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 instrumenterte Pull-Test for å karakterisere Postural svar

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 postural reflekser, kalt postural ustabilitet, er vanskelig å kvantifisere. Klinisk vurderinger som trekker testen lide problemer med pålitelighet og skalering. Her presenterer vi en instrumenterte versjon av trekk testen å objektivt karakterisere postural svar.

Abstract

Nedskrivning av postural reflekser, kalt postural ustabilitet, er en felles og deaktivere underskudd i Parkinsons sykdom. For å vurdere postural reflekser, benytter klinikere vanligvis trekk testen klasse korrigerende tiltak til en bakover forstyrrelsene på skuldrene. Trekk testen er imidlertid utsatt for problemer med pålitelighet og skalering (score/4). Her presenterer vi en instrumenterte versjon av trekketest mer presist kvantifisere postural svar. Som klinisk test administreres manuelt trekker bortsett fra belastning også er registrert. Forskyvninger av bagasjerommet og føtter er fanget av en semi transportabel forslag sporingssystem. Rådata representerer distanse (i millimeter enheter), gjør etterfølgende tolkning og analyse intuitivt. Instrumenterte trekk testen oppdager også variabilities påvirker trekk test administrasjon, som trekker, dermed identifisere og kvantifisere potensielle forundrer som kan forklares av statistiske teknikker. Instrumenterte trekk testen kan ha programmet i studier å fange tidlig unormalt i postural svar, spore postural ustabilitet over tid og oppdage Svar å terapi.

Introduction

Postural reflekser handle for å opprettholde balanse og oppreist holdning i respons på forstyrrelser1. Nedskrivning av disse postural svar i lidelser som Parkinsons sykdom resulterer i postural ustabilitet, og ofte fører til faller, redusert gangavstand tillit og redusert livskvalitet2,3,4. I klinisk praksis, postural reflekser er vanligvis vurdert med pull test hvor en sensor briskly trekker pasienten bakover på skuldrene og visuelt karakterer svaret5,6,7, 8. postural ustabilitet er vanligvis scoret bruker Unified Parkinson's Disease Rating Scale (UPDRS) (0 - normal til 4 - alvorlig), som utgitt av International Movement Disorder Society5. Denne metoden har vært brukt mye i vurderingen av personer med Parkinsons sykdom men lider dårlig pålitelighet og svært begrenset skalering (score/4)6,7,9. Trekk testresultater ikke samsvarer ofte med viktig klinisk endepunkt som faller og heltall-basert vurdering mangler følsomhet for å finne fine postural endringer10,11.

Laboratorie-baserte objektive mål gir presis informasjon om balanse respons av kvantifisere kinetic (f.eks sentrum press), Kinematisk (f.eks felles goniometry/lem forskyvning) og nevrofysiologiske (f.eks muskel rekruttering) endepunktene12. Disse metodene kan identifisere avvik før postural ustabilitet er klinisk tydelig og spore endringer over tid, inkludert tiltak behandling13,14.

Verktøy for å kvantifisere Postural ustabilitet

Konvensjonelle teknikker for dynamisk posturography ansette ofte bevegelige plattformene. Resulterende postural svar er kvantifisert ved hjelp av en kombinasjon av posturography og Elektromyografi (EMG) accelerometry12,15,16. Men er opp svarene på plattformen forstyrrelser - som fremkaller et svar som glir på en våt gulv, fundamentalt forskjellig fra topp-ned postural svarene på den kliniske pull-testen - som kan oppstå når blir bumped i en folkemengde. Nye bevis antyder truncal forstyrrelser gir forskjellige postural karakteristikkene til de bevegelige plattformene17,18,19. Følgelig har andre forsøkt truncal forstyrrelser i laboratoriet ved hjelp kompliserte teknikker inkludert motorer, trinser og pendulums15,20,21,22. Metoder for måling er ofte dyre og utilgjengelig, og består av video-baserte motion capture-teknologi som krever dedikert plass i spesialiserte laboratorier20,21. Ideelt sett bør en mål metoden å karakterisere trekk test tiltak har gode psykometriske egenskaper, være lett å administrere, enkel å betjene, allment tilgjengelig og bærbare. Dette er viktig å lette utbredt bruk av teknikken som et alternative vurderingen for å vurdere postural svar innen forskning og potensielt, klinisk innstillinger.

