Расчет изменчивости сердечного приступа с помощью данных ЭКГ от молодежи с дцпподого во время активных сеансов видеоигр
Summary
Этот протокол описывает метод расчета изменчивости сердечного приступа (HRV) из волн электрокардиограммы (ЭКГ). Waveforms от непрерывной частоты сердечных приступов (HR) записи во время активных видео игры (AVG) сессий были использованы для измерения аэробной работы молодежи с церебральным параличом (CP).
Abstract
Целью данного исследования было создание метода расчета изменчивости сердечного приступа (HRV) из волн электрокардиограммы (ЭКГ). Волновые формы были записаны HR-монитором, который участники (молодежь с ДЦП) носили во время активных сеансов видеоигр (AVG). Занятия AVG были разработаны для содействия физической активности и фитнесу (аэробной производительности) у участников. Цель состояла в том, чтобы оценить осуществимость АВГ в качестве стратегии физической терапии (ПТ) вмешательства. Максимальный HR (mHR) был определен для каждого участника, и целевая зона частоты сердечных приступов (THR) была рассчитана для каждого из трех этапов упражнений в 20 мин СЕССИи AVG: (разминка на уровне 40-60% мчч, кондиционирование на 60-80% мhr, и остыть на 40-60% мhr). Каждый участник сыграл три 20 мин игры во время сессии AVG. Все игры были сыграны, сидя на скамейке, потому что многие молодые люди с CP не может стоять в течение длительных периодов времени. Каждое условие игры отличалось с участниками, использующими только значки рук, значки рук и ног вместе или значки для ног только для сбора предметов. Цель игры (так называемый KOLLECT) состоит в том, чтобы собрать объекты, чтобы набрать очки и избежать опасностей, чтобы не потерять очки. Опасности использовались на этапах разогрева и охлаждения только для содействия более медленному, контролируемому движению для поддержания HR в зоне частоты сердечных приступов (THR). Не было никаких опасностей на этапе кондиционирования для повышения уровня и более интенсивной физической активности. Аналитические методы использовались для генерации HRV (выбранных мер тайм-домена и частотного домена) из данных ЭКГ для изучения аэробной рабочей нагрузки. Недавние применения HRV показывают, что краткосрочные измерения (5 мин приступов) являются уместными и что биологическая обратная связь HRV может помочь улучшить симптомы и качество жизни в различных состояниях здоровья. Хотя HR является общепринятой клинической мерой для изучения аэробной производительности и интенсивности в ПТ-вмешательствах, HRV может предоставить информацию о функциях вегетативной системы, восстановления и адаптации во время сессий AVG.
Introduction
ДЦП (КП) является наиболее распространенной физической инвалидностью детства1. CP вызвано неврологическим оскорблением развивающегося мозга и связано с двигательными нарушениями, такими как мышечная слабость, спастичность, декондиционирование, и снижение двигательного контроля и баланса2,3. CP является непрогрессивным состоянием, но с возрастом, дети становятся менее физически активными и более сидячими по сравнению со своими сверстниками с типичным развитием (TD) в основном из-за повышенных требований роста на их скомпрометированных нервно-мышечной и опорно-скатные системы4.
Молодежь с CP обычно получают услуги физической терапии (PT) для улучшения функциональной мобильности и содействия физической активности и фитнеса (например, аэробной и мышечной выносливости)2. Часто, есть ограниченный доступ к услугам PT и общинных ресурсов для достижения и поддержания этих PT целей5,6. Активные видеоигры (AVGs) могут быть осуществимой стратегией в деятельности на основе PT мероприятий в клинике, дома или в общине настройки7,8. Коммерческие AVGs имеют ограниченную гибкость, чтобы адаптировать игру и удовлетворить конкретные потребности и PT целей для молодежи с CP9. Тем не менее, индивидуальные AVGs обеспечивают гибкие игровые параметры, чтобы бросить вызов молодежи с CP, продвигая физическую активность и фитнес10.
Наша команда разработала индивидуальный AVG (называется KOLLECT) для изучения реакции молодежи упражнения (например, физическая активность и аэробные фитнес). Игра использует датчик движения для отслеживания движения молодежи во время игры. Цель игры состоит в том, чтобы “собрать” как можно больше объектов, как это возможно для высокого балла и избежать опасностей, чтобы избежать потери очков. Объекты могут быть собраны с помощью значков для рук и/или ног, как это определено терапевтом в гибких игровых параметрах.
Проектирование деятельности на основе PT мероприятий, что доза интенсивности физической активности для содействия аэробной фитнес имеет решающее значение для молодежи с CP11. Пользовательские AVGs может быть эффективной стратегией для интенсивности дозы и привлечь молодежь в физической активности для содействия фитнес10. Мониторы частоты сердечных приступов (HR) часто используются в клинической практике PT для определения аэробной производительности и интенсивности активности. Таким образом, HR мониторы помогут определить осуществимость AVGs в дозирования интенсивности физической активности для содействия аэробной фитнес9. Данные ЭКГ, полученные с монитора HR, могут использоваться для расчета изменчивости сердечного приступа (HRV). Для генерации HRV из данных ЭКГ использовались аналитические методы для изучения аэробной рабочей нагрузки. Недавние применения HRV показывают, что краткосрочные измерения (5 мин приступы) являются целесообразными и что HRV биологической обратной связи может помочь улучшить симптомы и качество жизни в различных условиях здоровья32,33,34 . Применение краткосрочных мер HRV является подходящим средством оценки сердечно-сосудистой функции во время сеансов AVG. Учитывая, что HRV происходит от интервала R-R ЭКГ, мы использовали выбранные измерения тайм-домен и частотно-домен. Измерение времени домена HRV количественно количественно количество вариаблилитности в интервалах интербита, которое представляет время между последовательными сердцебиениями. Мы использовали AVNN (средний интервал NN), RMSSD (корня средней площади последовательных различий), SDNN (стандартное отклонение интервала NN), NN50 (количество интервалов NN ,gt;50 ms) и PNN50 (процент интервалов NN). Частота домена измеряет распределение абсолютной или относительной мощности в, возможно, четыре частотных диапазона, мы специально рассмотрели на двух диапазонах, низкочастотной (LF) власти и высокой частоты (HF) власть вместе с соотношением LF / HF. Хотя HR является общепринятой клинической мерой, HRV может быть полезна, поскольку она предоставляет информацию о функции вегетативной системы, восстановления, адаптации, и обеспечивает оценку аэробной рабочей нагрузки во время сессии AVG28.
Цель этого исследования заключалась в изучении возможности использования стратегий AVG для содействия физической активности и фитнесу. Вторая цель заключалась в представлении протокола сбора данных АВГ и методологии расчета HRV на данных ЭКГ, полученных с помощью кадрового монитора. Эти меры и этот протокол могут оказаться актуальными для врачей для мониторинга и дозы PT сессий вмешательства.
Protocol
Representative Results
Discussion
Десять молодых людей с CP приняли участие в этом исследовании (средний SD) Возраст (yrs) – 15,53 и 3,57; высота (см) 154,8 й 12,6; вес (кг) 50,69 – 11,1; индекс массы тела (ИМТ) 50,46 – 29,2; мHR 9 бм) Пожалуйста, см. Таблица 5 для пациентов демографии.
Есть некоторые соображения для использования H…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы благодарят участников и членов их семей за то, что они приложили время и усилия, затраченные на участие в исследовании. Кроме того, авторы признают д-р Yichuan Лю и д-р Гасан Аяз за их помощь в расчете сроков мониторинга HR и д-р Пол Diefenbach для разработки программного обеспечения KOLLECT Active Video Gaming. Финансирование этой работы было предоставлено Фондом Коултера Гранты #00006143 (O‘Neil; Дифенбах, ИП) и#00008819 (О’ Нил; Дифенбах, ИП).
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. |
References
- Winter, S., Autry, A., Boyle, C., Yeargin-Allsopp, M. Trends in the prevalence of cerebral palsy in a population-based study. Pediatrics. 110 (6), 1220-1225 (2002).
- Fowler, E., et al. Promotion of physical fitness and prevention of secondary conditions for children with cerebral palsy: Section on Pediatrics Research Summit Proceedings. Physical Therapy. 87 (11), 1495-1510 (2007).
- Rosenbaum, P., Paneth, N., Leviton, A., Goldstein, M., Bax, M. A report: The definition and classification of cerebral palsy: April 2006. Developmental Medicine & Child Neurology. 49 (s109), 8-14 (2007).
- Hanna, S., et al. Stability and decline in gross motor function among children and youth with cerebral palsy aged 2 to 21 years. Developmental Medicine & Child Neurology. 51 (4), 295-302 (2009).
- Rimmer, J., Rowland, J. Health promotion for people with disabilities: Implications for empowering the person and promoting disability-friendly environments. American Journal of Lifestyle Medicine. 2 (5), 409-420 (2008).
- Feehan, K., et al. Factors influencing physical activity in children and youth with special health care needs: A pilot study. International Journal of Pediatrics. , (2012).
- Fehlings, D., Switzer, L., Findlay, B., Knights, S. Interactive computer play as motor therapy for individuals with cerebral palsy. Seminars in Pediatric Neurology. 20 (2), 127-138 (2013).
- Sandlund, M., Dock, K., Hager, C., Waterworth, E. Motion interactive video games in home training for children with cerebral palsy: parents’ perceptions. Disability & Rehabilitation. 34 (11), 925-933 (2012).
- Howcroft, J., et al. Active video game play in children with cerebral palsy: Potential for physical activity promotion and rehabilitation therapies. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 93 (8), 1448-1456 (2012).
- Bilde, P., Kliim-Due, M., Rasmussen, B., Petersen, L., Petersen, T., Nielsen, J. Individualized, home-based interactive training of cerebral palsy children delivered through the Internet. BMC Neurology. 11, 32 (2011).
