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Behavior

Multi-modale Signale für die Analyse von Schmerz Reaktionen auf thermische und elektrische Reize

Published: April 5, 2019 doi: 10.3791/59057
Automatic Translation
1, 2, 3, 2, 1, 3, 1
1Department of Medical Psychology, Ulm University, 2Department of Individual Differences and Psychological Assessment, Ulm University, 3Department of Neuro-Information Technology, University of Magdeburg

Summary

Dieser Artikel befasst sich mit der experimentellen Erhebung von Schmerzen durch Wärme (thermische) und elektrische Stimulation während der Aufnahme physiologische, optische und paralinguistischen Antworten. Ziel ist die gültige multimodale Datenerfassung für die Analyse von Schmerzen aufgrund seiner Intensität, Qualität und Dauer.

Abstract

Die Beurteilung des Schmerzes stützt sich vor allem auf Methoden, die eine Person zu kommunizieren. Bestehende Methoden sind für Menschen mit kognitiven und sprachlichen Beeinträchtigungen, jedoch nicht ausreichend, da sie Zuverlässigkeit und Gültigkeit fehlt. Um diesem Problem zu nähern, konzentriert sich neuere Forschungen auf eine objektive Schmerz-Bewertung durch die Parameter der Antworten abgeleitet von Physiologie und Video-und Audiosignale. Um zuverlässige automatisierte Schmerzen Erkennungssysteme zu entwickeln, wurden Anstrengungen unternommen, bei der Schaffung von multimodaler Datenbanken um Schmerzen zu analysieren und gültige Schmerz-Muster zu erkennen. Während die Ergebnisse vielversprechend sind, konzentrieren sie sich nur auf diskriminierende Schmerzen oder Schmerzen Intensitäten im Vergleich keine Schmerzen. Um dies zu fördern, sollten Forschung auch die Qualität und Dauer der Schmerzen da sie zusätzliche wertvolle Informationen für die erweiterte Schmerztherapie bieten. Ergänzend zur bestehenden Datenbanken und die Analyse des Schmerzes hinsichtlich Qualität und Länge, schlägt dieses Papier eine psychophysiologische Experiment, um zu entlocken, Messen und gültige Schmerz Reaktionen zu sammeln. Teilnehmer unterliegen schmerzhafte Reize, die Intensität (niedrig, Mittel und hoch), Dauer unterscheiden (5 s / 1 min), und Modalität (Wärme / elektrische Schmerzen) während Audio-, Video-(z. B. Mimik, Körpergesten, Gesichtshaut Temperatur) und physiologischen Signale (z. B. Elektrokardiogramm [EKG], Haut Leitwert Ebene [SCL], Gesichts Elektromyographie [EMG] und EMG des M. Trapezius) werden aufgezeichnet. Die Studie besteht aus einer Kalibrierungsphase ein Thema individuelle Schmerz reichen (von niedrig bis unerträgliche Schmerzen) zu bestimmen und eine Stimulationsphase welche Schmerzen Reize, abhängig von dem kalibrierten Bereich angewendet werden. Die gewonnenen Daten können optimieren, verbessern und automatische Erkennungssysteme im Hinblick auf eine objektive Schmerz Bewertung Bewertung. Für die weitere Entwicklung solcher Systeme und Schmerz Reaktionen zusätzliche Schmerzen Modalitäten wie Druck, etwas ausführlicher zu untersuchen sind chemische oder kalten Schmerz in zukünftigen Studien einzubeziehen. Aufgezeichnete Daten dieser Studie werden als die "X-ITE-Schmerz-Datenbank" veröffentlicht.

Introduction

Schmerz ist eine sehr persönliche und unangenehme Empfindung, die von jedem anders wahrgenommen wird. Es dauert Sekunden bis Monate und variieren in ihrer Qualität (pochen, scharf, brennen, etc.). Wenn nicht ausreichend behandelt, Schmerzen physische und psychische Funktionen des Körpers beeinflusst, reduziert die Lebensqualität und trägt das Risiko des Werdens ein chronischer Zustand. In der klinischen Versorgung ist die genaue Beurteilung der Schmerzintensität und Qualität für erfolgreiche Schmerz-Management1,2bieten äußerst relevant. Gold-Standard-Methoden zur Beurteilung Schmerz, wie z. B. der visuellen analogen Skalen (VAS), die numerische Rating-Skala (NRS) oder der McGill Schmerz-Fragebogen3, verlassen Sie sich auf Berichte von Patienten und damit funktionieren nur ausreichend mit kognitiv und mündlich ungestörten Personen. Daher etablierte all jene Methoden fehlen Validität und Reliabilität bei Neugeborenen4, Delirium, somnolent, sediert, beatmeten Patienten5oder Menschen mit Demenz6,7. Zusätzlich oder alternativ zu Skalen self-report wurden Methoden zur Messung der Schmerzen durch Beobachtung durch geschultes Personal (z. B. der Zurich Observation Pain Bewertung8 oder die Abtei Schmerzskala-9) in den letzten Jahren entwickelt. Dennoch leiden auch diese Werkzeuge Einschränkungen in Reliabilität und Validität, da sogar ausgebildete Gutachter eine objektive Bewertung garantieren können. Darüber hinaus ist die Anwendung oft zu aufwendig für Klinikpersonal, wenn Schmerzen Bewertung regelmäßig getan werden sollte.

Mehrere Forschergruppen konzentrierten sich auf die Entwicklung von automatisierten Schmerz erkennen Systeme, die es ermöglichen für die Messung von Schmerzen mit Mitteln der physiologischen, visuelle, bzw. paralinguistischen Signal legt fest, wie neue Ansätze für die Bewertung und Überwachung der Schmerz und die Intensitäten Objektiv. Frühere Studien zeigen vielversprechende Ergebnisse bei der Erkennung und Differenzierung Schmerzen10,11,12,13,16,17,18 oder unterscheidende Schmerzen von Grundgefühle14,15 ausschließlich anhand eines Signals setzt10,11,12,13,14, 15 sowie auf eine Kombination/Fusion16,17,19 der Sets. Die oben genannten Modalitäten reagieren fast autonom zu stressig Reize wie Schmerz. Mit ihnen hat den Vorteil, dass sie nicht, die Fähigkeit einer Person benötigen, ihre/seine Schmerzen zu melden. Solche Individuen würde von einer objektiven Schmerz-Erkennungssystem profitieren die solche Modalitäten enthält. Daten-Sets bestehend aus Reaktionen provozierten Schmerz liefern wertvolle Informationen für die Schmerz-Muster Analyse und Entwicklung von praktischen Anwendungen für die Erkennung und Überwachung von Schmerzen. Unter anderem erstellt Walter Et Al.20 "BioVid Hitze Schmerzen Database", eine multimodale Datenbank, ist öffentlich zugänglich und bietet, Daten von Kurzzeit-schmerzhafte Hitzereize und entsprechende psychophysiologischen und visuellen Reaktionen induziert. Die "SenseEmotion-Datenbank" Velana Et Al.21 enthält Biosignale, Videos und paralinguistischen Informationen aus freiwilligen phasisch Wärme Schmerzen und emotionale Reize betroffen.

Während diese Datenbanken gut geeignet sind für die Prüfung von Schmerz Reaktionen, basieren sie meist auf eine bestimmte Schmerzen Modell. Schmerzen in ihrer Qualität (angeblich modellabhängig Schmerz) und in seiner Dauer unterscheidet, es kann unterscheiden sich auch in seiner physiologischen, visuelle und paralinguistischen korreliert. Nach bestem Wissen der Autoren gibt es keine multimodalen Studien oder Datenbanken, die zwei oder mehr Schmerzen Modelle kombinieren und variieren Schmerzreize in Intensität und Dauer, um nicht nur Schmerz-Muster zu erkennen, sondern auch Schmerzen Qualitäten unterscheiden.

Dieses Papier enthält ein Protokoll zur Durchführung einer komplexen psychophysiologischen Experiments Schmerz und gleichzeitig aufzeichnen physiologischen Reaktionen (z. B. EKG, EMG der Musculus Trapezius, WPA Superciliiund Zygomaticus entlocken große, SCL) sowie Video (z. B. Mimik, Körpergesten, Gesichtshaut Temperatur) und audio-Daten. Die Teilnehmer werden angeregt, mit kurz (phasisch) und länger anhaltende (Tonika) Wärme und elektrische Schmerzreize, die in ihrer Intensität zu unterscheiden. Eine Kalibrierungsphase vor dem Experiment bestimmt Schmerzschwellen für jedes Fach einzeln.

