Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

En instrumenterade dragtest att karakterisera Postural Svaren

Published: April 6, 2019 doi: 10.3791/59309
Automatic Translation
1,2,4, 2,3,4,5, 6, 7, 1,4
1Department of Medical Bionics, The University of Melbourne, 2Department of Neurology, The Royal Melbourne Hospital, 3Department of Neurology, Austin Hospital, 4The Bionics Institute, 5Department of Medicine, The University of Melbourne, 6Department of Physiotherapy, The University of Melbourne, 7Medical Research Council Brain Network Dynamics Unit, University of Oxford

ERRATUM NOTICE

Summary

Nedskrivning av posturala reflexer, kallas postural instabilitet, är svårt att kvantifiera. Kliniska bedömningar såsom dragtest lida problem med tillförlitlighet och skalning. Här presenterar vi en instrumenterade version av pull testet att objektivt karakterisera postural Svaren.

Abstract

Nedskrivningar av posturala reflexer, kallas postural instabilitet, är ett vanligt och handikappande underskott vid Parkinsons sjukdom. För att bedöma posturala reflexer, anställa kliniker vanligtvis pull testet till grade korrigerande Svaren till en bakåt störning vid axlarna. Men är dragtest benägna att problem med tillförlitlighet och skalning (poäng/4). Här presenterar vi en instrumenterade version av pull testet att mer exakt kvantifiera postural Svaren. Besläktad med kliniska testet administreras manuellt drar förutom dragkraft registreras också. Förskjutningar av bålen och fötter fångas av en semi transportabel rörelse spårningssystem. Rådata representerar tillryggalagd sträcka (i millimeter enheter), vilket gör efterföljande tolkning och analys intuitiv. Den instrumenterade dragtest upptäcker också variabilitet påverkande pull test administration, till exempel dragkraft, därigenom att identifiera och kvantifiera potentialen förvirrar som kan redovisas av statistiska metoder. Den instrumenterade dragtest kan ha program i studier som försöker fånga tidiga avvikelser i postural svaren, spåra postural instabilitet över tid och upptäcka Svaren till terapi.

Introduction

Posturala reflexer agera för att bibehålla balans och upprätt hållning som svar på störningar1. Nedskrivningar av dessa postural svaren i sjukdomar såsom Parkinsons sjukdom resulterar i postural instabilitet och ofta leder till faller, minskat vandrande förtroende och minskad livskvalitet2,3,4. I klinisk praxis bedöms vanligtvis posturala reflexer med pull test, där en granskare raskt drar patienten bakåt vid axlarna och visuellt årskurs svar5,6,7, 8. postural instabilitet görs oftast med den Unified Parkinsons sjukdom Rating Scale (UPDRS) (0 - normal till 4 - svår), som publicerade av International Movement Disorder Society5. Denna metod har använts i stor utsträckning i bedömningen av individer med Parkinsons sjukdom men lider av dålig tillförlitlighet och mycket begränsad skalning (poäng/4)6,7,9. Dra provresultat inte korrelerar ofta med viktiga kliniska effektmått såsom falls och heltal-baserade klassificeringen saknar känslighet för att upptäcka fina postural förändringar10,11.

Laboratoriebaserade objektiva mått erbjuder exakt information om arten av balans svar inom kvantifiera kinetic (t.ex. mitten av trycket), kinematisk (t.ex. gemensamma goniometry/lem förskjutning) och neurofysiologiska (t.ex. muskel rekrytering) slutpunkter12. Dessa metoder kan identifiera avvikelser innan postural instabilitet är kliniskt uppenbart och följa förändringar över tid, inklusive Svaren till behandling13,14.

Verktyg för att kvantifiera Postural instabilitet

Konventionella metoder för dynamiska posturography anställer ofta rörliga plattformar. Resulterande postural Svaren kvantifieras med hjälp av en kombination av posturography, Elektromyografi (EMG) och accelerationsmätning12,15,16. Men är underifrån Svaren från plattform störningar - som framkallar en respons som halka på våta golv, fundamentalt annorlunda från uppifrån postural Svaren testets kliniska pull - som kan uppstå när som stötte i en folkmassa. Nya bevis antyder truncal störningar ger olika postural egenskaper de rörliga plattformar17,18,19. Följaktligen har andra försökt truncal störningar i laboratoriet använder komplexa tekniker inklusive motorer, remskivor och pendlar15,20,21,22. Mätmetoder är ofta dyra och otillgängliga och består av video-baserade motion capture som kräver utrymme som är tillägnat i specialiserade laboratorier20,21. Helst bör en objektiv metod att karakterisera pull test Svaren ha goda psykometriska egenskaper, vara lätt att administrera, enkel att använda, lättillgänglig och bärbara. Detta är viktigt att underlätta utbrett införande av tekniken som en alternativ bedömningsverktyg att utvärdera postural Svaren inom forskning och potentiellt, kliniska inställningar.