- Kolobe, T., et al. Research Summitt III proceedings on dosing in children with an injured brain or cerebral palsy. Physical Therapy. 94 (7), 907-920 (2014).
- Schipke, J., Pelzer, M., Arnold, G. Effect of respiration rate on short-term heart rate variability. Journal of Clinical and Basic Cardiology. 2 (1), 92-95 (1999).
- Ernst, G. Heart rate variability. Heart Rate Variability. , 1-336 (2014).
- Francis, J., et al. Association between symptoms of depression and anxiety with heart rate variability in patients with implantable cardioverter defibrillators. Psychosomatic Medicine. 71 (8), 821-827 (2009).
- Mendes, R., et al. Is applying the same exercise-based inpatient program to normal and reduced left ventricular function patients the best strategy after coronary surgery? A focus on autonomic cardiac response. Disability and Rehabilitation: An International Multidisciplinary Journal. 36 (2), 155-162 (2014).
- Muralikrishnan, K., Balakrishnan, B., Balasubramanian, K., Visnegarawla, F. Measurement of the effect of Isha Yoga on cardiac autonomic nervous system using short-term heart rate variability. Journal of Ayurveda and Integrative Medicine. 33 (2), 279-283 (2012).
- Yadav, R. K., Gupta, R., Deepak, K. K. A pilot study on short term heart rate variability & its correlation with disease activity in Indian patients with rheumatoid arthritis. Indian Journal of Medical Research. 136 (4), 593-598 (2012).
- Thuraisingham, R. A. Preprocessing RR interval time series for heart rate variability analysis and estimates of standard deviation of RR intervals. Computer Methods and Programs in Biomedicine. 83 (1), 78-82 (2006).
- Alamili, M., Rosenberg, J., Gögenur, I. Day-night variation in heart rate variability changes induced by endotoxaemia in healthy volunteers. Acta Anaesthesiologica Scandinavica. 59 (4), 457-464 (2015).
- Pal, G., et al. Preference for salt contributes to sympathovagal imbalance in the genesis of prehypertension. European Journal of Clinical Nutrition. 67 (6), 586-591 (2013).
- Telles, S., Raghavendra, B. R., Naveen, K. V., Manjunath, N. K., Kumar, S., Subramanya, P. Changes in autonomic variables following two meditative states described in yoga texts. Journal of Alternative and Complementary Medicine. 19 (1), 35-42 (2013).
- Kičmerová, D. . Methods for Detection and Classification in ECG Analysis. Doctoral thesis. , (2009).
- Murai, K., Hayashi, Y. Evaluation of mental workload for ship handling using physiological indices. , 604-608 (2009).
- Taelman, J., Vandeput, S., Spaepen, A., Van Huffel, S. Influence of mental stress on heart rate and heart rate variability. Heart. 29 (1), 1366-1369 (2009).
- Durantin, G., Gagnon, J. F., Tremblay, S., Dehais, F. Using near infrared spectroscopy and heart rate variability to detect mental overload. Behavioural Brain Research. 259, 16-23 (2014).
- Buchheit, M. Monitoring training status with HR measures: Do all roads lead to Rome?. Frontiers in Physiology. 5, (2014).
- Achten, J., Jeukendrup, A. Heart rate monitoring: Applications and limitations. Sports Medicine. 33 (8), 517-538 (2012).
- Amichai, T., Katz-Leurer, M. Heart rate variability with cerebral palsy: Review of literature and meta-analysis. NeuroRehabilitation. 35, 113-122 (2014).
- Billman, G., Haikuri, H., Sacha, J., Trimmel, K. An introduction to heart rate variability: Methodological considerations and clinical applications. Frontiers in Physiology. 6, (2015).
- Beffara, B., Bret, A., Vermeulen, N., Mermillod, M. Resting high frequency heart rate variability selectively predicts cooperative behavior. Physiology & Behavior. 164, 417-428 (2016).
- Fogt, D., Cooper, P., Freeman, C., Kalns, J., Cooke, W. Heart rate variability to assess combat readiness. Military Medicine. 174, 491-495 (2009).
- Kerppers, I. L., Arisawa, E. A. L., Oliveira, L. V. F., Sarmpaio, L. M. M., Oliverira, C. S. Heart rate variability in individual with cerebral palsy. Archives of Medical Science. 5, 45-50 (2009).
- Giggins, O. M., Persson, U. M., Caulfield, B. Biofeedback in Rehabilitation. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation. 10, (2013).
- Shaffer, F., Ginsberg, J. P. An overview of heart rate variability metrics and norms. Frontiers in Public Health. 5, 258 (2017).
- Shaffer, F., McCarty, R., Zeir, C. L. A healthy heart is not a metronome: an integrative review of the heart’s anatomy and heart rate variability. Frontiers in Psychology. 5, 1040 (2014).
