Summary
Este artigo enfoca o levantamento experimental de dor através do calor (térmica) e estimulação elétrica durante a gravação, fisiológica, visual e paralinguísticas respostas. Visa coletar dados multimodais válidos para analisar com base na sua intensidade, qualidade e duração de dor.
Abstract
A avaliação da dor baseia-se principalmente em métodos que necessitam de uma pessoa para se comunicar. No entanto, para pessoas com deficiências cognitivas e verbais, os métodos existentes não são suficientes, como lhes falta confiabilidade e validade. Para abordar este problema, a pesquisa recente centra-se em uma avaliação objetiva da dor facilitada pelos parâmetros de respostas derivados de Fisiologia e sinais de áudio e vídeo. Para desenvolver sistemas de reconhecimento de dor automatizado confiável, fizeram-se esforços na criação de bancos de dados multimodais para analisar a dor e detectar padrões de dor válido. Enquanto os resultados são promissores, eles apenas focar dor discriminador ou intensidades de dor versus sem dor. Para avançar com isto, pesquisa deve também considerar a qualidade e a duração da dor como eles fornecem informações valiosas adicionais para gerenciamento mais avançado de dor. Para complementar a bancos de dados existentes e a análise da dor em matéria de qualidade e de comprimento, este trabalho propõe um experimento psicofisiológicos para eliciar, medir e coletar as reações de dor válido. Os participantes são submetidos a estímulos dolorosos que diferem em intensidade (baixa, média e alta), tempo (5 s / 1min) e modalidade (calor / elétrico dor) enquanto o áudio, vídeo (por exemplo, expressões faciais, gestos corporais, temperatura da pele facial) e fisiológicos sinais (por exemplo, o eletrocardiograma [ECG], EMG de trapézio M., eletromiografia facial [EMG] e [SCL] nível de condutância de pele) estão sendo gravadas. O estudo consiste em uma fase de calibração para determinar individual dor variam um sujeito (baixa a intolerável dor) e uma fase de estimulação no qual dor estímulos, dependendo da faixa calibrada, são aplicados. Os dados obtidos podem permitir que o refino, melhorar e avaliar sistemas automatizados de reconhecimento em termos de uma avaliação objetiva da dor. Para o desenvolvimento de tais sistemas e investigar as reações de dor mais detalhadamente, as modalidades de dor adicionais tais como pressão, química, ou frio dor deve ser incluído em estudos futuros. Dados gravados deste estudo serão lançados como "X-ITE dor banco de dados".
Introduction
A dor é uma sensação muito pessoal e desagradável que é percebida de forma diferente por todos. Ele dura de segundos a meses e pode variar em sua qualidade (latejante, afiado, queima, etc.). Se tratados inadequadamente, dor influencia funções físicas e psicológicas do organismo, reduz a qualidade de vida e suporta o risco de se tornar uma condição crônica. No atendimento clínico, a avaliação precisa da qualidade e intensidade da dor é altamente relevante para proporcionar dor bem-sucedida gestão1,2. Dependem de métodos padrão-ouro para avaliação de dor, tais como a visual analógica (VAS) de escalas, a escala de classificação numérica (NRS) ou o questionário de dor McGill3, Self, relatórios de pacientes e, assim, apenas trabalho suficientemente com cognitivamente e verbalmente pessoas inquebrantável. Consequentemente, todos os estabeleceram métodos não têm validade e fiabilidade quando se trata de recém-nascidos4, delirando, somnolent, sedado, ou pacientes ventilados5ou pessoas que sofrem de demência6,7. Para além, ou como uma alternativa para escalas de auto-relato, foram desenvolvidos métodos para medir a dor através da observação por pessoal treinado (por exemplo, a avaliação de dor de observação de Zurique8 ou a escala de dor Abadia9) nos últimos anos. Não obstante, mesmo essas ferramentas sofrem limitações em confiabilidade e validade, como classificadores treinados nem não podem garantir uma avaliação objectiva. Além disso, o aplicativo é muito demorado para corpo clínico quando avaliação da dor deve ser feita em uma base regular.
Várias equipas de investigação têm focada no desenvolvimento automatizado dor reconhecendo sistemas, que permitem medir a dor por meio de fisiológico, visuais, e/ou paralinguísticos sinal define como novas abordagens para a avaliação e monitoramento de dor e sua intensidade objectivamente. Estudos anteriores mostram resultados promissores na detecção e diferenciar dor10,11,12,13,16,17,18 ou dor discriminador de emoções básicas14,15 baseado unicamente em um do sinal define10,11,12,13,14, 15 , bem como sobre uma combinação/fusão16,17,19 dos conjuntos. As modalidades acima referidas quase autonomamente reagem a estímulos estressantes, tais como a dor. Usá-los tem a vantagem de que não necessitam de habilidade de uma pessoa para relatar a sua dor. Tais indivíduos iria beneficiar muito de um sistema de reconhecimento de dor objetiva que incorpora tais modalidades. Conjuntos de dados consistindo de reações à dor eliciada fornecer informações preciosas para analisar padrões de dor e desenvolvendo aplicações práticas para a detecção e monitoramento de dor. Entre outros, Walter et al20 criou o "BioVid calor dor de banco de dados", um banco de dados multimodal que está publicamente disponível e fornece dados de curto prazo induzida por estímulos de calor doloroso e reações psicofisiológicos e visuais correspondentes. "SenseEmotion banco de dados" de Velana et al.21 inclui bio-sinais, vídeos e informações de paralinguísticos de voluntários afetados pela dor de calor fásicos e estímulos emocionais.
Enquanto esses bancos de dados são adequados para analisar as reações de dor, eles baseiam-se principalmente em um modelo específico de dor. Como dor difere em sua qualidade (supostamente dependendo do modelo de dor) e na sua duração, também pode ser diferentes no seu fisiológico, visual e paralinguísticas correlaciona. Para o melhor conhecimento dos autores, sem estudos multimodais ou bancos de dados existem que combinam dois ou mais modelos de dor e variar os estímulos de dor em intensidade e duração, a fim de não só detectar padrões de dor, mas também distinguir entre as qualidades de dor.
Este artigo fornece um protocolo sobre como conduzir um experimento psicofisiológicos complexo para provocar dor e simultaneamente gravar respostas fisiológicas (por exemplo, ECG, EMG de trapézio Musculus, onduladeira supercílioe zigomático principais, SCL) bem como dados de áudio e vídeo (por exemplo, expressões faciais, gestos corporais, temperatura da pele facial). Os participantes são estimulados com curto (fásicos) e calor (tônica) e estímulos elétricos dor que diferem em intensidade mais duradouras. Uma fase de calibração antes do experimento determina os limiares de dor para cada disciplina individualmente.
