Summary
Este artículo se centra en la obtención experimental del dolor a través del calor (térmico) y estimulación eléctrica durante la grabación visual, fisiológica y las respuestas paralingüístico. Su objetivo es recoger datos multimodales válidos para el análisis de dolor basado en su duración, intensidad y calidad.
Abstract
La evaluación del dolor se basa principalmente en métodos que requieren de una persona para comunicarse. Sin embargo, para personas con impedimentos cognitivos y verbales, los métodos existentes no son suficientes ya que carecen de fiabilidad y validez. Para abordar este problema, la investigación reciente se centra en una evaluación objetiva del dolor por parámetros de respuestas derivadas de la fisiología y señales de vídeo y audio. Para desarrollar sistemas de reconocimiento de dolor automatizado confiable, se hicieron esfuerzos en la creación de bases de datos multimodales con el fin de analizar el dolor y detectar patrones de dolor válido. Mientras que los resultados son prometedores, se centran sólo en dolor discriminativa o intensidades de dolor y sin dolor. Para avanzar en esta investigación debe considerar también la calidad y duración del dolor ya que proporcionan información adicional valiosa para controlar el dolor más avanzado. Para complementar las bases de datos y el análisis del dolor en cuanto a calidad y duración, este trabajo propone un experimento psicofisiológico para provocar, medir y recoger las reacciones de dolor válido. Los participantes son sometidos a estímulos dolorosos que difieren en duración de intensidad (baja, media y alta), (5 s / 1 min) y modalidad (calor eléctrico dolor) mientras que de audio, vídeo (por ejemplo, expresiones faciales, gestos del cuerpo, temperatura de la piel facial) y fisiológicos señales (e.g., Electrocardiograma [ECG], piel nivel de conductancia [SCL], electromiografía facial [EMG] y EMG del trapecio M.) está siendo grabado. El estudio consta de una fase de calibración para determinar rango de dolor individual del sujeto (al intolerable dolor) y una fase de estimulación que dolor se aplican estímulos, dependiendo del rango calibrado. Los datos obtenidos permitan refinar, mejorar y evaluar sistemas de reconocimiento automático en términos de una evaluación objetiva del dolor. Para el desarrollo de tales sistemas y para investigar las reacciones de dolor en más detalle, las modalidades de dolor adicional tales como presión, químico o frío dolor debe incluirse en futuros estudios. Datos de este estudio serán lanzados como "X-ITE dolor base de datos".
Introduction
El dolor es una sensación muy personal y desagradable que se percibe de manera diferente por todo el mundo. Dura de segundos a meses y pueden variar en su calidad (pulsátil, agudo, ardor, etcetera). Si se trata inadecuadamente, el dolor influye en las funciones físicas y psicológicas del cuerpo, reduce la calidad de vida y asume el riesgo de convertirse en una condición crónica. En la atención clínica, la evaluación precisa de la intensidad del dolor y la calidad es muy importante proporcionar dolor exitosa gestión1,2. Métodos estándar de oro para evaluar dolor, tales como escala de análogo visual (VAS), la escala de calificación numérica (NRS) o el cuestionario de dolor McGill3, se basan en informes de pacientes y, por tanto, sólo funciona con suficientemente cognitivo y verbal personas intactas. En consecuencia, todos los establecieron métodos carecen de validez y fiabilidad cuando se trata de recién nacidos4, delirante, soñolienta, sedada, pacientes ventilados5o personas que sufren de demencia6,7. Además o como alternativa a escalas de autoinforme, se han desarrollado métodos para medir el dolor a través de la observación por personal entrenado (por ejemplo, el de Zurich observación dolor evaluación8 o la abadía dolor escala9) en los últimos años. Sin embargo, incluso estas herramientas sufren limitaciones en la confiabilidad y validez, como calificadores entrenados aún no pueden garantizar una evaluación objetiva. Además, la aplicación es a menudo demasiado desperdiciador de tiempo para el personal clínico cuando la evaluación del dolor debe hacerse sobre una base regular.
Varios equipos de investigación se han centrado en el desarrollo de dolor automatizado reconocimiento de sistemas, que permiten la medición del dolor por medio de fisiológica, visuales, o paralingüístico señal establece como nuevos enfoques para la evaluación y control de dolor y su intensidad objetivamente. Estudios previos muestran resultados prometedores en la detección y diferenciación dolor10,11,12,13,16,17,18 o discriminar dolor de emociones básicas14,15 basado únicamente en uno de la señal establece10,11,12,13,14, 15 así como en una combinación fusion16,17,19 de los conjuntos. Las modalidades mencionadas reaccionan casi autónomamente a estímulos estresantes como el dolor. Uso tiene la ventaja que no requieren la capacidad de una persona para informar su dolor. Tales individuos se beneficiarían enormemente de un sistema de reconocimiento de dolor objetivo que incorpora tales modalidades. Conjuntos de datos que consiste en las reacciones que provocó dolor proporcionan valiosa información para analizar patrones de dolor y desarrollar aplicaciones prácticas para la detección y seguimiento de dolor. Entre otros, Walter et al.20 creó la "BioVid calor dolor base de datos" una base de datos multimodal que está públicamente disponible y proporciona datos de corto plazo inducidas por estímulos dolorosos de calor y las reacciones psicofisiológicas y visuales correspondientes. La "SenseEmotion"base de datos de Velana et al21 incluye Bioseñales, videos e información de paralingüístico de voluntarios afectados por dolor calor fásica y estímulos emocionales.
Mientras que estas bases de datos son adecuados para examinar las reacciones de dolor, en su mayoría se basan en un modelo de dolor específico. Como dolor difiere en su calidad (supuestamente según el modelo de dolor) y en su duración, también puede diferir en su fisiológico, visual y paralingüístico se correlaciona. Al mejor del conocimiento authors', no estudios multimodales o bases de datos hay que combinar dos o más modelos de dolor y variar los estímulos de dolor en intensidad y duración para no sólo detectar patrones de dolor pero también distinguir entre calidades de dolor.
Este documento proporciona un protocolo sobre cómo llevar a cabo un experimento complejo psicofisiológico para provocar dolor y simultáneamente grabar respuestas fisiológicas (por ejemplo, ECG, EMG de zygomaticus de Musculus trapecio, corrugador superciliary principales, SCL) así como datos de audio y vídeo (por ejemplo, expresiones faciales, gestos del cuerpo, temperatura de la piel facial). Los participantes son estimulados con corta (fásica) y calor (tónico) y estímulos de dolor eléctrico que difieren en intensidad y duradero. Una fase antes del experimento de calibración determina los umbrales de dolor para cada sujeto individualmente.
El estudio tiene como objetivo recoger datos multimodales para investigar dolor (patrones) con respecto a la intensidad, calidad y duración por medio de métodos estadísticos, algoritmos de aprendizaje de máquina, etcetera. Además, los datos ya recogidos está planeados para ser publicado para los propósitos de la investigación académica bajo el nombre de "X-ITE (Experimentally redir_lang.jsp Thermal y toma de alimentación eléctrica E) base de datos de dolor". Puede ampliar las bases de datos existentes, tales como BioVid calor dolor y SenseEmotion de20,21y contribuir a que más desarrollo, mejora y evaluación de sistemas de reconocimiento del dolor automatizada en materia de validez, confiabilidad y reconocimiento en tiempo real.
El resto del documento está organizado de la siguiente manera. El protocolo describe cómo llevar a cabo el estudio de desencadenamiento de dolor paso a paso. A continuación, los resultados representativos presentan el resultado del experimento. Por último, la discusión cubre pasos críticos, limitaciones y beneficios del estudio, seguida de sugerencias para futuras ampliaciones.
Protocol
El estudio se llevó a cabo con arreglo a las normas éticas establecidas en el mundo médico declaración Asociación de Helsinki (obtuvo aprobación del Comité de ética: 196/10-UBB/bal) y aprobado por el Comité de ética de la Universidad de Ulm ( Helmholtzstraße 20, 89081 Ulm, Alemania).