Die Studie zielt auf multimodale Datenerfassung für die Untersuchung von Schmerz (Muster) hinsichtlich Intensität, Qualität und Länge mit Hilfe statistischer Methoden, Algorithmen für maschinelles lernen, etc.. Darüber hinaus soll die bereits gesammelten Daten für wissenschaftliche Zwecke unter dem Namen "X-ITE (EXPerimentally ichNduced Thermal und ELectrical) Schmerz Datenbank" veröffentlicht werden. Es kann vorhandene Datenbanken, z. B. BioVid Hitze Schmerzen und SenseEmotion20,21, erweitern und dazu beitragen, die weitere Entwicklung, Verbesserung und/oder Auswertung von automatisierten Schmerzen Erkennungssysteme in Fragen der Gültigkeit, Zuverlässigkeit und Echtzeit-Erkennung.

Der Rest des Papiers ist in folgender Weise organisiert. Das Protokoll beschreibt, wie der Schmerz Erhebung Studie Schritt für Schritt durchzuführen. Die repräsentativen Ergebnisse stellen Sie dann das Ergebnis des Experiments. Schließlich deckt die Diskussion kritischen Schritte, Einschränkungen und Vorteile der Studie gefolgt von Anregungen für zukünftige Erweiterungen.

Protocol

Die Studie wurde im Einklang mit den ethischen Leitlinien World Medical Association Declaration of Helsinki (Ethikkommission Genehmigung wurde erteilt: 196/10-UBB/bal) und genehmigt von der Ethikkommission der Universität Ulm ( HELMHOLTZSTRAßE 20, 89081 Ulm, Deutschland).

(1) vorbehaltlich der Rekrutierung und Auswahl

  1. Rekrutieren Sie eine gleiche Anzahl von weiblichen und männlichen Probanden zwischen 18 und 50 Jahren durch Plakate, Handzettel, lokale Presse Werbung und social Media zu eine meist allgemeine Probe zu erreichen. Werben Sie den wissenschaftliche Nutzen der Studie zu und bieten Sie eine finanzielle Entschädigung. Telefonnummer oder e-Mail-Adresse für weitere Informationen kontaktieren.
    Hinweis: Altersbedingte Effekte in Schmerzempfindlichkeit sind gut gemeldeten22 und in der Auswahl berücksichtigt werden. Um zu vermeiden, verwirrende Ergebnisse mit Alter Effekten, wählen wir eine jüngere Gruppe als Lautenbacher Et Al.22.
  2. Ausschließen von möglichen Themen, die eines der folgenden Kriterien erfüllen: leiden unter chronischen Schmerzen, Depression oder eine Geschichte der psychiatrischen Erkrankungen; neurologische Erkrankungen, Kopfschmerzen-Syndrom oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen haben; regelmäßig nehmen Schmerzmittel oder mit Schmerzmitteln direkt vor dem Experiment.

2. Allgemeine Vorbereitungen des Schmerz Erhebung Experiments

Hinweis: Der Schmerz Erhebung Experiment besteht aus zwei zeitlich aufeinander folgenden Teilen: die Kalibrierung und die Schmerzen Stimulation Teil. Die Kalibrierung Teil bestimmt eines Teilnehmers individuelle Schmerzschwelle und Schmerzgrenze Toleranz in Bezug auf die thermische und elektrische Reize. Der Schmerz Stimulation Teil führt die Schmerzen Induktion, angepasst an die individuellen Schwellenwerte. Jeder Teil des Experiments erfolgt in einem anderen Raum: die Kalibrierung Raum und der experimentellen Raum. Die Kalibrierung Raum dient auch als ein Kontrollraum für den Experimentator während der Schmerzen Stimulation (siehe Abbildung 1).

Figure 1
Abbildung 1 : Schematische Darstellung der Zimmer Einrichtung. Die Rechte Seite zeigt die Kalibrierung/Überwachung Raum, wo die Kalibrierung Teil stattfindet. Später dient es auch als ein Signal Überwachungsraum während des Schmerzen Stimulation Teils, der die Kalibrierung Teil folgt. Die linke Seite zeigt den Versuchsraum, wo der Schmerz Stimulation Teil stattfindet. Beide Räume sind durch ein Rohr-Rohr, verbunden, die die Thermode, die Elektroden Kabel der elektrischen Stimulator und Computer Drähte durch übergeben werden können. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

  1. Begrüßen Sie die ankommenden Thema und führen Sie Ihr/ihm zu Kalibrierung Raum. Informieren Sie die Teilnehmer ausführlich über die 3 h-Experiment und die Möglichkeit der Kündigung jederzeit ohne negativen Folgen. Erhalten Sie eine schriftliche Einwilligungserklärung für das Experiment und eine schriftliche Bestätigung, dass keiner des Ausschlusses, die Kriterien anzuwenden. Bereiten Sie eine Quittung und die finanzielle Entschädigung.
  2. CE-Kennzeichnung-Stimulatoren, die es, zur Induktion streng kontrollierte thermische und elektrische Reize ermöglichen zu verwenden. Verwenden Sie analog-Digital-Wandler, die digitale Signale zu erfassen die analoge thermische und elektrische Impulse umzuwandeln. Schalten Sie die thermischen und elektrischen Stimulator.
  3. Beschäftigen Sie für die Kalibrierung und der größte Teil des Experiments geeignetsten Software, ermöglicht die manuelle oder automatische Auslösung der thermische und elektrische Reize. Starten Sie die Software von der thermischen und elektrischen Stimulator. Bereiten Sie Stift und Papier zu notieren Reize Intensitäten und die entsprechenden Schmerzen Intensitäten von der Teilnehmer gemeldet.
  4. Lassen Sie das Thema, die bequem auf einem Stuhl mit Armlehne rechtsseitige hinsetzen. Statt einem gedruckten Rating-Skala geht von 0 auf 100 in Schritten von 5 mit, auf der linken, Anker Punkt 0/kein Schmerz und auf der rechten Seite, Anker Punkt 100/unerträgliche Schmerzen vor dem Motiv. Weisen Sie das Thema mündlich die Schmerzintensität eines Reizes sofort, wenn Sie dazu aufgefordert, bewerten die Waage zur Verfügung gestellt. Genau zu erklären, dass nur Null bedeutet "keine Schmerzen" beim 100 entspricht einen Anreiz, der nicht mehr toleriert werden kann.
    Hinweis: In dieser Studie, "Schmerzen Toleranz" versteht man die Intensität eines Reizes, die ein Thema nicht mehr ertragen kann hier Bedeutung: nicht mehr dulden. So zeichnet sich der Ankerpunkt 100 als unerträgliche Schmerzen im Gegensatz zu einem numerischen Rating-Skala in der klinischen Praxis eingesetzt.

3. Kalibrierung des elektrischen Schmerzen Schwellen- und Toleranzwert (Teile 1 und 2)

Hinweis: Nur ein Experimentator sollte die Kalibrierung Teil um die sozialen Auswirkungen auf die Schmerzempfindlichkeit zu minimieren durchführen. Wählen Sie ein Experimentator mit dem gleichen Geschlecht der Teilnehmer, Cross-Sex-Auswirkungen auf die Schmerz Empfindlichkeit23zu minimieren. Teil 1 bestimmt Schmerzgrenze und Toleranz in Bezug auf die kurze (phasisch) elektrische Reize und Teil 2 in Bezug auf länger anhaltende (Tonika) elektrische Reize. Diese Werte dienen als Grundlage für die Berechnung der phasischen und tonischen elektrische Schmerzreize in Schmerzen Stimulation Teil angewendet.