Den instrumenterade dragtest

Syftet med detta protokoll är att erbjuda forskare en teknik för objektiv bedömning av postural Svaren till pull testet. Ett semi bärbar och allmänt tillgängliga elektromagnetisk motion capture system stödjer tekniken. Störning innebär manuell drar som inte kräver specialiserad mekaniska system. Denna metod har tillräcklig känslighet för att upptäcka små skillnader i postural reaktionstider och svar amplituder; Det är därför lämpad att fånga eventuella avvikelser från normal upp till grad 1 postural instabilitet enligt UPDRS (postural instabilitet med utan hjälp balans återhämtning)5. Denna metod kan också användas för att undersöka effekterna av behandling på postural instabilitet. Protokollet beskrivs här härstammar från som i Tan et al.23.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alla metoderna var granskats och godkänts av den lokala mänskliga forskningsetisk kommittén vid Melbourne hälsa. Informerat samtycke erhölls från deltagaren före studien.

1. utrustning setup

  1. Förbereda elektromagnetisk motion tracker med 3 miniatyr rörelsesensorer enligt tillverkarens riktlinjer. Innan datainsamlingen, säkerställa varje sensor samplas vid en minsta 250 Hz, förskjutning mäts i millimeter enheter och rotationer (pitch, roll och yaw) är i grader. Se till att alla interna filterings är inaktiverade och placeringen av sensorer anger för att referera till en statisk ursprung (vanligtvis den elektromagnetiska sändaren).
  2. Anbringa en lastcell (minsta spänning intervall 100 N, S-typ rekommenderas) till patientens selen på axeln-nivå med hjälp av ett rep med en minsta diameter på 10 mm.
    Obs: Sele systemet och rep är lämpliga för användning i deltagare upp till 120 kg.
  3. Anslut lastcell till förvärvet dataenhet (a/d omvandlare).
  4. Anslut den trigger utgång från enhetens data förvärv till en triggeringång av motion tracker att säkerställa synkroniserad inspelning. Ställa in data förvärv samplingsfrekvensen att matcha motion tracker och inaktivera all filtrering.
  5. Genomföra experimentet i ett tyst rum att minimera distraktioner under bedömningen. Lämna tillräckligt med utrymme för deltagarna att ta flera korrigerande åtgärder för att återfå balansen.
    Obs: Patienter med Parkinsons sjukdom och retropulsion är kända för att ta 5-6 steg bakåt under testet pull.
  6. Plats faller matta på golvet som en försiktighetsåtgärd.
  7. Ren sele, sensorer och sladdar med en sjukhus grade desinficerande torka före testning varje deltagare.
    Obs: Videoinspelning (t.ex. med en bärbar kamera på ett stativ) av den instrumenterade dragtest förfarande rekommenderas så att alla oegentligheter under databehandling kan refereras mot videodata av en rättegång.

2. deltagare urval och förberedelse

  1. Identifiera lämpliga deltagare för studien: deltagarna kan bestå av en rad åldrar, sjukdomstillstånd och svårighetsgrad där postural Svaren är av intresse och balans bedömningen vanligtvis sysselsätter den kliniska dragtest. Säkerställa att deltagarna kan stå självständigt och generera ett korrigerande balans svar som inte behöver hjälp att återhämta sig (dvs. upp till grad 1 postural instabilitet enligt UPDRS).
  2. Utesluta personer med hjärt-, vestibulära, vision och skelettsjukdomar (inklusive personer som kräver fot ortoser eller skenor), som kan försämra balans prestanda såvida detta inte är föremål för undersökningen, de på kontakt försiktighetsåtgärder, och de på läkemedel kända för att påverka balansen eller uppmärksamhet (t.ex., antidepressiva, Neuroleptika, bensodiazepiner, antiepileptika, antiarytmika och diuretika).
  3. Har deltagaren bär bekväma lösa kläder på dagen för experimentet och ta av skorna innan pull testförfarandet.
  4. Hjälpa deltagaren att sätta på den anpassade stammen selen med en lastcell. Klicka på spännen runt bröst och midja. Säkerställa justeringsremmarna på selen är tight men bekväma. Tillåt inte mer än 50 mm slack i sele när dra i repet. Se till att en assistent är närvarande när selen appliceras när deltagaren står i deltagare med kända postural instabilitet.
  5. Fästa rörelsesensorer som använder medicinsk tejp till sternala skåran (på nivån av andra och tredje bröstkorg kotan), och på fötterna på den högra och vänstra fotled fotknölen.
    Obs: Gäller sensorerna på deltagare med kända postural instabilitet i sittande. Alla kablar måste dirigeras noggrant för att undvika resa faror.
  6. Be deltagaren stå nakna fötter, i en bekväm ställning (enligt deltagarens Rekommenderad bas av stöd) längs vertikala och horisontella linjen markeringar på golvet. Notera deltagarens fötter position. Be deltagaren att även notera sina egna fötter ställning för att återgå till samma position efter varje drag. Övervaka deltagarens fötter placering efter varje rättegång och be deltagaren att återvända till ursprungsläget fötter om eventuella avvikelser observeras.
  7. Instruera deltagaren att fokusera på konstverk 1,5 m fram i ögonhöjd med händerna vid sin sida för att minimera distraktioner mellan drar.