Den instrumenterte Pull-testen

Målet med denne protokollen er å tilby forskere en teknikk for objektiv vurdering av postural Svar å trekke testen. En semi bærbare og allment tilgjengelig elektromagnetisk motion capture system underbygger teknikken. Forstyrrelsene innebærer manuell trekker som ikke krever spesialiserte mekaniske systemer. Denne metoden har tilstrekkelig sensitivitet til å oppdage små forskjeller i postural reaksjonstid og svar amplituder; Derfor er det egnet til fange potensielle unormalt vurdert fra normal til klasse 1 postural ustabilitet ifølge UPDRS (postural ustabilitet med unassisted balance utvinning)5. Denne metoden kan benyttes for å undersøke effekten av terapi på postural ustabilitet. Protokollen beskrevet her er avledet fra det i Tan et al.23.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle metodene beskrevet blir gjennomgått og godkjent av den lokale menneskelige forskning etiske komiteen ved Melbourne helse. Informert samtykke ble innhentet fra deltakeren før studien.

1. utstyr oppsett

  1. Klargjør elektromagnetisk bevegelse sporing med 3 miniatyr bevegelsessensorer som produsentens retningslinjer. Før datainnsamlingen, sikre du hver sensor samples ved et minimum 250 Hz, forskyvning er målt i millimeter enheter og rotasjoner (pitch, roll og yaw) er i grader. Kontroller at alle interne filterings er deaktivert, og plasseringen av sensorene angitt til å referere en statisk opprinnelse (vanligvis elektromagnetisk senderen).
  2. Fest en belastning celle (minimum spenning et 100 N, S-type anbefales) til pasienten selen på skulder-nivå med et tau med minimum 10 mm diameter.
    Merk: Utnytt systemet og tau er egnet for bruk i deltakere på opptil 120 kg.
  3. Koble Last cellen til oppkjøpet dataenheten (A/D omformer).
  4. Koble utløseren utgang fra data oppkjøpet enheten til en utløser inngang i bevegelse sporing slik synkronisert opptak. Angi oppkjøpet dataenheten samplingsfrekvens å matche bevegelse sporing og deaktivere alle filtrering.
  5. Gjennomføre eksperimentet i et stille rom å minimere distraksjoner under vurdering. Lar nok plass for deltakere å ta flere korrigerende trinn for å gjenvinne balansen.
    Merk: Pasienter med Parkinson's sykdom og retropulsion er kjent for å ta 5-6 skritt bakover under trekke testen.
  6. Sted faller mat på gulvet som et sikkerhetstiltak.
  7. Rengjør sele, sensorer, og ledninger med et sykehus klasse desinfeksjonsmiddel tørke før testing hver deltaker.
    Merk: Video-opptak (f.eks bruker et bærbart kamera på et stativ) av instrumenterte trekk testen fremgangsmåten anbefales slik at eventuelle uregelmessigheter under databehandling kan refereres mot video dataene i en rettssak.

2. deltakerne utvalg og forberedelse

  1. Identifisere nødvendige deltakere for undersøkelsen: deltakere kan omfatte en rekke aldre, sykdom forhold og alvorlighetsgrad der postural svar er av interesse og balanse vurdering vanligvis sysselsetter klinisk trekk testen. Kontroller at deltakerne kan stå uavhengig og generere en korrigerende balanse respons ikke krever hjelp gjenopprette (dvs. opp Grade 1 postural ustabilitet ifølge UPDRS).
  2. Ekskludere noen personer med hjerte, vestibular, visjon og muskel forhold (inkludert personer krever foten orthotics eller splinter), som kan forringe balanse ytelse med mindre dette er gjenstand for undersøkelsen, de på kontakt forholdsregler, og de medisiner kjent for å påvirke balanse eller oppmerksomhet (f.eks antidepressiva, neuroleptika, benzodiazepiner, antiepileptics, antiarrhythmics og diuretika).
  3. Har deltakeren komfortable løse klær ved eksperimentet og fjerne skoene før trekke testprosedyren.
  4. Hjelpe deltakeren i påkledning tilpasset bagasjerommet med Last cellen. Klikk spennene rundt brystet og midje. Kontroller justeringen stropper på selen er stramt, men komfortabelt. Ikke la mer enn 50 mm slakk i selen når på tauet. Deltakerne med kjente postural ustabilitet, kontroller at assistent finnes når selen brukes mens deltakeren står.
  5. Knytte bevegelsesdetektorer ved hjelp av medisinsk bånd til sternal hakket (på nivået av andre og tredje thorax vertebra), og på føttene på den høyre og venstre ankel malleolus.
    Merk: Gjelde sensorene deltakerne med kjente postural ustabilitet i sittende. Alle kablene må føres nøye for å unngå farer tur..
  6. Ber du deltakeren om å stå bare føtter, i en komfortabel holdning (ifølge deltakerens foretrukne base for støtte) langs vertikal og horisontal linje merking på gulvet. Merk deltakerens fot posisjon. Be deltakerne også note egen posisjon for å gå tilbake til samme posisjon etter hvert trekk. Overvåke deltakerens føtter plassering etter hver prøveversjon og be deltakerne å gå tilbake til den opprinnelige fot posisjonen hvis alle avvik er observert.
  7. Instruere deltakeren å fokusere på kunstverk 1,5 m i øyehøyde med hendene ved sin side å minimere distraksjoner mellom trekker.