  1. Reinigen des Teilnehmers Haut der rechten zeige- und Mittelfinger mit Alkohollösung. Legen Sie eine Einweg-Ag/AgCl-Elektrode (Haut Kontakt Größe: 34 mm Durchmesser) auf der Oberseite der mittleren Phalanx des rechten Zeigefinger (Anode) und eine weitere auf der Oberseite der proximalen Phalanx des rechten Mittelfingers (Kathode). Schließen Sie die Elektroden an den elektrischen Stimulator.
  2. Bitte das Thema ruhen ihren rechten Arm bequem auf der Armlehne und Ihnen mit Anweisungen für das folgende Verfahren.
    Hinweis: Hier ist ein Beispiel dafür, wie die Anweisung für die elektrische Kalibrierung Teil 1 zu formulieren: "Du wirst kurze elektrische Reize von unterschiedlicher Intensität zu erleben. Wir beginnen mit einer sehr geringen Intensität. Erstens sind Sie verpflichtet, zum erste Mal zeigen Sie geringe Schmerzen. Dies wird Ihre "Schmerzgrenze" sein. Um diese Schwelle zu ermitteln, ich beginne einen elektrischen Impuls, und kurz vor dem Ende, I 'm gonna sagen "Jetzt." In diesem Fall sollten Sie sofort melden, ob der Reiz schmerzhaft war oder nicht durch die Bewertung auf einer Skala von Null auf hundert. Wenn der Reiz nicht schmerzhaft war, bitte melden Sie "Null." Ich gehe dann mit einer erhöhten Intensität. Nach dem ersten Mal eine Zahl größer als Null zu melden, ich werde ein paar Stufen der Intensität reduzieren und wir wiederholen Sie den Vorgang, bis Sie wieder eine Zahl größer als Null angeben. Wir tun dies, um die "Schmerzgrenze" überprüfen. Danach erhöhen ich langsam die Intensität bis zu dem Punkt, wo Sie bewerten die Impulse mit "Hundert" bedeutet, dass Sie nicht vertragen oder die Schmerzen nicht mehr ertragen. Dies wird Ihre "Schmerzgrenze Toleranz" sein. Erneut, um dieses Niveau zu überprüfen, ich will ein paar Levels zurück und wiederholen wir den Vorgang, bis Sie Bericht "Hundert" zum zweiten Mal. Sobald Sie "Hundert" sagen, stoppt ich den Reiz sofort."
  3. Elektrische Kalibrierung Teil 1 beginnen, durch das Starten einer Anregung von 0,5 mA (400 V) mit einer Dauer von 5 s durch Klicken auf die start -Schaltfläche von der elektrischen Stimulator (Software).
    Hinweis: Jede elektrische Reiz der elektrische Kalibrierung Teil 1 hat eine Dauer von 5 s. Der Reiz besteht aus 100 einzelnen Elektroschocks von 2 ms Dauer, jeweils gleichmäßig verteilt über die 5 s.
    Achtung: Die elektrische Kalibrierung immer beginnt mit 0,5 mA und hat ein Cut-off bei 25 mA um Bewusstlosigkeit und lebensbedrohliche Situationen zu vermeiden.
  4. Sagen "Jetzt" auf dem 4. zweite des Reizes. Notieren Sie die Nummer Thema Berichte für die entsprechenden Reizstärke. Führen Sie eine Pause von 10 s lang.
  5. Wenn das Thema Null gemeldet wird, erhöhen Sie die Intensität von 0,5 mA, Start der Reiz und gehen Sie zurück zu Schritt 3.4. Ansonsten, reduzieren die Intensität von 1,5 mA (minimum: 0,5 mA) und starten Sie den Stimulus, gehen Sie zurück zu Schritt 3.4. Wenn das Thema eine Zahl größer als Null zum zweiten Mal meldet, berechnen Sie den Mittelwert der beiden Intensitäten, Null entspricht, aufschreiben und markieren Sie ihn als "phasisch elektrische Schmerzschwelle" (pEPTh). Danach fahren Sie mit Schritt 3.6.
  6. Erhöhung der Stromstärke von 0,5 mA und Start der Reiz.
  7. Sagen "Jetzt" nach 4 s ab der Reiz. Notieren Sie die Nummer Thema Berichte für die entsprechenden Reizstärke. Pause für 10 s.
  8. Meldet das Thema einen Wert unter 100, erhöhen Sie die Intensität von 0,5 mA, Start der Reiz und gehen Sie zurück zu Schritt 3.7. Ansonsten, reduzieren die Intensität von 1,5 mA (minimale: 0,5 mA) und starten Sie den Stimulus, gehen Sie zurück zu Schritt 3.7. Wenn das Thema 100 zum zweiten Mal meldet, berechnen Sie den Mittelwert der beiden Intensitäten entspricht 100, schreiben Sie es auf und markieren Sie ihn als "phasisch elektrische Schmerztoleranz" (pEPTo). Fahren Sie mit Schritt 3,9.
  9. Teil 2 der elektrische Kalibrierung informieren Sie den Teilnehmer.
    Hinweis: Dies ist eine mögliche Anweisung für elektrische Kalibrierung Teil 2: "Wir fangen wieder mit einer niedrigen Intensität, aber diesmal die Reize werden länger. Ich werde zu sagen "Jetzt" zwei Mal, direkt nach Beginn und kurz vor dem Ende eines Reizes. Jedes Mal, wenn ich sage "Jetzt", habe Sie Bericht eine Reihe wie Sie im ersten Teil. Nach dem ersten Mal eine Zahl größer als Null zu melden, ich werde ein paar Stufen der Intensität reduzieren und wir wiederholen Sie den Vorgang für Überprüfungszwecke, bis Sie wieder eine Zahl größer als Null angeben. Im Anschluss daran erhöhen ich langsam die Intensität bis zu dem Punkt wo Sie bewerten die Impulse mit "Hundert." Erneut, um diese Schwelle zu validieren, ich will ein paar Levels zurück und wiederholen wir den Vorgang, bis Sie Bericht "Hundert" zum zweiten Mal. Sobald Sie "Hundert" sagen, stoppt ich den Reiz sofort."
  10. Zunächst elektrische Kalibrierung Teil 2 beginnt eine Anregung von 0,5 mA (400 V) mit einer Dauer von 10 s durch Klicken auf die start -Schaltfläche von der elektrischen Stimulator (Software).
    Hinweis: Jede elektrische Reiz der elektrische Kalibrierung Teil 2 hat eine Dauer von 10 s. Der Reiz besteht aus 200 einzelne elektrische Schläge von 2 ms Dauer jeweils gleichmäßig verteilt über die 10 s.
  11. Sagen "Jetzt" nach 1 s ab der Reiz. Notieren Sie die Nummer Thema Berichte für die entsprechenden Reizstärke. Sagen Sie "Jetzt" 1 s vor dem Reiz endet und wieder, notieren Sie die Nummer das Thema jetzt für die entsprechenden Reizstärke berichtet. Pause für 10 s.
  12. Wenn beide das Thema Berichte gleich Null sind, erhöhen Sie die Intensität von 0,5 mA, Start der Reiz und gehen Sie zurück zu Schritt 3.11. Ansonsten, reduzieren die Intensität von 1,5 mA (minimum: 0,5 mA) und starten Sie den Stimulus, gehen Sie zurück zu Schritt 3.11. Wenn das Thema eine Zahl größer als Null zum zweiten Mal meldet, berechnen Sie den Mittelwert der beiden Intensitäten, Null entspricht, schreiben Sie es auf und markieren Sie sie als "Stärkungsmittel elektrische Schmerzschwelle" (tEPTh). Danach fahren Sie mit Schritt 3.13.
  13. Erhöhung der Stromstärke von 0,5 mA und Start der Reiz.
  14. Sagen "Jetzt" nach 1 s ab der Reiz. Notieren Sie die Nummer Thema Berichte für die entsprechenden Reizstärke. Sagen Sie "Jetzt" 1 s vor dem Ende der Anregung. Wieder, notieren Sie die Nummer das Thema jetzt Berichte für die entsprechenden Reizstärke. Pause für 10 s.
  15. Wenn beide das Thema Berichte unter 100 sind, erhöhen Sie die Intensität von 0,5 mA, Start der Reiz, und wiederholen Sie die Schritte 3.14\u20123.15. Ansonsten ist das Thema Berichte genau 100, reduzieren die Intensität von 1,5 mA (minimum: 0,5 mA) und starten Sie den Stimulus, wiederholen Sie die Schritte 3.14\u20123.15. Wenn das Thema 100 zum zweiten Mal meldet, berechnen Sie den Mittelwert der beiden Intensitäten entspricht 100, schreiben Sie es auf und markieren Sie sie als "Stärkungsmittel elektrische Schmerztoleranz" (tEPTo). Fahren Sie dann mit Schritt 3.16.
  16. Trennen des elektrischen Stimulators der Elektroden und des Teilnehmers Fingern beide Ag/AgCl-Elektroden entfernen. Reinigen Sie die Finger mit Alkohollösung Elektrode Gel Reste abwaschen.

4. Kalibrierung des thermischen Schmerz Schwellen- und Toleranzwert (Teile 1 und 2)

Hinweis: Die thermische Schmerzen Kalibrierung gliedert sich in zwei Teile. Teil 1 bestimmt Schmerzgrenze und Toleranz in Bezug auf die kurze (phasisch) thermische Reize und Teil 2 tut dies in Bezug auf länger anhaltende (Tonika) thermische Reize. Diese Werte dienen als Grundlage für die Berechnung der phasischen und tonischen thermischen Schmerzreizen angewendet während der Schmerzen Stimulation Teil.