3. instrumenterade pull testförfarande

  1. Utföra den instrumenterade dragtest i enlighet med riktlinjer för kliniska pull-provning som beskrivs av UPDRS5.
  2. Förklara testförfarandet, och låta deltagaren vet att kliva tillåts att återfå balans efter bakåt pull. Avskräcka föregripande Svaren såsom framåt stammen flexion, stelhet i hållning eller knä flexion före dra. Observera dessa svar om de inträffar under experimentet.
  3. Före varje pull, säkerställa deltagaren är uppmärksam genom att be deltagaren att fokusera på en bild som hänger på väggen. Säkerställa att deltagaren stående upprätt, med ögonen öppna, händer av deras sida, och fötterna placeras på de utsedda markörerna i en bekväm ställning.
  4. Står bakom deltagaren. Applicera en rask dra av tillräcklig kraft för att generera en bål och steg svar via repet och ladda cellen hållas vinkelrätt till axel nivå av deltagaren.
  5. Efter varje pull säkerställa återvänder deltagaren till de ursprungliga fot positionering. Återställa positionen till utsedda markörer på golvet och upprepa 35 gånger.
    Anmärkning: Antalet prövningar kan varieras beroende på experimentell design och klinisk population.
  6. Tillåt deltagare en kort vila 2 min efter varje 10 försök eller som krävs för att minska effekterna av trötthet och säkerställa uppmärksamhet är fokuserad på uppgiften. Deltagarna kan välja att sitta eller stå. Begära att deltagarna avstå från pratar mellan drar såvida begär en paus eller uttrycker obehag under förfarandet.
  7. Som en ytterligare säkerhetsåtgärd, säkerställa att den assessor och assistant står med ryggen nära en vägg samtidigt tillräckligt med utrymme för deltagaren att ta flera steg bakåt.
    Obs: Bedömaren måste alltid vara beredd att fånga patienten. En assistent krävs för säkerheten när deltagarna med kända postural instabilitet bedöms.
  8. Lossa sensorer och hjälpa deltagaren ur selen efter slutförandet av instrumenterade pull testförfarandet.

4. signalbehandling

Obs: Använd en lämplig dataplattform vetenskap såsom MATLAB, R eller Python. Kommandon som visas här är för MATLAB och exempelkod finns som Kompletterande fil.

  1. Importera data som registrerats under steg 3,4 till en lämplig data science plattform: csvread().
  2. Justera motion tracker och ladda celldata med hjälp av trigger signaler och sampla till en högre samplingsfrekvens: 1 kHz resample() funktion om det behövs.
  3. Hög-pass filtrera alla motion tracking och belastning celldata med en 0.05 Hz gränsfrekvens ta bort base-line drift: butter() och filtfilt().
  4. Dubbla skilja den stammen rörelseregistrering deplacement data att få stammen hastighet och acceleration: diff().
  5. Segment inspelningar att erhålla epoker av varje enskild dra använder antingen utlösa signalen eller en peak-upptäckt algoritm tillämpas på belastning celldata, och testa trial: findpeaks() funktion.
  6. Upptäcka och avvisa prövningar med föregripande truncal rörelsen. En framåt stammen förskjutning omedelbart före pull förvaltningen presenterar vanligtvis som en topp minst tre standardavvikelser över medelvärdet för baslinje för stammen sensorn: std() och mean().
  7. Bestämma postural reaktionstid som skillnaden mellan uppkomsten av stammen deplacement (3 standardavvikelser över medelvärdet för baslinje) efter dra och vändpunkten av stammen velocity kurvan (indikerar början av stammen retardation): «««skilja, diff() och använda noll korsning detektor, zcd().
  8. Fastställa omfattningen av det posturala svaret som peak retardation av stammen: min() eller max().
  9. Beräkna steg reaktionstiden som skillnaden mellan uppkomsten av truncal deplacement (enligt 4.7) till den första rörelsen av stegmotor lemmen: 3 standardavvikelser över medelvärdet för baslinje.
  10. Bestämma steg svar omfattningen genom att beräkna den totala förskjutningen av foten i millimeter (mm), från inledande foten lyft kontakta av stegmotor lemmen arrestera bakåt retropulsion. Exkludera steg mindre än 50 mm, som förändringen i basen av stöd anses försumbar24: min() eller max().
  11. Beräkna maximal dragkraft och utvecklingstakten kraft från belastningscellen: max() för dra; Max() och diff() för kraft.
    Obs: Den maximala dragkraft indikerar den momentana maximala kraften levereras, kraft är lutningen på kraften versus tidskurvan som anger hur snabbt kraften som genererades.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Den instrumenterade dragtest (figur 1) användes för att undersöka bål och steg svaren i en kohort av unga, friska23. Trettiofem prövningar presenterades seriellt, med ett auditivt stimulus som levereras samtidigt med varje pull (figur 2). Den auditiva stimulansen var antingen 90 dB (normal) eller 116 dB (högt). Den högljudda stimulansen har påvisats som tillräcklig för att utlösa StartReact effekter, där färdiga Svaren släpps tidigt av en häpnadsväckande auditivt stimulus25. StartReact effekter kan användas som en sond för att utforska mekanismerna bakom motor förberedelse26. Första-rättegången hölls för att analysera unhabituated svaren och fyra efterföljande prövningar kasseras för att möjliggöra praktiken effekter, som har visat sig habituerar över fem inledande försöken27. Efterföljande van prövningar bestod av 20 normal intensitet och 10 högt prövningar blandade slumpmässigt. Inter rättegång intervaller (10-15 s) var variabel. Analysen utfördes med hjälp av linjära blandade modeller på grund av flera bidragande faktorer som kan påverka bålen och steg postural svaren (t.ex. variabilityen av dragkraft mellan prövningar eller deltagare längd och vikt). Linjära blandade modeller analysen utfördes med hjälp av följande ekvation:

Equation 1

där Yij är deltagarens reaktionstid eller svar magnitud för rättegång jag, β0-5 är fast effekt koefficienterna, θ0j är slumpmässig effekt för deltagare j (random intercept) , Εij och är termen som fel.

Den instrumenterade dra testa framstående första-prov svaren och StartReact effekter till en bakåt störning. Under första-rättegången, steg reaktionstid var långsammare (första rättegång vs. efterföljande prövningar genomsnittlig skillnad: 36,9 ms, p = 0,009), och fördjupat storlek var större (första rättegång vs. efterföljande prövningar genomsnittlig skillnad: 60 mm, p = 0,002) (tabell 1 ). Trunk reaktionstid och svar magnitud oförändrade. StartReact effekter fanns endast i stammen till efterföljande van drar. Ett högt auditivt stimulus accelererade truncal reaktionstid (högt vs. normala stimuli genomsnittliga skillnaden: 10,2 ms, p = 0,002) och ökade truncal svar magnitud (högt vs. normala stimuli genomsnittliga skillnaden: 588 mm.s-2, p < 0,001) () Diagram 3 och tabell 2). Variabler som bidrar till pull test Svaren utforskades. Särskilt, examinator peak dragkraft befanns påverka storleken på stepping svaren (p < 0,001) och stammen reaktionstider (p < 0,001) (tabellerna 3 och 4). Deltagare vikt påverkas steg reaktionstider (p = 0,008) (tabell 3). Annars påverkade deltagare längd och vikt inte resultatet.

Figure 1
Figur 1 . Set up av instrumenterade pull test. Den instrumenterade dragtest tillåter en bedömare att tillämpa en axelhöjd bakåt störning med hjälp av ett rep och sele (a). Styrkan av störning är inspelade med en kraft gauge (b); truncal svaret via en sensor placerad vid den sternala notch (c); och stega genom sensorer på vänster och höger fotled fotknölen (d). Den motion tracking system omfattar en bearbetning enheten (e) som beräknar tredimensionella positioner av upp till fyra sensorer med avseende på en elektromagnetiska sändare (f). Auditiva stimuli levereras via hörlurar. Denna siffra har ändrats från23. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2 . Uppgifter som samlats in från ett representativt prov från det instrumenterade pull test Vertikala streckade linjer visar markörer på tidsaxeln (t). Uppkomsten av pull uppstår vid markör 0 med efterföljande uppkomsten av stammen förskjutning vid markör 1. Positiv truncal förskjutning anger bakåt rörelse. Den auditiva stimulansen börjar på nedflanken ljud avtryckaren, 21 ± 6 ms av maximal dragkraft. Uppkomsten av stammen retardation vid markör 2 inträffar vid återföring av topp stam hastighet. Det posturala svaret (dvs truncal reaktionstid) definieras som skillnaden mellan markörer 2 och 1. . Denna siffra har ändrats från23. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3 . StartReact effekter i truncal postural Svaren. Rådata representant enda prövningar är associerad med normala stimulans på 90 dB (normal), anges av grå linjer och högljudd auditiv stimulans vid 116 dB (hög), indikeras av de blå linjerna. Vertikala streckade linjer visar markörer på tidsaxeln. StartReact framgår av snabbare reaktionstider i stammen hastighet på högt auditivt stimulus, anges med blå streckad lodrät linje, jämfört med normal hörsel stimulans, visas med grå brutna vertikala linjen (A). Svar magnitud postural aktiviteten härleds från stammen acceleration. Horisontella streckade linjer visar markörer på stammen acceleration axeln. Största svar omfattningen visas i högt rättegången, som anges av den blå bruten horisontell linje som motsvarar den lägsta punkten av acceleration kurvan, jämfört med den normala prövningen, företrädd av den grå brutna vågräta linjen (B). Denna siffra har ändrats från23. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Steg reaktionstid Steg svar magnitud
Prov typ jämförelse Genomsnittlig Δ
(ms)		 95% KI p-värde Menar Δ (mm.s-2) 95% KI p-värde
Första vs Normal 36,9 4.7, 69,2 0,009 60 17, 103 0,002
Först vs. högt 46,1 13.1, 79,2 0,002 53 9, 97 0,005
Normal vs. högt 9,2 -3,1, 21,5 0.072 -7 -23, 9 0,315

Tabell 1. Innebära skillnader (Δ) mellan första pull test rättegången och efterföljande prövningar med 90 dB (normal) eller 116 dB (högt) auditiva stimuli för steg reaktionstid och svar magnitud. Den här tabellen har ändrats från23.

Trunk reaktionstid Trunk svar magnitud
Prov typ jämförelse Genomsnittlig Δ
(ms)		 95% KI p-värde Menar Δ (mm.s-2) 95% KI p-värde
Första vs Normal -6 -31,1, 19,0 0.692 162 -412, 737 0.497
Först vs. högt 4.2 -21.2, 29,6 0.692 -425 -1008, 158 0,12
Normal vs. högt 10.2 3.0, 17,5 0,002 -588 -750,-425 < 0,001

Tabell 2. Menar skillnader (Δ) mellan första pull test rättegången och efterföljande prövningar med 90 dB (normal) eller 116 dB (högt) auditiva stimuli för stammen reaktionstid och svar magnitud. Den här tabellen har ändrats från23.

Steg reaktionstid Steg svar magnitud
Prediktorn Uppskattning 95% KI p-värde Uppskattning 95% KI p-värde
Maximala kraft -0,12 -0,44, 0,19 0.436 1,02 0,55, 1,49 < 0,001
Gällande skattesats -0,01 -0,04, 0,02 0.575 0,01 -0,03, 0,06 0.528
Höjd -64.65 -283.98, 154.69 0.542 240.26 -797.51, 1278.03 0.629
Vikt 2,37 0,72, 4,03 0,008 -2.51 -10.56, 5,55 0.518

Tabell 3. Koefficienten uppskattningar, 95% konfidensintervall (CI) och statistisk signifikans av instrumenterade dra testa prediktorer som följd av linjära blandade modeller för kliva svaret. Den här tabellen har ändrats från23.

Trunk reaktionstid Trunk svar magnitud
Prediktorn Uppskattning 95% KI p-värde Uppskattning 95% KI p-värde
Maximala kraft 0,36 0,22, 0,51 < 0,001 0,98 -2.95, 4,91 0.623
Gällande skattesats -0,01 -0,03, 0,00 0.062 -0,12 -0.47, 0,22 0,486
Höjd 45,97 -31.16, 123.11 0.233 -708.94 -3362.70, 1944.82 0.587
Vikt -0,17 -0.75, 0,42 0.566 2,08 -18.04, 22,19 0.834

Tabell 4. Koefficienten uppskattningar, 95% konfidensintervall (CI) och statistisk signifikans av instrumenterade dra testa prediktorer som följd av linjära blandade modeller för truncal svar. Den här tabellen har ändrats från23.

Kompletterande kodning fil. Vänligen klicka här för att hämta den här filen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Här har vi visat protokollet för instrumentering av den kliniska dragtest, tar en metod som allmänt används i klinisk praxis och ger en objektiv mätning av postural Svaren förutom den viktiga aspekten av den pull-administrationen. Denna metod använder semi transportabel rörelse spårning, och erbjuder ett medel för mätning som är mer tillgängliga jämfört med konventionella laboratorium tekniker28. Med den här metoden kan forskare utforska kännetecken för postural Svaren till en top-down störning över populationer i varierande åldrar och förutsättningar.

Medan protokollet användes framgångsrikt, bör flera begränsningar noteras. Motion tracking identifierar netto rörelsen i stället för uppkomsten av muskel rekrytering, vanligen mätt med EMG29,30,31. Om så önskas, EMG (t.ex. mätt från musklerna inklusive tibialis anterior, soleus, hamstrings, quadriceps, rectus abdominis och ryggradens paraspinals) skulle kunna integreras i protokollet med relativ lätthet. Rörelsesensorer vi anställt förbinds av kablarna till basenheten. Dessa trådar är tillräckligt lång i laboratoriet att registrera pull test kinematik, ännu ett trådlöst system skulle vara mer praktiskt särskilt i en klinisk miljö. Ytterligare validitet och reliabilitet testning i kohorter av olika sjukdomstillstånd och svårighetsgraden krävs innan denna metod kan hitta trovärdighet som en standardiserad utvärdering för att bedöma postural Svaren gjorde upp till en klass 1 enligt UPDRS (postural instabilitet med utan hjälp balans återhämtning)5.