1. tema de reclutamiento y selección
- Reclutar un número igual de mujeres y hombres sanos entre 18 y 50 años de edad a través de carteles, folletos, anuncios de prensa local y las redes sociales para lograr una muestra sobre todo general. Anunciar el beneficio científico del estudio y ofrecer una compensación monetaria. Proporcionar número de teléfono o dirección de correo electrónico de contacto para más información.
Nota: Los efectos relacionados con la edad en la sensibilidad al dolor son bien informado22 y se deben considerar en la selección de la muestra. Para evitar confundir los resultados con los efectos de la edad, escogemos un grupo más joven como por Lautenbacher et al22. - Excluir posibles sujetos que cumplan cualquiera de los siguientes criterios: sufren de dolor crónico, depresión o antecedentes de trastornos psiquiátricos; tener condiciones neurológicas, síndrome de dolor de cabeza o enfermedades cardiovasculares; regularmente tomar analgésicos o utilizar analgésicos directamente antes del experimento.
2. general preparación del experimento de desencadenamiento de dolor
Nota: El experimento de desencadenamiento del dolor consta de dos partes sucesivas temporal: la parte de la calibración y la parte del estímulo de dolor. La parte de calibración determina el umbral de dolor individual del participante y nivel de tolerancia del dolor en términos de estímulos térmicos y eléctricos. La parte de estimulación del dolor realiza la inducción de dolor a los umbrales individuales. Cada parte del experimento lleva a cabo en una habitación diferente: la sala de calibración y la sala experimental. La sala de calibración también sirve como una sala de monitoreo para el experimentador durante la estimulación del dolor (ver figura 1).
Figura 1 : Representación esquemática de la configuración de la sala de. El lado derecho muestra la sala de calibración y monitoreo donde realiza la parte de la calibración. Más tarde también sirve como una señal de monitoreo de habitación durante la parte del estímulo de dolor, que sigue la parte de la calibración. El lado izquierdo muestra la sala experimental donde realiza la parte del estímulo de dolor. Ambas habitaciones están conectadas por un tubo conduit, que se el thermode, el cable los electrodos del estimulador eléctrico y cables de computadora se puede pasar a través. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
- El tema a la bienvenida y le conducen a la sala de calibración. Informará al participante en detalle el experimento de 3 h y la posibilidad de terminación en cualquier momento sin consecuencias negativas. Obtener un consentimiento informado para el experimento y una confirmación por escrito que ninguno de la exclusión criterios aplican. Preparar un recibo y la compensación monetaria.
- Uso de estimuladores de marcado CE que permiten inducir estímulos térmicos y eléctricos altamente controlados. Usar convertidores de analógico a digital que convierten los estímulos térmicos y eléctricos analógicos en señales digitales para capturar. Encienda el termo y el estimulador eléctrico.
- Para la calibración y la parte principal del experimento, utilizar el software apropiado, que permite la activación manual o automática de estímulos térmicos y eléctricos. Ejecute el software del estimulador térmico y eléctrico. Prepare lápiz y papel para anotar las correspondientes intensidades de dolor informadas por el participante e intensidades de estímulos.
- Que el tema sentarse cómodamente en una silla con un lado derecho. Lugar una escala impresa va de 0 a 100 en pasos de 5 con, en el izquierdo, anclaje punto 0/no dolor y, a la derecha, punto de anclaje 100/intolerable dolor frente a la materia. Indique el tema a verbalmente la intensidad del dolor de un estímulo inmediatamente cuando se le preguntó a hacerlo, usando la escala proporcionada. Explicar con precisión que sólo cero significa "no dolor" mientras 100 equivale a un estímulo que no puede tolerarse más.
Nota: En este estudio, "la tolerancia del dolor" se entiende como la intensidad de un estímulo que un sujeto no puede soportar, lo que significa aquí: no puede tolerar más. Así, el punto de anclaje 100 está marcado como dolor intolerable en contraste con una escala numérica utilizada en la práctica clínica.
3. calibración del umbral del dolor eléctrico y tolerancia (partes 1 y 2)
Nota: Sólo un experimentador debe realizar la parte de calibración para minimizar los efectos sociales en la sensibilidad al dolor. Elegir a un experimentador con el mismo sexo como el participante para minimizar efectos Cruz-sexo en dolor sensibilidad23. Parte 1 determina el umbral de dolor y tolerancia en términos de estímulos eléctricos (fásicos) corto y la parte 2 en términos de estímulos eléctricos más largo de duración (tónico). Estos valores sirven como base para el cálculo de la fásica y estímulos de dolor eléctrico tónico aplicación en la parte del estímulo de dolor.
- Limpie la piel del participante de la derecha índice y el dedo medio con solución de alcohol. Colocar un electrodo de Ag/AgCl desechable (tamaño del contacto de la piel: 34 mm de diámetro) en la parte superior de la falange intermedia del dedo índice derecho (ánodo) y otro en la parte superior de la falange proximal del dedo medio derecho (cátodo). Conectar los electrodos con el estimulador eléctrico.
- Pedir el tema descansar cómodamente su brazo derecho en el reposabrazos y con instrucciones para el procedimiento siguiente.
Nota: Este es un ejemplo de cómo formular la instrucción para la parte de la calibración eléctrica 1: "vas a experimentar pocos estímulos eléctricos de diferentes intensidades. Empezamos con una intensidad muy baja. En primer lugar, usted está obligado a indicar la primera vez sientes dolor. Se trata de su 'umbral de dolor'. Para determinar este umbral, voy a empezar un estímulo eléctrico, y poco antes de que termine, te voy a decir 'Ahora'. Cuando esto sucede, usted debería reportar inmediatamente si el estímulo es doloroso o no valorar en una escala de cero a cien. Si el estímulo no fue doloroso, por favor informe 'Cero'. Voy entonces con una mayor intensidad. Después de la primera vez que informe un número mayor que cero, reducirá la intensidad de un par de niveles y repetimos todo el procedimiento hasta que indique otra vez un número mayor que cero. Hacemos esto para validar el 'umbral de dolor'. Después de eso, va incrementando lentamente la intensidad hasta el punto donde tasa el estímulo con 'Cien', lo que significa que no puede tolerar o soporte más el dolor. Se trata de su 'nivel de tolerancia del dolor'. Otra vez, para validar este nivel, voy a volver un par de niveles y vamos a repetir el procedimiento hasta informe 'Cien' por segunda vez. Tan pronto como usted dice 'Cien', será inmediatamente paro el estímulo." - Comenzar parte de calibración eléctrica 1 a partir de un estímulo de 0.5 mA (400 V) con una duración de 5 s haciendo clic en el botón Inicio del estimulador eléctrico (software).
Nota: Cada estímulo eléctrico de la parte de la calibración eléctrica 1 tiene una duración de 5 s. El estímulo consiste en 100 descargas solo de 2 ms de duración, cada uno igualmente distribuidos en las 5 s.
Atención: La calibración eléctrica siempre comienza con 0.5 mA y tiene un corte a 25 mA para evitar pérdida del conocimiento y situaciones amenazadoras de la vida. - Decir "Ahora" en el 4 º segundo del estímulo. Escriba el número los informes para la intensidad del estímulo correspondiente. Realizar una pausa de 10 s largo.
- Si el sujeto informa de cero, aumentar la intensidad de 0,5 mA, inicio el estímulo y volver a paso 3.4. De lo contrario, reducir la intensidad de 1,5 mA (mínimo: 0,5 mA), iniciar el estímulo y volver a paso 3.4. Cuando el sujeto reporta un número mayor que cero por segunda vez, calcular la media de las dos intensidades correspondientes a cero, escribirlo y márquelo como "umbral de dolor eléctrico fásico" (pEPTh). Después, continúe con el paso de 3.6.
- Aumento de la intensidad de corriente de 0,5 mA y comienzo del estímulo.
- Decir "Ahora" después de 4 s de a partir del estímulo. Escriba el número los informes para la intensidad del estímulo correspondiente. Pausa para 10 s.