  1. Ein 30 x 30 mm Thermode auf der Oberseite des rechten Unterarm des Subjekts, ca. 30 mm proximal bis zum Handgelenk von einem Haken und Ösen Verschluss Riemen anwenden Fragen Sie zu ihren rechten Arm auf der Armlehne bequem ruhen.
    Hinweis: Eine Thermode gehört die Sonde/thermische Stimulator ist auf das Thema Haut befestigt und induziert die tatsächliche thermische Anregung.
  2. Das Verfahren der thermischen Kalibrierung Teil 1 informieren Sie zum Thema.
    Hinweis: Möglicherweise eine Formulierung für die Anweisung für thermische Kalibrierung Teil 1: "Sie sind jetzt kurz, aber Konstante thermische Reize von unterschiedlicher Intensität zu erleben. Wir beginnen mit einer Temperatur oberhalb der Körpertemperatur. Eine thermische Anregung startet und kurz vor dem Ende, ich werde sagen "Jetzt." Wenn dies geschieht, sollten Sie schnell melden, ob der Reiz schmerzhaft war oder nicht durch die Bewertung auf einer Skala von Null auf hundert, wie Sie, in der elektrische Kalibrierung Teil Tat. Ebenso, wenn der Reiz nicht schmerzhaft war, bitte melden Sie "Null." Ich gehe dann mit einer erhöhten Intensität. Es gibt immer eine Pause von ein paar Sekunden zwischen zwei Reize. Der Kalibrierungsphase ist beendet, wenn Sie "100" oder die cutoff Temperatur erreicht ist."
  3. Einleitend, dass thermische Kalibrierung Teil 1 beginnend einen Impuls von 39 ° C mit einer Dauer von 5 s durch Klicken auf die start -Schaltfläche von der thermischen Stimulator (Software).
    Achtung: Die thermischen Kalibrierung Teil 1 hat eine cutoff Temperatur von 50 ° C um Hautverbrennungen zu vermeiden.
    Hinweis: Jede thermische Anregung der thermischen Kalibrierung Teil 1 hat eine Dauer von 5 s.
  4. "Jetzt" heißt es in der 4. Sekunde des Reizes. Notieren Sie die Anzahl der Intensität, die das Thema für die entsprechende Temperatur gibt. Pause für 10 s.
  5. Wenn die Angabe des Themas unter 100, erhöhen Sie die Temperatur um 1 ° C, starten Sie den Reiz, und wiederholen Sie die Schritte 4.4\u20124.5. Ansonsten, wenn die Angabe 100, oder die cutoff Temperatur von 50 ° C erreicht ist, kündigen Sie thermische Kalibrierung Teil 1, indem mit dem nächsten Schritt fortfahren.
  6. Überprüfen Sie die bekannten Zahlen und markieren Sie die erste Temperatur mit einer entsprechenden Intensität größer als Null als "phasisch Hitze Schmerzgrenze" (pHPTh). Markieren Sie die Temperatur mit einem Hinweis auf 100 als "phasisch Hitze Schmerztoleranz" (pHPTo).
    Hinweis: Wenn das Thema meldet eine Zahl unter 100 bei der cutoff Temperatur (50 ° C), markieren Sie 50 ° C als pHPTo.
  7. Teil 2 der thermischen Kalibrierung informieren Sie den Teilnehmer.
    Hinweis: Hier ist eine beispielhafte Formulierung für die Anweisung für diese thermische Kalibrierungsphase: "Wir beginnen mit einer Temperatur oberhalb der Körpertemperatur, aber diesmal die thermische Reize werden länger. Ich sage "Jetzt" zweimal: direkt nach dem Beginn und kurz vor dem Ende der Reize. Jedes Mal, wenn ich sage "Jetzt", berichten Sie eine Nummer, die Ihrem Schmerzerleben entspricht. Wenn der Reiz nicht schmerzhaft war, bitte melden Sie "Null." Ich gehe dann mit einer erhöhten Temperatur. Es gibt immer eine Pause von ein paar Sekunden nach jedem Impuls. Der Kalibrierungsphase ist beendet, wenn Sie "100" oder die cutoff Temperatur erreicht ist."
    Achtung: Die thermische Kalibrierung Teil 3 hat eine cutoff Temperatur von 49,5 ° C zur Vermeidung von Verbrennungen der Haut, aufgrund der längeren Dauer der Reiz.
  8. Beginnen thermische Kalibrierung Teil 2 mit einem Reiz von 39 ° C für 10 s lange durch Klicken auf die start -Schaltfläche von der thermischen Stimulator (Software).
    Hinweis: Jede thermische Anregung der thermischen Kalibrierung Teil 2 hat eine Dauer von 10 s.
  9. Sagen "Jetzt" nach 1 s ab der Reiz. Notieren Sie sich die Intensität Anzahl zum Thema für die entsprechende Temperatur Berichte. Sagen Sie "Jetzt" 1 s vor dem Ende der Anregung. Wieder, notieren Sie die Nummer der Intensität, die das Thema jetzt für die entsprechende Temperatur berichtet. Pause für 60 s.
  10. Wenn beide Indikationen des Subjekts unter 100 sind, erhöhen Sie die Temperatur um 1 ° C (Ausnahme: siehe Hinweis unten), starten Sie den nächsten Reiz, und wiederholen Sie Schritt 4.16. Ansonsten, wenn die Berichte genau 100 oder die cutoff Temperatur von 49,5 ° C erreicht ist, kündigen Sie thermische Kalibrierung Teil 2 von mit dem folgenden Schritt fortfahren.
    Hinweis: In dieser Kalibrierungsphase der Temperatur-Schritte sind: 39 ° C, 40 ° C, 41 ° C, 42 ° C, 43 ° C, 44 ° C, 45 ° C, 46 ° C, 47 ° C, 48 ° C, 49 ° C, 49,5 ° C.
  11. Überprüfen Sie die bekannten Zahlen und markieren Sie die erste Temperatur an dem mindestens eine der entsprechenden Zahl größer als Null als "tonische Hitze Schmerzgrenze ist" (tHPTh). Markieren Sie die Temperatur mit einem ersten notierten Bericht von 100 als "tonische Hitze Schmerztoleranz" (tHPTo).
    Hinweis: Wenn das Thema beide Zahlen unter 100 bei der cutoff Temperatur (49,5 ° C) meldet, markieren Sie 49,5 ° C als tHPTo.
  12. Entfernen Sie die Thermode aus der Teilnehmer Unterarm. Fragen Sie zum Thema, ob sie einen Kurzurlaub und/oder die sanitäre Anlagen nutzen wollen benötigen. Um eine Überprüfung durchführen, wenn der Teilnehmer für die Schmerzen Stimulation Teil in Bezug auf thermische Reize geeignet ist, befolgen Sie die Anweisungen in ergänzende Datei 1beschrieben.

5. Vorbereitung des Experiments Schmerzen stimulation

  1. Verhalten die Schmerzen Stimulation in eine Kamera überwacht, temperaturgeführte und geräuscharme Versuchsraum neben der Kalibrierung/Überwachung Zimmer (siehe Abbildung 1). Schließen Sie beide Räume über eine Leitung-Leitung (80 mm Durchmesser).
    Hinweis: Kameraüberwachung informiert über das Thema Gesundheitszustand und ermöglicht schnelles Eingreifen im Falle einer plötzlichen Bewusstlosigkeit oder Kreislaufkollaps.
  2. Richten Sie eine Untersuchungsliege, auf denen das Thema während des Experiments liegt. Legen Sie es mit der langen Seite an einer Wand in der Nähe von das Installationsrohr Rohr. Bieten Sie eine Kissen für den Kopf.
  3. Befestigen Sie einen Spiegel an der Wand neben der Untersuchungsliege, wo der Kopf des Themas ruhen wird.
  4. Für die Erfassung physiologischer Daten (EKG, 3 x EMG und SCL), verwenden Audio, Videos (frontal- und Seitenaufprall Blick auf das Gesicht, die Gesichtshaut Temperatur und eine Ganzkörper-Ansicht) und thermischen und elektrischen Stimulator Ausgänge während des Experiments entsprechende Aufnahme Computer, Software und Aufnahmegeräte (ein Biosignal-Recorder, drei hochauflösende Farb-Kameras, eine Wärmebildkamera und ein Richtmikrofon).
    1. Eine Lösung zum Synchronisieren der aufgezeichneten Modalitäten zu entwickeln. Es kann eine Hardware Ansteuerung der Geräte, eine Aufzeichnung der Trigger signalisiert durch die Biosignal und audio-Recorder, Computer Uhr Synchronisierung (z. B. über NTP) und eine Aufnahme von Zeitstempeln sowie die Datenströme und Nachbearbeitung der aufgezeichneten Daten umfassen Bäche zum Ausgleich von zeitlichen Versatz und Uhr Drift.
  5. Installieren Sie die Ganzkörper-Ansicht-Kamera in einer Weise, dass der ganze Körper des Opfers erfasst. Installieren Sie die Stirnseite Ansichtskamera ca. 1 m über dem Kopf des Teilnehmers. Montieren Sie das Mikrofon auf der linken Seite und die Wärmebildkamera auf der rechten Seite, neben der Stirnseite Kamera. Befestigen Sie die Seite Ansichtskamera an der Decke. Anpassen, um einen Punkt, wo es einseitig Gesicht des Motivs sowie die gegenüberliegende Seite spiegelt sich in den Spiegel zu erfassen (siehe Abbildung 2).