3. instrumenterte pull-testprosedyren

  1. Utfør den instrumenterte trekk i henhold til kliniske trekk test veiledning beskrevet av UPDRS5.
  2. Forklare testprosedyren, og la deltakerne vite at stepping tillates å gjenvinne balansen etter den bakover trekk. Motvirke foregripe svar som frem bagasjerommet refleksjoner, stiffening i holdning eller kneet strekking før trekk. Merk disse svar om de oppstår under eksperimentet.
  3. Før hvert trekk, sikre deltakeren er oppmerksomme ved å spørre deltakeren å fokusere på et bilde som henger på veggen. Sikre deltakeren står oppreist, med øyne åpne, hendene ved sin side, og føttene plassert på den angitte markører i en behagelig holdning.
  4. Står bak deltakeren. Bruke en rask trekk av tilstrekkelig styrke til å generere et stammen og trinn svar via tau og laste celle holdt vinkelrett til skulder nivået av deltakeren.
  5. Etter hvert trekk sikre tilbake deltakeren til opprinnelige føttene posisjonering. Tilbakestiller plasseringen til utpekte markører på gulvet og gjenta 35 ganger.
    Merk: Forsøk kan varieres i henhold til eksperimentell design og kliniske befolkningen.
  6. La deltakerne en kort pause i 2 minutter etter hver 10 forsøk eller som kreves for å redusere virkningene av tretthet og sikre oppmerksomhet er fokusert på oppgaven. Deltakerne kan velge å sitte eller stå. Be om at deltakerne ikke snakker mellom trekker mindre ber om en pause eller uttrykke ubehag under prosedyren.
  7. Som en ekstra sikkerhetsforanstaltning, sikre at assessor og assistent står med ryggen nær veggen mens du lar nok plass for deltakeren å ta flere skritt bakover.
    Merk: Assessor må alltid være forberedt på å fange pasienten. Assistent kreves for sikkerhet når deltakerne med kjente postural ustabilitet vurderes.
  8. Koble sensorer og hjelpe deltakeren av selen etter testprosedyren instrumenterte trekk.

4. signalbehandling

Merk: Bruk en egnet dataplattform vitenskap som MATLAB, R eller Python. Kommandoene som vises her er for MATLAB og eksempelkode er tilgjengelig som Supplerende fil.