- Si el sujeto informa de un valor por debajo de 100, aumentar la intensidad de 0,5 mA, inicio el estímulo y volver a paso 3.7. De lo contrario, reducir la intensidad de 1,5 mA (mínimo: 0,5 mA), iniciar el estímulo y volver a paso 3.7. Cuando el sujeto informa 100 por segunda vez, calcular la media de las dos intensidades correspondientes a 100, escribirlo y márquelo como "tolerancia de dolor eléctrico fásica" (pEPTo). Continúe con el paso 3.9.
- Informar al participante sobre la parte 2 de la calibración eléctrica.
Nota: Esta es una posible instrucción por parte de la calibración eléctrica 2: "otra vez estamos comenzando con una intensidad baja, pero esta vez, los estímulos será más largos. Voy a decir 'Ahora' dos veces, justo después del principio y poco antes de la terminación de un estímulo. Cada vez que digo 'Ahora,' Informe un número como lo hizo en la primera parte. Después de la primera vez que informe un número mayor que cero, reducirá la intensidad de un par de niveles y repetimos todo el procedimiento para la validación, hasta que indique un número mayor que cero otra vez. A continuación, va incrementando lentamente la intensidad hasta el punto donde valora el estímulo con 'Cien'. Otra vez, para validar este umbral, voy a volver un par de niveles y vamos a repetir el procedimiento hasta informe 'Cien' por segunda vez. Tan pronto como usted dice 'Cien', será inmediatamente paro el estímulo." - Comenzar parte de calibración eléctrica 2 a partir de un estímulo de 0.5 mA (400 V) con una duración de 10 s haciendo clic en el botón Inicio del estimulador eléctrico (software).
Nota: Cada estímulo eléctrico de la parte de la calibración eléctrica 2 tiene una duración de 10 s. El estímulo consiste en descargas eléctricas solo 200 de 2 ms de duración cada uno, distribuidos igualmente en los 10 s. - Decir "Ahora" después de 1 s partir de los estímulos. Escriba el número los informes para la intensidad del estímulo correspondiente. Decir "Ahora" 1 s antes los estímulos extremos y de nuevo, anote el número del tema ahora informa de la intensidad del estímulo correspondiente. Pausa para 10 s.
- Si los informes del sujeto son cero, aumentar la intensidad de 0,5 mA, inicio el estímulo y volver a paso 3.11. De lo contrario, reducir la intensidad de 1,5 mA (mínimo: 0,5 mA), iniciar el estímulo y volver al paso 3.11. Cuando el sujeto reporta un número mayor que cero por segunda vez, calcular la media de las dos intensidades correspondientes a cero, escribirlo y márquelo como "tónico eléctrico umbral del dolor" (tEPTh). Después, continúe con el paso de 3.13.
- Aumento de la intensidad de corriente de 0,5 mA y comienzo del estímulo.
- Decir "Ahora" después de 1 s partir de los estímulos. Escriba el número los informes para la intensidad del estímulo correspondiente. Decir "Ahora" 1 s antes de que termine de estímulo. Una vez más, anote el número, el tema ahora informa de la intensidad del estímulo correspondiente. Pausa para 10 s.
- Si de los informes de están por debajo de 100, aumentar la intensidad de 0,5 mA, inicio el estímulo y repita los pasos 3.14\u20123.15. Si cualquiera de los informes de exactamente 100, reducir la intensidad de 1,5 mA (mínimo: 0,5 mA), iniciar el estímulo y repita los pasos 3.14\u20123.15. Cuando el sujeto informa 100 por segunda vez, calcular la media de dos intensidades correspondientes a 100, escribirlo y márquelo como "tónico tolerancia dolor eléctrico" (tEPTo). Continúe luego con el paso de 3.16.
- Desconectar el estimulador eléctrico de los electrodos y retire ambos electrodos de Ag/AgCl de los dedos del participante. Limpie los dedos con una solución de alcohol para limpiar los restos de gel de electrodo.
4. calibración del umbral del dolor térmico y tolerancia (partes 1 y 2)
Nota: La calibración de dolor térmico se divide en dos partes. Parte 1 determina umbral del dolor y la tolerancia en términos de estímulos térmicos (fásicos) corto y la parte 2 lo hace en términos más duradera los estímulos térmicos (tónico). Estos valores sirven como base para el cálculo la fásica y estímulos de dolor termal tónico aplicaron durante la parte del estímulo de dolor.
- Aplicar un thermode 30 x 30 mm en la parte superior del antebrazo derecho del sujeto, unos 30 mm proximal a la muñeca, por una correa del sujetador del gancho-y-lazo. Pedir el tema para descansar su brazo derecho cómodamente en el apoyabrazos.
Nota: Un thermode es la punta de prueba de parte del estimulador térmico que se une a la piel del sujeto e induce el estímulo térmico real. - Informar al sujeto sobre el procedimiento de la parte de calibración térmica 1.
Nota: Una fórmula para la instrucción por parte de la calibración térmica 1 podría ser: "Ahora vas a experimentar estímulos térmicos cortos pero constante de diferentes intensidades. Empezamos con una temperatura justo por encima de su temperatura del cuerpo. Un estímulo térmico comenzará y poco antes de que termine, te voy a decir 'Ahora'. Cuando esto sucede, usted debería reportar rápidamente si el estímulo es doloroso o no por valorar en una escala de cero a cien, como se hizo en la parte de calibración eléctrica. Del mismo modo, si el estímulo no fue doloroso, por favor informe 'Cero'. Voy entonces con una mayor intensidad. Siempre hay una pausa de unos segundos entre dos estímulos. La fase de calibración ha terminado informe 'Cien' o la temperatura de corte." - Comenzar parte de calibración térmica 1 a partir de un estímulo de 39 ° C con una duración de 5 s haciendo clic en el botón Inicio del estimulador térmico (software).
PRECAUCIÓN: La parte de calibración térmica 1 tiene una temperatura de corte de 50 ° C para evitar quemaduras en la piel.
Nota: Cada estímulo térmico de la parte de calibración térmica 1 tiene una duración de 5 s. - Decir "Ahora" en el segundo 4 del estímulo. Anote el número de intensidad que el tema da para la temperatura correspondiente. Pausa para 10 s.
- Si la indicación del sujeto es inferior a 100, aumentar la temperatura 1 ° c, iniciar el estímulo y repita los pasos 4.4\u20124.5. De lo contrario, si la indicación es 100, o la temperatura de corte de 50 ° C, terminar parte de calibración térmica 1 por continuar con el siguiente paso.
- Compruebe los números conocidos y marca la primera temperatura con un correspondiente número de intensidad mayor que cero como "fásico umbral del dolor del calor" (pHPTh). Marque la temperatura con indicación de 100 como "tolerancia al dolor calor fásica" (pHPTo).
Nota: Si el sujeto informa de un número menor de 100 a la temperatura de corte (50 ° C), marca 50 ° C como pHPTo. - Informar al participante sobre parte 2 de la calibración térmica.
Nota: Aquí es una formulación ejemplar para la instrucción para esta fase de calibración térmica: "Empezamos con una temperatura superior a su temperatura del cuerpo, pero esta vez los estímulos térmicos será más prolongados. Digo 'Ahora' dos veces: justo después del principio y poco antes de la finalización de los estímulos. Cada vez que digo 'Ahora', reportar un número que es igual a su experiencia de dolor. Si el estímulo no fue doloroso, por favor informe 'Cero'. Voy entonces con una temperatura mayor. Siempre hay una pausa de unos segundos después de cada estímulo. La fase de calibración ha terminado informe 'Cien' o la temperatura de corte."
Atención: La parte de calibración térmica 3 tiene una temperatura límite de 49,5 ° C para evitar quemaduras en la piel, debido a la mayor duración del estímulo. - Comenzar parte de calibración térmica 2 con un estímulo de 39 ° C durante 10 s tiempo haciendo clic en el botón start del estimulador térmico (software).
Nota: Cada estímulo térmico de la parte de calibración térmica 2 tiene una duración de 10 s. - Decir "Ahora" después de 1 s partir de los estímulos. Anote el número de intensidad el tema informa de la temperatura correspondiente. Decir "Ahora" 1 s antes de que termine de estímulo. Una vez más, anote el número de intensidad que el tema ahora informa de la temperatura correspondiente. Pausa de 60 s.