Figure 2
Abbildung 2: Schematische Darstellung von Kamera und Mikrofon Setup. Die Stirnseite Kamera, Wärmebildkamera und Mikrofon sind ca. 1 m über dem Kopf des Teilnehmers einrichten. Eine Seite Ansichtskamera erfasst beide Seiten des Gesichts mit Hilfe eines Spiegels. Eine Körper-Rückfahrkamera montiert an der Wand kann zur Erfassung der Bewegung des Körpers. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Hinweis: Aufgrund einer kleinen Versuchsraum Kombination einer Fachkamera Seite mit einem Spiegel ist eine sehr elegante Lösung für beide Seiten das Thema Fläche mit nur einer Kamera zu erfassen.

  1. Doppelte einrichten die Grafikausgabe Biosignal aufnehmenden Computer auf einem Computer-Monitor in der Kalibrierung/Überwachung Zimmer.
  2. Aktive PC-Lautsprecher im Raum Kalibrierung/Überwachung eingerichtet. Über das Conduit-Rohr mit dem Audio-Aufnahme-Computer zu verbinden. Achten Sie darauf, die Teilnehmer über das Mikrofon zu hören, für den Fall, dass sie während des Experiments Hilfe benötigen.
  3. Übergeben Sie die Thermode und die Elektroden Kabel der elektrischen Stimulator durch die Conduit-Leitung an den Versuchsraum. Setzen Sie aufgerollt Noppenschaum auf beiden Seiten der Leitung Rohr (oder ein ähnliches Material, das Ton absorbiert).
    Hinweis: Lassen Sie den thermischen Stimulator in der Kalibrierung/Überwachung Zimmer. Es verschmutzt das Audiosignal aufzeichnen aufgrund seiner internen Ventilator regelmäßig zu beginnen, um abzukühlen.
  4. Legen Sie die Aufnahme-Sampling-raten wie folgt: (a) Audio bei 44,1 kHz; (b) Frontal und Side-View-Kameras bei 25 Hz; (c) Ganzkörper-Rückfahrkamera bei 30 Hz; (d) Wärmebildkamera bei 120 Hz; (e) SCL, EMG und EKG bei 1.000 Hz. speichern alle Einstellungen.
  5. Holen Sie sich eine kaltes Gel Pack (100 mm x 100 mm) und steckte es in eine Tiefkühltruhe. Bereiten Sie ein 200 x 200 mm hygienische Vlies Handtuch oder etwas ähnliches (z. B. ein dünnes Papierhandtuch) und eine Salbe.
  6. 12 individuelle Impulse Intensitäten, sechs für die Wärme- und elektrische Schmerzen Induktion, wie folgt zu berechnen: (a) phasisch elektrische Schmerzintensität 3 (pE3) = 90 % von pEPTo; (b) phasisch elektrische Schmerzintensität (pE2) 2 = (pE3 + pEPTh) / 2; (c) phasisch elektrische Schmerzintensität 1 (pE-1) = pEPTh; (d) Tonikum elektrische Schmerzintensität 3 (tE-3) = 90 % des tEPTo; (e) Tonikum elektrische Schmerzintensität 2 (tE-2) = (tE-3 + tEPTh) / 2; (f) Tonikum elektrische Schmerzintensität 1 (tE1) = tEPTh; (g) phasisch Hitze Schmerzintensität 3 (pH3) = pHPTo - 0,5 ° C, wenn das Thema 100 für pHPTo gemeldet – andernfalls pH3 = pHPTo; (h) phasisch Hitze Schmerzintensität 2 (pH2) = (pH3 + pHPTh) / 2; (i) phasisch Hitze Schmerzintensität 1 (pH1) = pHPTh; (j) Tonikum Hitze Schmerzintensität 3 (tH3) = tHPTo - 0,5 ° C, wenn das Thema 100 für tHPTo gemeldet – andernfalls tH3 = tHPTo; (k) Tonikum Hitze Schmerzintensität 2 (tH2) = (tH3 + tHPTh) / 2; (l) Tonikum Hitze Schmerzintensität 1 (tH-1) = tHPTh.
  7. Geben Sie die Werte der phasischen elektrische (pE1\u2012pE3) und Wärme Schmerzen Intensitäten (pH1\u2012pH3) und Stärkungsmittel elektrische (tE1\u2012tE3) und Wärme Schmerzen Intensitäten (tH1\u2012tH3) — in Schritt 5.11 basierend auf die Kalibrierung gemäß § § 3 und 4 berechnete — in die Software von der thermischen und elektrischen Stimulator. Stellen Sie die Temperatur der Basislinie (keine Schmerzen) bis 32 ° C und die Temperatur Steigerungsrate auf 8 ° C/s. speichern alle Einstellungen.
  8. Verwenden Sie eine scripting Sprache basierende Computersoftware, die mit der thermischen und elektrischen Stimulator kommuniziert. Stellen Sie sicher, dass es ermöglicht die Steuerung und Schmerzreize basierend auf einer Erhebung Skript Schmerzen auslösen.
    Hinweis: Ein Schmerz-Erhebung-Skript löst die randomisierte Schmerzreize und Steuerelemente timing und Dauer. In dieser Studie bietet die Software die thermische Stimulator die Möglichkeit für die Zubereitung von einem Schmerz Erhebung Skript. Die Software löst automatisch thermische Reize und Signale sendet, wenn ein elektrischer Impuls ausgelöst werden soll. Elektrische Reize ausgelöst werden durch ein Skript in eine zweite Software vorbereitet.
  9. Bereiten Sie die Schmerz-Erhebung-Skript (siehe Abbildung 3) wie folgt. Legen Sie die Anzahl jedes phasisch Reizintensität (pE1, pE-2, pE3, pH1, pH2und pH3) auf 30 und die Anzahl der jedes Tonikum Reizintensität (tE1, tE2, tE3, tH1und tH2tH3) 1. Legen Sie die Dauer jedes phasisch Stimulus, 5 s und die Dauer jedes Tonikum Stimulus auf 60 s. "Zufallsparameter" die Reihenfolge der alle Reize. Zufällig den Pausen zwischen der phasischen Reize, 8 – 12 s. Set die Pausen nach der Tonika Reize auf 300 s. speichern alle Einstellungen.
    Hinweis: Aufgrund der längeren Dauer ist die Anzahl der verschiedenen Tonikum Hitzereize auf 1 gesetzt, Verbrennungen der Haut zu vermeiden. Alle Pausen nach Tonikum Reize müssen 300 s um physiologische Signale zurück zur Grundlinie und dabei nicht kontaminieren nachfolgende Signale zu ermöglichen.