O estudo tem como objetivo coletar dados multimodais para investigar a dor (padrões) em relação a intensidade, qualidade e comprimento por meio de métodos estatísticos, algoritmos de aprendizado de máquina, etc. Além disso, os dados já coletados estão previstos para ser publicado para fins de pesquisa acadêmica, sob o nome de "X-ITE (Experimentally eunduced Ttérmica e elétrica E) dor de banco de dados". Pode estender a bancos de dados existentes, tais como dor de calor BioVid e SenseEmotion20,21e contribuir para o maior desenvolvimento, melhoria, e/ou avaliação de sistemas de reconhecimento automatizado de dor em matéria de validade, confiabilidade e reconhecimento em tempo real.
O resto do livro é organizado da seguinte forma. O protocolo descreve como realizar um estudo de levantamento de dor passo a passo. Em seguida, os resultados representativos apresentam o resultado do experimento. Finalmente, a discussão abrange etapas críticas, limitações e benefícios do estudo seguido por sugestões para futuras extensões.
Protocol
O estudo foi realizado em conformidade com as diretrizes éticas estabelecidas no mundo médico Associação declaração de Helsinki (aprovação do Comité de ética foi concedida: 196/10-UBB/bal) e aprovado pelo Comitê de ética do (Universidade de Ulm Helmholtzstraße 20, 89081 Ulm, Alemanha).
1. recrutamento e seleção de assunto
- Recrute um número igual de indivíduos masculinos e femininos saudáveis entre 18 e 50 anos de idade através de cartazes, folhetos, anúncios de imprensa local e meios de comunicação sociais para alcançar uma amostra na maior parte geral. Anunciar o benefício científico do estudo e oferecer uma compensação monetária. Fornecer o número de telefone ou endereço e-mail de contato para mais informações.
Nota: Efeitos relacionados com a idade da sensibilidade de dor são bem relatados22 e devem ser considerados na seleção da amostra. Para evitar confundir os resultados com os efeitos da idade, nós escolhemos um grupo mais jovem, como considerado por Lautenbacher et al.22. - Excluir potenciais sujeitos que atendem a qualquer um dos seguintes critérios: sofrem de dor crônica, depressão ou uma história de transtornos psiquiátricos; tendo condições neurológicas, síndrome de dor de cabeça ou doença cardiovascular; regularmente, tomando medicação para dor ou usando analgésicos diretamente antes do experimento.
2. gerais preparações do experimento Elicitação dor
Nota: O experimento de Elicitação de dor consiste de duas partes temporalmente sucessivas: a parte de calibração e a parte do estímulo de dor. A parte de calibração determina o limiar de dor individual do participante e nível de tolerância de dor em termos de estímulos elétricos e térmicos. A parte do estímulo de dor realiza a indução de dor ajustada para os limites individuais. Cada parte do experimento ocorre em uma sala diferente: a sala de calibração e o experimental. O quarto de calibração também serve como uma sala de monitoramento para o experimentador durante a estimulação da dor parte (ver Figura 1).
Figura 1 : Representação esquemática da instalação quarto. O lado direito mostra a sala de calibração e monitoramento, onde se realiza a parte de calibração. Mais adiante, também serve como um sinal, sala de monitoramento durante a parte de estimulação da dor, que segue a parte de calibração. O lado esquerdo mostra a sala experimental onde se realiza a parte do estímulo de dor. Ambos os quartos estão conectados por um tubo de canalização, que o thermode, cabo dos eléctrodos do estimulador elétrico e fios de computador podem ser transmitidas através de. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
- Bem-vindo o assunto chegando e ela/ele levar para a sala de calibração. Informe o participante em detalhes sobre o experimento de 3h e a possibilidade de rescisão a qualquer momento sem quaisquer consequências negativas. Obte um consentimento escrito para o experimento e uma confirmação por escrito de que nenhum dos critérios aplicam-se a exclusão. Prepare um recibo e a compensação monetária.
- Use marcação CE estimuladores que permitem a indução altamente controlados estímulos térmicos e elétricos. Use conversores analógico-digitais que convertem os estímulos térmicos e elétricos analógicos em sinais digitais para capturar. Ligue o térmico e o estimulador elétrico.
- Para a calibração e a principal parte do experimento, emprega o software adequado, que permite o acionamento manual ou automático de estímulos elétricos e térmicos. Inicie o software do stimulator do térmico e elétrico. Prepare o lápis e papel para anotar as intensidades de estímulos e as correspondentes intensidades de dor relatadas pelo participante.
- Deixe o assunto sente-se confortavelmente em uma cadeira com um braço do lado direito. Lugar uma escala impressa vai de 0 a 100 em etapas de 5 com, na esquerda, ponto âncora 0/sem dor e, à direita, ponto de âncora 100/intolerável dor em frente ao assunto. Instrua o assunto verbalmente, avaliar a intensidade da dor de um estímulo imediatamente quando solicitado a fazê-lo, usando a escala fornecida. Com precisão, explica que apenas zero significa "sem dor", enquanto 100 é igual a um estímulo que não pode ser mais tolerado.
Nota: Neste estudo, "tolerância de dor" é entendida como a intensidade de um estímulo que um assunto que não suportamos mais, significando aqui: não pode tolerar mais. Assim, o ponto de ancoragem 100 é marcado como uma dor intolerável em contraste com uma escala de classificação numérica usada na prática clínica.
3. calibração do limiar de dor elétrica e tolerância (partes 1 e 2)
Nota: Apenas um experimentador deve conduzir a parte de calibração para minimizar os efeitos sociais na sensibilidade à dor. Escolha um experimentador, com o mesmo sexo, como o participante para minimizar os efeitos do sexo oposto na dor sensibilidade23. Parte 1 determina o limiar de dor e tolerância em termos de estímulos elétricos (fásicos) curtos e parte 2 , em termos mais duradouros estímulos eléctricos (tônica). Esses valores servem como base para o cálculo a fásicos e tônico elétrica dor estímulos aplicados na parte de estímulo de dor.
- Limpe a pele do participante do indicador direito e o dedo médio com solução de álcool. Coloque um eletrodo de Ag/AgCl descartável (tamanho contato de pele: 34 mm de diâmetro) no lado superior da falange intermédia do dedo indicador direito (ânodo) e outro no lado superior da falange proximal do dedo médio direito (cátodo). Conecte os eletrodos do estimulador elétrico.
- Peça o assunto para descansar o braço direito confortavelmente no braço e fornecer-lhes instruções para o procedimento a seguir.