- Si ambas indicaciones del sujeto están por debajo de 100, aumentar la temperatura 1 ° c (excepción: ver nota abajo), iniciar el estímulo siguiente y repita el paso 4.16. De lo contrario, si alguno de los informes es exactamente 100 o la temperatura de corte de 49,5 ° C, terminar parte de calibración térmica 2 continuando con el siguiente paso.
Nota: En esta fase de calibración, son las medidas de temperatura: 39 ° C, 40 ° C, 41 ° C, 42 ° C, 43 C °, 44 ° C, 45 ° C, 46 ° C, 47 º C, 48 ° C, 49 ° C, 49.5 º C. - Compruebe los números conocidos y marcar la primera temperatura que al menos uno de los números correspondientes es mayor que cero como "tónico calor dolor umbral" (tHPTh). Marque la temperatura con un primer informe señaló de 100 como "tónico calor dolor tolerancia" (tHPTo).
Nota: Si el sujeto informa ambos números por debajo de 100 a la temperatura de corte (49,5 ° C), marca de 49,5 ° C como tHPTo. - Retire el thermode del underarm del participante. Preguntarle al tema si necesitan un breve descanso o quiere utilizar las instalaciones sanitarias. Para realizar una comprobación de si el participante es conveniente para la parte de estimulación del dolor en términos de estímulos térmicos, siga las instrucciones descritas en la archivo adicional 1.
5. preparación de la experiencia de estimulación de dolor
- Conducta, el estímulo de dolor en una sala experimental vigilado por cámara, control de temperatura y ruido junto a la calibración y monitoreo de habitaciones (ver figura 1). Conectar dos habitaciones a través de un tubo conduit (80 mm de diámetro).
Nota: Vigilancia de la cámara proporciona información sobre estado de salud del sujeto y permite una intervención rápida en caso de pérdida del conocimiento repentina o colapso circulatorio. - Configurar un sofá de examen en el cual el sujeto miente durante el experimento. Colocarlo con el lado largo al lado de una pared cerca de la pipa del conducto. Proveer una almohada para la cabeza.
- Coloque un espejo en la pared al lado de la cama de examen donde descansar la cabeza sobre el tema.
- Para la captura de datos fisiológicos (ECG, 3 x EMG y SCL), audio, videos (vista frontal y lateral de la cara, la temperatura de la piel de la cara y una vista de todo el cuerpo) y termal y eléctrico estimulador salidas durante el experimento, utilizan equipos de grabación apropiado, software y dispositivos de grabación (una grabadora de Bioseñales, tres cámaras de color de alta resolución, una cámara térmica y un micrófono direccional).
- Desarrollar una solución para sincronizar las modalidades grabadas. Puede abarcar un hardware de disparo de los dispositivos, las señales de una grabación del disparador de las Bioseñales y grabadores de audio, sincronización de reloj de la computadora (por ejemplo, a través de NTP) y un registro de las marcas de tiempo junto con las secuencias de datos y postelaboración de los datos registrados arroyos para compensar la deriva del reloj y desplazamientos temporales.
- Instale la cámara de la vista de todo el cuerpo de una manera que refleja el cuerpo entero del tema. Instale la cámara de vista frontal de la cara aproximadamente 1 m por encima de la cabeza del participante. Monte el micrófono en el lado izquierdo y la cámara térmica en el lado derecho, junto a la cámara de la cara frontal. Conecte la cámara de visión lateral en el techo. Ajustar a un punto donde es capaz de grabar un lado del rostro del sujeto, así como el lado opuesto reflejada en el espejo (ver figura 2).
Figura 2: representación esquemática de la configuración de la cámara y el micrófono de. La cámara de la cara frontal, cámara térmica y el micrófono se establecen aproximadamente 1 m por encima de la cabeza del participante. Una cámara de visión lateral captura ambos lados de la cara con la ayuda de un espejo. Una cámara cuerpo montada en la pared permite la grabación de movimiento del cuerpo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Nota: Debido a una pequeña habitación experimental, la combinación de una cámara de visión lateral con un espejo es una solución muy elegante para capturar ambos lados de la cara del sujeto con una sola cámara.
- Duplicado la salida gráfica de la computadora de Bioseñales grabación a un monitor de computadora se creó en la sala de calibración y monitoreo.
- Configurar altavoces activos de PC en la sala de calibración y monitoreo. Conectar a través de la pipa del conducto con el equipo de grabación de audio. Asegúrese de escuchar al participante mediante el micrófono en caso de que necesiten asistencia durante el experimento.
- Pasar el thermode y cable de los electrodos del estimulador eléctrico a través de la pipa del conducto a la sala experimental. Puesto enrollada de espuma aislante en ambos lados de la pipa del conducto (o un material similar que absorbe el sonido).
Nota: Deje el estimulador térmico en la habitación de calibración y monitoreo. Contamina la señal de audio grabación por regularmente a partir de su ventilador interno para enfriar. - Establecer las tasas de muestreo de grabación como sigue: (a) de audio a 44,1 kHz; (b) frontal y cámaras de visión lateral a 25 Hz; (c) cámara de visión todo el cuerpo en 30 Hz; (d) cámara térmico a 120 Hz; (e) SCL, EMG y ECG a 1.000 Hz. guardar todos los ajustes.
- Consigue un pack de gel frío (100 mm x 100 mm) y ponerlo en un congelador. Prepare una toalla higiénica no tejida de 200 x 200 mm o algo similar (por ejemplo, una toalla de papel delgado) y una pomada.
- Calcular 12 intensidades de estímulo individual, seis para el calor y la inducción de dolor eléctrico, como sigue: (a) intensidad fásica dolor eléctrico 3 (pE3) = 90% de pEPTo; (b) intensidad del dolor eléctrico fásico 2 (pE2) = (pE3 + pEPTh) / 2; (c) intensidad del dolor eléctrico fases 1 (pE1) = pEPTh; (d) intensidad de dolor eléctrico tónico 3 (tE3) = 90% de tEPTo; (e) intensidad de dolor eléctrico tónica 2 (tE2) = (tE3 + tEPTh) / 2; (f) intensidad de dolor eléctrico tónico tE 11= tEPTh; (g) intensidad del dolor fásica calor 3 (pH3) = pHPTo - 0,5 ° C si el sujeto reportado 100 para pHPTo, por otra parte, pH3 = pHPTo; (h) intensidad del dolor fásica calor 2 (pH2) = (pH3 + pHPTh) / 2; (i) intensidad del dolor fásica calor 1 (pH1) = pHPTh; (j) intensidad de dolor de calor tónico 3 (mayo3) = tHPTo - 0,5 ° C si el sujeto reportado 100 para tHPTo, por otra parte, tH3 = tHPTo; (k) intensidad de dolor de calor tónico 2 (tH2) = (tH3 + tHPTh) / 2; (l) intensidad de dolor tónico calor 1 (tH1) = tHPTh.
- Introduzca los valores de la fásica eléctricos (pE1\u2012pE3) e intensidades de dolor calor (pH1\u2012pH3) y tónico eléctrico (tE1\u2012tE3) y el calor de intensidad de dolor (tH1\u2012tH3): calculado en el paso 5.11 basado en la calibración realizada según las secciones 3 y 4, en el software del estimulador térmico y eléctrico. Ajustar la temperatura de referencia (ningún dolor) a 32 ° C y el índice de temperatura de aumento a 8 ° C/s. guardar todos los ajustes.
- Utilice un software de computadora basada en el lenguaje scripting, que se comunica con el estimulador térmico y eléctrico. Asegúrese de que permite controlar y desencadenar estímulos de dolor, basados en un guión de desencadenamiento de dolor.