Den instrumenterade dragtest som ett bedömningsverktyg för Postural instabilitet

Elektromagnetiska motion tracking är relativt billigt och semi portable jämfört med andra lösningar som rapporten deplacement data21,32,33. Inspelning av förskjutning i millimeter enheter är avgörande för enkelheten i tekniken som det förnekar kravet för komplex signalbehandling, så data kan förstås intuitivt. Andra vanliga tekniker som accelerationsmätning inte kan enkelt konverteras till förskjutning utan användning av lämplig sensor-fusion tekniker för att ta bort flera förvirrar (gravitationella artefakt, drift över tid, kalibreringsfel)28, 34,35.

Kritiska steg var skönjas i detta protokoll för att säkerställa korrekt insamling av data. Ännu viktigare, definierat vi postural reaktionstid i den instrumenterade dragtest av uppkomsten av truncal förskjutning, i stället för uppkomsten av examinator-initierade dra. Detta var avgörande för att utesluta någon rörelse av sele och rep på tiden av dra som bidrar till den svar-svarstiden. I tidigare arbete inträffade maximala acceleration av postural reaktioner tidigare och med större amplituder i övre kroppen jämfört med korsbenet som svar på en truncal störning17. Dra av icke-standardiserade kraft var framkallade manuellt, likaså att den kliniska dragtest. Stepping definieras som foten rör sig förbi hållning foten i bakåt riktning, exklusive rörelse i någon annan riktning. Vi hittade peak kraft påverkas nämnvärt steg och stammen Svaren. Inspelning av kraft är därför absolut nödvändigt att metoden och resultat kan redovisa dragkraft med blandad effekt modeller. Beroende på belastning cell specifikationerna kan det krävas en förförstärkare och separat strömförsörjning. Använda kalibreringskurvan levereras av tillverkaren för att konvertera inspelade spänningen till pull kraft (Newton). Avtryckaren kan också användas till tid på hörsel eller visuella stimuli för ytterligare karakterisering av balans mekanismer.

När 35 prövningar utförs, tar instrumenterade pull test proceduren cirka 20 minuter att slutföra. Användare av detta protokoll måste du fastställa om tidsramar krävs för experimentet är lämpligt jämfört med deras vanliga metoder för att utvärdera postural instabilitet. Under uppgiften instrueras deltagarna att fokusera på bilden, eftersom uppmärksamhet är känt att dämpa med upprepad exponering för ett hot mot balans kontroll36. Uppmärksamhet till en postural aktivitet är associerade med ökad medveten övervakning av hållning och den motsvarande minskningen av amplituden av postural förskjutningar37. Under testning är säkerheten för deltagarna och faller risken för såväl patienten som assessor tvingande oroande. Ytterligare säkerhetsåtgärder inkluderar användning av en assistent för patienter med känd postural instabilitet och närhet till en vägg att skydda bedömaren faller tillsammans med deltagare9.

StartReact och Motor förberedelse

Den instrumenterade dragtest har visat förmåga att upptäcka små förändringar i svar latens på postural Svaren. I de representativa resultat, levererade vi auditiva stimuli samtidigt med störning att bedöma för acceleration i reaktionstid som sker med högt (116 dB) jämfört med mindre intensitet (90 dB) stimuli, känd som den StartReact effekt25 , 38. vi kunde upptäcka en genomsnittlig skillnad i truncal svar latens på cirka 10 ms med instrumenterade pull testprotokollet i en kohort av 33 deltagare23. Acceleration av sådan rörlighet ansats till den StartReact effekten uppkommer vanligen med en magnitud på mindre än 20 ms med hjälp av EMG15. Skillnader i kliva latens upptäcktes också i första rättegången svar, med större steg Svaren. Detta är förenligt med den största destabilisering i 'första rättegång effekter' använda rörliga plattformar39,40.

Denna metod som beskrivs i detta manuskript har visat den instrumenterade dragtest förmåga att tillhandahålla exakt kvantifiering av postural Svaren svar på testet normalt anställd kliniska drag. För närvarande är den instrumenterade dragtest avsedd som en alternativ metod att bedöma postural svaren i inställningen för forskning. Ytterligare arbete i reliabilitet och validitet krävs innan dess användning i kliniken. Antalet instrumenterade pull tester kan justeras på användarens gottfinnande beroende på statistiska beräkningar. För att öka deltagarens komfort under provande, särskilt med kvinnor, kunde en modifierad sele som fäster bakifrån anses i framtida versioner av den instrumenterade dragtest. Ytterligare forskning krävs att fullt utforska dessa svar i patientgrupper med balans avvikelser (upp till grad 1 postural instabilitet enligt UPDRS) för att undersöka effekter av terapi och klarlägga mekanismer bidrar till postural instabilitet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Inga intressekonflikter, ekonomiskt eller på annat sätt förklaras av författarna.