Nota: Aqui está um exemplo de como formular a instrução para a parte de calibração elétrica 1: "você vai experimentar curtos estímulos elétricos de diferentes intensidades. Começamos com uma intensidade muito baixa. Em primeiro lugar, é necessário indicar a primeira vez que você sentir dor baixa. Este será o seu limiar de dor' '. Para determinar este limite, vou começar um estímulo eléctrico, e pouco antes de terminar, eu vou dizer 'Agora'. Quando isso acontece, deve imediatamente informar se o estímulo foi doloroso ou não, avaliação numa escala de zero a cem. Se o estímulo não era doloroso, comunique o 'Zero'. Então continuarei com um aumento da intensidade. Depois da primeira vez que você informar um número maior que zero, irá reduzir a intensidade de alguns níveis e repetir todo o processo até que você indicar um número maior que zero novamente. Fazemos isso para validar o limiar de dor' '. Depois disso, eu lentamente irá aumentar a intensidade até o ponto onde você taxa o estímulo com 'Cem', ou seja, você não pode tolerar ou suportar mais a dor. Este será o seu nível de tolerância' dor'. Novamente, para validar a este nível, eu vou voltar alguns níveis e vamos repetir o procedimento até você relatório 'Cem' pela segunda vez. Quando você diz 'Cem', vou imediatamente parar o estímulo." - Começar a calibração elétrica parte 1 iniciando um estímulo de 0,5 mA (400 V) com uma duração de 5 s clicando no botão Iniciar do estimulador elétrico (software).
Nota: Cada estímulo eléctrico da parte de calibração elétrica 1 tem uma duração de 5 s. O estímulo consiste de 100 descargas única de duração de 2 ms, cada um igualmente distribuído sobre o 5 s.
Atenção: A calibração elétrica sempre começa com 0,5 mA e tem um limite de 25 mA para evitar inconsciência e situações de ameaça à vida. - Dizer "Agora" no 4º segundo do estímulo. Anote o número dos relatórios de assunto para a intensidade do estímulo correspondente. Realizar uma pausa de 10 s longo.
- Se o sujeito relata zero, aumente a intensidade de 0,5 mA, iniciar o estímulo e volte ao passo 3.4. Caso contrário, reduza a intensidade por 1,5 mA (mínima: 0.5 mA), inicie o estímulo e voltar ao passo 3.4. Quando o assunto relata um número maior que zero pela segunda vez, calcular a média das duas intensidades correspondentes a zero, anotá-la e marcá-lo como "limiar de dor elétrica fásicas" (pEPTh). Depois, continue com a etapa 3.6.
- Aumento da intensidade de corrente por 0,5 mA e iniciar o estímulo.
- Dizer "Agora" depois de 4 s a partir do estímulo. Anote o número dos relatórios de assunto para a intensidade do estímulo correspondente. Pausa para 10 s.
- Se o assunto informa um valor abaixo de 100, aumente a intensidade de 0,5 mA, iniciar o estímulo e volte ao passo 3.7. Caso contrário, reduza a intensidade por 1,5 mA (mínima: 0.5 mA), inicie o estímulo e voltar ao passo 3.7. Quando o assunto relata 100 pela segunda vez, calcular a média das duas intensidades correspondentes a 100, anotá-la e marcá-lo como "fásicas elétrica tolerância à dor" (pEPTo). Continue com o passo 3.9.
- Informe o participante sobre a parte 2 da calibração elétrica.
Nota: Esta é uma instrução possível para parte de calibração elétrica 2: "mais uma vez estamos começando com uma baixa intensidade, mas desta vez, o estímulo será mais longo. Eu vou dizer 'Agora' duas vezes, logo após o início e pouco antes do final de um estímulo. Cada vez que disser 'Agora', relatório de um número, como você fez na primeira parte. Depois da primeira vez que você informar um número maior que zero, irá reduzir a intensidade de alguns níveis e repetimos todo o processo para fins de validação, até que você indicar um número maior que zero novamente. Depois disso, eu lentamente irá aumentar a intensidade até o ponto onde você avalia o estímulo com 'Cem'. Novamente, para validar esse limite, eu vou voltar alguns níveis e vamos repetir o procedimento até você relatório 'Cem' pela segunda vez. Quando você diz 'Cem', vou imediatamente parar o estímulo." - Começar a calibração elétrica parte 2 , iniciando um estímulo de 0,5 mA (400 V) com uma duração de 10 s clicando no botão Iniciar do estimulador elétrico (software).
Nota: Cada estímulo eléctrico da parte de calibração elétrica 2 tem uma duração de 10 s. O estímulo consiste de 200 choques elétricos único de 2 ms de duração cada, distribuídos igualmente a 10 s. - Dizer "Agora" depois de 1 s, a partir do estímulo. Anote o número dos relatórios de assunto para a intensidade do estímulo correspondente. Dizer "Agora" 1 s antes do estímulo termina e, novamente, anote o número do assunto agora relata para a intensidade do estímulo correspondente. Pausa para 10 s.
- Se os dois relatórios do sujeito são zero, aumente a intensidade de 0,5 mA, iniciar o estímulo e volte ao passo 3.11. Caso contrário, reduza a intensidade por 1,5 mA (mínima: 0.5 mA), inicie o estímulo e voltar ao passo 3.11. Quando o assunto relata um número maior que zero pela segunda vez, calcular a média das duas intensidades correspondentes a zero, anotá-la e marcá-lo como "tônico elétrica limiar de dor" (tEPTh). Depois, continue com a etapa 3.13.
- Aumento da intensidade de corrente por 0,5 mA e iniciar o estímulo.
- Dizer "Agora" depois de 1 s, a partir do estímulo. Anote o número dos relatórios de assunto para a intensidade do estímulo correspondente. Dizer "Agora" 1 s antes do fim do estímulo. Novamente, anote o número do assunto agora relata para a intensidade do estímulo correspondente. Pausa para 10 s.
- Se dois relatórios do sujeito estão abaixo de 100, aumentar a intensidade de 0,5 mA, iniciar o estímulo e repita os passos 3.14\u20123.15. Caso contrário, se qualquer um dos relatórios do sujeito é exatamente 100, reduzir a intensidade por 1,5 mA (mínima: 0.5 mA), começa o estímulo e repita etapas 3.14\u20123.15. Quando o assunto relata 100 pela segunda vez, calcular a média das duas intensidades correspondentes a 100, anotá-la e marcá-lo como "tônico elétrica tolerância à dor" (tEPTo). Continue então com passo 3.16.
- Desconecte os eletrodos do estimulador elétrico e remover ambos os eletrodos de Ag/AgCl de dedos do participante. Limpe os dedos com solução de álcool para lavar fora os restos de gel de eletrodo.
4. calibração do limiar de dor térmica e tolerância (partes 1 e 2)
Nota: A calibração de dor térmica é dividida em duas partes. Parte 1 determina o limiar de dor e tolerância em termos de estímulos térmicos (fásicos) curtos e parte 2 fá-lo em termos mais duradouros estímulos de térmica (tônica). Esses valores servem como base para o cálculo a fásicos e estímulos de dor térmica tônico aplicada durante a parte do estímulo de dor.
- Aplica um thermode de 30 x 30 mm para o lado superior do antebraço direito do sujeito, a cerca de 30 mm proximal ao punho, por uma cinta de fixação do gancho-e-laço. Peça o assunto para descansar o braço direito confortavelmente no braço.
Nota: Um thermode é a sonda/parte do estimulador térmico que é ligado à pele do sujeito e induz o estímulo térmico real. - Informe o assunto sobre o procedimento da parte de calibração térmica 1.
