjelp av kommandoen + M tastene (Ctrl + M for PCer).
  10. For koordinater 19 og 20 markerer kanten av det skalare (en krone eller 1,9 cm ring) på aksen representerer den lengste diameter av røntgentette markør.
  11. Record skalar koordinerer hjelp kommando + M tasts (control + M for PCer).

6. Transform samordne data i kinematiske målinger av interesse å bruke en makro aktivert Excel-fil (instruksjonene for makro er inkludert på filen)

Merk: trigonometriske beregninger er innstøpt i makroene beregne kinematiske målinger (figur 4).

  1. Last ned "CoordinateMapping.xlsm" fra Jove artikkelside.
  2. Følg instruksjonene på regnearket slik at filen. Initialisering makro vil opprette tre ark inkludert: resultater, data og innspill ark. Merk: Macintosh-brukere må aktivere utviklerverktøy i Excel for å kjøre makroer.
  3. Kopier koordinater fra den ImageJ resultatvinduet og lim inn den utpekte celle i "input arket". Kjør "datacaptureline" makro.
  4. Resultatene vil vises på "resultater" ark. Linjer av koordinere data vil vises 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 korrelasjonskoeffisienter (ICC) av koordinater samles inn av seks etterforskere som uavhengig analysert 80 video fluoroskopiske filer (to bolus prøve fra 40 fag) varierte fra ICC = 0,90 til 0,97. En oppsplitting av ICCs av koordinater ved gruppen er som følger: koordinerer # 1 - 5 (skjelett elementer på minimum hyolaryngeal utflukt) mener = 0,93, 0,91 til 0,95, 95% KI; koordinerer # 6 - 9 (hyolaryngeal kompleks på minimum hyolaryngeal utflukt) mener = 0,94, 092 til 0,96, 95% KI; koordinerer # 10 - 14 (skjelett elementer ved maksimal hyolaryngeal utflukt) mener = 0,93, 0,91 til 0,95, 95% KI; og koordinerer # 15 - 18 (hyolaryngeal kompleks ved maksimal hyolaryngeal utflukt) mener = 0,96, 0,94 til 0,97, 95% KI. Disse resultatene indikerer at sterk pålitelighet mellom dommere er oppnåelig ved hjelp av koordinat kartlegging.

ICCs av ti variabler beregnet fra koordinater samlet inn fra seks uavhengige raters etter emne og bolus svelge avslørtet enkelt fag med en ICC = 0,54 for de 5 ml tynn-flytende svelge og ICC = 0,47. Visuell undersøkelse av denne MBS studien bekreftet dårlig bildekvalitet. Justert for dette emnet, er gjennomsnittet av alle ICCs og 95% konfidensintervall 0,91, 0,84 til 0,96 for resten av MBS-filer som er analysert. Disse resultatene indikerer at inter-dommer påliteligheten til variablene er nyttig for å bestemme om bildekvaliteten av bestemte filer som er akseptabelt.

En sammenligning av 5 ml tynne flytende svale og 5 ml pudding svale etter beregnet variabel ved hjelp av en tosidig t-test ga følgende p-verdier med alle målinger inkludert (n = 234): Ant. Hyoid Movement p = 0,82, Sup. Hyoid Movement p = 0,0001, Hyoid Excursion (kjeven) p = 0,09, Hyoid Excursion (ryggvirvlene) p = 0,0005, Sup. Laryngeal Movement p = 0,003, Hyolaryngeal Tilnærming p = 0,42, heving av strupehodet p = 0,02, Faryngeal Avkortning m> p = 0,0000, Hyoid Excursion (kjeven, C2 - C4) p = 0,06, heving av strupehodet (C2 - 4) p = 0,01 (figur 5) (tabell 2). Disse resultatene viser det kinematiske variable variere fra bolus viskositet i denne stikkprøve.

En Pearson korrelasjonskoeffisient og en koeffisient på bestemmelse av hyoid ekskursjon beregnet med ryggvirvlene som en akse av referanse versus hyoid tur i forhold til kjeven som en akse av referanse for 5 ml tynn-flytende og 5 ml pudding svelger er som følger: r = 0,621, r 2 = 0,37 (5 ml tynn-væske), og r = 0,49, R2 = 0,24 (5 ml pudding). Denne resultater viser at hyoid bevegelsen er multifaktoriell; hvis treffer suprahyoid muskler utelukkende fortrengt hyoid, da disse målingene vil være sterkt korrelert (> 0,90).

n "fo: src =" / files/ftp_upload/51476/51476fig1highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/51476/51476fig1.jpg "/>
. Figur 1 Illustrasjon av de muskuløse stropper som suspendere og heve elementer av hyolaryngeal komplekse inkludert hyoid, strupehode, thyrohyoid (TH), og øvre esophageal sphincter (UES):. Anterior muskuløs slynge 1) geniohyoid 2) anterior digastric tre.. ) mylohyoid 4) stylohyoid 5) posterior digastric.;. posterior muskuløs slynge 6.) palatopharyngeus 7.) salpingopharyngeus 8.) stylopharyngeus.

Fig. 2
Figur 2. Ni koordinater (i blått) map kjeven, skallebasis, og ryggvirvler (i rødt) og elementer av hyolaryngeal kompleks (i grønt).

Fig. 3a Figur 3a. Landemerker i fem koordinater Kartlegging av tre skjelett spakene som visualiseres på MBS (# 1 = kjeven, der den underlegne linjen i kroppen av kjeven møter symphyseal omrisset av kjeven, # 2 = bakre kant av den harde ganen der den krysser fremre kanten av ramus av kjeven, # 3 = anterior tuberkel av atlas (C1), nr. 4 = fremre mindreverdig kanten av C2 vertebra, # 5 = fremre mindreverdig kanten av C4 vertebra).

Figur 3b
Figur 3b. Landemerker i fire koordinater Kartlegging av elementene i hyolaryngeal komplekse inkludert hyoid, strupehode, og øvre esophageal sphincter (# 6 = dårligere luft column av hypopharynx proksimale til øvre esophageal sphincter, # 7 = posterior, dårligere margin av cricoid brusk på tracheal luftsøyle (posterior strupehode), nr. 8 = anterior, dårligere margin av cricoid brusk på tracheal luftsøyle (anterior strupehode ), nr. 9 = fremre mindreverdig kanten av hyoid bein).

Figur 4
. Figur 4 Trigonometrisk transformasjon av koordinere data: For å spore bevegelsen av et landemerke (. Ex Hyoid) mot en spak som aksen av referansen (ex. virvler representert ved C1-C4) første utpeke x, Y koordinater: 1 = C1, 2 = C4, 3 = hyoid. Så, b = akse referanse, C = vinkel av interesse, a = hypotenusen. * Enhver avstand mellom koordinater er avledet ved hjelp av Pythagoras 'læresetning som demonstrert av lengde en. ** Alle vinkler av interesseer avledet ved hjelp av cosinusloven som vist ved vinkelen C. Anterior forskyvning av nr. 3 i referanse til aksen av referanse (linje b) er = i'-i, der i '= sin (C') a ', og i = sin (C) et. Overlegen forskyvning av nr. 3 i referanse til aksen av referansen er = ii-ii ', der ii = cos (C) A og II' = cos (C ') a'. Disse formler kan omdannes for å imøtekomme ulike akse referanse som representerer en av de tre skjelettstengene i den svelgapparatet.

Figur 5
Figur 5. Resultater å sammenligne en skifer av kinematiske variabler beregnet fra koordinere sammenligne 5 ml tynn-flytende vs 5 ml pudding MBS svalene (n = 39). AH = anterior hyoid bevegelse, SH = overlegen hyoid bevegelse, HE m = hyoid utflukt i referanse til mandible, HE v = hyoid utflukt i referanse til ryggvirvlene, SupLx = overlegne laryngeal bevegelse, HyLx = hyolaryngeal tilnærming, LxEl = heving av strupehodet (mot skallebasis), PhxSh = pharyngeal forkorte, HE m * = hyoid utflukt i referanse til kjeven med en C2 - 4 skalar, LxEl * = heving av strupehodet med en C2 - 4 skalar.

Måling Variabel Axis referanseramme Skalar Beskrivelse
Anterior hyoid bevegelse Vertebrae cm Beskrevet av Kim og McCullough 2008, beregner forskyvningen av hyoid (koordinat 9) bort fra en linje som er tilnærmet ryggvirvlene (linje som forbinder koordinatene 3 og 5, som representerer C1 og C4 henholdsvis)
Superior hyoid bevegelse Vertebrae cm Beskrevet av Kim og McCullough 2008, beregner forskyvningen av hyoid (koordinat 9) i en retning parallell med en linje som er tilnærmet C1-C4 ryggvirvler.
Hyoid utflukt (kjeven) Mylohyoid linje av kjeven cm Beregner forskyvning av hyoid langs en linje tilnærmet mylohyoid linje av kjeven (Koordinater 1 & 3). Denne målingen er tilnærmet funksjonen av de treffer suprahyoid muskler.
Hyoid utflukt (ryggvirvlene) Vertebrae cm Beskriv av Leonard et al., 2000, løser den fremre og overlegen vektor bevegelses hyoid bort fra en linje som er tilnærmet C1-C4 virvler
Superior laryngeal bevegelse Vertebrae cm Beskrevet av Logemann et al., 2000, beregner forskyvningen av larynx (koordinat 8) i en retning parallell med en linje som tilnærmet ryggvirvlene
Hyolaryngeal tilnærming n / a cm Beskrevet av Leonard et al., 2000, beregner tilnærming av hyoid (koordinere 9) og strupehode (koordinere 8)
Heving av strupehodet n / a cm Beregner forskyvning av bakre strupehode (koordinere 7) mot C1 (koordinere 3) tilnærmet vedleggene til stylopharyngeus.
Faryngal forkorting n / a cm Beregner forskyvning av verdiene, (koordinat 6) mot den harde ganen (koordinat 2) tilnærmet feste for den palatopharyngeus.
Hyoid utflukt (kjeven) Vertebrae C2-4 Beskrevet ovenfor, men benytter C2-C4 skalar (koordinater 4 og 5) er beskrevet av Steele et al. 2011
Heving av strupehodet (ryggvirvlene) Vertebrae C2-4 Beskrevet ovenfor, men uses at C2-C4 skalar (koordinater 4 og 5) er beskrevet av Steele et al. 2011

Tabell 1. Beskrivelser av fortrengning målinger.

Måling Variabel 5 ml Thin Liquid (n = 234 målinger) 5 ml Pudding (n = 234 målinger) p-verdier
Mean SD Mean SD (2 tailed T-test)
Anterior hyoid bevegelse 1,10 0,41 1,11 0,40 0,82
Superior hyoid bevegelse 1,49 0,66 1,76 0,75 0.0001
Hyoid utflukt (kjeven) 1,37 0,48 1,45 0,48 0,09
Hyoid utflukt (ryggvirvlene) 1,93 0,57 2,15 0,69 0.001
Superior laryngeal bevegelse 3,32 0,88 3,60 1,03 0.003
Hyolaryngeal tilnærming 1,10 0,57 1,14 0,55 0,42
Heving av strupehodet 2,53 0,67 2,70 0,76 0,02
Faryngal forkorting 1,30 0,62 1,66 0,65 0,0000
Hyoid utflukt (kjeven) 0,36 0,12 0,38 0,13 0,06
Hyoid utflukt (ryggvirvlene) 0,67 0,16 0,71 0,19 0,01

Tabell 2. Midler, standardavvik, og p-verdier på 5 ml tynn væske 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

Denne studien viser nytten av en metode med å koordinere data av anatomiske landemerker for å beregne flere kinematiske målinger av hyolaryngeal bevegelsen med å svelge. Inter-rater reliabilitet av seks raters, inkludert to uerfarne raters, for koordinater og beregnede variabler var sterk (ICC> 0,90). Representative resultater fra et tilfeldig utvalg av friske ikke-dysfagi voksne viste forskjeller i flere kinematiske variabler som svar på to bolus typer. Vi fant også at bruk av ulike akser av referanse for beregning av ekskursjon av hyoid bein gitt resultater som ikke var sterkt korrelerte.

Samle anatomisk landemerke data reduserer tid og fjerner variabilitet introdusert av flere målinger som brukes i andre metoder 1,5-7. Et fullstendig sett av kinematiske målinger kan beregnes og brukes i et forhold analyse eller hovedkomponentanalyse dersom alle koordinater er synlige.Alternativt, hvis en problemstilling innebærer færre variabler, færre koordinatene kan være nødvendig for å beregne en mindre skifer av avstandsmålinger. Initialisering makro vil avgjøre hvilke av koordinatene må samles. Denne teknikken ble utviklet ved hjelp av åpen kildekode eller lett tilgjengelig programvare for å oppmuntre til bred bruk i dysfagi forskning. Disse flere trinn kan bli innlemmet i kommersielt tilgjengelig programvare som potensielt kan gjøre denne teknikken gjennomførbart i en klinisk setting.

Modifikasjoner protokollen kan gjøres for å imøtekomme databehandling preferanser. ImageJ kan lese. Avi-filer blant annet. QuickTime ble valgt å beholde den største bildeoppløsning med den minste filstørrelsen. Makroen aktivert excel-filen er i sin første versjon. Som begrensninger eller problemer identifiseres og repareres i koden, vil nyere versjoner lastes opp. Ett kjent problem er at v1.0 ikke tillater manglende data. En aktuell libegrensning, er at resultatene ikke kan genereres i SI (rapportert i cm) og anatomiske enheter (rapportert som C2 - C4-avstand) på samme tid. En aktuell løsning er å initialisere en excel arbeidsbok for å rapportere SI-enheter og en annen for å rapportere anatomiske enheter ved hjelp av de samme dataene som samles inn ved hjelp ImageJ. Disse og andre spørsmål vil bli tatt opp over tid av forfatterne (FO, WP).

Kritisk til validitet og reliabilitet i denne metoden er konsistens i: samordne kartlegging av anatomiske landemerker, og rammen utvalg for minimum og maksimum omkoding av koordinere. Det er viktig å markere anatomiske landemerker konsekvent. Siden de fleste kinematiske målingene blir beregnet som en forskjell i avstand i minimums-og maksimums målinger, vil konsistens at kinematiske målingene representerer svelge funksjon av interesse. Frame utvalget kan bli forvirret av dårlig kontrollert datainnsamling i gjennomlysning suite der minimumsramme som beskrevet i step 5.1 er ikke avbildes. Koordinater samlet på maksimalt kan også gjøres til skamme om kamera og pasientbevegelser er plutselig. Hyoid og strupehode maksimumsgrenser er vanligvis oppnås nær den samme rammen, men UES maksimumsgrenser (som representerer pharyngeal forkorting) kan variere. Hver ramme representerer 30msec i tid. I tilfeller der mange rammer skille maksimal ekskursjon av landemerker 6 - 9, er det viktig å være sikker på at landemerker nummerert 1-5 være på plass.

Andre begrensninger av denne teknikken oppstår fra å bruke bildedata. Denne teknikken infers tredimensjonale romlige forhold fra to-dimensjonale data. Fluoroskopiske bilder som røntgen, er også gjenstand for forstørrelse og forvrengning, noe som kan påvirke gyldigheten av disse målingene. Oppnå inter-eller intra-rater reliabilitet med dårlig bildekvalitet er vanskelig. Endelig er det en læringskurve forbundet med å oppnå pålitelighet.

I den aktuelle studien, ble pålitelighet testet avsammenligne koordinater målt ved seks raters; inkludert to uerfarne raters, tre raters med erfaring og en ekspert. Vi fant ut at trening påvirker pålitelighet. Avtalen mellom de uerfarne raters var ICC = 0,88, mens avtalen mellom flere erfarne og dyktige raters var ICC = 0,95. Et tilbakevendende tema i pålitelighet trening var rammen utvalg, og understreker viktigheten av klare operasjonelle definisjoner av minimum og maksimum hyolaryngeal utflukt til bedre pålitelighet. Endelig bildekvalitet påvirker pålitelighet. Ved å sammenligne en rekke variabler fag etter fag, ble ICC-verdiene brukes til å identifisere MBSS med dårlig bildekvalitet. For forskningsformål foreslår vi avvise bilder med en inter-rater avtalen av ICC <0.70. I vår kohort, en gjenstand med en ICC = 0,54 for 5 ml tynn væske svelge og ICC = 0,47 for 5 ml pudding ble identifisert. Visuell inspeksjon av MBS bekreftet at dårlig bildekvalitet kan bli identifisert av statistisk analyse.

Denne teknikken gjør det mulig for evaluering av variasjonen i beregning og tolkning av kinematiske målinger to. Av spesiell interesse i dysfagi forskning er hvor bevegelsen av hyoid måles og tolkes. Hyoid ekskursjon beregnet fra ulike akser av referansen ble ikke høyt korrelert. Koeffisienten viser at hyoid bevegelse målt mot ryggvirvlene only spår 37% av variansen av hyoid bevegelse målt mot kjeven som en akse av referanse i 5 ml tynn-flytende svale og 24% i 5 ml pudding svalene. Dette indikerer at andre bevegelsen står for hyoid bevegelse. Hyoid bein er festet til kjeven og skallebasis av de treffer suprahyoid muskler. Siden kjeven er fortsatt relativt fast under svelging, er hyoid nærmer kjeven representant for konsentrisk kontraksjon av de treffer suprahyoid muskler. Ved måling av hyoid bevegelse mot ryggvirvlene, er det sannsynlig at bevegelse av atlanto-occipital joint (hode forlengelse eller fleksjon) er smeltet sammen med hyoid bevegelse skyldes treffer suprahyoid funksjon.

Måling hyoid utflukt i referanse til kjeven etter design representerer mer nøyaktig den underliggende funksjonelle anatomi åtte. To studier knytte redusert hyoid bevegelse og risiko for aspirasjon funnet forskjellige resultater; én tilknyttet diminished overlegen bevegelse av hyoid og den andre funnet anterior bevegelse 6,10. Begge målt hyoid bevegelse i referanse til ryggvirvlene. For å avgjøre om hyoid bevegelsen er en biomarkør for aspirasjon, argumenterer vi for at studier skal måle hyoid bevegelse i forhold til skjelett levers til hvilke muskler fortrenge hyoid fester, snarere enn i forhold til vertebra som de ikke feste.

Ved bruk av fortrengnings målinger i forskning det viktig å definere de anatomiske korrelerer av interesse. Oppdagelsen av at hyoid ekskursjon beregnet fra ulike akser referanse er ikke høyt korrelert understreker behovet for å vurdere hva kinematiske målinger faktisk representerer. Hyoid utflukt i referanse til ryggvirvlene representerer covariant funksjon av hode og nakke forlengelse og treffer suprahyoid sammentrekning. Hvis forstå den underliggende funksjon av de treffer suprahyoid muskler er mer viktig, da hyoid utflukt målt i reference til kjeven er mer nøyaktig 3,8. De foreslåtte heving av strupehodet og svelg-forkorting variabler relateres til de lange svelget muskler, en posterior slynge av muskler som hever strupehodet innervated av hjernenerver IX og X 3,4. Men andre muskler hjelpe til heving av strupehodet og svelg-forkorting. Koordinat kartlegging tillater forskere for å måle en rekke utvalgte variable, men variablene bør bli valgt i sammenheng med en bestemt problemstilling. Det er derfor viktig å erkjenne kovariant funksjon av muskler som ligger til grunn for disse målingene.

Koordinere kartdata kan brukes i morfometrisk analyse for å vurdere kovarianter form endringer i normal og unormal svelge 11. Morfometrisk analyse av hyolaryngeal apparat indikerer muskel tilpasninger til ulike forhold, inkludert svelgeproblemer. Den morfometrisk analyse av koordinater kartlegging svelge fufunksjons kan til slutt gi mer nyttig informasjon om biomekanikk av svelge og svelgeproblemer enn kinematikk alene. Fremtidige retninger omfatte utvikling av en database med koordinater til fenotype svelge og svelgeproblemer ved hjelp av kinematiske resultater og morfometrisk analyse. En slik database vil tillate oss å bestemme underliggende funksjonelle anatomi av svelge og svelgeproblemer forbundet med ulike årsaker til dysfagi. En koordinere strategi kan også brukes til andre bildediagnostikk der koordinater kan oppnås for eksempel dynamisk MR eller 320-detektor-rad Multi-slice CT 12.

I sum, koordinere data er nyttig for å beregne flere pålitelige kinematiske målinger av hyolaryngeal bevegelsen med å svelge. Kinematiske målinger må forstås i sammenheng med problemstillingen og den underliggende anatomi. Noen av fortrengnings variabler er kombinert med spesifikk muskel gruppe funksjon og some ikke. Koordinatene kan også brukes i morfometrisk analyse av svelge.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne hevder at de ikke har noen konkurrerende finansielle interesser.

Acknowledgments

Forfatterne erkjenner Kendrea Focht, CSCD, CCC-SLP, og Evelyn Trammell Institutt for Voice og svelger ved Medical University of South Carolina, for å dele MBS bildefiler som brukes til å demonstrere denne metodikken. Disse MBS data ble samlet inn gjennom extramural støtte finansiert av Grant Antall TL1TR000061 (PI: Focht) fra National Center for Advancing Translasjonsforskerne Sciences og Grant Antall 1K24DC12801 (PI: Martin-Harris) fra National Institute on døvhet og Other Communication Disorders, og utført støtte fra Mark og Evelyn Trammell Trust. Disse metodene ble opprinnelig utviklet av rektor etterforsker mens støttes av Grant Antall F31DC011705 fra National Institute on døvhet og Other Communication Disorders. Innholdet er utelukkende ansvaret til forfatterne og representerer ikke nødvendigvis de offisielle visningene av National Institute on døvhet og Other Communication Disorders eller National InstitutesHelse.

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 Kartlegging av Hyolaryngeal Mechanics i Svelge
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