Acknowledgments

Vi tackar Angus Begg (Bionics Institutet) för hans hjälp i protokollet video. Vi erkänner Dr Sue Finch (statistiska Consulting Centre och Melbourne statistiska Consulting plattform, University of Melbourne) som gav statistiskt stöd. Detta arbete stöds av finansieringen genom National Health och medicinska forskningsrådet (1066565), den viktorianska Lions Foundation och The viktorianska regeringens operativa infrastrukturen Support Program.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Analog to Digital Convertor & Software CED Micro 1401-3 Any suitable digital acquisition system can be used
Load Cell Omegadyne LCM201-100N
MATLAB Software MathWorks Inc. NA Any data science platform can be used
Motion Sensor Ascension 6DOF, type-800
Motion Tracker Ascension  3D Guidance trakSTAR Mid-range transmitter
S&F Technical Harness and Belt Lowepro LP36282

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Shemmell, J. Interactions between stretch and startle reflexes produce task-appropriate rapid postural reactions. Frontiers in Integrative Neuroscience. 9, (2015).
  2. Kerr, G. K., et al. Predictors of future falls in Parkinson disease. Neurology. 75 (2), 116-124 (2010).
  3. Latt, M. D., Lord, S. R., Morris, J. G. L., Fung, V. S. C. Clinical and physiological assessments for elucidating falls risk in Parkinson's disease. Movement disorders: official journal of the Movement Disorder Society. 24 (9), 1280-1289 (2009).
  4. Foreman, K. B., Addison, O., Kim, H. S., Dibble, L. E. Testing balance and fall risk in persons with Parkinson disease, an argument for ecologically valid testing. Parkinsonism & Related Disorders. 17 (3), 166-171 (2011).
  5. Fahn, S. Recent Developments in Parkinson's Disease. , Macmillan Healthcare Information. Florham Park, NJ. 153-163 (1987).
  6. Hunt, A. L., Sethi, K. D. The pull test: a history. Movement disorders: official journal of the Movement Disorder Society. 21 (7), 894-899 (2006).
  7. Visser, M., et al. Clinical tests for the evaluation of postural instability in patients with parkinson's disease. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 84 (11), 1669-1674 (2003).
  8. Jacobs, J. V., Horak, F. B., Van Tran, K., Nutt, J. G. An alternative clinical postural stability test for patients with Parkinson's disease. Journal of Neurology. 253 (11), 1404-1413 (2006).
  9. Nonnekes, J., Goselink, R., Weerdesteyn, V., Bloem, B. R. The retropulsion test: a good evaluation of postural instability in Parkinson's disease? Journal of Parkinson's Disease. 5 (1), 43-47 (2015).
  10. Bloem, B. R., Beckley, D. J., van Hilten, B. J., Roos, R. A. C. Clinimetrics of postural instability in Parkinson's disease. Journal of Neurology. 245 (10), 669-673 (1998).
  11. Thevathasan, W., et al. Pedunculopontine nucleus deep brain stimulation in Parkinson's disease: A clinical review. Movement Disorders. 33 (1), 10-20 (2018).
  12. Visser, J. E., Carpenter, M. G., van der Kooij, H., Bloem, B. R. The clinical utility of posturography. Clinical Neurophysiology. 119 (11), 2424-2436 (2008).
  13. McVey, M. A., et al. Early biomechanical markers of postural instability in Parkinson's disease. Gait and Posture. 30 (4), 538-542 (2009).
  14. Mancini, M., et al. Trunk accelerometry reveals postural instability in untreated Parkinson's disease. Parkinsonism & Related Disorders. 17 (7), 557-562 (2011).
  15. Nonnekes, J., et al. Are postural responses to backward and forward perturbations processed by different neural circuits? Neuroscience. 245, 109-120 (2013).
  16. Horak, F. B., Dimitrova, D., Nutt, J. G. Direction-specific postural instability in subjects with Parkinson's disease. Experimental Neurology. 193 (2), 504-521 (2005).
  17. Colebatch, J. G., Govender, S., Dennis, D. L. Postural responses to anterior and posterior perturbations applied to the upper trunk of standing human subjects. Experimental Brain Research. 234, 367-376 (2016).
  18. Graus, S., Govender, S., Colebatch, J. G. A postural reflex evoked by brief axial accelerations. Experimental Brain Research. 228 (1), 73-85 (2013).
  19. Govender, S., Dennis, D. L., Colebatch, J. G. Axially evoked postural reflexes: influence of task. Experimental Brain Research. 233, 215-228 (2015).
  20. Smith, B. A., Carlson-Kuhta, P., Horak, F. B. Consistency in Administration and Response for the Backward Push and Release Test: A Clinical Assessment of Postural Responses: Consistency of Push and Release Test. Physiotherapy Research International. 21 (1), 36-46 (2016).
  21. Di Giulio, I., et al. Maintaining balance against force perturbations: impaired mechanisms unresponsive to levodopa in Parkinson's disease. Journal of Neurophysiology. , (2016).
  22. Nonnekes, J., de Kam, D., Geurts, A. C. H., Weerdesteyn, V., Bloem, B. R. Unraveling the mechanisms underlying postural instability in Parkinson's disease using dynamic posturography. Expert Review of Neurotherapeutics. 13 (12), 1303-1308 (2013).
  23. Tan, J. L., et al. Neurophysiological analysis of the clinical pull test. Journal of Neurophysiology. , (2018).
  24. McVey, M. A., et al. The effect of moderate Parkinson's disease on compensatory backwards stepping. Gait and Posture. 38 (4), 800-805 (2013).
  25. Valls-Sole, J., et al. Reaction time and acoustic startle in normal human subjects. Neuroscience Letters. 195 (2), 97-100 (1995).
  26. Carlsen, A. N., Maslovat, D., Lam, M. Y., Chua, R., Franks, I. M. Considerations for the use of a startling acoustic stimulus in studies of motor preparation in humans. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 35 (3), 366-376 (2011).
  27. Nanhoe-Mahabier, W., et al. First trial reactions and habituation rates over successive balance perturbations in Parkinson's disease. Neuroscience. 217, 123-129 (2012).
  28. Aminian, K., Najafi, B. Capturing human motion using body-fixed sensors: outdoor measurement and clinical applications. Computer animation and virtual worlds. 15 (2), 79-94 (2004).
  29. De Luca, C. J. The use of surface electromyography in biomechanics. Journal of Applied Biomechanics. 13 (2), 135-163 (1997).
  30. Horak, F. B., Nashner, L. M. Central programming of postural movements: adaptation to altered support-surface configurations. Journal of Neurophysiology. 55 (6), 1369-1381 (1986).
  31. Saito, H., Yamanaka, M., Kasahara, S., Fukushima, J. Relationship between improvements in motor performance and changes in anticipatory postural adjustments during whole-body reaching training. Human Movement Science. 37, 69-86 (2014).
  32. Kam, D. D., et al. Dopaminergic medication does not improve stepping responses following backward and forward balance perturbations in patients with Parkinson's disease. Journal of Neurology. 261 (12), 2330-2337 (2014).
  33. Peterson, D. S., Horak, F. B. The Effect of Levodopa on Improvements in Protective Stepping in People With Parkinson's Disease. Neurorehabilitation and Neural Repair. 30 (10), 931-940 (2016).
  34. Haubenberger, D., et al. Transducer-based evaluation of tremor. Movement Disorders. 31 (9), 1327-1336 (2016).
  35. Elble, R., et al. Task force report: scales for screening and evaluating tremor: critique and recommendations. Movement disorders: official journal of the Movement Disorder Society. 28 (13), 1793-1800 (2013).
  36. Adkin, A. L., Carpenter, M. G. New insights on emotional contributions to human postural control. Frontiers in Neurology. 9, 789 (2018).
  37. Huffman, J. L., Horslen, B., Carpenter, M., Adkin, A. L. Does increased postural threat lead to more conscious control of posture? Gait and Posture. 30 (4), 528-532 (2009).
  38. Valls-Sole, J., Rothwell, J. C., Goulart, F., Cossu, G., Munoz, E. Patterned ballistic movements triggered by a startle in healthy humans. The Journal of Physiology. 516 (Pt 3), 931-938 (1999).
  39. Campbell, A. D., Squair, J. W., Chua, R., Inglis, J. T., Carpenter, M. G. First trial and StartReact effects induced by balance perturbations to upright stance. Journal of Neurophysiology. 110 (9), 2236-2245 (2013).
  40. Oude Nijhuis, L. B., Allum, J. H. J., Valls-Solé, J., Overeem, S., Bloem, B. R. First trial postural reactions to unexpected balance disturbances: a comparison with the acoustic startle reaction. Journal of Neurophysiology. 104 (5), 2704-2712 (2010).