Figure 3
Abbildung 3: graphische Darstellung der Schmerzen Stimulation part. (A) vorbildlich Schmerzen Erhebung Script mit randomisierten phasisch (blau) und Tonikum (rot) Schmerzreize. (B) Auszug aus dem oben beschriebenen Schmerzen Erhebung Skript: drei phasischen Reize mit einer Dauer von 5 Sekunden und nachfolgenden Pausen. Die Dauer der Pausen variiert zwischen 8 und 12 Sekunden. (pH1, pH2, pH3 = phasisch Wärme Schmerzen mit Intensität 1, 2, 3; tH1, tH2, tH3 = Tonika Wärme Schmerzen mit Intensität 1, 2, 3; pE1, pE-2, pE3 = phasisch elektrische Schmerzen mit Intensität 1 , 2, 3; tE1, tE2, tE3 = Tonika elektrische Schmerzen mit Intensität 1, 2, 3; s = Sekunden). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

6. Schmerzen stimulation

  1. Führen Sie den Teilnehmer zu den Versuchsraum und Ihnen sagen Sie, über den bevorstehenden Ablauf. Der Versuchsaufbau und die Funktionalitäten der Instrumente zu erklären. Informieren Sie das Thema wieder über die Möglichkeit, das Experiment jederzeit abbrechen, indem entweder per Knopfdruck zur Verfügung gestellten Notfall oder Fragen zu stoppen.
  2. Bitte das Thema bequem auf der Untersuchungsliege hinlegen. Weisen Sie sie während des Versuchs auf dem Rücken liegend zu halten.
  3. Reinigen Sie alle Hautpartien, wo die Elektroden mit Alkohollösung angebracht werden soll. Entfernen Sie alle abgestorbenen Hautzellen auf der Oberfläche der linken Wange, hinter dem linken Ohr und über der linken Augenbraue mit abrasiven Gel. Reclean diese Bereiche mit einer Alkohollösung.
  4. Legen Sie für die Messung von der SCL-Wert zwei vorgelierten, Nonpolarizable Ag/AgCl Elektroden an der Unterseite der distalen Phalanx des rechten zeige- und Mittelfinger von Velcro Riemen. Stellen Sie sicher, dass die Gurte nicht zu eng sind. Sie sind zu eng, meldet das Thema ein pochende Gefühl in den Fingerspitzen.
  5. Drei vorgelierten, selbstklebende Ag/AgCl Snap Elektroden verwendet werden um das EKG aufzuzeichnen, mit kreisförmigen Kontaktflächen (34 mm Durchmesser). Legen Sie eine Elektrode (Kathode) auf der Brust, etwa 6 cm unterhalb des rechten Schlüsselbeins. Die zweite Platz ein (Anode) auf der linken neunten und zehnten Rippe. Legen Sie die dritte Elektrode (Bezugsmasse) bis zur Taille rechts neben dem Beckenknochen.
  6. Um die EMG des M. Trapeziusaufzuzeichnen, auch drei vorgelierten, selbstklebende Ag/AgCl Snap Elektroden mit kreisförmigen Kontaktflächen (34 mm Durchmesser) verwendet werden. Legen Sie zwei Elektroden (Kathode und Anode) nebeneinander im linken Trapezius Muskel des Halses. Den dritten Platz ein (Referenz) unten auf das linke Schlüsselbein.
  7. Verwenden Sie sechs wiederverwendbare, abgeschirmte Ag/AgCl-Elektroden mit 4 mm Durchmesser Aufnahme um EMGs M. WPA Supercilii und M. Zygomaticus majorzu messen. Füllen Sie die Hohlräume der Elektroden mit Elektrolyt-Gel.
    1. Befestigen Sie die Elektroden mittels doppelseitigen Klebstoff Halsbänder wie folgt: eine Elektrode (Anode) Platz für WPA Superciliidirekt über der linken Augenbraue, neben der (linken) Glabella-Linie. Die zweite Elektrode (Kathode) 1 cm Lateral mit dem ersten Platz.
    2. Legen Sie eine dritte Elektrode (Referenz) bis zur Mitte des Stirnbein direkt unter dem Haaransatz. Ziehen Sie für Zygomaticus großeneine imaginäre Linie von der linken oralen Kommissur auf dem linken Ohrläppchen. Legen Sie eine Elektrode (Anode) etwas unterhalb der Mitte der Linie und eine zweite einer (Kathode) 1 cm neben dem medialen. Legen Sie die dritte Elektrode (Referenz) auf der linken Warzenfortsatzes. Schließen Sie alle Elektroden mit den entsprechenden Eingängen des Biosignal-Aufnahmegerät.
  8. Führen Sie eine Sichtkontrolle durch den Biosignal Aufnahmesoftware, wenn alle physiologische Signale von guten/sehr guter Qualität sind. Bitte das Thema Verschieben bestimmter Muskeln und überprüfen das jeweilige Signal. Anpassen/verbessern Sie keine unbefriedigend Signale durch geeignete Mittel/Maßnahmen.
  9. Legen Sie eine Ag/AgCl-Elektrode (34 mm Durchmesser) auf der Oberseite der mittleren Phalanx des linken Zeigefinger (Anode) und eine weitere auf der Oberseite der proximalen Phalanx des linken Mittelfingers (Kathode). Die Elektroden mit medizinisches Klebeband zu fixieren, wie Themen während des Verfahrens Schwitzen könnte Verringerung der Haftfähigkeit der Elektroden. Schließen Sie die Elektroden an den elektrischen Stimulator.
  10. Die Thermode auf der Oberseite des linken Unterarm das Thema ca. 30 mm proximal bis zum Handgelenk von einem Velcro Riemen anwenden Stellen Sie sicher, dass der Gurt nicht die Haut verengen.
  11. Beginnen Sie alle Kameras. Sicherstellen Sie, dass die Teilnehmer in die Kamerabilder perfekt sichtbar ist. Falls erforderlich, bitten Sie das Thema um die Position anzupassen. Gesichts-Kameras mit einem kleinen Sichtfeld besonders kümmern. Im Idealfall sollte das Gesicht in der Mitte des Bildes, das Risiko zu reduzieren, dass die Teilnehmer während des Experiments den Kopf aus dem Sichtfeld bewegt.
  12. Überprüfen Sie, ob Mikrofon eingeschaltet ist und die Lautstärke der Aufnahme zufriedenstellend ist.
  13. Fragen Sie zum Thema, wenn sie noch weiteren Fragen hat, und wenn sie bereit für das Experiment ist. Beauftragen sie ganz natürlich wirken und nicht zu unterdrücken und keine Schmerzen Reaktionen während des Experiments zu übertreiben.
  14. Starten Sie alle Aufnahmegeräte (Kameras, Mikrofon, Biosignal Recorder) Einhaltung der Anforderungen für die Datensynchronisierung.
  15. Verlassen Sie den experimentellen Raum und betretet den Raum Kalibrierung/Überwachung. Warten Sie 5 Minuten, um physiologische Signale des Subjekts zu normalisieren zu ermöglichen. Das Schmerz-Erhebung-Skript ausführen.
  16. Das Thema und den Fortschritt der Schmerzen Stimulation Teil sorgfältig zu überwachen. Notieren Sie sich alle Zeitstempel offensichtlich ungewöhnlich/unnatürliche Verhalten, technische Probleme oder Biosignal Artefakte durch extreme Bewegung, kommen aus der Elektroden, etc..
  17. Stoppen Sie nach dem Ende der Schmerzen Erhebung Skript alle Aufnahmegeräte. Exportieren Sie Speichern/aller Daten in einem bevorzugten Format. Schalten Sie den thermischen und elektrischen Stimulator.
  18. Überprüfen Sie, ob der Teilnehmer in Ordnung ist und lösen Sie alle Elektroden und die Thermode zu. Reinigen Sie alle Hautareale mit Alkohollösung, Elektroden-Gel-Reste zu entfernen.
  19. Erhalten Sie das kalte Gel-Pack aus dem Gefrierfach und wickeln Sie es in die hygienische Vliesstoff Tuch (oder etwas ähnliches, z.B. dünne Papiertuch). Bitten Sie die Teilnehmer für mindestens 5 Minuten auf den Hautbereich anwenden wo die Thermode platziert wurde.
  20. Bieten Sie dem Thema die Möglichkeit, ihre individuellen Schmerzpegel gezeigt und erklärt haben.
  21. Wenden Sie Salbe auf den Hautbereich, wo der Thermode gestellt wurde.
    Hinweis: Kalte Energie-Gel und Salbe wird verwendet, um (ein) minimieren Rötungen und Reizungen der Haut.
  22. Mit der Hand über die Geldentschädigung und haben es mit einer Quittung bestätigt. Geben Sie Kontaktdaten bei aufkommenden Problemen. Die Teilnehmer bedanken und verabschieden.
  23. Entfernen Sie die akustischen Schaum auf beiden Seiten von das Installationsrohr Rohr. Übergeben Sie die Thermode und die Elektroden Kabel der elektrischen Stimulator zurück in den Raum Kalibrierung/Überwachung. Entsorgen Sie alle Einweg-Elektroden, alle wiederverwendbare Elektroden Gel bleibt sauber und Reinigen der Untersuchungsliege mit einer geeigneten Oberfläche Desinfektionsmittel. Setzen Sie das kalte Gel-Pack wieder in den Gefrierschrank.

Representative Results

Schmerz wird von jeder Person unterschiedlich wahrgenommen und kann sich vielfältig äußern, in Mimik, paralinguistischen und/oder physiologische Signale. Das Design dieser Studie eignet sich Schmerz Antworten auf vielfältige Weise im Hinblick auf die zugrunde liegenden Ziele zu analysieren. Die gewonnenen Daten können Forschung Fragen, wie: gibt es spezifische Probleme Reaktionsmuster? Unterscheiden sich hinsichtlich Schmerzen Modell und Dauer?