Nota: Un script de desencadenamiento de dolor desencadena estímulos aleatorios de dolor y controles de sincronización y la duración. En este estudio, el software del estimulador térmico proporciona la posibilidad de preparar un guión de desencadenamiento de dolor. El software estimulos térmicos activa automáticamente y envía señales cuando se produce un estímulo eléctrico. Estímulos eléctricos son accionados por un guión preparado en un segundo programa. - Preparar el guión de desencadenamiento de dolor (ver figura 3) como sigue. Establecer el número de cada intensidad del estímulo fásico (pE1, pE2, pE3, pH1, pH2y pH3) a 30 y el número de cada intensidad del estímulo tónico (tE1, tE2, tE3, tH1tH2y tH3) a 1. Ajuste la duración de cada estímulo fásico a 5 s y la duración de cada estímulo tónico a 60 s. aleatorizar el orden de todos los estímulos. Aleatorizar las pausas entre los estímulos fásicos a s. de 8 a 12 conjunto las pausas después de los estímulos de tónico a 300 s. salvar todos los ajustes.
Nota: Debido a la mayor duración, el número de los estímulos de calor diferentes tónicas se establece en 1 para evitar quemaduras en la piel. Todas las pausas después de estímulos tónicos deben ser 300 s para permitir señales fisiológicas volver a base, de tal modo, no contaminar las señales subsecuentes.
Figura 3: ilustración gráfica de la parte de estimulación de dolor (A) script de desencadenamiento de dolor ejemplar con aleatorio fásico (azul) y tónica (rojo) dolor estímulos. (B) Extracto de la escritura de desencadenamiento de dolor anterior: tres estímulos fásicos con una duración de 5 segundos y las pausas posteriores. La duración de las pausas varía entre 8 y 12 segundos. (pH1, pH2, pH3 = dolor calor fásicas con intensidad de 1, 2, 3; tH1tH2, tH3 = tónica calor dolor con intensidad de 1, 2, 3; pE1, pE2y pE3 = dolor eléctrico fásica con intensidad 1 , 2, 3; tE1, tE2, tE3 = dolor eléctrico tónico con intensidad de 1, 2, 3; s = segundos). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
6. estímulo de dolor
- Llevar al participante a la sala experimental y decirles sobre el próximo procedimiento. Explicar el montaje experimental y las funcionalidades de los instrumentos. Informar al sujeto otra vez sobre la posibilidad de abortar el experimento en cualquier momento pulsando un botón de emergencia proporcionado o pidiendo que pare.
- Pedir el tema que se acueste cómodamente en el diván de examen. Enseñarles a mantener acostada sobre su espalda durante el experimento.
- Limpie todas las áreas de la piel donde se montarán los electrodos con una solución alcohol. Retire cualquier células muertas de la piel en la superficie de la mejilla izquierda, detrás de la oreja izquierda y por encima de la ceja izquierda con gel abrasivo. Vuelva a limpiar estas áreas con una solución de alcohol.
- Para la medición de la SCL, coloque dos electrodos de Ag/AgCl presellados, nonpolarizable en la parte inferior de la falange distal del índice derecho y el dedo medio por correas de Velcro. Asegúrese de que las correas no están demasiado apretadas. Son demasiado apretados si el sujeto reporta una sensación palpitante en sus yemas del dedo.
- Para registrar el ECG, utilice tres Ag/AgCl snap electrodos pregelificados, adhesivo con áreas de contacto circular (34 mm de diámetro). Colocar un electrodo (cátodo) en el pecho, aproximadamente 6 cm debajo de la clavícula derecha. Coloque el segundo uno (ánodo) en la costilla izquierda del novena y décima. Fije el tercer electrodo (referencia de tierra) a la cintura del lado derecho al lado del hueso pélvico.
- Para grabar el EMG del trapecio M., también utilizar tres Ag/AgCl snap electrodos pregelificados, adhesivo con áreas de contacto circular (34 mm de diámetro). Coloque dos electrodos (cátodo y ánodo) al lado de la izquierda del músculo trapecio del cuello. Coloque el tercero uno (referencia) por debajo de la clavícula izquierda.
- Use seis electrodos de Ag/AgCl reutilizables, blindados con 4 mm de diámetro de registro para medir las EMGs de M. corrugador superciliar y M. cigomático mayor. Llenar las cavidades de los electrodos con gel del electrolito.
- Conectar los electrodos mediante collares de adhesivo doble cara como sigue: para el corrugador superciliar, coloque un electrodo (ánodo) directamente sobre la ceja izquierda, junto a la línea glabela (izquierda). Coloque el segundo lateral de 1 cm de electrodo (cátodo) a la primera.
- Instale un tercer electrodo (referencia) en el medio del hueso frontal justo debajo de la línea del cabello. Para el cigomático mayor, dibuje una línea imaginaria desde la comisura bucal izquierda a la oreja izquierda. Colocar un electrodo (ánodo) ligeramente por debajo de la media de la línea y el segundo uno (cátodo) 1 cm medial al lado. Coloque el tercer electrodo (referencia) en la mastoides izquierda. Conectar los electrodos a las entradas correspondientes del dispositivo de grabación de Bioseñales.
- Realizar una inspección visual por medio de las Bioseñales software de grabación si todas las señales fisiológicas son de calidad buena/excelente. Pedir el tema a mover ciertos músculos y comprobar si la señal correspondiente. Ajustar/mejorar las señales insatisfactorias por medios apropiados y medidas.
- Colocar un electrodo de Ag/AgCl (34 mm de diámetro) en la parte superior de la falange intermedia del dedo índice izquierdo (ánodo) y otro en la parte superior de la falange proximal del dedo medio izquierdo (cátodo). Para fijar los electrodos con cinta médica como sujetos pueden sudar durante el procedimiento, reduciendo la adherencia de los electrodos. Conectar los electrodos con el estimulador eléctrico.
- Aplicar el thermode una correa de Velcro en la parte superior del antebrazo izquierdo del sujeto unos 30 mm proximal a la muñeca. Asegúrese que la correa no constrict la piel.
- Iniciar todas las cámaras. Asegúrese de que el participante es perfectamente visible en las imágenes de la cámara. Si es necesario, pedir el tema para ajustar la posición. Especialmente cuidado facial cámaras con un pequeño campo de visión. Idealmente, la cara debe estar en el centro de la imagen para reducir el riesgo de que el participante mueve la cabeza fuera del campo de visión durante el experimento.
- Compruebe si el micrófono está en y el volumen de grabación sea satisfactorio.
- Pedir al tema si tiene cualquier preguntas más otra y si ella está lista para el experimento. Instruirla para actuar completamente natural y no para reprimir y exageran cualquier reacción de dolor durante el experimento.
- Iniciar la grabación de todos los dispositivos (cámaras, micrófono, grabadora de Bioseñales) cumpliendo con los requisitos para la sincronización de datos.
- Salir de la sala experimental y entrar en la sala de calibración y monitoreo. Espere 5 minutos para permitir señales fisiológicas del tema a normalizar. Ejecute el script de desencadenamiento de dolor.
- Vigilar cuidadosamente el tema y el progreso de la parte del estímulo de dolor. Anote cualquier timestamps del evidente comportamiento inusual/antinatural, problemas técnicos o Bioseñales artefactos debido al movimiento de extrema que viene apagado de los electrodos, etcetera.
- Después del final de la secuencia de comandos de desencadenamiento de dolor, detenga todos los dispositivos de grabación. Guardar/exportar todos los datos en un formato preferido. Apague el estimulador térmico y eléctrico.
- Compruebe si el participante está bien y separar todos los electrodos y el thermode. Limpie todas las áreas de la piel con una solución de alcohol para quitar restos de gel de electrodo.
- Obtener el paquete de gel frío del congelador y envolver en la toalla higiénica de no tejido (o algo similar, por ejemplo delgada toalla). Pregunte al participante aplicar durante al menos 5 minutos a la zona de piel donde fue colocado el thermode.
- Ofrecen al sujeto la oportunidad de tener sus niveles de dolor individual demostró y explicó.
- Aplicar ungüento en la zona de piel donde fue colocado el thermode.
Nota: Paquete de gel frío y ungüento se utiliza para reducir al mínimo (una posibilidad) enrojecimiento e irritación de la piel. - Mano sobre la compensación monetaria y han reconocido con un recibo. Proporcionar información de contacto en caso de problemas emergentes. Gracias a los participantes y decir adiós.