Nota: Uma formulação para a instrução por parte de calibração térmica 1 poderia ser: "você está indo agora a experiência curtos, mas constantes térmicos estímulos de intensidades diferentes. Começamos com uma temperatura pouco acima de sua temperatura de corpo. Um estímulo térmico começará e pouco antes de terminar, eu vou dizer 'Agora'. Quando isso acontece, você deve informar rapidamente se o estímulo doloroso ou não por classificação, numa escala de zero a cem, como você fez na parte elétrica de calibração. Da mesma forma, se o estímulo não era doloroso, comunique o 'Zero'. Então continuarei com um aumento da intensidade. Há sempre uma pausa de alguns segundos entre dois estímulos. A fase de calibração é concluída quando você relatar 'Cem' ou é atingida a temperatura de corte." - Começar a calibração térmica parte 1 iniciando um estímulo de 39 ° C, com uma duração de 5 s clicando no botão Iniciar do estimulador térmico (software).
Atenção: A parte de calibração térmica 1 tem uma corte temperatura de 50 ° C para evitar queimaduras na pele.
Nota: Cada estímulo térmico da parte de calibração térmica 1 tem uma duração de 5 s. - Dizer "Agora", no segundo 4 do estímulo. Anote o número de intensidade que o assunto dá para a temperatura correspondente. Pausa para 10 s.
- Se a indicação do assunto é abaixo de 100, aumentar a temperatura de 1 ° C, começa o estímulo e repita etapas 4.4\u20124.5. Caso contrário, se a indicação é de 100, ou atingir a temperatura de corte de 50 ° C, finalizar parte de calibração térmica 1, continuando com o próximo passo.
- Verifique os números notáveis e marcar a primeira temperatura com um número correspondente de intensidade maior que zero como "limiar de dor de calor fásicas" (pHPTh). Marcar a temperatura com indicação de 100 como "fásicas calor tolerância à dor" (pHPTo).
Nota: Se o assunto informa um número abaixo de 100 na temperatura de corte (50 ° C), marca a 50 ° C como pHPTo. - Informe o participante sobre a parte 2 da calibração térmica.
Nota: Eis uma formulação exemplar para a instrução para esta fase de calibração térmica: "Vamos começar com uma temperatura acima de sua temperatura de corpo, mas desta vez os estímulos térmicos será mais longos. Eu vou dizer 'Agora' duas vezes: logo após o início e pouco antes do final do estímulo. Toda vez que eu disser 'Agora', apresente-se um número é igual a sua experiência de dor. Se o estímulo não era doloroso, comunique o 'Zero'. Então continuarei com um aumento da temperatura. Há sempre uma pausa de alguns segundos após cada estímulo. A fase de calibração é concluída quando você relatar 'Cem' ou é atingida a temperatura de corte."
Atenção: A parte de calibração térmica 3 tem uma temperatura de corte de 49,5 ° C para evitar queimaduras na pele, devido a maior duração do estímulo. - Começar a parte de calibração térmica 2 com um estímulo de 39 ° C, durante 10 s tempo clicando no botão Iniciar do estimulador térmico (software).
Nota: Cada estímulo térmico da parte de calibração térmica 2 tem uma duração de 10 s. - Dizer "Agora" depois de 1 s, a partir do estímulo. Anote o número de intensidade o assunto relata para a temperatura correspondente. Dizer "Agora" 1 s antes do fim do estímulo. Novamente, anote o número de intensidade que o assunto agora relata para a temperatura correspondente. Pausa para 60 s.
- Se ambas as indicações do sujeito estão abaixo de 100, aumentar a temperatura de 1 ° C (exceção: ver nota abaixo), iniciar o próximo estímulo e repita a etapa 4.16. Caso contrário, se qualquer um dos relatórios é exatamente 100 ou atingir a temperatura de corte de 49,5 ° C, finalizar parte de calibração térmica 2, continuando com o passo seguinte.
Nota: Nesta fase de calibração, as etapas de temperatura são: 39 ° C, 40 ° C, 41 ° C, 42 ° C, 43 ° C, 44 ° C, 45º C, 46 ° C, 47 ° C, 48 ° C, 49 ° C, 49,5 ° C. - Verifique os números notáveis e marcar a primeira temperatura na qual pelo menos um dos números correspondentes é maior que zero como "limiar de dor de calor tônico" (tHPTh). Marcar a temperatura com um primeiro relatório notável de 100 como "tônico calor tolerância à dor" (tHPTo).
Nota: Se o sujeito relata os dois números abaixo de 100 na temperatura de corte (49,5 ° C), marca 49,5 ° C como tHPTo. - Remova o thermode de axilas do participante. Peça que o assunto se eles precisam de uma pequena pausa e/ou querer usar as instalações sanitárias. Para executar uma verificação se o participante é adequado para a parte do estímulo de dor em termos de estímulos térmicos, siga as instruções descritas no arquivo complementar 1.
5. preparação do experimento de estimulação da dor
- Conduta o estímulo de dor em uma sala experimental monitorado por câmera, controle de temperatura e baixo ruído ao lado da calibração e monitoramento de quarto (ver Figura 1). Conecte ambos os quartos através de um tubo de canalização (80 mm de diâmetro).
Nota: Câmera de monitoramento fornece informações sobre o estado de saúde do sujeito e permite a rápida intervenção em caso de perda súbita de consciência ou colapso circulatório. - Configure um sofá de exame em que o assunto encontra-se durante o experimento. Coloque-o com o lado comprido ao lado de uma parede perto do tubo de canalização. Fornece um travesseiro para a cabeça.
- Anexe um espelho na parede ao lado do sofá de exame onde descansar a cabeça do sujeito.
- Para capturar dados fisiológicos (ECG, EMG e SCL de 3x), áudio, vídeos (vista frontal e lateral da face, a temperatura da pele facial e uma visão de corpo inteiro) e saídas de estimulador elétrico e térmico durante o experimento, usam computadores de gravação apropriado, software e dispositivos de gravação (um gravador de sinais, três câmeras de alta resolução de cor, uma câmera térmica e um microfone direcional).
- Desenvolva uma solução para sincronizar as modalidades gravadas. Isso pode incluir um hardware acionamento de dispositivos, uma gravação de gatilho sinais os sinais e gravadores de áudio, sincronização de relógio do computador (por exemplo, via NTP) e uma gravação de carimbos, juntamente com os fluxos de dados e pós-processamento dos dados gravados fluxos para compensar deslocamentos temporais e deriva de relógio.
- Instale a câmera de visão de corpo inteiro de uma forma que ele captura todo o corpo do sujeito. Instale a câmera de visão frontal rosto aproximadamente 1 m acima da cabeça do participante. Monte o microfone no lado esquerdo e a câmara térmica no lado direito, ao lado da câmera frontal do rosto. Anexe a câmera de visão lateral para o teto. Ajustá-lo a um ponto onde é capaz de gravar um lado do rosto do sujeito, bem como, do lado oposto refletida no espelho (ver Figura 2).
Figura 2: representação esquemática da instalação de câmera e microfone. A câmera frontal do rosto, a câmara térmica e o microfone são configurados aprox. 1 m acima da cabeça do participante. Uma câmera de visão lateral captura ambos os lados da face, com a ajuda de um espelho. Uma câmera de visão de corpo montada na parede permite a gravação de movimento do corpo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Nota: Devido a uma pequena sala experimental, combinando uma câmera de visão de lado com um espelho é uma solução muito elegante para capturar ambos os lados do rosto do sujeito com apenas uma câmera.
- Duplicar a saída gráfica do computador de gravação de sinais para um monitor de computador configurar na sala de calibração e monitoramento.
- Conjunto de alto-falantes de PC ativos na sala de calibração e monitoramento. Conectá-los via o tubo de canalização com o gravação de áudio de computador. Certifique-se de ouvir o participante através do microfone, caso precisem de assistência durante o experimento.
- Passe o thermode e o cabo dos eléctrodos do estimulador elétrico através do tubo de canalização para a sala experimental. Colocar enrolado espuma acústica em ambos os lados do tubo de canalização (ou material similar que absorve o som).
Nota: Deixe o estimulador térmico na sala de calibração e monitoramento. Ele contamina o sinal de áudio gravação devido regularmente, começando seu ventilador interno para arrefecer. - Definir as taxas de amostragem de gravação como segue: (a) áudio de 44,1 kHz; (b) frontal e câmeras de visão lateral em 25 Hz; (c) câmera de ré todo o corpo a 30 Hz; (d) térmica câmera a 120 Hz; (e) SCL, EMG e ECG de 1.000 Hz. salvar todas as configurações.
- Ganha um pacote de gel frio (100 x 100 mm) e coloque-o em um freezer. Prepare uma toalha de tecido não higiênica de 200 x 200 mm ou algo semelhante (por exemplo, uma toalha de papel fino) e uma pomada.
- Calcular 12 intensidades de estímulo individual, seis para o calor e indução elétrica dor, como segue: (a) intensidade de dor elétrica fásicos 3 (pE3) = 90% de pEPTo; (b) intensidade da dor elétrica fásicos 2 (pE2) = (pE3 + pEPTh) / 2; (c) intensidade da dor elétrica fásicos 1 (pE1) = pEPTh; (d) intensidade de dor elétrica tônica 3 (tE3) = 90% de tEPTo; (e) intensidade de dor elétrica tónico 2 (tE2) = (tE3 + tEPTh) / 2; (f) intensidade de dor elétrica tônico 1 (tE1) = tEPTh; (g) intensidade da dor fásicos calor 3 (pH3) = pHPTo - 0,5 ° C, se o assunto relatado 100 para pHPTo — caso contrário, pH3 = pHPTo; (h) intensidade da dor de calor fásicos 2 (pH2) = (pH3 + pHPTh) / 2; (i) intensidade da dor fásicos calor 1 (pH1) = pHPTh; (j) intensidade da dor tônico calor 3 (tH3) = tHPTo - 0,5 ° C, se o assunto relatado 100 para tHPTo — caso contrário, tH3 = tHPTo; (k) intensidade de dor de calor tônico 2 (tH2) = (tH3 + tHPTh) / 2; (l) intensidade da dor tônico calor 1 (tH1) = tHPTh.
- Digite os valores a fásicos elétricas (pE1\u2012pE3) e intensidades de dor de calor (pH1\u2012pH3) e tônico elétrico (tE1\u2012tE3) e aqueça a intensidades de dor (tH1\u2012tH3) — calculado na etapa 5.11 baseada a calibração realizada como indicado nos pontos 3 e 4 — para o software do stimulator do térmico e elétrico. Definir a temperatura da linha de base (sem dor) para 32 ° C e a taxa de temperatura de aumento-8 ° C/s. salvar todas as configurações.
- Use um software de computador baseado em linguagem de script, que se comunica com o estimulador elétrico e térmico. Certifique-se que permite controlar e desencadeando estímulos de dor, baseados em um roteiro de levantamento de dor.
Nota: Um script de Elicitação de dor desencadeia a estímulos de dor ao acaso e controles de tempo e duração. Neste estudo, o software do estimulador térmico fornece a possibilidade de preparar um roteiro de levantamento de dor. O software aciona estímulos térmicos automaticamente e envia os sinais quando um estímulo eléctrico deve ser acionado. Estímulos elétricos são acionados por um script preparado em um segundo software. - Preparar o roteiro de levantamento de dor (ver Figura 3) da seguinte maneira. Definir o número de cada intensidade de estímulo fásicas (pE1, pE2, pE3, pH1, pH2e pH3) para 30 e o número de cada intensidade de estímulo tônico (tE1, tE2, tE3, tH1, tH2e tH3) 1. Definir a duração de cada estímulo fásicos de 5 s e a duração de cada estímulo tônico 60 s. Randomize a ordem de todos os estímulos. Randomize as pausas entre os estímulos fásicos de 8 – 12 s conjunto as pausas após o estímulo tônico para 300 s. salvar todas as configurações.
Nota: Devido a longa duração, o número de estímulos de calor a tônica diferente é definido como 1 para evitar queimaduras na pele. Todas as pausas após estímulos tônica devem ser 300 s para permitir sinais fisiológicos retornar à linha de base e, desse modo, não contaminam sinais subsequentes.
Figura 3: ilustração gráfica da parte de estimulação a dor (A) script de Elicitação de dor exemplar com randomizado fásicas (azul) e estímulos de dor (vermelho) tônico. (B) trecho do script de Elicitação de dor acima: três estímulos fásicos com um tempo de duração de 5 segundos e subsequentes pausas. A duração da pausa varia entre 8 e 12 segundos. (pH1, pH2, pH3 = dor de calor fásicos com intensidade 1, 2, 3; tH1, tH2, tH3 = dor de calor tônica com intensidade 1, 2, 3; pE1, pE2, pE3 = dor elétrica bifásica com intensidade 1 , 2, 3; tE1, tE2, tE3 = dor elétrica tônica com intensidade 1, 2, 3; s = segundos). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
6. estimulação da dor
- Levar o participante a sala experimental e dizer-lhes sobre o próximo procedimento. Explica a instalação experimental e as funcionalidades dos instrumentos. Informe o assunto novamente sobre a possibilidade de abortar o experimento a qualquer momento pressionando um botão de emergência fornecido ou pedindo para parar.
- Peça o assunto a deitar-se confortavelmente no sofá exame. Instrua-os a continuar a mentir sobre suas costas durante o experimento.
- Limpe todas as áreas da pele onde os eletrodos serão anexados com solução de álcool. Remova as células mortas da pele na superfície da bochecha esquerda, atrás da orelha esquerda e acima da sobrancelha esquerda com gel abrasivo. Reclean nestas áreas com uma solução de álcool.
- Para a medição do SCL, anexe dois eletrodos de Ag/AgCl nonpolarizable pregelled, na parte de baixo da falange distal do dedo médio e indicador direito por tiras de Velcro. Certifique-se que as correias não estão muito apertadas. Eles estão muito apertadas, se o sujeito relata uma sensação latejante na ponta dos dedos.
- Para gravar o ECG, use três pregelled, adesivos Ag/AgCl eletrodos snap com áreas circulares de contacto (34 mm de diâmetro). Coloque um eletrodo (cátodo) sobre o peito, cerca de 6 cm abaixo da clavícula direita. Coloque o segundo um (ânodo) na nona e décima costela esquerda. Anexe o terceiro eletrodo (chão/referência) até a cintura do lado direito ao lado do osso pélvico.
- Para gravar o EMG do trapézio M., também use três pregelled, adesivos Ag/AgCl eletrodos snap com áreas circulares de contacto (34 mm de diâmetro). Coloque dois eletrodos (cátodo e ânodo) ao lado do músculo trapézio esquerdo do pescoço. Coloque o terceiro num (referência) abaixo da clavícula esquerda.
- Use seis eletrodos de Ag/AgCl reutilizáveis, blindados com 4 mm de diâmetro de gravação para medir os EMGs de M. onduladeira supercílio e M. zigomático maior. Preencha as cavidades dos eletrodos com gel eletrólito.
- Coloque os eléctrodos através de coleiras de adesivo dupla face da seguinte forma: para a onduladeira supercílio, coloque um eléctrodo (ânodo) diretamente acima da sobrancelha esquerda, ao lado da linha glabela (à esquerda). Coloque a segunda lateral de 1cm eletrodo (cátodo) para o primeiro.
- Anexe um terceiro eletrodo (referência) para o meio do osso frontal logo abaixo da linha do cabelo. Para o grande zigomático, desenhe uma linha imaginária desde a esquerda comissura oral para o lóbulo da orelha esquerdo. Coloque um eléctrodo (ânodo) ligeiramente abaixo do meio da linha e um segundo um (cátodo) 1cm medial ao lado dele. Anexe o terceiro eletrodo (referência) para a esquerda mastoide. Conecte todos os eletrodos nas entradas correspondentes do dispositivo de gravação de sinais.
- Execute uma verificação visual por meio de software de gravação, se todos os sinais fisiológicos são de bom/excelente qualidade de sinais. Peça o assunto para mover determinados músculos e verificar o respectivo sinal. Ajustar/melhora qualquer sinais insatisfatórios por meios/ações apropriadas.
- Coloque um eletrodo de Ag/AgCl (34 mm de diâmetro) no lado superior da falange intermédia do dedo indicador esquerdo (ânodo) e outro no lado superior da falange proximal do dedo médio esquerdo (cátodo). Fixa os eletrodos com fita adesiva médica como temas podem suar durante o procedimento, reduzindo a aderência dos eletrodos. Conecte os eletrodos do estimulador elétrico.
- Aplica o thermode para o lado superior do antebraço esquerdo do sujeito cerca de 30 mm proximal ao pulso por uma cinta de Velcro. Certifique-se de que a correia não se contraem a pele.
- Comece todas as câmeras. Certifique-se de que o participante é perfeitamente visível nas imagens de câmera. Se necessário, pedir o assunto para ajustar a posição. Cuide especialmente faciais câmeras com um pequeno campo de visão. Idealmente, a cara deve ser no centro da imagem para reduzir o risco de que o participante se move a cabeça fora do campo de visão durante o experimento.
- Verifique se o microfone está ligado e o volume de gravação é satisfatório.
- Peça o assunto se ela tiver mais perguntas, e se ela está pronta para a experiência. Instruí-la a agir completamente naturalmente e não para suprimir e exageram quaisquer reacções de dor durante o experimento.
- Comece todos os dispositivos de gravação (câmeras, microfone, gravador de sinais) em conformidade com os requisitos de sincronização de dados.
- Sair da sala experimental e entrar na sala de calibração e monitoramento. Espere 5 minutos para permitir que os sinais fisiológicos do sujeito normalizar. Execute o script de Elicitação de dor.
- Monitore cuidadosamente o assunto e o progresso da parte de estímulo de dor. Anote qualquer timestamps do óbvio comportamento anormal/antinatural, problemas técnicos ou artefatos de sinais devido ao movimento de extremo, vinda de descolagem de eletrodos, etc.
- Após o término do script de Elicitação de dor, pare todos os dispositivos de gravação. Salvar/exportar todos os dados em um formato preferido. Desligue o estimulador elétrico e térmico.
- Verificar se o participante está bem e separe todos os eletrodos e o thermode. Limpe todas as áreas da pele com solução de álcool para remover restos de gel de eletrodo.
- Obter o pacote de gel frio do congelador e envolvê-la na toalha higiênica de não-tecidos (ou algo semelhante, por exemplo, fino papel toalha). Pergunta o participante a aplicá-lo pelo menos 5 minutos para a área da pele onde o thermode foi colocado.
- Oferece o assunto a oportunidade de ter seus níveis de dor individual demonstrado e explicado.
- Aplica a pomada para a área da pele onde o thermode foi colocado.
Nota: Pack de gel frio e pomada é usada para minimizar (potencial) vermelhidão e irritação da pele. - Entreguem a compensação monetária e tê-lo reconhecido com um recibo. Fornece informações de contato em caso de questões emergentes. Agradecer o participante e dizer adeus.
- Retire a espuma acústica de ambos os lados do tubo de canalização. Passe o thermode e o cabo dos eléctrodos do estimulador elétrico para o quarto de calibração e monitoramento. Elimine todos os eletrodos descartáveis, limpar todos os eletrodos reutilizáveis de gel de restos e limpe o sofá com um desinfetante de superfície adequado exame. Pô o pack de gel frio no congelador.
Representative Results
A dor é percebida diferentemente por qualquer pessoa e pode expressar-se diversamente, expressões faciais, paralinguísticos e/ou sinais fisiológicos. O design deste estudo é apropriado para analisar as respostas de dor de inúmeras maneiras no que diz respeito aos objectivos subjacentes. Os dados obtidos permitem responder às perguntas de pesquisa, tais como: existem padrões de resposta específico dor? Eles diferem em relação a duração e o modelo de dor?
Um total de 134 sujeitos participou na nossa experiência. A proporção sexual era 50/50. Dividimos eles nos seguintes grupos de idade: 1) 18-29 anos (N = 49, 23 homens, 26 mulheres), 2) 30-39 anos (N = 45, 23 homens, 22 mulheres), 3) 40-50 anos (N = 40, 21 homens, 19 mulheres). A idade média de todas as disciplinas foi 31,4 (SD = 9,7), de todos os homens = 33,4 (SD = 9.3) e de todas as mulheres = 32,9 (SD = 10.2) anos. O estudo teve lugar no departamento de psicologia médica da Universidade de Ulm, Alemanha.
O principal resultado do presente protocolo é um conjunto de dados de sinais de áudio, vídeo e psicofisiológicos refletindo as respostas dos sujeitos a estímulos de dor. A tabela 1 apresenta uma visão geral sobre as características técnicas dos sinais gravados e os números de estímulos de dor induzida no estudo.
| Características técnicas | ||||
| Sinal: | Taxa de amostragem: | Atributos: | ||
| Áudio | 44100 Hz | Mono, MP3 320 kbps | ||
| Câmera 1 (face, vista frontal) | 25 Hz | Vídeo de cor: resolução 1384 x 1032, HEVC codificado com libx265 (CRF 16, preset médio) |
||
| Câmera 2 (face, vista lateral) | 25 Hz | Vídeo de cor: resolução 1620 x 840, HEVC codificado com libx265 (CRF 16, preset médio) |
||
| Corpo de câmera | ca. 30 Hz | Vídeo de cor: Resolução 1500 x 600, HEVC codificado com libx265 (CRF 16, preset médio); Profundidade de vídeo: resolução 500 x 200, codificação sem perdas |
||
| Câmera térmica | ca. 120,8 Hz | A temperatura da superfície: resolução 120 x 160, codificado em MPEG-4-AVC em tons de cinza com libx264 (CRF 0, veryfast predefinido), faixa de temperatura codificado 26,5-52,0 ° C (passos de 0,1) |
||
| ECG | 1000 Hz | Ferragem filtrada através de BioPac: 35Hz LP, Hz 0,5 HP, Filtro de entalhe de 50 Hz |
||
| SCL | 1000 Hz | Ferragem filtrada através de BioPac: LP de 10 Hz, sem HP, nenhum filtro notch |
||
| Trapézio de EMG M. | 1000 Hz | Ferragem filtrada através de BioPac: LP de 500 Hz, 10 Hz HP, nenhum filtro notch |
||
| EMG M. onduladeira supercílio | 1000 Hz | Ferragem filtrada através de BioPac: LP de 500 Hz, 10 Hz HP, nenhum filtro notch |
||
| EMG M. zigomático maior | 1000 Hz | Ferragem filtrada através de BioPac: LP de 500 Hz, 10 Hz HP, nenhum filtro notch |
||
| Estímulos | Thermal | Elétrica | ||
| Disciplinas: | Estímulos fásicos (5 s): | Tônicos estímulos (60 s): | Estímulos fásicos (5 s): | Tônicos estímulos (60 s): |
| Por assunto | 90 (30 por intensidade) | 3 (1 por intensidade) | 90 (30 por intensidade) | 3 (1 por intensidade) |
| Todos (N = 134) | 12060 (4020 por intensidade) | 402 (134 por intensidade) | 12060 (4020 por intensidade) | 402 (134 por intensidade) |
| Homens (n = 67) | 6030 (2010 por intensidade) | 201 (67 por intensidade) | 6030 (2010 por intensidade) | 201 (67 por intensidade) |
| Mulheres (n = 67) | 6030 (2010 por intensidade) | 201 (67 por intensidade) | 6030 (2010 por intensidade) | 201 (67 por intensidade) |
Tabela 1: características técnicas e número de induzida por estímulos. O superior metade (características técnicas) mostra as taxas de amostragem e atributos dos sinais específicos. A parte inferior mostra metade de (estímulos) os números específica induzida (térmico/elétrico) dor estímulos para um assunto, para todas as disciplinas e para cada sexo. (MP3 = Moving Picture Experts Group Layer-3 Audio, kbps = kilobits por segundo, HEVC = alta eficiência a codificação, FRC = fator de taxa constante, MPEG-4-AVC = Motion Picture Experts grupo camada-4 vídeo Advanced vídeo Coding, Hz = Hertz, ° C = graus Celsius, s = segundos, ECG = eletrocardiograma, SCL = nível de condutância da pele, EMG = eletromiografia, LP = filtro passa-baixas, HP = filtro passa-alta, m = Musculus).
Um resultado secundário sobre a fase de calibração do estudo é apresentado na tabela 2. Ele mostra a temperatura média de estimulação e correntes de intensidades de dor 1 e 3 (como calculado na etapa 5.11 do protocolo) para todas as disciplinas e, adicionalmente, para o subgrupo de masculino e feminino.
| Estímulos | Média térmica [no ° C] (SD) | Significa elétrica [em mA] (SD) | ||||||
| Assuntos | 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) |
| Homens (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) |
| Mulheres (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) |
Tabela 2: quer dizer temperaturas de estimulação e correntes de intensidades de dor 1 e 3. (pH1, pH3 = dor de calor fásicos com intensidade 1, 3; tH1, tH3 = dor de calor tônica com intensidade 1, 3; pE1, pE3 = dor elétrica bifásica com intensidade 1, 3; tE1, tE3 = dor elétrica tônico com intensidade 1, 3; ° C = graus Celsius; mA = miliampère, SD = desvio padrão).
Se todas as etapas do protocolo são realizadas com cuidado e sem problemas técnicos ocorrem (em termos de computador ou gravação dispositivo trava, etc), um resultado positivo pode parecer semelhante, como representado na Figura 4. Todos os sinais são de alta qualidade e não afetada por fontes externas de interferências. O participante é claramente visível em todas as câmaras.
Figura 4 : Dados de exemplo de uma experiência bem sucedida. A figura mostra sinais gravados alguns segundos antes, durante e após um estímulo de dor intensa. Todos os sinais são não filtrados e sincronizados no tempo. Para maior clareza, apenas representante screenshots dos sinais de vídeo são mostrados aqui. (EMG = eletromiografia, SCL = nível de condutância da pele, ECG = eletrocardiograma, M. = Musculus, s = segundos). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
No entanto, incidentes inesperados podem causar os dados para se tornar barulhento ou corrompido. Além do computador ou gravação dispositivo trava, o vir-off de eletrodos (especialmente reutilizáveis eletrodos com diâmetro pequeno que são Unidos através de coleiras de adesivo dupla-face) principalmente leva a sinais inutilizáveis. Como um exemplo para um conjunto de dados abaixo do ideal, a Figura 5 mostra o momento quando um eletrodo de EMG sai e processa o sinal correspondente inútil.