  1. Importere data under trinn 3.4 i en egnet data vitenskap plattform: csvread().
  2. Justere bevegelse tracker og Last celledataene bruke utløser signaler og gjøre til en høyere samplingsfrekvens: 1 kHz resample() funksjonen hvis nødvendig.
  3. Høypass-filtrere alle bevegelse sporing og laste celledata med 0,05 Hz cut-off frekvens fjerne grunnlinjen drift: butter() og filtfilt().
  4. Dobbel skille bagasjerommet bevegelse forskyvning sporingsdata bagasjerommet hastighet og akselerasjon: diff().
  5. Bruker utløser signalet eller en topp-algoritme brukes celledataene belastning, stykke opptakene å få epoker av hver individuelle trekk teste prøve: findpeaks() funksjon.
  6. Oppdage og avvise forsøk med foregripe truncal bevegelsen. En frem bagasjerommet forskyvning umiddelbart før trekke administrasjonen presenterer vanligvis som en topp minst tre standardavvik over grunnlinjen gjennomsnittet av bagasjerommet sensoren: std() og mean().
  7. Bestemme postural reaksjonstid som differansen mellom utbruddet av bagasjerommet forskyvning (3 standardavvik ovenfor planlagte betyr) følgende trekk og vendepunktet i bagasjerommet hastighet kurven (som angir begynnelsen av bagasjerommet retardasjon): skille, diff() og bruk null krysset detektor, zcd().
  8. Bestemme omfanget av postural svaret som topp retardasjon av stammen: min() eller størst().
  9. Beregne reaksjonstid trinn som differansen mellom utbruddet av truncal forskyvning (i 4.7) til den første bevegelsen av stepping lem: 3 standard avvik over grunnlinjen gjennomsnittet.
  10. Bestemme trinn svar omfanget ved å beregne den totale forskyvningen av foten i millimeter (mm), fra første foten lift-off kontakte av stepping lem arrestere bakover retropulsion. Ekskluder trinn mindre enn 50 mm, som endringen i grunnlaget for støtte anses ubetydelig24: min() eller størst().
  11. Beregne peak pull kraft og hastighet på styrkeutvikling belastning cellen: størst() for trekk; størst() og diff() for satsen av makt.
    Merk: Topp pull kraft indikerer øyeblikkelig maksimal kraft levert, mens makt er skråningen av force versus tid kurve som angir hvor raskt styrken ble generert.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Instrumenterte trekk testen (figur 1) ble brukt til å undersøke stammen og trinn svar i en ung, rask kohort23. Trettifem forsøk ble presentert serielt, med en auditory stimulans levert samtidig med hvert trekk (figur 2). Auditory stimulans var enten 90 dB (normal) eller 116 dB (høyt). Høyt stimulans har vist som tilstrekkelig å utløse StartReact effekter, der ferdig svar er løslatt tidlig av en oppsiktsvekkende auditiv stimulans25. StartReact effekter kan brukes som en sonde for å utforske mekanismene bak motor forberedelse26. Første-rettssaken ble holdt for å analysere unhabituated svar og fire påfølgende forsøk forkastet for å tillate praksis effekter, som har vist seg å venne fem første forsøk27. Etterfølgende habituated forsøk består 20 normal intensitet og 10 høyt forsøk blandede tilfeldig. Inter prøve intervaller (10-15 s) var variabel. Analyse var utført med lineær blandede modeller på grunn av flere medvirkende faktorer som kan påvirke stammen og trinn postural svar (f.eks variasjon av pull kraft mellom forsøk eller deltaker høyde og vekt). Lineær blandede modeller analyse ble gjennomført ved hjelp av følgende ligning:

Equation 1

der Yij er deltakerens reaksjonstid eller svar omfanget for prøve jeg, β0-5 er fast effekt koeffisientene, θ0j er tilfeldig effekt for deltaker j (tilfeldig skjæringspunkt) , Εij og feil begrepet.

Den instrumenterte trekk test unike første-prøve svar og StartReact effekter til en bakover forstyrrelsene. Under første-rettssaken, trinn reaksjonstid var tregere (første-prøve kontra etterfølgende forsøk bety forskjellen: 36.9 ms, p = 0,009), og stepping størrelse var større (første-prøve kontra etterfølgende forsøk bety forskjellen: 60 mm, p = 0,002) (tabell 1 ). Bagasjerommet reaksjonstid og svar omfanget forble uendret. StartReact effekter var kun tilstede i bagasjerommet til etterfølgende habituated trekker. En høyt auditiv stimulans akselerert truncal reaksjonstid (høyt g. normal stimuli bety forskjellen: 10.2 ms, p = 0,002) og økt truncal svar omfanget (høyt g. normal stimuli bety forskjellen: 588 mm.s-2, p < 0,001) () Figur 3 og tabell 2). Variabler bidra til trekk test tiltak ble utforsket. Spesielt sensor høyeste belastning ble funnet for å påvirke størrelsen på stepping svar (p < 0,001) og bagasjerommet reaksjonstid (p < 0,001) (3 og 4). Deltaker vekt påvirket trinn reaksjonstid (p = 0.008) (tabell 3). Ellers påvirke deltaker høyde og vekt ikke resultatene.

Figure 1
Figur 1 . Oppsett av instrumenterte trekk test Instrumenterte trekk testen kan en konsulent til å bruke en skulder-nivå bakover forstyrrelsene med et tau og utnytte (a). Kraft av forstyrrelsene registreres med en kraft måleren (b); truncal svar via en sensor plassert på sternal hakk (c); og stepping via sensorer på venstre og høyre ankel malleolus (d). Bevegelse sporingssystem omfatter en behandling enhet (e) som beregner tredimensjonale posisjoner av opptil fire sensorer med hensyn til en elektromagnetisk senderen (f). Auditory stimuli er levert via hodetelefoner. Dette tallet har blitt endret fra23. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2 . Data samlet inn fra en representant prøve fra instrumenterte pull-test Loddrett stiplete linjene viser markører på Tidsaksen (t). Utbruddet av trekk oppstår på markør 0 med påfølgende utbruddet av bagasjerommet forskyvning på markør 1. Positiv truncal forskyvning angir bakover bevegelse. Auditory stimulans begynner ved faller innenfor 21 ± 6 ms av topp belastning for lyd. Utbruddet av bagasjerommet retardasjon på markør 2 oppstår på reversering av topp bagasjerommet hastighet. Postural svaret (dvs. truncal reaksjonstid) er definert som forskjellen mellom markører 2 og 1. . Dette tallet er endret fra23. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3 . StartReact effekter i truncal postural svar. Rådataene representativt for enkelt studier knyttet til normal stimulans på 90 dB (normal), angitt med grå linjer og høyt auditiv stimulans på 116 dB (høyt), angitt av de blå linjene. Loddrett stiplete linjene viser markører på Tidsaksen. StartReact er demonstrert av raskere reaksjonstid i bagasjerommet hastigheten høyt auditiv stimulans, angitt av den blå brutt vertikal linjen, sammenlignet med normal auditiv stimulans, angitt med grå brutt loddrett linje (A). Svar omfanget postural aktiviteten er avledet fra bagasjerommet akselerasjon. Vannrett brutte linjer viser markører på stammen akselerasjon aksen. Største respons omfanget vises høyt rettssaken, som angitt av den blå brutt vannrett linje som representerer minimum poenget med akselerasjon kurven, sammenlignet med den normale rettssaken, representert ved den grå brutte horisontale linjen (B). Dette tallet er endret fra23. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Trinn reaksjonstid Trinn svar omfanget
Prøve Type sammenligning Mener Δ
(ms)		 95% CI p-verdien Mener Δ (mm.s-2) 95% CI p-verdien
Første g. Normal 36,9 4.7, 69,2 0,009 60 17, 103 0,002
Første vs høyt 46,1 13.1, 79.2 0,002 53 9, 97 0.005
Normal vs høyt 9.2 -3.1, 21,5 0.072 -7 -23, 9 0.315

Tabell 1. Mener forskjeller (Δ) mellom første trekk test prøve og påfølgende forsøk med 90 dB (normal) eller 116 dB (høy) auditiv stimuli for trinn reaksjon og svar omfanget. Denne tabellen er endret fra23.

Bagasjerommet reaksjonstid Bagasjerommet svar omfanget
Prøve Type sammenligning Mener Δ
(ms)		 95% CI p-verdien Mener Δ (mm.s-2) 95% CI p-verdien
Første g. Normal -6 -31.1, 19,0 0.692 162 -412, 737 0.497
Første vs høyt 4.2 -21.2, 29.6 0.692 -425 -1008, 158 0,12
Normal vs høyt 10.2 3.0, 17,5 0,002 -588 -750,-425 < 0,001

Tabell 2. Mener forskjeller (Δ) mellom første trekk test prøve og påfølgende forsøk med 90 dB (normal) eller 116 dB (høy) auditiv stimuli for bagasjerommet reaksjonstid og svar omfanget. Denne tabellen er endret fra23.

Trinn reaksjonstid Trinn svar omfanget
Prediktor Anslag 95% CI p-verdien Anslag 95% CI p-verdien
Topp Force -0.12 -0.44, 0,19 0.436 1.02 0,55, 1,49 < 0,001
Force hastighet -0.01 -0.04, 0,02 0.575 0,01 -0.03, 0,06 0.528
Høyde -64.65 -283.98, 154.69 0.542 240.26 -797.51, 1278.03 0.629
Vekt 2.37 0.72, 4.03 0.008 -2.51 -10.56, 5.55 0.518

Tabell 3. Koeffisient anslag, 95% konfidensintervall (CI) og statistisk betydning av instrumenterte trekk teste prediktorer skyldes lineær blandede modeller for trinn respons. Denne tabellen er endret fra23.

Bagasjerommet reaksjonstid Bagasjerommet svar omfanget
Prediktor Anslag 95% CI p-verdien Anslag 95% CI p-verdien
Topp Force 0,36 0.22, 0,51 < 0,001 0,98 -2.95, 4.91 0.623
Force hastighet -0.01 -0.03, 0,00 0.062 -0.12 -0.47, 0.22 0.486
Høyde 45.97 -31.16, 123.11 0.233 -708.94 -3362.70, 1944.82 0.587
Vekt -0.17 -0.75, 0.42 0.566 2.08 -18.04, 22.19 0.834

Tabell 4. Koeffisient anslag, 95% konfidensintervall (CI) og statistisk betydning av instrumenterte trekk teste prediktorer skyldes lineær blandede modeller for truncal respons. Denne tabellen er endret fra23.

Supplerende koding fil. Klikk her for å laste ned denne filen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Her har vi vist protokollen for instrumentering av klinisk trekk testen, tar en metode mye brukt i klinisk praksis og gir en objektiv måling av postural svar i tillegg til det viktige aspektet av trekk administrasjonen. Denne metoden bruker semi bærbare bevegelse å spore, og tilbyr av mål som er mer tilgjengelig sammenlignet med konvensjonelle laboratorium teknikker28. Bruker denne metoden, kan forskere utforske kjennetegner postural svar til en topp-ned forstyrrelsene på tvers av ulike aldre og vilkår.

Mens protokollen ble brukt med hell, bemerkes flere begrensninger. Bevegelse å spore oppdager netto bevegelse i stedet for utbruddet av muskel rekruttering, vanligvis målt ved EMG29,30,31. Hvis ønskelig, EMG (f.eks målt fra musklene inkludert tibialis fremre, soleus, hamstrings, quadriceps, rectus abdominis og lumbar paraspinals) kunne integreres i protokollen med relativ letthet. Bevegelsesdetektorer vi ansatt er forbundet med ledninger baseenheten. Disse trådene er tilstrekkelig lange i laboratoriet for å registrere trekk test kinematikk, men et trådløst system ville være mer praktisk i en klinisk setting. Videre holdbarhet og pålitelighet teste i kohorter av ulike sykdom stater og alvorlighetsgrad kreves før denne metoden finner troverdighet som en standardisert Vurderingsverktøyet å vurdere postural svar scoret til en klasse 1 etter UPDRS (postural ustabilitet med unassisted balance utvinning)5.

Instrumenterte trekk testen som en vurdering verktøy for Postural ustabilitet

Elektromagnetisk bevegelse sporing er relativt billig og delvis flyttbare sammenlignet med andre løsninger som rapporten forskyvning data21,32,33. Opptak av forskyvning i millimeter enheter er avgjørende enkelhet teknikken som det negerer behovet for komplisert signalbehandling, slik at data kan bli intuitivt forstått. Andre vanlige teknikker som accelerometry ikke kan være lett konverteres til forskyvning uten bruk av tilstrekkelig sensor-fusion teknikker for å fjerne flere forundrer (gravitasjons gjenstand, drift over tid, Kalibreringsfeil)28, 34,35.

Avgjørende skritt ble oppdaget i denne protokollen for å sikre nøyaktig innsamling av data. Viktigere, definert vi postural reaksjonstid i instrumenterte trekketest av utbruddet av truncal fortrengning, i stedet for utbruddet av sensor startet trekk. Dette var viktig å utelukke enhver bevegelse av sele og tau ved trekk som bidrar til det svar ventetiden. I tidligere arbeid oppstått topp akselerasjon av postural svar tidligere, og med større amplituder i overkroppen sammenlignet sacrum svar på en truncal forstyrrelsene17. Trekk av ikke standardiserte makt var vakte manuelt, tilsvarende klinisk trekk test. Stepping er definert som foten flytte forbi holdning foten i bakover retning, unntatt bevegelse i alle andre retninger. Vi fant topp kraft i betydelig grad påvirket trinn og bagasjerommet svar. Opptak av kraft er derfor viktig å metodikk og resultatene kan utgjør belastning ved å bruke blandet effekt modeller. Avhengig av belastningen celle spesifikasjonene kan en pre forsterker og separat strømforsyning være nødvendig. Bruk kalibreringskurven leveres av produsenten for å konvertere innspilte spenningen til pull kraft (Newton). Utløseren kan også brukes til tiden på auditiv eller visuell stimuli for ytterligere karakteristikk av balanse mekanismer.

Når 35 forsøk utføres, tar testprosedyren instrumenterte trekk omtrent 20 minutter å fullføre. Brukere i denne protokollen må avgjøre om tidsrammer kreves for eksperimentet er riktig i forhold til deres vanlige metoder for å vurdere postural ustabilitet. Under oppgaven, er deltakerne pålagt å fokusere på bildet, som oppmerksomhet er kjent for å attenuere med gjentatt eksponering for en trussel mot balanse kontroll36. Oppmerksomhet til en postural aktivitet er assosiert med økt bevisst overvåking av holdning og en tilsvarende senkning i amplituden til postural forskyvninger37. Under testing er sikkerheten til deltakerne og faller risikoen både assessor og pasient av viktig bekymring. Flere sikkerhetstiltak inkluderer bruk av assistent for pasienter med kjente postural ustabilitet og nærhet til en vegg å beskytte assessor faller sammen med deltaker9.

StartReact og Motor forberedelse

Den instrumenterte trekk har demonstrert evne til å oppdage små endringer i respons ventetid postural svar. I representant resultatene vi levert auditiv stimuli samtidig med forstyrrelsene å vurdere for akselerasjon i reaksjonstid som oppstår med høyt (116 dB) sammenlignet med mindre intensitet (90 dB) stimuli, kjent som StartReact effekt25 , 38. vi var i stand til å oppdage en gjennomsnittlig forskjell i truncal svar ventetid på ca 10 ms med testprotokollen instrumenterte trekk i en kohort av 33 deltakerne23. Akselerasjon av slike bevegelse onsets StartReact effekt oppstår vanligvis med en styrke på mindre enn 20 ms bruker EMG15. Forskjeller i stepping ventetid ble også funnet i første prøve svar, med større trinn svar. Dette stemmer overens med større destabilisering i 'første-prøve effekter' bruker bevegelige plattformer39,40.

Denne metoden beskrevet i dette manuskriptet har vist evnen til instrumenterte trekk testen å gi presise kvantifisering av postural svar svar vanligvis ansatt klinisk trekk test. I dag er er instrumenterte trekk testen ment som en alternativ metode å vurdere postural svar i innstillingen forskning. Videre arbeid i pålitelighet og holdbarhet er nødvendig før bruk i klinikken. Instrumenterte trekk test forsøk kan justeres på brukerens skjønn avhengig statistisk styrke beregninger. For å øke deltakerens komfort under testing, spesielt med kvinner, kan en modifisert sele som fester bakfra betraktes i en fremtidig versjon av instrumenterte trekk testen. Videre forskning er nødvendig for å fullt ut utforske disse svarene i pasientgrupper med balanse unormalt (opp til klasse 1 postural ustabilitet ifølge UPDRS) for å undersøke virkningene av terapi og belyse mekanismer bidra til postural ustabilitet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Ingen interessekonflikter, økonomisk eller på annen måte er erklært av forfatterne.

Acknowledgments

Vi takker Angus Begg (Bionics Institute) for sin hjelp i video-protokollen. Vi erkjenner Dr. Sue Finch (statistisk rådgivning sentrum og Melbourne statistiske Consulting plattform, University of Melbourne) som gitt statistiske støtte. Dette arbeidet ble støttet av finansiering gjennom National Health og Medical Research Council (1066565), viktorianske Lions grunnlaget og den viktorianske regjeringen operative infrastruktur støtteprogrammet.

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

Denne måneden i JoVE problemet 146 Postural refleks Postural ustabilitet Postural kontroll trekke Test balanse 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 instrumenterte Pull-Test for å karakterisere Postural svar
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