- Retire la espuma acústica de ambos lados de la tubería conduit. Pasar el thermode y cable de los electrodos del estimulador eléctrico a la sala de calibración y monitoreo. Deseche todos los electrodos desechables, limpie todos los electrodos reutilizables de los restos de gel y limpiar el sofá de la examinación con un desinfectante de superficie adecuado. Coloque el paquete de gel frío en el congelador.
Representative Results
El dolor es percibido diferentemente por cualquier persona y puede expresarse diversamente en expresiones faciales, paralingüístico o señales fisiológicas. El diseño de este estudio es conveniente analizar las respuestas de dolor en maneras numerosas con respecto a los objetivos subyacentes. Los datos obtenidos permitan contestar preguntas de investigación, tales como: ¿hay dolor específico patrones de respuesta? ¿Se diferencian en cuanto a la duración y el modelo de dolor?
Un total de 134 sujetos participaron en el experimento. La proporción de sexos fue 50/50. Dividimos en los siguientes grupos de edad: 1) 18-29 años (N = 49, 23 hombres y 26 mujeres), 2) 30-39 años (N = 45, 23 hombres, 22 mujeres), 3) 40-50 años (N = 40, 21 hombres y 19 mujeres). La edad promedio de todos los sujetos fue de 31.4 (SD = 9.7), de todos los hombres = 33,4 (SD = 9.3) y de todas las mujeres = 32.9 (SD = 10.2) años. El estudio llevó a cabo en el Departamento de psicología médica de la Universidad de Ulm, Alemania.
El resultado principal de este protocolo es un conjunto de datos de señales de audio, videos y psicofisiológicas que refleja las respuestas de los sujetos a los estímulos de dolor. Tabla 1 proporciona una visión general sobre las características técnicas de las señales grabadas y los números de estímulos de dolor inducido en el estudio.
| Características técnicas | ||||
| Señal: | Tarifa de muestreo: | Atributos: | ||
| Audio | 44100 Hz | Mono, MP3 320 kbps | ||
| Cámara 1 (cara, vista frontal) | 25 Hz | Color de vídeo: resolución 1384 x 1032, HEVC codificado con libx265 (CRF 16 preset medio) |
||
| Cámara 2 (cara, vista lateral) | 25 Hz | Color de vídeo: resolución 1620 x 840, HEVC codificado con libx265 (CRF 16 preset medio) |
||
| Cuerpo cámara | aprox. 30 Hz | Color de vídeo: resolución de 1500 x 600, HEVC codificado con libx265 (CRF 16 preset medio); Profundidad de vídeo: resolución 500 x 200, codificación lossless |
||
| Cámara térmica | aprox. 120,8 Hz | Temperatura de la superficie vídeo: resolución 120 x 160, escala de grises MPEG-4 AVC codificados con libx264 (CRF 0, preset rápido), rango de temperatura codificada 26.5-52,0 ° C (pasos de 0,1) |
||
| ECG | 1000 Hz | Filtrado de hardware via BioPac: LP de 35 Hz, 0.5 Hz HP, Filtro de la muesca de 50 Hz |
||
| SCL | 1000 Hz | Filtrado de hardware via BioPac: LP de 10 Hz, no HP, ningún filtro de muesca |
||
| Trapecio de EMG M. | 1000 Hz | Filtrado de hardware via BioPac: LP de 500 Hz, 10 Hz HP, ningún filtro de muesca |
||
| EMG M. corrugador superciliar | 1000 Hz | Filtrado de hardware via BioPac: LP de 500 Hz, 10 Hz HP, ningún filtro de muesca |
||
| EMG M. cigomático mayor | 1000 Hz | Filtrado de hardware via BioPac: LP de 500 Hz, 10 Hz HP, ningún filtro de muesca |
||
| Estímulos | Termal | Eléctrica | ||
| Temas: | Estímulos fásicos (5 s): | Estímulos tónicos (60 s): | Estímulos fásicos (5 s): | Estímulos tónicos (60 s): |
| Por cada tema | 90 (30 por intensidad) | 3 (1 por intensidad) | 90 (30 por intensidad) | 3 (1 por intensidad) |
| Todos (N = 134) | 12060 (4020 por intensidad) | 402 (134 por intensidad) | 12060 (4020 por intensidad) | 402 (134 por intensidad) |
| Hombres (n = 67) | 6030 (2010 por intensidad) | 201 (67 por intensidad) | 6030 (2010 por intensidad) | 201 (67 por intensidad) |
| Mujeres (n = 67) | 6030 (2010 por intensidad) | 201 (67 por intensidad) | 6030 (2010 por intensidad) | 201 (67 por intensidad) |
Tabla 1: características técnicas y número de estímulos inducidos por. El superior medio (características técnicas) muestra las tasas de muestreo y atributos de las señales específicas. La parte inferior media muestra (estímulos) los números de la específica inducida (térmica/eléctrica) dolor estímulos para un tema, para todos los sujetos y para cada género. (MP3 = Moving Picture expertos grupo Audio Layer-3, kbps = kilobits por segundo, HEVC = alta eficiencia Video codificación, FRC = Factor de velocidad constante, MPEG-4-AVC = Motion Picture expertos grupo capa-4 Video Advanced Video Coding, Hz = Hertz, ° C = grados Celsius, s = segundos, ECG = electrocardiograma, SCL = nivel de conductancia de la piel, EMG = electromiografía, LP = filtro de paso bajo, HP = filtro de paso alto, M. = Musculus).
Un resultado secundario con respecto a la fase de calibración del estudio se presenta en la tabla 2. Muestra las temperaturas de media la estimulación y las corrientes de intensidades de dolor 1 y 3 (según lo calculado en el paso 5.11 del Protocolo) para todas las materias y además para el subgrupo hombre y mujer.
| Estímulos | Media térmica en ° C] (SD) | Medio eléctrico [en el mA] (SD) | ||||||
| Temas | pH1 | pH3 | tH1 | tH3 | pE1 | pE3 | tE1 | tE3 |
| Todos (N = 134) | 44.03 (2.25) | 49.17 (1.20) | 42.50 (2.14) | 47.76 (1.02) | 1,63 (0,94) | 5.64 (2.72) | 1.69 (1.12) | 5.70 (2.59) |
| Hombres (n = 67) | 44.56 (2.18) | 49,48 (0,89) | 43.11 (1.98) | 47.93 (1.04) | 1.94 (1.01) | 6,83 (3.02) | 1,96 (1,16) | 6.90 (2.72) |
| Mujeres (n = 67) | 43,51 (2.74) | 48.87 (1.39) | 41.89 (2.14) | 47.59 (0.98) | 1.32 (0,75) | 4.45 (1.70) | 1.43 (1.01) | 4.51 (1.80) |
Tabla 2: significa estimulación temperaturas y corrientes de intensidades de dolor 1 y 3. (pH1, pH3 = dolor calor fásicas con intensidad 1, 3; tH1y tH3 = tónica calor dolor con intensidad 1, 3; pE1y pE3 = dolor eléctrico fásica con intensidad 1, 3; tE1, tE3 = dolor eléctrico tónico con intensidad de 1, 3; ° C = grados Celsius; mA = miliamperios, SD = desviación estándar).
Si todos los pasos del Protocolo se llevó a cabo con cuidado y sin problemas técnicos (en términos de ordenador o grabar accidentes de dispositivo, etc.), un resultado exitoso puede ser similar, como se muestra en la figura 4. Todas las señales son de alta calidad y no afectaron por fuentes externas de interferencias. El participante es claramente visible en cada cámara.
Figura 4 : Datos de ejemplo de un exitoso experimento. La figura muestra señales grabadas unos segundos antes, durante y después de un estímulo de dolor intenso. Todas las señales están sin filtrar y sincronizadas en el tiempo. Para mayor claridad, se muestran sólo imágenes representativas de las señales de vídeo. (EMG = electromiografía, SCL = nivel de conductancia de la piel, ECG = electrocardiograma, M. = Musculus, s = segundos). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Sin embargo, incidentes inesperados pueden causar los datos ruidosos o corruptos. Además de ordenador o grabar accidentes de dispositivo, la venida de electrodos (electrodos reutilizables especialmente con diámetro pequeño que se unen por medio de collares adhesivo doble cara) sobre todo conduce a señales inutilizables. Como un ejemplo para un óptimo conjunto de datos, la figura 5 muestra el momento en que un electrodo de EMG sale y hace inútil la señal correspondiente.