134 Themen nahmen in unserem Experiment. Das Geschlechterverhältnis war 50/50. Wir sie in den folgenden Altersklassen eingeteilt: (1) 18-29 Jahre (N = 49, 23 Männer, 26 Frauen), (2) 30-39 Jahre (N = 45, 23 Männer, 22 Frauen), (3) 40-50 Jahre (N = 40, 21 Männer, 19 Frauen). Das Durchschnittsalter aller Fächer 31,4 (SD = 9,7), aller Männer = 33,4 (SD = 9,3) und aller Frauen = 32,9 (SD = 10,2) Jahren. Die Studie fand am Institut für medizinische Psychologie der Universität Ulm, Deutschland.

Das wichtigste Ergebnis dieses Protokolls ist ein Datensatz der Audio-, Video- und psychophysiologische Signale reflektiert die Themen Reaktionen auf Schmerzreize. Tabelle 1 enthält eine allgemeine Übersicht über die technischen Merkmale der aufgezeichneten Signale und die Nummern der induzierten Schmerzreize in der Studie.

Technische Merkmale
Signal: Sampling-Rate: Attribute:
Audio 44100 Hz Mono, MP3 320 Kbit/s
Kamera 1 (Gesicht, frontale Ansicht) 25 Hz Video Farbe: Auflösung 1384 x 1032,
HEVC codiert mit libx265 (CRF 16, preset Medium)
Kamera 2 (Gesicht, Seitenansicht) 25 Hz Video Farbe: Auflösung 1620 x 840
HEVC codiert mit libx265 (CRF 16, preset Medium)
Körper-Kamera ca. 30 Hz Video Farbe: 1500 x 600 Auflösung
HEVC codiert mit libx265 (CRF 16, preset Medium);
Tiefe video: Auflösung 500 X 200, verlustfreie Codierung
Wärmebildkamera ca. 120,8 Hz Oberflächentemperatur video: Auflösung 120 x 160
Graustufen kodiert MPEG-4-AVC mit libx264
(CRF 0, voreingestellte schnell),
codierte Temperaturbereich 26,5-52,0 ° C (0,1-Schritte)
ECG 1000 Hz Hardware gefiltert über BioPac: 35 Hz LP, 0,5 Hz HP,
50 Hz-Notch-filter
SCL 1000 Hz Hardware gefiltert über BioPac: 10 Hz-LP, keine HP
keine Notch-filter
EMG M. trapezius 1000 Hz Hardware gefiltert über BioPac: 500 Hz LP, HP, 10 Hz
keine Notch-filter
EMG M. WPA supercilii 1000 Hz Hardware gefiltert über BioPac: 500 Hz LP, HP, 10 Hz
keine Notch-filter
EMG M. Zygomaticus großen 1000 Hz Hardware gefiltert über BioPac: 500 Hz LP, HP, 10 Hz
keine Notch-filter
Reize Thermal Elektrische
Themen: Phasisch Reize (5 s): Tonische Reize (60 s): Phasisch Reize (5 s): Tonische Reize (60 s):
Pro Fach 90 (30 Prozent Intensität) 3 (1 pro Intensität) 90 (30 Prozent Intensität) 3 (1 pro Intensität)
Alle (N = 134) 12060 (4020 pro Intensität) 402 (134 pro Intensität) 12060 (4020 pro Intensität) 402 (134 pro Intensität)
Männer (n = 67) 6030 (2010 pro Intensität) 201 (67 % Intensität) 6030 (2010 pro Intensität) 201 (67 % Intensität)
Frauen (n = 67) 6030 (2010 pro Intensität) 201 (67 % Intensität) 6030 (2010 pro Intensität) 201 (67 % Intensität)

Tabelle 1: technische Merkmale und Anzahl der Reize induziert. Die obere Hälfte (technische Funktionen) zeigt die Sampling-Raten und Attribute der spezifischen Signale. Die untere Hälfte (Stimuli) zeigt die Nummern der induzierten spezifischen (thermisch/elektrisch) Schmerzen Reize für ein Thema, für alle Fächer und für jedes Geschlecht. (MP3 = Moving Picture Experten Group Layer 3 Audio, Kbit/s = Kilobit pro Sekunde, HEVC = hohe Effizienz Video Coding, CRF = konstante Rate, MPEG-4-AVC = Motion Picture Experten Gruppe Layer-4 Video Advanced Video Coding, Hz = Hertz, ° C = Grad Celsius, s = Sekunden, ECG = Elektrokardiogramm, SCL = Hautleitwert, EMG = Elektromyographie, LP = Low-Pass Filter, HP = High-Pass-Filter, M. = Musculus).

Ein sekundäres Ergebnis bezüglich der Kalibrierungsphase der Studie ist in Tabelle 2dargestellt. Es zeigt die mittlere Anregung Temperaturen und Strömungen der Schmerz Intensitäten 1 und 3 (wie in Schritt 5.11 des Protokolls berechnet) für alle Fächer und zusätzlich für die männlichen und weiblichen Untergruppe.

Reize [In ° C] thermische Mittelwert (SD) [MA] elektrischen bedeuten (SD)
Themen pH1 pH3 tH1 tH3 pE1 pE3 tE1 tE3
Alle (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)
Männer (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)
Frauen (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)

Tabelle 2: meine Anregung Temperaturen und Strömungen der Schmerz Intensitäten 1 und 3. (pH1, pH3 = phasisch Wärme Schmerzen mit Intensität 1, 3; tH1, tH3 = Tonika Wärme Schmerzen mit Intensität 1, 3; pE1, pE3 = phasisch elektrische Schmerzen mit Intensität 1, 3; tE1, tE3 = Tonika elektrische Schmerzen mit Intensität 1, 3; ° C = Grad Celsius; mA = Milliampere, SD = Standardabweichung).

Wenn alle Schritte des Protokolls sorgfältig geführt werden und keine technischen Probleme auftreten (in Bezug auf Computer oder Aufnahme Gerät Abstürze, etc.), kann ein erfolgreiches Ergebnis ähnlich wie in Abbildung 4 dargestellt aussehen. Alle Signale sind von hoher Qualität und nicht von externen Quellen von Störungen betroffen. Der Teilnehmer ist deutlich sichtbar in jede Kamera.

Figure 4
Abbildung 4 : Beispieldaten aus ein gelungenes Experiment. Die Abbildung zeigt die aufgezeichneten Signale ein paar Sekunden vor, während und nach einer intensiven Schmerzreiz. Alle Signale sind nicht gefiltert und in der Zeit synchronisiert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur repräsentative Screenshots der Videosignale hier gezeigt. (EMG = Elektromyographie, SCL = Hautleitwert, ECG Elektrokardiogramm, M=. = Musculus, s = Sekunden). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Unerwartete Zwischenfällen führen jedoch die Daten laut oder beschädigt werden. Neben Computer oder Aufnahme Gerät abstürzt, die kommen aus der Elektroden (vor allem wiederverwendbare Elektroden mit kleinem Durchmesser mittels doppelseitigen Klebstoff Kragen befestigt sind) meist unbrauchbar Signale führt. Als Beispiel für eine Sub-optimale Dataset zeigt Abbildung 5 den Moment wenn eine EMG-Elektrode kommt ab und macht das entsprechende Signal unbrauchbar.

Figure 5
Abbildung 5 : Beispiel-Daten von einem suboptimalen Experiment. Der rote Kreis zeigt, dass das Thema Wange der Zeit eines der EMG-Elektroden (M. Zygomaticus großen) abfiel. Dies könnte durch Schweiß oder Kopf Bewegung gewesen sein. Von diesem Moment an war das Signal verloren. (EMG = Elektromyographie, SCL = Hautleitwert, ECG Elektrokardiogramm, M=. = Musculus, s = Sekunden). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Die maximale Intensität von thermischer und elektrischer Reize musste wegen ethischen Richtlinien eingeschränkt werden. In Bezug auf thermische Kalibrierung Kontrolle (siehe ergänzende Datei) erreichte 37 Probanden (31 Männer, 6 Frauen) des angegebenen Grenzwertes 50,5 ° C (Verhältnis = 37/134 = 27.61 %). Für thermische Kalibrierung Teil 1, 60 Teilnehmer (39 Männer, 21 Frauen) erreicht die Cutoff von 50,0 ° C (Verhältnis = 60/134 = 44.78 %) und betreffend Teil 2, 57 Personen (37 Männer, 20 Frauen) erreicht die Cutoff von 49,5 ° C (Verhältnis = 57/134 = 42.54 %). Die Cutoff für beide Teile elektrische Kalibrierung war 25 mA. Keiner der 134 Probanden erreicht.