Figura 5 : Dados de exemplo de um experimento sub-óptima. O círculo vermelho indica que o tempo dentre os eletrodos de EMG (M. zigomático maior) caiu do rosto do sujeito. Isto pode ter sido devido ao movimento de cabeça ou suor. A partir deste momento, o sinal foi perdido. (EMG = eletromiografia, SCL = nível de condutância da pele, ECG = eletrocardiograma, M. = Musculus, s = segundos). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Devido as diretrizes éticas, as intensidades máximas de estímulos térmicas e elétricas tinham que ser restrito. A respeito de controle de calibração térmica parte (ver arquivo complementar), 37 indivíduos (31 homens e 6 mulheres) atingiu o limite determinado de 50,5 ° C (ratio = 37/134 = 27.61%). Quanto a calibração térmica 1, 60 participantes (39 homens, 21 mulheres) atingiu o limite de 50,0 ° C (ratio = 60/134 = 44,78%) e no que se refere a parte 2, 57 pessoas (37 homens, 20 mulheres) chegaram o corte de 49,5 ° C (ratio = 57/134 = % 42.54). O corte para ambas as partes de calibração elétrica foi 25 mA. Nenhum dos 134 assuntos chegou a isso.
Como planejamos publicar os dados (ver parágrafo seguinte), os conjuntos de dados de participantes que tenham atingido as cortes além disso serão marcados e sua classificação de dor subjetiva para os cortes correspondentes serão incluídas.
Gostaríamos de salientar que o foco principal do protocolo é a obtenção de sinais multimodais para a análise de dor térmica e elétrica. Portanto, não há outros resultados são discutidos aqui. Após a verificação e excluindo os conjuntos de dados devido a dados ausentes ou rejeitado consentimento por escrito para a partilha de dados, os conjuntos de dados deste estudo serão disponibilizados sob o nome "Banco de dados do X-ITE dor". Para mais informações sobre quando e como obter o X-ITE dor DB, visite https://github.com/philippwerner/pain-database-list.
Arquivo suplementar 1. Clique aqui para baixar este arquivo.
Discussion
O protocolo apresentado enfoca o levantamento experimental de dor elétrica enquanto gravação fisiológica, visual e paralinguísticas sinais e térmica (calor). Esta nova abordagem, combinando dois modelos de dor com estímulos diferentes intensidades e durações de dois diferentes estímulos (fásicas e tônicos), oferece uma ampla perspectiva sobre os padrões psicofisiológicos e expressões de dor. No entanto, para a realização do presente protocolo, várias etapas precisam ser considerados.
Em geral, se trabalhar com estímulos de dor é crucial garantir a segurança dos indivíduos. Todos os estímulos de dor tem que ser altamente controlada e só devem ser executados por experimentadores experientes.
Além disso, para a gravação e coleta de dados confiáveis e de alta qualidade, a fixação adequada de dispositivos (eletrodos), o perfeito funcionamento dos dispositivos de gravação e uma suave comunicação entre computadores é altamente recomendado. Todas as fontes de interferências devem ser eliminadas ou reduzidas ao mínimo. Para garantir a consistência entre os participantes, é importante fornecer instruções padronizadas e invariável condições experimentais.
De acordo com nossa experiência, encontrar participantes apropriados que satisfaçam todos os critérios e estão dispostos a receber inúmeros estímulos dolorosos, leva um longo tempo e é bastante desafiador. Além disso, a compensação monetária tem que ser alto o suficiente para atrair os temas para o estudo. Principalmente pessoas entre 30 e 50 anos são difíceis de encontrar. Isto pode ser porque o experimento é demasiado longa (ca. 4 horas, incluindo a chegada e partida) e eles têm que tirar metade de um dia de trabalho.
Porque a segurança dos participantes é de prioridade máxima, indução de dor pode precisar de ser restrita. Devido as diretrizes éticas, as intensidades de estímulo não devem ultrapassar determinados níveis para evitar queimaduras e inconsciência em termos de indução de dor térmica e elétrica, respectivamente. Um corte geral de intensidades pode resultar em um efeito de teto que alguns indivíduos podem atingir os limites de intensidade antes de sentir dor intolerável. Neste estudo, aproximadamente 42% (considerando a parte de calibração térmica 1 e 2) dos participantes atingiu os pontos de corte térmicos (ver resultados representativos). Como eles não chegassem as tolerâncias de dor "real", suas respostas fisiológicas aos estímulos térmicos mais alta podem se comportar de forma diferente em contraste com as respostas fisiológicas de indivíduos que atingiram os. Em caso afirmativo, a mistura destes dois grupos poderia influenciar os resultados da classificação em termos de reconhecimento da dor.
Um ponto importante para o endereço é as modalidades de dor neste experimento. Os participantes estão sujeitos apenas a estímulos de dor térmica e elétrica (devido ao fato de que estes são altamente controláveis em um ajuste experimental). Assim, se examinar os padrões de dor em relação à qualidade, as conclusões podem não se traduzem em outras modalidades de dor, tais como pressão, dor visceral ou química.
A mesma consideração na transferibilidade dos resultados aplica-se à amostra do estudo. O protocolo é eticamente restrito aos adultos saudáveis. Por exemplo, não inclui crianças ou pessoas cognitivamente e verbalmente prejudicadas. Além disso, em nosso estudo os únicos europeus participaram. Também aqui, os resultados analíticos podem não se aplicar aos grupos não considerados neste experimento.
Outra limitação pode referir-se o efeito de Hawthorne24: os sujeitos estão cientes que estão sendo filmados/observados no estudo. Isso pode mudar seu comportamento.
Comparado com bancos de dados existentes de dor, o protocolo fornece vantagens significativas para analisar padrões de resposta de dor, pois combina dois cursos de tempo (fásicos e tônicos) e dois modelos de dor: além da intensidade e duração da dor, também considera a qualidade de dor. Como dor térmica é descrito diferentemente do que dor eléctrico (por exemplo, queima vs afiado), também pode diferir nas reações de dor. Se assim for, esses achados poderiam ligar um padrão de resposta de dor a fonte subjacente da dor. Além disso, o estudo é multimodal alargar o leque de oportunidades de investigação de dor: empregando 5 sinais psicofisiológicos, 2 face sinais de câmera (frontal/lateral), sinal de câmara de visão de 1 corpo, 1 câmara térmica e o sinal de 1 áudio, dor pode ser analisada e avaliados, mais precisamente.
Para uma investigação mais complexa dos padrões de resposta de dor, extensões futuras desse método devem incluir mais bio-sinais como Eletroencefalografia (EEG), temperatura corporal e respiração. Também seria de grande benefício para empregar pressão controlada como um modelo de dor a mais. Pesquisadores com o objetivo de reconhecimento automático de dor através de dados recolhidos com este protocolo devem testar promissores modelos de aprendizagem de máquina com grupos de controle clínico.
Disclosures
Os autores não têm nada para divulgar.
Acknowledgments
Os autores gostaria de agradecer sua preciosa ajuda na condução do estudo Verena Friedrich, Maria Velana, Sandra Gebhardt, Romy Bärwaldt e Tina Daucher. Além disso, um obrigado especial vai para Dr. Stefanie Rukavina para sua sustentação científica. Essa pesquisa foi parte do DFG/TR233/12 (http://www.dfg.de/) projeto "Avanço e sistemática validação de an Automated dor reconhecimento em base da Facial Expression e Psychobiological parâmetros do sistema", financiado pela pesquisa alemão Fundação.
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).