Figura 5 : Datos de ejemplo de un experimento óptimo. El círculo rojo indica que el tiempo uno de los electrodos de EMG (M. cigomático mayor) se cayó de la mejilla del sujeto. Esto pudo haber sido debido al movimiento de sudor o de la cabeza. A partir de este momento, la señal se perdió. (EMG = electromiografía, SCL = nivel de conductancia de la piel, ECG = electrocardiograma, M. = Musculus, s = segundos). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Debido a normas éticas, las intensidades máximas de los estímulos térmicos y eléctricos tuvieron que ser restringida. En cuanto a control de calibración térmica (ver archivo complementario), 37 sujetos (31 hombres, 6 mujeres) alcanzaron el límite dado de 50,5 ° C (ratio = 37/134 = 27.61%). En cuanto a la parte de calibración térmica 1, 60 participantes (39 hombres, 21 mujeres) alcanzaron el límite de 50,0 ° C (ratio = 60/134 = 44.78%) y con respecto a la parte 2, 57 personas (37 hombres, 20 mujeres) llegó al corte de 49,5 ° C (ratio = 57/134 = 42.54%). El atajo para ambas partes de calibración eléctrica fue 25 mA. Ninguno de los 134 sujetos lo alcanzó.
Mientras planeamos publicar los datos (véase el párrafo siguiente), además se marcarán los conjuntos de datos de participantes que han llegado a las cortes y la clasificación de su dolor subjetivo para los cortes correspondientes se incluirá.
Nos gustaría señalar que el objetivo principal del protocolo es la obtención de señales multi-modales para el análisis de dolor térmico y eléctrico. Por lo tanto, no hay otros resultados se discuten aquí. Después de comprobar y exclusión de los conjuntos de datos debido a datos faltantes o rechazado consentimiento para compartir datos, los conjuntos de datos de este estudio estarán disponibles bajo el nombre de "X-ITE dolor base de datos". Para más información sobre cuándo y cómo obtener la DB de dolor X-ITE, visite https://github.com/philippwerner/pain-database-list.
Archivo complementario 1. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Discussion
El protocolo presentado se centra en la obtención experimental de térmica (calor) y dolor eléctrico mientras que grabación fisiológico, visual y las señales paralingüístico. Este nuevo enfoque, combinando dos modelos de dolor con estímulos diferentes intensidades y duraciones de dos estímulos diferentes (fásicas y tónicas), ofrece una amplia perspectiva sobre los patrones psicofisiológicas y expresiones de dolor. Sin embargo, para la realización de este protocolo deben considerarse varias medidas.
En general, si se trabaja con los estímulos del dolor es crucial garantizar la seguridad de los sujetos. Todos los estímulos de dolor deben ser muy controlada y sólo deben ser realizados por experimentados experimentadores.
Además, para el registro y recolección de datos confiables y de alta calidad, la fijación correcta de dispositivos (electrodos), el perfecto funcionamiento de dispositivos de grabación y una comunicación fluida entre los equipos es muy recomendable. Todas las fuentes de interferencias deben eliminar o reducir a un mínimo. Para garantizar la coherencia entre los participantes, es importante dar instrucciones estandarizadas e invariables condiciones experimentales.
Según nuestra experiencia, encontrar a los participantes adecuados que cumplan con todos los criterios y están dispuestos a recibir numerosos estímulos dolorosos, lleva mucho tiempo y es bastante difícil. Además de eso, la compensación monetaria tiene que ser lo suficientemente alto como para atraer a sujetos para el estudio. Especialmente las personas entre 30 y 50 años son difíciles de encontrar. Esto puede ser debido a que el experimento es demasiado largo (aprox. 4 horas, incluyendo fechas de llegada y salida) y tienen que sacar medio día de trabajo.
Porque la seguridad de los participantes es de máxima prioridad, inducción de dolor deba restringirse. Debido a normas éticas, las intensidades de estímulo no deben exceder ciertos niveles para evitar quemaduras y pérdida de conciencia en cuanto a la inducción de dolor térmico y eléctrico, respectivamente. Un corte general de intensidades puede causar un efecto de techo como algunos sujetos pueden llegar a los límites de intensidad antes de sentir dolor intolerable. En este estudio, aproximadamente el 42% (considerando parte de calibración térmica 1 y 2) de los participantes alcanzó los atajos termales (ver resultados representativos). Como no alcanzan las tolerancias de su dolor "real", sus respuestas fisiológicas a los estímulos térmicos más altos podrían se comportan diferentemente en contraste con respuestas fisiológicas de los sujetos que les llegó. Si es así, mezcla de estos dos grupos podría influir en resultados de la clasificación en términos de reconocimiento del dolor.
Un punto importante para la dirección es las modalidades de dolor en este experimento. Los participantes son sometidos a estímulos de dolor térmico y eléctrico (debido a que estas son altamente controlables en un entorno experimental). Así, si examinar patrones de dolor con respecto a calidad, los resultados pueden no traducir a otras modalidades de dolor tales como presión, dolor visceral o químico.
La misma consideración en la transferibilidad de los resultados se aplica a la muestra del estudio. El protocolo es éticamente restringido a adultos sanos. Por ejemplo, no incluye niños o personas con minusvalías cognitivamente y verbalmente. Además, en nuestro estudio participaron solamente personas europeas. También aquí, los resultados analíticos pueden no aplicar a grupos no considerados en este experimento.
Otra limitación puede referirse al efecto de Hawthorne24: los sujetos son conscientes de que están siendo filmados/observados en el estudio. Esto podría cambiar su comportamiento.
En comparación con bases de datos existentes del dolor, el protocolo proporciona ventajas significativas para el análisis de patrones de respuesta de dolor ya que combina dos modelos de dolor y dos cursos de tiempo (fásicas y tónicas): además de la intensidad y duración del dolor, también considera la calidad del dolor. Como dolor térmico se describe diferentemente que dolor eléctrico (por ejemplo, quema vs sharp), también pueden diferir en las reacciones de dolor. Si es así, esos resultados podrían vincular un patrón de respuesta de dolor a la fuente subyacente del dolor. Además, el estudio es multimodal para ampliar la gama de oportunidades de investigación del dolor: con 5 señales psicofisiológicas, 2 cara cámara (frontal/lateral) señales, señal 1 cuerpo de la cámara de la vista, 1 cámara térmica y la señal de 1 audio, dolor puede analizarse y evaluar más precisamente.
Una investigación más compleja de patrones de respuesta de dolor, futuras ampliaciones de este método deben incluir más Bioseñales como electroencefalografía (EEG), la temperatura corporal y la respiración. También sería de gran beneficio para emplear presión controlada como un modelo más de dolor. Investigadores con el objetivo de reconocimiento automático del dolor a través de datos recogidos con este protocolo deben probar más prometedores modelos aprendizaje con grupos de control clínicos.
Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Los autores desean agradecer a Verena Friedrich, Maria Velana, Sandra Gebhardt, Romy Bärwaldt y Tina Daucher por su preciosa ayuda en la realización del estudio. Además, un especial gracias se sale a Dr. Stefanie Rukavina para su apoyo científico. Esta investigación fue parte de la DFG/TR233/12 (http://www.dfg.de/) proyecto de "Promoción y sistemática validación de un automatizado dolor reconocimiento en la base del Facial expresión y psicobiológicos parámetros del sistema", financiado por la investigación alemana Fundación.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| PATHWAY Model ATS | Medoc Ltd., Ramat Yishai, Israel | Thermal Stimulator | |
| 30 mm x 30 mm ATS Thermode | Medoc Ltd., Ramat Yishai, Israel | Thermode | |
| PATHWAY Software Arbel 6.3.7.22.1 | Medoc Ltd., Ramat Yishai, Israel | Thermal Stimulator Software | |
| Digitimer DS7A Current Stimulator | Digitimer Ltd., Hertfordshire, UK | Electrical Stimulator | |
| Inquisit 5 | Millisecond Software, Seattle, WA, USA | Software for triggering electrical stimuli | |
| Analogue-To-Digital Converter | Wissenschaftliche Werkstatt Elektronik, University of Ulm, Ulm, Germany | custom built | |
| BIOPAC MP150 System | BIOPAC Systems, Inc., Goleta, CA, USA | Biosignal Recording Hardware | |
| AcqKnowledge Software 4.1.1 | BIOPAC Systems, Inc., Goleta, CA, USA | Biosignal Recording Software | |
| NTG-2 Dual Powered Directional Condenser Microphone | RØDE Microphones, Silverwater, Australia | Audio Recording Microphone | |
| Kinect v2 | Microsoft, Redmond, WA, USA | Body View Camera | |
| AV Pike F-145C | Allied Vision Technologies GmbH, Stadtroda, Germany | Face Camera (frontal view) | |
| AV Prosilica GT 1600C | Allied Vision Technologies GmbH, Stadtroda, Germany | Face Camera (side view) | |
| PIR uc 180 Thermal Camera | InfraTec GmbH, Dresden, Germany | Thermal Face Camera | |
| Synchronization Hardware | Werkstatt, IIKT, University of Magdeburg, Magdeburg, Germany | custom built | Hardware triggering of cameras, trigger signal is recorded by BIOPAC and Audacity |
| Recording and Synchronization Software | Philipp Werner, Neuro-Information Technology, University of Magdeburg, Magdeburg, Germany | custom software | Real-time recording, offline video encoding, and offline synchronization |
| Examination Couch | ClinicalCare GmbH, Bremen, Germany | ||
| Ag-AgCl Electrodes EL254 / EL254S (Reusable, 4mm recording diameter) | BIOPAC Systems, Inc., Goleta, CA, USA | Used to record EMG M. corrugator and M. zygomaticus | |
| Ag-AgCl Electrodes BlueSensor P (Disposable, skin contact size: 34 mm diameter, measuring area 154 mm2) | Ambu GmbH, Bad Nauheim, Germany | Used to record ECG and EMG M. trapezius. Also used for electrical stimulation | |
| Audacity 2.1.2 | Dominic Mazzoni (Audacity) | Audio Recording Software | |
| Cold Gel Pack | C+V Pharma Depot GmbH, Versmold, Germany | ||
| Panthenol 50mg/g | ratiopharm GmbH, Ulm, Germany | Ointment | |
| Alumnium Profiles | item Industrietechnik GmbH, Solingen, Germany | Used to install all cameras and microphone | |
| Electrode Gel GEL1 | BIOPAC Systems, Inc., Goleta, CA, USA | ||
| ELPREP Skin Preparation Gel | BIOPAC Systems, Inc., Goleta, CA, USA |
References
- Hawker, G. A., Mian, S., Kendzerska, T., French, M. Measures of adult pain: Visual analog scale for pain (vas pain), numeric rating scale for pain (nrs pain), mcgill pain questionnaire (mpq), short‐form mcgill pain questionnaire (sf‐mpq), chronic pain grade scale (cpgs), short form‐36 bodily pain scale (sf‐36 bps), and measure of intermittent and constant osteoarthritis pain (icoap). Arthritis Care & Research. 63 (11), 240-252 (2011).
- Kehlet, H. Acute pain control and accelerated postoperative surgical recovery. Surgical Clinics. 79, 431-443 (1999).
- McQuay, H., Moore, A., Justins, D. Treating acute pain in hospital. British Medical Journal. 314 (7093), 1531-1535 (1997).
- Brahnam, S., Chuang, C. F., Shih, F. Y., Slack, M. R. SVM classification of neonatal facial images of pain. Fuzzy Logic and Applications (revised selected papers from the 6th International Workshop, WILF 2005, Crema, Italy, September 15-17, 2005). Lecture Notes in Computer Science. 3849, 121-128 (2005).
- Basler, H. D., Bloem, R., Casser, H. R., et al. Ein strukturiertes Schmerzinterview für geriatrische Patienten. Schmerz. 15, 164-171 (2001).
- Zwakhalen, S. M. G., Hamers, J. P. H., Abu-Saad, H. H., Berger, M. P. F. Pain in elderly people with severe dementia: a systematic review of behavioural pain assessment tools. BioMed Central Geriatrics. 6 (3), (2006).
- Herr, K., Bjoro, K., Decker, S. Tools for assessment of pain in nonverbal older adults with dementia: a state-of-the-science review. Journal of Pain and Symptom Manage. 31 (2), 170-192 (2006).
- Handel, E., Gnass, I. Praxishandbuch ZOPA : Schmerzeinschätzung bei Patienten mit kognitiven und/oder Bewusstseinsbeeinträchtigungen. , Huber. Bern. (2010).
- Abbey, J., et al. The Abbey pain scale: a 1-minute numerical indicator for people with end-stage dementia. International Journal Of Palliative Nursing. 10 (1), 6-13 (2004).
- Gruss, S., et al. Pain intensity recognition rates via biopotential feature patterns with support vector machines. PLoS ONE. 10, 1-14 (2015).
- Walter, S., et al. Automatic pain quantification using autonomic parameters. Psychology & Neuroscience. 7 (3), 363 (2014).
- Werner, P., et al. Automatic pain assessment with facial activity descriptors. IEEE Transactions on Affective Computing. 8 (3), 286-299 (2017).
- Thiam, P., Kessler, V., Walter, S., Palm, G., Schwenker, F. Audio-Visual Recognition of Pain Intensity. IAPR Workshop on Multimodal Pattern Recognition of Social Signals in Human-Computer Interaction. , Springer. Cham. (2016).
- Niese, R., et al. Towards Pain Recognition in Post-Operative Phases Using 3D-based Features from Video and Support Vector Machines. International Journal of Digital Content Technology and its Applications. 3 (4), 21-33 (2009).
- Hammal, Z., Kunz, M. Pain monitoring: A dynamic and context-sensitive system. Pattern Recognition. 45 (4), 1265-1280 (2012).
- Werner, P., et al. Automatic pain recognition from video and biomedical signals. Pattern Recognition (ICPR), 22nd International Conference on Pattern Recognition. , 4582-4587 (2014).
- Walter, S. Diagnostik der Schmerzintensität, basierend auf multimodalen Signalen und maschinellen Lernen. Habilitationsschrift. , (2017).
- Chu, Y., Zhao, X., Han, J., Su, Y. Physiological Signal-Based Method for Measurement of Pain Intensity. Frontiers in aneuroscience. 11, (2017).
- Kächele, M., et al. Multimodal data fusion for person-independent, continuous estimation of pain intensity. Engineering Applications of Neural Networks. , 275-285 (2015).
- Walter, S., et al. The BioVid Heat Pain Database - Data for the advancement and systematic validation of an automated pain recognition system. Cybernetics (CYBCONF), IEEE International Conference on Cybernetics. , 128-131 (2013).
- Velana, M., Walter, S., Gruss, S., Werner, P., Al-Hamadi, A. The SenseEmotion Database: A Multimodal Database for the Development and Systematic Validation of an Automatic Pain- and Emotion-Recognition System. Multimodal Pattern Recognition of Social Signals in Human-Computer-Interaction. MPRSS 2016. Lecture Notes in Computer Science. Schwenker, F., Scherer, S. , Springer. Cham. (2017).
- Lautenbacher, S., Peters, J. H., Heesen, M., Scheel, J., Kunz, M. Age changes in pain perception: a systematic-review and meta-analysis of age effects on pain and tolerance thresholds. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 75, 104-113 (2017).
- Kállai, I., Barke, A., Voss, U. The effects of experimenter characteristics on pain reports in women and men. Pain. 112 (1), 142-147 (2004).
- McCambridge, J., Witton, J., Elbourne, D. R. Systematic review of the Hawthorne effect: New concepts are needed to study research participation effects. Journal of Clinical Epidemiology. 67 (3), 267-277 (2014).