Da wir beabsichtigen, die Daten zu veröffentlichen (siehe nächster Abschnitt), die Datensätze der Personen, die die Cutoffs erreicht haben wird zusätzlich gekennzeichnet werden und ihre subjektive Schmerz Ratings für die entsprechenden Cutoffs aufgenommen werden.

Wir möchten darauf hinweisen, dass der Schwerpunkt des Protokolls Multi-modale Signale für die Analyse der thermischen und elektrischen Schmerzen erhalten ist. Daher sind keine anderen Ergebnisse hier diskutiert. Nach Überprüfung und ohne Datensätze aufgrund von fehlenden Daten oder abgelehnten schriftliche Zustimmung für die gemeinsame Nutzung von Daten, werden die Datensätze dieser Studie unter dem Namen "X-ITE Schmerzen Datenbank" zugänglich gemacht werden. Besuchen Sie für weitere Informationen darüber, wann und wie die X-ITE Schmerzen DB zu erhalten bitte https://github.com/philippwerner/pain-database-list.

Ergänzende Datei 1. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterladen.

Discussion

Die vorgestellte Protokoll konzentriert sich auf die experimentelle Erhebung thermische (Wärme) und elektrische Schmerzen während der Aufnahme physiologische, optische und paralinguistischen Signale. Dieser neuartige Ansatz, Kombination von zwei Schmerz-Modellen mit unterschiedlichen Stimuli Intensitäten und zwei verschiedene Reize Laufzeiten (phasischen und tonischen), bietet einen Überblick über die psycho-physiologischen Muster und Ausdruck von Schmerz. Allerdings müssen mehrere Schritte für die Realisierung dieses Protokolls berücksichtigt werden.

Im Allgemeinen funktioniert mit Schmerzreizen ist es entscheidend für die Sicherheit der Probanden zu gewährleisten. Alle Schmerzreize hoch gesteuert werden und sollte nur von erfahrenen Experimentatoren durchgeführt werden.
Darüber hinaus wird für die Erfassung und zuverlässige und qualitativ hochwertige Datenerhebung, die korrekte Befestigung der Geräte (Elektroden), die einwandfreie Funktion der Aufnahmegeräte und eine reibungslose Kommunikation zwischen Computern dringend empfohlen. Alle Quellen von Störungen sollten beseitigt oder auf ein Minimum reduziert. Um die Konsistenz zwischen den Teilnehmern zu gewährleisten, ist es wichtig, standardisierte Anweisungen und unveränderliche experimentellen Bedingungen bereitstellen.

Unserer Erfahrung nach finden geeignete Teilnehmer, die alle Kriterien erfüllen und bereit sind, zahlreiche schmerzhafte Reize zu erhalten, dauert eine lange Zeit und ist eine ziemliche Herausforderung. Darüber hinaus muss die finanzielle Entschädigung hoch genug, um Themen zum Studium zu gewinnen. Vor allem Personen zwischen 30 und 50 Jahren sind schwer zu finden. Dies kann, weil das Experiment zu lange (ca. 4 Stunden, inklusive an- und Abreise) und sie haben einen halben Tag von der Arbeit abzunehmen.

Da die Sicherheit der Teilnehmer oberste Priorität hat, müssen Schmerzen Induktion beschränkt werden. Aufgrund der ethischen Richtlinien darf die Stimulus-Intensitäten bestimmte Ebenen zur Vermeidung von Verbrennungen und Bewusstlosigkeit in Bezug auf die thermische und elektrische Schmerzen Induktion, bzw. nicht überschreiten. Eine allgemeine Abkürzung Intensitäten kann in eine Decke Effekt führen, da einige Themen können die Intensität Grenzen vor unerträglichen Schmerz zu fühlen, zu erreichen. In dieser Studie erreicht etwa 42 % (unter Berücksichtigung thermischer Kalibrierung Teil 1 und 2) der Teilnehmer die Thermosicherungen (siehe repräsentative Ergebnisse). Wie sie ihre "echte" Schmerzen Toleranzen nicht erreicht haben, könnte ihre physiologischen Reaktionen auf die höchste thermische Reize anders Verhalten im Gegensatz zu physiologischen Reaktionen von Themen, die sie erreicht. Wenn ja, könnten die Vermischung dieser beiden Gruppen Klassifizierungsergebnisse in Bezug auf Schmerzen Anerkennung beeinflussen.

Ein wichtiger Punkt an Adresse ist die Schmerz-Modalitäten in diesem Experiment. Teilnehmer nur thermische und elektrische Schmerzreize unterliegen (da diese in einer experimentellen Umgebung sehr kontrollierbar sind). Wenn Schmerz-Muster in Bezug auf Qualität prüfen, Ergebnisse können nicht übersetzen, um andere Schmerzen Modalitäten wie Druck, chemische oder viszerale Schmerzen.
Die gleiche Überlegung über die Übertragbarkeit der Ergebnisse gilt der Studie Probe. Das Protokoll ist ethisch beschränkt sich auf gesunde Erwachsene. Zum Beispiel enthält es nicht Kinder oder verbal und kognitiv beeinträchtigte Personen. Darüber hinaus haben in unserer Studie nur europäischen Personen teilgenommen. Auch hier können Analyseergebnisse nicht auf Gruppen in diesem Experiment nicht berücksichtigt anwenden.

Eine weitere Einschränkung der Hawthorne-Effekt24betreffen kann: die Themen sind uns bewusst, dass sie in der Studie gefilmt/beobachtet werden. Dies könnte ihr Verhalten ändern.

Im Vergleich zu bestehenden Schmerzen Datenbanken, das Protokoll bietet erhebliche Vorteile für Schmerz-Antwort-Muster zu analysieren, da sie zwei Schmerz-Modelle und zwei Mal-Kurse (phasischen und tonischen) vereint: Neben der Intensität und Dauer der Schmerzen, es hält auch die Qualität der Schmerz. Wie thermische Schmerz anders als elektrische Schmerzen beschrieben wird (z. B. brennende vs. scharf), es kann auch in die Schmerz Reaktionen unterscheiden. Wenn ja, könnte diese Feststellungen eine Schmerz-Antwort-Muster auf die zugrunde liegende Quelle des Schmerzes verknüpfen. Darüber hinaus ist die Studie Multi-modale Schmerz Untersuchung Möglichkeiten erweitern: mit 5 psychophysiologischer Signale, 2 Gesicht Kamerasignale (frontseitig), 1 Körper Ansicht Kamerasignal, 1 Wärmebildkamera und 1 Audiosignal, Schmerzen kann analysiert werden und genauer untersucht.

Für eine komplexere Untersuchung der Schmerz-Antwort-Muster sollten zukünftige Erweiterungen dieser Methode mehr Biosignalen wie Elektroenzephalographie (EEG), Körpertemperatur und Atmung enthalten. Auch wäre es von großem Vorteil, kontrollierten Druck als Vorbild für weitere Schmerzen zu beschäftigen. Forscher zur automatischen Schmerzen Anerkennung über Daten mit diesem Protokoll sollten weitere vielversprechende Maschine Lernmodelle mit klinischen Kontrollgruppen testen.

Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Die Autoren möchten Verena Friedrich, Maria Velana, Sandra Gebhardt, Romy Bärwaldt und Tina Daucher danken für ihre wertvolle Hilfe bei der Durchführung der Studie. Darüber hinaus geht ein besonderer Dank geht an Dr. Stefanie Rukavina für ihre wissenschaftliche Unterstützung. Diese Forschung wurde Teil der DFG/TR233/12 (http://www.dfg.de/) "Förderung und systematische Validierung von an automatisierte Schmerzen Anerkennung On The Basis Of Gesichts Ausdruck und psychobiologischen Systemparameter" Projekt, finanziert von der deutschen Forschung Stiftung.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Verhalten Ausgabe 146 Schmerz Wärme thermische elektrische Datenbank Bio-Signale Video Audio Tonic phasisch Modalität X-ITE Schmerz DB
Multi-modale Signale für die Analyse von Schmerz Reaktionen auf thermische und elektrische Reize
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Gruss, S., Geiger, M., Werner, P.,… More

Gruss, S., Geiger, M., Werner, P., Wilhelm, O., Traue, H. C., Al-Hamadi, A., Walter, S. Multi-Modal Signals for Analyzing Pain Responses to Thermal and Electrical Stimuli. J. Vis. Exp. (146), e59057, doi:10.3791/59057 (2019).

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