Summary
Utilizando un dispositivo isocinético robótico con mediciones de electromiografía (EMG), este protocolo ilustra que el movimiento isocinético en sí puede mejorar la fiabilidad inter-rater para el ángulo de medición de captura en pacientes con accidente cerebrovascular con espasticidad flexor de codo leve.
Abstract
La medición de la espasticidad es importante en la planificación del tratamiento y la determinación de la eficacia después del tratamiento. Sin embargo, se ha demostrado que la herramienta actual utilizada en entornos clínicos es limitada en la fiabilidad entre tarifas. Un factor en esta pobre fiabilidad entre tasadores es la variabilidad del movimiento pasivo mientras se mide el ángulo de medición de la captura (AoC). Por lo tanto, se ha propuesto un dispositivo isocinético para estandarizar el movimiento manual de la articulación; sin embargo, los beneficios del movimiento isocinético para las mediciones de AoC no se han probado de manera estandarizada. Este protocolo investiga si el movimiento isocinético en sí puede mejorar la fiabilidad del intertasador para las mediciones de AoC. Para ello, se desarrolló un dispositivo isocinético robótico que se combina con la electromiografía superficial (EMG). Dos condiciones, movimientos manuales e isocinéticos, se comparan con el método estandarizado para medir el ángulo y la sensación subjetiva de captura. Se ha demostrado que en pacientes con accidente cerebrovascular con espasticidad leve del flexor de codo, el movimiento isocinético mejoró el coeficiente de correlación intraclase (ICC) para la fiabilidad entre clasificadores de las mediciones de AoC a 0,890 [intervalo de confianza del 95% (IC): 0,685–0,961] por la EMG y 0,931 (IC del 95%: 0,791–0,978) según los criterios de par, desde 0,788 (IC del 95%: 0,493–0,920) por movimiento manual. En conclusión, el movimiento isocinético en sí mismo puede mejorar la fiabilidad entre el tasador de las mediciones de AoC en pacientes con accidente cerebrovascular con espasticidad leve. Dado que este sistema puede proporcionar mayores mediciones de ángulo estandarizado y captura de sensibilidad, puede ser una buena opción para la evaluación de la espasticidad en un entorno clínico.
Introduction
La espasticidad después del accidente cerebrovascular es común y se ha demostrado que induce complicaciones, incluyendo dolor y contracturas, lo que resulta en una menor calidad de vida1,2,3. La medición de la espasticidad es importante para planificar adecuadamente el curso del tratamiento y determinar la eficacia del tratamiento. Las herramientas de uso común en el entorno clínico son la escala Ashworth modificada (MAS)4, que es un sistema de medición nominal para la resistencia al movimiento pasivo, y la escala Tardieu modificada (MTS), que mide el ángulo de captura (AoC), que representa el característica dependiente de la velocidad de la espasticidad5. Sin embargo, se ha demostrado que estas herramientas de medición tienen una fiabilidad intertasadora limitada6,7, que requiere el mismo tasador para realizar estas pruebas para mantener una fiabilidad satisfactoria8.
Se han demostrado tres factores que inducen variabilidad en AoC durante la medición del MTS, incluidos (1) errores de mediciones de ángulo por una goniometría; 2) la variabilidad del perfil de movimiento conjunto movido manualmente entre los tasadores; y (3) variabilidad en la detección de la captura entre los tasadores9. En este protocolo se presenta un novedoso dispositivo robótico isocinético con sensores de par. Este dispositivo se aplica a pacientes con accidente cerebrovascular con espasticidad flexor de codo leve utilizando mediciones de electromiografía superficial (EMG)10. Se hipotetizó que la estandarización del movimiento de la articulación del codo mejorará la fiabilidad entre el tasador para las mediciones de AoC provocadas por el reflejo de estiramiento del flexor de codo. Para demostrar esto, la fiabilidad de AoC medida por EMG de superficie se calculó y comparó entre la extensión de codo rápido manual y pasivo isocinético, utilizando este dispositivo robótico desarrollado y EMG. La Figura 1 muestra una visión general de todo el procedimiento experimental. En detalle, la etapa de medición del MTS fue realizada por dos tasadores, y el orden de los experimentos (manual frente al movimiento isocinético) y el orden de los raters se determinaron aleatoriamente, lo que requirió unos 50 minutos para cada sujeto (Figura1).
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Protocol
1. Configuración experimental
- Reclutamiento de pacientes
NOTA: Todos los procedimientos fueron revisados y aprobados por la Junta de Revisión Institucional del Hospital Bundang de la Universidad Nacional de Seúl. Estos sujetos eran pacientes hospitalizados o pacientes ambulatorios con diagnósticos de accidentes cerebrovasculares de cuatro hospitales de rehabilitación de la región.- Realizar el proceso de cribado utilizando los siguientes criterios de inclusión: (1) hemiparesia en las extremidades superiores debido a un accidente cerebrovascular; 2) mayores de 20 años; (3) espasticidad leve de la articulación del codo de MAS 1-2; (4) ninguna enfermedad previa que afecte a la función del brazo hemiparetico, excepto el accidente cerebrovascular; (5) libre de inestabilidad hemodinámica; (6) ninguna contractura severa del codo; (7) posibilidad de que el hombro sea secuestrado 90o y el antebrazo esté en posición neutra sin ningún dolor articular; y (8) capacidad cognitiva, del lenguaje, visuospatial o de atención normal para seguir procedimientos experimentales.
NOTA: Los criterios están diseñados para examinar a los pacientes que pueden participar en el experimento y regular los factores que afectan a los resultados. - Reclutar temas que se les proporcione una explicación detallada de todo el estudio y los problemas clínicos esperados. El consentimiento debe obtenerse antes de su inclusión.
- La demografía y las características de referencia de los sujetos contratados se muestran en el Cuadro1.
- Realizar el proceso de cribado utilizando los siguientes criterios de inclusión: (1) hemiparesia en las extremidades superiores debido a un accidente cerebrovascular; 2) mayores de 20 años; (3) espasticidad leve de la articulación del codo de MAS 1-2; (4) ninguna enfermedad previa que afecte a la función del brazo hemiparetico, excepto el accidente cerebrovascular; (5) libre de inestabilidad hemodinámica; (6) ninguna contractura severa del codo; (7) posibilidad de que el hombro sea secuestrado 90o y el antebrazo esté en posición neutra sin ningún dolor articular; y (8) capacidad cognitiva, del lenguaje, visuospatial o de atención normal para seguir procedimientos experimentales.
- Sistema experimental
NOTA: Un dispositivo robótico personalizado se utiliza para producir movimiento estandarizado y medir los datos cuantitativos simultáneamente. El sistema robótico consta de una pieza robótica, un sistema de control y unidades de medida. La configuración general se muestra enFigura 2.- Parte robótica
- Para la parte robótica, utilice un robot plano de un grado de libertad que consta de un motor y un antebrazo manipulandum, con otros tres componentes para ajustar la altura del robot e instalar el dispositivo en varios escritorios. La composición general se muestra en la Figura 2A.
- Para el manipulandum del antebrazo, utilice una articulación de codo conectada al motor, un deslizador lineal con un bloque de fijación para ajustar la longitud total y dos unidades de manguito para fijar el antebrazo y la mano (como se muestra en la Figura3). La articulación del codo tiene una placa giratoria y un cojinete de empuje para evitar rozaduras durante el experimento, y las unidades del manguito fueron curvadas similares a las de un antebrazo humano y se hicieron con una impresora 3D. La unidad de asa está diseñada para acomodar a las personas zurdas y a la derecha, por lo que está disponible para cualquier sujeto.
- Utilice un motor con una relación de marchas baja de 51:1, que debe tener características manejables hacia atrás y la capacidad de producir una velocidad nominal de 315o/s y un par continuo de 42,33 Nm.
- Utilice una unidad de toma de laboratorio que esté conectada a la parte inferior del motor para ajustar la altura de la unidad de motor. La altura del robot será capaz de ajustarse a la altura sentada de varios sujetos.
- Coloque un brazo de fijación para montar el dispositivo en el escritorio de la parte frontal del robot. El brazo de fijación se móvile hacia arriba y hacia abajo a través de un eje lineal y tiene abrazaderas para fijar al escritorio.
- Coloque ruedas con tapón en la parte inferior del robot, haciendo que el robot se movie y a tierra durante el experimento.
- Sistema de control
- Utilice un ordenador personal (PC), un procesador en tiempo real y un controlador de motor para el sistema de control central. El diagrama detallado de bloques de arquitectura de control se muestra en la Figura4.
- Utilice una interfaz gráfica de usuario (GUI) para controlar el modo de experimento (medida ROM máxima, MTS isocinético y modos de medición MTS manuales) y almacenar datos de movimiento del robot. Contiene un panel de control y un panel de supervisión (Figura5). Los detalles sobre la configuración GUI se incluyen en el apéndice.
- Implemente el algoritmo de control del robot usando un procesador en tiempo real. El algoritmo de control consta de tres bucles de control. El primer bucle es un bucle de entrada/salida de datos que se ejecuta a 1 MHz desde el módulo FPGA del sbRIO. El segundo es un bucle de control de movimiento robot que se ejecuta a 1 kHz desde el nivel VI en tiempo real. El último es un bucle de comunicación de datos que se ejecuta a 250 Hz. Este bucle transmite datos del robot (tiempo, ángulo, par y señal de disparo para la coincidencia con los datos EMG).
NOTA: El procesador en tiempo real tiene dos módulos de comunicación: NI-9237 y NI-9853. El NI-9237 es un dispositivo de entrada analógica para recibir datos del sensor de par, y el NI-9853 es un módulo de comunicación CAN para comunicarse con el conductor del motor.
- Unidades de medida
- Monte un sensor de par entre el manipulador y el motor para medir la fuerza de reacción. Los datos de par se transfieren al procesador en tiempo real a través de NI-9237. El NI-9237 tiene su propia banda de paso, banda de parada y filtro de ancho de banda libre de alias. Los datos filtrados entran en el módulo FPGA y se procesan de nuevo a 100 Hz con un filtro de paso bajo para eliminar ruidos.
- Mida el ángulo de unión mediante un codificador (HEDL 9140, Maxon, Suiza) conectado al motor. Los datos angulares se transfieren al procesador en tiempo real a través del controlador del motor.
- Mida la actividad muscular con un dispositivo EMG de superficie de ocho canales. Los datos de EMG se recopilaron a una velocidad de muestreo de 1024 Hz, y se procesaron inicialmente con un filtro de paso de banda (20-450 Hz) y un filtro de muesca (60 Hz). Los datos EMG medidos se transfieren directamente al PC.
- Parte robótica
2. Configuración experimental
NOTA: Dos tasadores deben participar en este experimento. En nuestro caso, el primer tasador fue un fisiatra con más de 6 años de experiencia en rehabilitación, y el segundo tasador fue un terapeuta ocupacional con más de 3 años de experiencia en rehabilitación de accidentes cerebrovasculares.
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Ajuste de la postura inicial
- Coloque al paciente en una silla con la espalda en una postura recta.
- Asegure ambos lados del hombro y el abdomen con cinturones de seguridad para mantener la posición del hombro estable durante todo el experimento.
- Coloque ligeramente el brazo hemiparetico del sujeto sobre el manipulandum robot sin sujetar la correa.
- Desenganche el bloque de fijación del deslizador lineal para que el manguito se pueda mover libremente en el deslizador y permita que el brazo hemiparetico del sujeto se coloque en el manipulandum robot sin sujetar las correas.
- Ajuste la altura del robot usando el gato de laboratorio hasta que el hombro del paciente sea secuestrado 90o. