Login processing...

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

Behavior

En instrumenteret Pull-Test til at karakterisere Postural svar

doi: 10.3791/59309 Published: April 6, 2019

ERRATUM NOTICE

Summary

Værdiforringelse af postural reflekser, betegnes postural ustabilitet, er vanskeligt at kvantificere. Kliniske vurderinger såsom pull-test lider problemer med pålidelighed og skalering. Her præsenterer vi en instrumenteret version af pull-test at objektivt karakterisere postural svar.

Abstract

Værdiforringelse af postural reflekser, betegnes postural ustabilitet, er en fælles og invaliderende underskud i Parkinsons sygdom. For at vurdere postural reflekser, ansætte klinikere typisk pull-test til at grade korrigerende svar på en bagudrettet undertrykkelse af netbårne på skuldrene. Pull-test er imidlertid udsat for problemer med pålidelighed og skalering (score/4). Her præsenterer vi en instrumenteret version af pull-test til mere nøjagtigt kvantificere postural svar. Beslægtet med den kliniske test administreres trækker manuelt undtagen pull kraft er også indspillet. Forskydninger af stammen og fødder er fanget af en semi-transportabel bevægelse tracking system. Rå data repræsenterer tilbagelagte (i millimeter enheder), hvilket gør efterfølgende fortolkning og analyse intuitiv. Instrumenterede pull test registrerer også variabilitet påvirke pull test administration, såsom pull kraft, således at identificere og kvantificere potentielle tilintetgør der kan tages hensyn til ved hjælp af statistiske teknikker. Instrumenterede pull test kunne nyde overførelse i undersøgelser søger at fange tidlige abnormiteter i postural svar, spore postural ustabilitet over tid og opdager svar til terapi.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Postural reflekser handle for at opretholde balance og oprejst holdning som reaktion på perturbationer1. Nedskrivning af disse postural svar i lidelser som Parkinsons sygdom resulterer i postural ustabilitet, og almindeligvis fører til falder, reduceres omvandrende tillid og forringet livskvalitet2,3,4. I klinisk praksis, postural reflekser vurderes typisk med pull-test, hvor en censor rask trækker patienten baglæns på skuldrene og visuelt kvaliteter svar5,6,7, 8. postural ustabilitet er normalt scorede bruger den Unified Parkinsons sygdom Rating Scale (UPDRS) (0 - normal 4 - svær), som offentliggjort af den internationale bevægelse lidelse samfund5. Denne metode har været udbredt i vurderingen af personer med Parkinsons sygdom, men lider ringe pålidelighed og meget begrænset skalering (score/4)6,7,9. Pull prøveresultater ikke korrelerer ofte med vigtige kliniske endepunkter som falls og heltal-baserede rating mangler følsomhed for at opdage fine postural ændringer10,11.

Laboratorium-baseret objektive foranstaltninger giver nøjagtige oplysninger om karakteren af balance svar af kvantificere kinetic (fx center pres), kinematisk (f.eks. fælles goniometry/lemmer forskydning) og neurofysiologiske (f.eks, muskel rekruttering) slutpunkter12. Disse metoder kan identificere abnormiteter, før postural ustabilitet er klinisk indlysende og registrere ændringer over tid, herunder svar til behandling13,14.

Værktøjer til kvantificering af Postural ustabilitet

Konventionelle teknikker af dynamiske posturography ansætte almindeligt bevægelige platforme. Resulterende postural svar er kvantificeret ved hjælp af en kombination af posturography, Elektromyografi (EMG) og accelerometry12,15,16. Men bottom up svar af platform perturbationer - som fremkalde en reaktion som glider på en våd gulvet, er fundamentalt forskellige fra top-down postural svar af kliniske træk test - som kan opstå, når at blive bumper i en menneskemængde. Nye beviser tyder på truncus perturbationer udbyttepotentiale forskellige postural egenskaber til dem af bevægelige platforme17,18,19. Derfor har andre forsøgte truncus perturbationer i laboratoriet ved hjælp af komplekse teknikker herunder motorer, remskiver og penduler15,20,21,22. Målemetoder er ofte dyre og utilgængelige og bestå af video-baserede motion capture, der kræver dedikeret plads i specialiserede laboratorier20,21. Ideelt, en objektiv metode til at karakterisere pull test svar bør have gode Psykometriske egenskaber, være nem at administrere, enkel at betjene, bredt tilgængelige, og bærbare. Det er vigtigt at fremme udbredt anvendelse af teknikken som en alternativ vurdering redskab til at vurdere postural svar inden for forskning og potentielt, kliniske indstillinger.

Instrumenterede Pull-Test

Formålet med denne protokol er at tilbyde forskerne en teknik til objektiv vurdering af postural svar til pull-test. En semi-bærbare og bredt tilgængelige elektromagnetisk motion capture system underbygger teknikken. Den undertrykkelse af netbårne involverer manuelle trækker, som ikke kræver specialiseret mekaniske systemer. Denne metode har tilstrækkelig følsomhed til at opdage små forskelle i postural reaktionstider og svar amplituder; Derfor, det er egnet til at opfange potentielle abnormiteter rangerede fra normal op til grade 1 postural ustabilitet ifølge UPDRS (postural ustabilitet med ikke-støttede balance nyttiggørelse)5. Denne metode kan også udnyttes til at undersøge virkningerne af terapi på postural ustabilitet. Protokollen beskrevet her er afledt af der i Tan et al.23.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Alle beskrevne metoder blev gennemgået og godkendt af de lokale menneskelige videnskabsetisk komité på Melbourne sundhed. Blev indhentet informeret samtykke fra deltageren inden undersøgelsen.

1. udstyr setup

  1. Forberede den elektromagnetiske bevægelse bane med 3 miniature bevægelsessensorer som pr fabrikantens retningslinjer. Før dataindsamlingen, sikre hver sensor er udtaget på et minimum 250 Hz, deplacement er målt i millimeter enheder og rotationer (pitch, roll og yaw) er i grader. Sikre, at alle interne filterings er deaktiveret, og placeringen af sensorerne indstillet til at henvise til en statisk oprindelse (normalt elektromagnetisk senderen).
  2. Anbringe en vejecelle (minimum spænding vifte 100 N, S-type anbefales) til patient seletøjet på skulder-plan ved hjælp af et reb med en mindste diameter på 10 mm.
    Bemærk: Bæresystem og reb er egnet til brug i deltagere på op til 120 kg.
  3. Tilslut vejecelle til data erhvervelse enhed (a/d Converter).
  4. Tilslut udløseren output fra data erhvervelse enhed i en udløser input af motion tracker at sikre synkroniseret optagelse. Angive data erhvervelse enhed samplingfrekvens til at matche bevægelse tracker og deaktivere alle filtrering.
  5. Foretage eksperiment i et stille rum at minimere distraktioner under vurderingen. Tillad plads til deltagerne til at tage flere korrigerende foranstaltninger for at genvinde balance.
    Bemærk: Patienter med Parkinsons sygdom og retropulsion er kendt for at tage 5-6 skridt baglæns under pull-test.
  6. Sted falder måtten på gulvet som en forebyggende foranstaltning.
  7. Ren sele, sensorer og ledninger med et hospital grade desinfektionsmiddel tørre før testning hver deltager.
    Bemærk: Video recording (fx bruge en bærbar kamera på et stativ) af instrumenterede pull test procedure anbefales således at eventuelle uregelmæssigheder under databehandling kan refereres til mod video data fra en retssag.

2. deltager udvælgelse og forberedelse

  1. Identificere relevante deltagere til undersøgelsen: deltagerne kan omfatte en række aldre, sygdomssymptomer og sværhedsgraden hvor postural svar er af interesse og balance vurdering typisk beskæftiger den kliniske træk test. Sikre, at deltagerne kan stå selvstændigt og generere en korrigerende balance svar ikke kræver bistand til at inddrive (dvs. op til Grade 1 postural ustabilitet ifølge UPDRS).
  2. Udelukke personer med hjerte-kar-, vestibulære, vision og bevægeapparatet betingelser (herunder personer der kræver fod orthotics eller benskinner), der kan forringe balance ydeevne, medmindre dette er genstand for undersøgelse, dem på kontakt forholdsregler, og dem på medicin kendt for at påvirke balance eller opmærksomhed (f.eks. antidepressiva, neuroleptika, benzodiazepiner, antiepileptika, antiarrhythmics og diuretika).
  3. Har deltageren bære komfortabel løsthængende tøj på dag i eksperimentet og fjerne sko før pull testprocedure.
  4. Hjælpe deltageren at sætte på det tilpassede trunk seletøj med vejecelle. Klik på spænder rundt om brystet og taljen. Sikre justering stropper på selen er stram, men behagelige. Tillad ikke mere end 50 mm af slæk i selen, når du trækker på rebet. Deltagere med kendte postural ustabilitet, sikre at assistent er til stede når selen anvendes mens deltageren stående.
  5. Vedhæfte bevægelsessensorer ved hjælp af medicinsk tape til brystbenet notch (på niveau med den anden og tredje thorax ryghvirvel), og på fødderne på højre og venstre ankel malleol.
    Bemærk: Anvend sensorerne på deltagere med kendte postural ustabilitet i mødet. Alle kabler skal føres omhyggeligt for at undgå tur farer.
  6. Spørge deltageren at stå nøgne fødder, i en behagelig holdning (ud fra deltagerens foretrukne base af support) langs lodrette og vandrette linje mærkninger på gulvet. Bemærk deltagerens fødder holdning. Spørge deltageren til også note deres egne fødder position for at vende tilbage til den samme stilling efter hvert træk. Overvåge deltagerens fødder placering efter hver prøveversion og bede vedkommende om at vende tilbage til den oprindelige fødder position hvis nogen afvigelser er observeret.
  7. Instruere deltager fokusere på illustrationen 1,5 m fremad i øjenhøjde med hænder ved deres side at minimere distraktioner mellem trækker.

3. instrumenterede pull afprøvningsprocedure

  1. Udføre instrumenterede pull-test i overensstemmelse med retningslinjerne kliniske træk test beskrevet af UPDRS5.
  2. Forklare afprøvningsproceduren, og lad deltageren ved at træde er tilladt at genvinde balance efter den baglæns træk. Afskrække foregribende svar som forward trunk fleksion, stiv i kropsholdning eller knæ fleksion før pull. Bemærk disse svar, hvis de forekommer under eksperimentet.
  3. Før hver pull, sikre, at deltageren er opmærksomme ved at bede vedkommende om at fokusere på et billede hængende på væggen. Sikre deltageren står oprejst, med øjne åbne, hænder ved deres side, og fødderne placeret på de udpegede markører i en komfortabel stilling.
  4. Står bag deltageren. Anvende en livlig pull af tilstrækkelig kraft til at generere en trunk og trin svar via rebet og indlæse celle afholdt vinkelret til skulderhøjde for deltageren.
  5. Efter hvert træk sikre deltageren vender tilbage til de oprindelige fødder positionering. Nulstille holdning til udpegede markører på gulvet og Gentag 35 gange.
    Bemærk: Antallet af forsøg kan differentieres efter de eksperimentelle design og klinisk befolkning.
  6. Give deltagerne et kort hvil på 2 min. efter hver 10 forsøg eller som kræves for at mindske virkningerne af træthed og sikre opmærksomhed er fokuseret på opgaven. Deltagerne kan vælge at sidde eller stå. Anmodning at deltagerne undlade at tale i mellem trækker medmindre anmoder om en pause eller udtrykke ubehag under proceduren.
  7. Som en ekstra sikkerhedsforanstaltning, sikre at assessor og assistent står med ryggen tæt på en væg samtidigt med at tillade plads nok til deltageren til at tage flere skridt bagud.
    Bemærk: Evaluatoren skal altid være parat til at fange patienten. Assistent er påkrævet til sikkerhed, når deltagerne med kendte postural ustabilitet er vurderet.
  8. Frigøre sensorer og hjælpe deltageren ud af selen efter afslutningen af instrumenterede pull testprocedure.

4. signalbehandling

Bemærk: Brug en passende dataplatform videnskab som MATLAB, R eller Python. Kommandoer vises her til MATLAB og eksempelkode er tilgængelig som Supplerende fil.

  1. Importere data registreret under trin 3.4 i en egnet data videnskab platform: csvread().
  2. Juster den bevægelse tracker og belastning celledata ved hjælp af trigger signaler og resample til en højere samplingfrekvens: 1 kHz resample() funktion hvis det kræves.
  3. High-pass filter alle motion tracking og belastning celledata med en 0.05 Hz grænsefrekvens fjerne base-line drift: butter() og filtfilt().
  4. Dobbelt differentiere trunk motion tracking forskydning data at opnå trunk hastighed og acceleration: diff().
  5. Bruger enten trigger signal eller en peak-afsløring algoritme anvendes til belastning celledata, Skive optagelser at opnå epoker af hver individuelle træk test retssag: findpeaks() funktion.
  6. Afsløre og afvise forsøg med foregribende truncus bevægelse. En forward trunk forskydning umiddelbart før pull administration normalt præsenterer som et højdepunkt i mindst tre standardafvigelser over baseline middelværdien af stammen sensor: std() og mean().
  7. Bestemme postural reaktionstid som forskellen mellem fremkomsten af trunk deplacement (3 standardafvigelser over baseline middelværdi) efter pull og vendepunkt af trunk hastighed kurven (der angiver begyndelsen af trunk deceleration): skelne, diff(), og brug nul crossing detector, zcd().
  8. Bestemme omfanget af de posturale svar som peak deceleration af stammen: min() eller max().
  9. Beregne trin reaktionstid som forskellen mellem fremkomsten af truncus deplacement (ifølge 4.7) til den første bevægelse af stepping lemmer: 3 standardafvigelser over baseline middelværdien.
  10. Bestemme trin svar størrelsesorden ved at beregne den samlede fordrivelse af foden i millimeter (mm), fra indledende mund lift-off kontakte af stepping lemmer arrestere tilbage retropulsion. Udelad trin mindre end 50 mm, som ændringen i bunden af støtte betragtes som ubetydelige24: min() eller max().
  11. Beregne peak pull styrke og kraft udviklingshastigheden fra cellen belastning: max() for pull; Max() og diff() for sats af kraft.
    Bemærk: Peak pull kraft angiver den øjeblikkelige maksimale kraft leveret, mens den gældende sats er hældningen på kraft versus tid kurve der angiver, hvor hurtigt kraften blev genereret.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Instrumenterede pull-test (figur 1) blev brugt til at undersøge trunk og trin svar i en ung, sund kohorte23. Tredive-fem forsøg blev præsenteret seriefremstillede, med en auditiv stimulus leveres sammen med hver pull (figur 2). Den auditive stimulus var enten 90 dB (normal) eller 116 dB (højt). Den højt stimulus er blevet påvist som tilstrækkelig til at udløse StartReact virkninger, hvor forberedte svar er løsladt af en overraskende auditive stimulus25. StartReact virkninger kan bruges som en sonde til at udforske underliggende motor forberedelse26mekanismer. Den første-retssag blev holdt for at analysere unhabituated svar, og fire efterfølgende forsøg kasseret for at muliggøre praksis effekter, som har vist sig at habituate over fem indledende forsøg27. Efterfølgende vænnes forsøg omfattede 20 normal intensitet og 10 højt forsøg blandede tilfældigt. Inter retssag intervaller (10-15 s) var variabel. Analysen blev foretaget ved hjælp af lineære blandede modeller på grund af flere faktorer der kan påvirke trunk og trin postural svar (fx variation af pull kraft mellem forsøg eller deltager højde og vægt). Lineære blandede modeller analyse blev foretaget ved hjælp af følgende ligning:

Equation 1

hvor Yij er deltagerens reaktionstid eller svar størrelsesorden til retssag, jeg, β0-5 er de faste effekt koefficienter, θ0j er den tilfældige effekt for deltager Jørgensen (random intercept) , Εij og er begrebet, fejl.

Instrumenterede pull teste fornem første-retssag svar og StartReact effekter til en tilbagestående undertrykkelse af netbårne. Under første-retssagen, trin reaktionstid blev langsommere (første-retssag vs efterfølgende forsøg betyde forskellen: 36,9 ms, p = 0,009), og at træde størrelse var større (første-retssag vs efterfølgende forsøg betyde forskellen: 60 mm, p = 0,002) (tabel 1 ). Trunk reaktionstid og svar størrelsesorden forblev uændret. StartReact virkninger var kun til stede i bagagerummet til efterfølgende vænnes trækker. Et højt auditive stimulus accelereret truncus reaktionstid (højt vs normale stimuli gennemsnitlige forskel: 10.2 ms, p = 0,002) og øget truncus svar størrelsesorden (højt vs normale stimuli gennemsnitlige forskel: 588 mm.s-2, p < 0,001) () Figur 3 og tabel 2). Variabler bidrager til pull test svar blev udforsket. Navnlig, undersøgeren peak pull kraft konstateredes for at påvirke størrelsen af stepping svar (p < 0,001) og trunk reaktionstider (p < 0,001) (tabel 3 og 4). Deltager vægt påvirket trin reaktionstider (p = 0,008) (tabel 3). Ellers deltager højde og vægt ikke påvirke resultaterne.

Figure 1
Figur 1 . Oprettet af instrumenterede pull test. Instrumenterede pull test giver mulighed for en vurderingsmand til at anvende en skulder-plan bagud undertrykkelse af netbårne ved hjælp af et reb og udnytte (a). Kraft af den undertrykkelse af netbårne registreres ved hjælp af en kraft gauge (b); truncus svar via en sensor placeret ved brystbenet notch (c); og træde via sensorer på venstre og højre ankel malleol (d). Motion tracking system omfatter en behandling enhed (e) , som beregner tredimensionale positioner af op til fire sensorer med hensyn til en elektromagnetisk sender (f). Auditive stimuli er leveret via hovedtelefoner. Dette tal er blevet ændret fra23. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2 . Data indsamlet fra en retssag fra instrumenterede pull test. repræsentant Lodret brudte linjer angiver markører på tidsaksen (t). Udbrud af pull opstår ved pæl 0 med efterfølgende debut af trunk deplacement på markør 1. Positive truncus forskydning angiver baglæns bevægelse. Den auditive stimulus begynder ved faldende kanten af lyd triggeren, 21 ± 6 ms peak pull magtanvendelse. Udbrud af trunk deceleration ved pæl 2 opstår på tilbageførsel af peak trunk hastighed. De posturale svar (dvs. truncus reaktionstid) er defineret som forskellen mellem markører 2 og 1. . Dette tal er blevet ændret fra23. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3 . StartReact effekter i truncus postural svar. Rå data repræsentative enkelt forsøg er forbundet med den normale stimulus på 90 dB (normal), fremgår af de grå linier og høj auditive stimulus på 116 dB (høj), angivet af de blå linjer. Lodret brudte linjer angiver markører på tidsaksen. StartReact fremgår af hurtigere reaktionstid i trunk hastighed til høj auditive stimulus, angivet med den blå brudt lodret linje, sammenlignet med den normale auditive stimulus, angivet med grå brudt lodret linje (A). Svar størrelsesorden postural opgaven er afledt af trunk acceleration. Vandrette brudte linjer angiver markører på stammen acceleration akse. Den største reaktion størrelsesorden er vist i højt retssagen, som angivet af den blå brudt vandrette linje, der repræsenterer den mindste punkt i acceleration kurve, i forhold til den normale rettergang, repræsenteret ved den grå brudte vandrette linje (B). Dette tal er blevet ændret fra23. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Trin reaktionstid Trin svar størrelsesorden
Retssag Type sammenligning Betyde Δ
(ms)
95% CI p-værdi Betyde Δ (mm.s-2) 95% CI p-værdi
Første vs Normal 36,9 4.7, 69,2 0,009 60 17, 103 0,002
Første vs. høj 46.1 13.1, 79.2 0,002 53 9, 97 0,005
Normal vs. høj 9.2 -3.1, 21,5 0.072 -7 -23, 9 0.315

Tabel 1. Betyde forskelle (Δ) mellem de første træk test retssag og efterfølgende forsøg med 90 dB (normal) eller 116 dB (høj) auditive stimuli for trin reaktionstid og svar størrelsesorden. Denne tabel er ændret fra23.

Trunk reaktionstid Trunk svar størrelsesorden
Retssag Type sammenligning Betyde Δ
(ms)
95% CI p-værdi Betyde Δ (mm.s-2) 95% CI p-værdi
Første vs Normal -6 -31.1, 19,0 0.692 162 -412, 737 0.497
Første vs. høj 4.2 -21.2, 29,6 0.692 -425 -1008, 158 0,12
Normal vs. høj 10.2 3.0, 17,5 0,002 -588 -750,-425 < 0,001

Tabel 2. Betyde forskelle (Δ) mellem de første træk test retssag og efterfølgende forsøg med 90 dB (normal) eller 116 dB (høj) auditive stimuli for stammen reaktionstid og svar størrelsesorden. Denne tabel er ændret fra23.

Trin reaktionstid Trin svar størrelsesorden
Prædiktor Skøn 95% CI p-værdi Skøn 95% CI p-værdi
Peak Force -0.12 -0.44, 0,19 0.436 1,02 0,55, 1.49 < 0,001
Gældende sats -0.01 -0.04, 0,02 0.575 0,01 -0.03, 0,06 0.528
Højde -64.65 -283.98, 154.69 0.542 240.26 -797.51, 1278.03 0.629
Vægt 2.37 0.72, 4.03 0,008 -2.51 -10.56, 5,55 0.518

Tabel 3. Koefficient estimater, 95% sikkerhedsgrænser (CI) og statistiske signifikans af instrumenterede pull teste prædiktorer som følge af lineære blandede modeller for trin svar. Denne tabel er ændret fra23.

Trunk reaktionstid Trunk svar størrelsesorden
Prædiktor Skøn 95% CI p-værdi Skøn 95% CI p-værdi
Peak Force 0,36 0,22, 0,51 < 0,001 0,98 -2.95, 4,91 0.623
Gældende sats -0.01 -0.03, 0,00 0.062 -0.12 -0.47, 0,22 0.486
Højde 45.97 -31.16, 123.11 0.233 -708.94 -3362.70, 1944.82 0.587
Vægt -0.17 -0.75, 0.42 0.566 2,08 -18.04, 22,19 0.834

Tabel 4. Koefficient estimater, 95% sikkerhedsgrænser (CI) og statistiske signifikans af instrumenterede pull teste prædiktorer som følge af lineære blandede modeller til truncus svar. Denne tabel er ændret fra23.

Supplerende kodning fil. Venligst klik her for at downloade denne fil.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Her har vi vist protokol Instrumentation af kliniske pull-test, tager en metode almindeligt anvendt i klinisk praksis og giver en objektiv måling af postural svar ud over det vigtige aspekt af pull administration. Ved hjælp af semi-bærbare bevægelsessporing, giver denne metode et middel til måling, der er mere tilgængelig i forhold til konventionelle laboratorium teknikker28. Brug denne metode, kan forskere udforske Karakteristik af postural svar til en top-down undertrykkelse af netbårne på tværs af befolkningsgrupper i forskellige aldre og betingelser.

Mens protokollen blev brugt med succes, skal flere begrænsninger bemærkes. Bevægelsessporing registrerer netto bevægelse snarere end udbrud af muskel rekruttering, almindeligvis målt ved EMG29,30,31. Hvis det ønskes, EMG (f.eks. målt fra muskler herunder tibialis anterior, soleus, hamstrings, quadriceps, rectus abdominis og lumbal paraspinals) kunne integreres i protokollen med relativ lethed. Bevægelsessensorer vi ansat er forbundet med ledninger til basisenheden. Disse ledninger er af tilstrækkelig længde i laboratoriet for at optage pull test kinematik, endnu et trådløst system ville være mere praktisk især i kliniske omgivelser. Yderligere validitet og pålidelighed test i kohorter af forskellige sygdomstilstande og sværhedsgraden er påkrævet, før denne metode kan finde troværdighed som en standardiseret Vurderingsværktøjet at vurdere postural svar scorede indtil en lønklasse 1 Ifølge UPDRS (postural ustabilitet med ikke-støttede balance nyttiggørelse)5.

Instrumenterede Pull-Test som et værktøj til vurdering for Postural ustabilitet

Elektromagnetisk bevægelsessporing er relativt billig og semi-bærbare i forhold til andre løsninger, som betænkningen forskydning data21,32,33. Optagelse af forskydning i millimeter enheder er afgørende for enkelheden af teknikken som det ophæver kravet om, at kompleks signalbehandling, så dataene kan være intuitivt forstået. Andre almindeligt anvendte teknikker såsom accelerometry nemt ikke kan konverteres til forskydning, uden brug af passende sensor-fusion teknikker til at fjerne flere tilintetgør (gravitationel artefakt, drift over tid, kalibrering fejl)28, 34,35.

Kritiske trin var skimtes i denne protokol at sikre nøjagtig indsamling af data. Vigtigere, defineret vi postural reaktionstid i instrumenterede pull-test ved starten af truncus forskydning i stedet for udbrud af eksaminator-initierede pull. Dette var afgørende for at udelukke enhver bevægelse af selen og reb på tidspunktet for de træk, der bidrager til svar latenstid. I tidligere arbejde opstod den maksimale acceleration af postural svar tidligere og med større amplituder i overkroppen i forhold til korsbenet som svar på en truncus undertrykkelse af netbårne17. Træk af ikke-standardiseret kraft var fremkaldte manuelt, ligeledes til den kliniske træk test. Stepping er defineret som foden bevæger sig forbi holdning mund i retningen bagud, undtagen bevægelse i alle andre retninger. Vi fandt peak force påvirket væsentligt skridt og trunk svar. Optagelse af force er derfor afgørende, at metoden og resultater kan gøre rede for pull kraft ved hjælp af blandet effekt modeller. Afhængigt af load cell specifikationer kan en forforstærker og separat strømforsyning være påkrævet. Bruge kalibreringskurven leveres af producenten til at konvertere de registrerede spænding til pull kraft (Newton). Udløseren kan også anvendes til tid for levering af auditive eller visuelle stimuli for yderligere karakterisering af balancen mekanismer.

Når 35 forsøg udføres, tager instrumenterede pull testprocedure cirka 20 minutter at fuldføre. Brugere af denne protokol skal afgøre, om tidsrammer kræves for eksperimentet er passende i forhold til deres sædvanlige metoder til vurdering af postural ustabilitet. I løbet af opgaven, er deltagerne instrueres i at fokusere på billedet, som opmærksomhed er kendt for at dæmpe med gentagen udsættelse for en trussel mod balance kontrol36. Opmærksomhed til en postural opgave er forbundet med øget bevidst overvågning af kropsholdning, og det tilsvarende fald i amplitude af postural forskydninger37. Under testen, sikkerheden for deltagerne og potentiel falls risiko for både bedømmer og patient er af afgørende betydning. Yderligere sikkerhedsforanstaltninger omfatter anvendelse af en assistent til patienter med kendt postural ustabilitet og nærhed til en mur at beskytte assessor falder sammen med de deltagende9.

StartReact og Motor forberedelse

Instrumenterede pull test har vist evne til at detektere små ændringer i reaktion latenstid af postural svar. I de repræsentative resultater, vi leverede auditive stimuli samtidige med den undertrykkelse af netbårne at vurdere for acceleration i reaktionstid, der opstår med højt (116 dB) sammenlignet med mindre intensitet (90 dB) stimuli, kendt som StartReact effekt25 , 38. vi var i stand til at opdage en gennemsnitlige forskel i truncus svar ventetid på ca 10 ms med instrumenterede pull testprotokol i en kohorte af 33 deltagere23. Acceleration af sådanne bevægelse indtræder til StartReact effekten opstår typisk med en størrelsesorden af mindre end 20 ms bruger EMG15. Forskelle i stepping latency blev også fundet i første retssag svar, med større trin svar. Dette er i overensstemmelse med den større destabilisering fundet i 'første-retssag effekter' ved hjælp af bevægelige platforme39,40.

Denne metode beskrevet i dette manuskript har demonstreret instrumenterede pull test evne til at give præcis kvantificering af postural svar i svar på typisk ansat klinisk pull-test. På nuværende tidspunkt er instrumenterede pull prøven beregnet som en alternativ metode til at vurdere postural svar i indstillingen forskning. Yderligere arbejde i pålidelighed og gyldighed er nødvendig før dens brug i klinikken. Antallet af instrumenterede pull test forsøg kan justeres på brugerens skøn afhængig af statistisk power beregninger. For at øge deltagerens komfort under prøvning, navnlig med kvinder, bør det overvejes en modificeret sele, som fæstner bagfra i en fremtidig version af instrumenterede pull-test. Yderligere forskning er nødvendig for fuldt ud at udforske disse svar i patientpopulationer med balance abnormiteter (op til grade 1 postural ustabilitet ifølge UPDRS) for at undersøge virkningerne af terapi og belyse mekanismer bidrager til postural ustabilitet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Ingen interessekonflikter, økonomisk eller på anden måde, er erklæret af forfatterne.

Acknowledgments

Vi takker Angus Begg (Bionics Institute) for hans hjælp i video-protokollen. Vi anerkender Dr. Sue Finch (statistiske Consulting Centre og Melbourne statistiske Consulting Platform, University of Melbourne) der statistisk støtte. Dette arbejde blev støttet af finansiering gennem National Health og Medical Research Council (1066565), den victorianske løver Foundation og The Victorian regeringens operationelle infrastruktur 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).

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 instrumenteret Pull-Test til at karakterisere Postural svar
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).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