Tags

Denna månad i JoVE fråga 146 Postural reflex Postural instabilitet dra Test balans Postural kontroll StartReact

Erratum

Formal Correction: Erratum: An Instrumented Pull Test to Characterize Postural Responses
Posted by JoVE Editors on 04/30/2019. Citeable Link.

An erratum was issued for: An Instrumented Pull Test to Characterize Postural Responses.  Author affiliations were updated.

The affiliations for Joy Tan were updated from:

1. Department of Medical Bionics, The University of Melbourne 
2. Department of Neurology, The Royal Melbourne Hospital

to:

1. Department of Medical Bionics, The University of Melbourne 
2. Department of Neurology, The Royal Melbourne Hospital
4. The Bionics Institute

The affiliations for Thushara Perera were updated from:

1. Department of Medical Bionics, The University of Melbourne 
3. Department of Neurology, Austin Hospital

to:

1. Department of Medical Bionics, The University of Melbourne 
4. The Bionics Institute

En instrumenterade dragtest att karakterisera Postural Svaren
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Tan, J., Thevathasan, W., McGinley,… More

Tan, J., Thevathasan, W., McGinley, J., Brown, P., Perera, T. An Instrumented Pull Test to Characterize Postural Responses. J. Vis. Exp. (146), e59309, doi:10.3791/59309 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter