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Behavior

활성 비디오 게임 세션 동안 뇌성 마비청소년의 심전도 데이터에서 심박수 변동성 계산

Published: June 05, 2019
doi:
10.3791/59230
, , ,
1School of Biomedical Engineering, Science and Health Systems,Drexel University, 2Department of Physical Therapy and Rehabilitation Sciences,Drexel University, 3College of Nursing and Health Professions,Drexel University, 4Department of Nutrition Sciences,Drexel University

Summary

이 프로토콜은 심전도(ECG) 파형에서 심박수 변동성(HRV)을 계산하는 방법을 설명합니다. 활성 비디오 게임(AVG) 세션 동안 연속 심박수(HR) 기록으로부터의 파형은 뇌성 마비(CP)를 가진 청소년의 호기성 성능을 측정하는 데 사용되었다.

Abstract

이 연구의 목적은 심전도(ECG) 파형에서 심박수 변동성(HRV)을 계산하는 방법을 생성하는 것이었습니다. 파형은 참가자 (뇌성 마비를 가진 청소년 (CP)) 활성 비디오 게임 (AVG) 세션 동안 착용 HR 모니터에 의해 기록되었다. AVG 세션은 참가자의 신체 활동과 피트니스 (에어로빅 성능)를 촉진하기 위해 설계되었습니다. 목표는 물리 치료 (PT) 내정간섭 전략으로 AVGs의 타당성을 평가하는 것이었습니다. 최대 HR(mHR)은 각 참가자에 대해 결정되었고 목표 심박수 영역(THRZ)은 20분 AVG 세션에서 3가지 운동 단계 각각에 대해 계산되었다: (40-60% mHR에서 워밍업, 60-80% mHR에서 컨디셔닝, 40-60% mHR에서 냉각). 각 참가자는 AVG 세션 동안 세 20 분 게임을했다. CP를 가진 많은 청소년들이 장시간 서있을 수 없기 때문에 모든 경기가 벤치에 앉아있는 동안 재생되었습니다. 각 게임 조건은 손 아이콘만 사용하는 참가자, 손과 발 아이콘을 함께 사용하거나 발 아이콘을 사용하여 개체를 수집하는 데만 차이가 있습니다. 게임의 목적 (KOLLECT라고함)은 포인트를 얻고 포인트를 잃지 않는 위험을 피하기 위해 개체를 수집하는 것입니다. 위험은 목표 심박수 영역(THRZ)에서 HR을 유지하기 위해 더 느리고 제어된 움직임을 촉진하기 위해서만 예열 및 냉각 단계에서 사용되었습니다. 더 높은 수준과 더 강렬한 신체 활동을 촉진 하는 컨디셔닝 단계에서 아무 위험이 없었다. 분석 방법을 사용하여 ECG 데이터에서 HRV(선택한 시간 영역 및 주파수 도메인 측정값)를 생성하여 에어로빅 워크로드를 검사했습니다. HRV의 최근 응용 프로그램은 단기 측정 (5 분 시합)이 적절하고 HRV 바이오 피드백이 다양한 건강 상태의 증상과 삶의 질을 개선하는 데 도움이 될 수 있음을 나타냅니다. HR은 PT 개입에서 호기성 성능과 강도를 검사하기 위해 잘 받아들여진 임상 조치이지만, HRV는 AVG 세션 동안 자율 시스템 기능, 회복 및 적응에 대한 정보를 제공할 수 있습니다.

Introduction

뇌성 마비 (CP)는 어린 시절의 가장 흔한신체 장애1 . CP는 발달하는 뇌에 대한 신경학적 모욕에 의해 발생하며 근육 약화, 경련, 컨디셔닝 및 감소된 운동 조절 및 균형2,3과같은 운동 장애와 관련이 있다. CP는 비 진보적인 상태 이지만 나이, 아이 들 덜 신체적으로 활동 적이 고 일반적인 개발 (TD)와 그들의 동료에 비해 더 앉아 있는 그들의 손상 된 신경 근육에 성장의 증가 요구 때문에 주로 근골격계4.

CP를 가진 청소년은 일반적으로 기능적 이동성을 개선하고 신체 활동 및 체력 (예 : 유산소 및 근육 지구력)을 촉진하기 위해 물리 치료 (PT) 서비스를받습니다2. 종종 이러한 PT 목표를 달성하고 유지하기 위해 PT 서비스 및 지역 사회 자원에 대한 액세스가 제한되어있습니다5,6. 액티브 비디오 게임(AVGs)은 클리닉, 가정 또는 커뮤니티 설정에서 활동 기반PT 개입에서 실행 가능한 전략일 수 있음 7,8. 상용 AVG는 CP 9를 통해 청소년을 위한 특정 요구사항과 PT 목표를 충족하고 게임 플레이를 조정할 수 있는 유연성이 제한되어 있습니다. 그러나 맞춤형 AVG는 신체 활동 및 피트니스10을촉진하면서 CP로 청소년에게 도전할 수 있는 유연한 게임 매개 변수를 제공합니다.

우리 팀은 청소년 운동 반응 (예 : 신체 활동 및 에어로빅 피트니스)을 검사하기 위해 맞춤형 AVG (KOLLECT)를 개발했습니다. 이 게임은 모션 센서를 사용하여 게임 플레이 중 청소년 의 움직임을 추적합니다. 게임의 목표는 높은 점수에 대한 가능한 한 많은 개체를 ‘수집’하고 포인트를 잃지 않도록 위험을 방지하는 것입니다. 개체는 유연한 게임 매개 변수에서 치료사에 의해 결정된 대로 손 및/또는 발 아이콘으로 수집될 수 있습니다.

유산소 체력을 증진하기 위해 신체 활동 강도를 투여하는 활동 기반 PT 중재를 설계하는 것은 CP11을가진 청소년에게 매우 중요합니다. 사용자 정의 AVG는 강도를 투여하고 피트니스를 촉진하기 위해 신체 활동에 청소년을 참여하는 효과적인 전략이 될 수있다10. 심박수(HR) 모니터는 호기성 성능 및 활동 강도를 결정하기 위해 임상 PT 실습에서 종종 사용됩니다. 따라서 HR 모니터는 에어로빅 피트니스를 촉진하기 위해 신체 활동 강도를 배분하는AVG의 타당성을 결정하는 데 도움이 됩니다 9. HR 모니터에서 생성된 심전도 데이터를 사용하여 심박수 변동성(HRV)을 계산할 수 있습니다. 분석 방법을 사용하여 ECG 데이터에서 HRV를 생성하여 에어로빅 워크로드를 검사했습니다. HRV의 최근 응용 프로그램은 단기 측정 (5 분 시합)이 적절하고 HRV 바이오 피드백이 다양한 건강 상태의 증상과 삶의 질을 개선하는 데 도움이 될 수 있음을 나타냅니다32,33,34 . 단기 HRV 측정의 적용은 AVG 세션 도중 심장 혈관 기능을 평가하는 적당한 수식입니다. HRV가 ECG의 R-R 간격에서 파생된다는 점을 감안할 때, 우리는 선택한 시간 영역 및 주파수 도메인 측정값을 사용했습니다. HRV의 시간 도메인 측정은 연속적인 하트비트 사이의 시간을 나타내는 중간 비트 간격의 variablility 양을 정량화합니다. AVNN(평균 NN 간격), RMSSD(연속적인 차이의 근평균 제곱), SDNN(NN 간격의 표준 편차), NN50(NN 간격 및 gt;50 ms의 수) 및 PNN50(NN 간격의 백분율)을 사용했습니다. 주파수 도메인 측정은 가능한 4개의 주파수 대역으로 절대 또는 상대 전력의 분포를 추정하며, 특히 LF/HF 비율과 함께 두 개의 대역, 저주파(LF) 전력 및 고주파(HF) 전력을 다루었습니다. HR은 잘 받아들여지는 임상 척도이지만, HRV는 자율 시스템 기능, 회복, 적응에 대한 정보를 제공하고, AVG세션(28)동안 에어로빅 워크로드의 추정치를 제공하기 때문에 유용할 수 있다.

이 연구의 목적은 신체 활동과 피트니스를 촉진하기 위해 AVG 전략을 사용하는 타당성을 조사하는 것이었습니다. 두 번째 목적은 HR 모니터를 통해 얻은 ECG 데이터로부터 HRV를 계산하는 AVG 데이터 수집 프로토콜 및 방법론을 제시하는 것이었습니다. 이 측정 및 이 프로토콜은 PT 내정간섭 세션을 감시하고 복용량하는 임상의와 관련이 있다는 것을 증명할 수 있습니다.

Protocol

기관 심사위원회의 승인을 얻었습니다. 모든 청소년은 서면 동의서를 제공했으며 부모는 참여하기 전에 동의를 제공했습니다. 1. AVG 데이터 수집 세션 AVG 게임 세션 이 연구에서는 CP가 있는 청소년이 3개의 20분 게임으로 구성된 AVG 세션에 참여합니다. 청소년 인구 통계에 대한 표 5를 참조하십시오. 총 30경기가 예상됐다. 그러나 한 과목이 AVG 세션에서 2 경기만 치렀…

Representative Results

이 방법은 새로 개발된 방법이 피험자의 심박수 변동성(HRV)에 미치는 영향을 분석하는 데 사용할 데이터를 제공합니다. 그림6과 같이 피험자의 심전도 데이터의 QRS 파형의 R 부분을 찾아서 다양한 HRV 값을 계산하여 이를 수행합니다. HR 모니터가 피사체와 적절하게 접촉하는 경우 데이터가 균일하여 수정의 필요성이 크게 줄어듭니다(그림 4참조). <stro…

Discussion

CP를 가진 10명의 청소년은 본 연구에 참여하였다(평균+ SD) [연령(세) = 15.53±3.57; 신장(cm) 154.8±12.6; 체중(kg) 50.69±11.1; 체질량 지수(BMI) 50.46±29.2; mHR 9 bpm) = 186.8±4±4±4±4±. 환자 인구 통계는 표 5를 참조하십시오.

HR 모니터 의 사용과 수정 및 문제 해결과 관련된 HR 및 HRV의 관련 조치에 대한 몇 가지 고려 사항이 있습니다. 데이터를 획득하는 데 사용되는 기술에 관계?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

저자는 연구 참여에 대한 시간과 노력에 대한 참가자와 그 가족에게 감사드립니다. 또한, 저자는 KOLLECT 액티브 비디오 게임 소프트웨어의 개발을위한 HR 모니터링 및 박사 폴 디펜바흐의 타이밍 계산에 대한 자신의 도움에 대한 박사 이춘 리우 박사와 하산 아야즈 를 인정합니다. 이 사업에 대한 기금은 콜터 재단 보조금#00006143 (O’ 닐; 디펜바흐, 피스) 및 #00008819(O’ 닐; 디펜바흐, 피스).

Materials

BioHarness Bluetooth Module (Electronics sensor)  Zephyr 9800.0189 Detects Heart Rate, Resiration Rate, Posture, and Skin Temperature.
BioHarness Chest Strap Zephyr 9600.0189, 9600.0190 Sizes Small XS-M, Large M-XL
BioHarness Charge Cradle & USB Cable Zephyr 9600.0257 Used to Transfer Data from the Module to a Computer for Analysis.
BioHarness Echo Gateway Zephyr 9600.0254 Allows for Realtime Viewing of Subject's Heart Rate.
MATLAB R2016a Mathworks 1.7.0_.60 Used for All Programming.
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References

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Landis, C., O’Neil, M. E., Finnegan, A., Shewokis, P. A. Calculating Heart Rate Variability from ECG Data from Youth with Cerebral Palsy During Active Video Game Sessions. J. Vis. Exp. (148), e59230, doi:10.3791/59230 (2019).
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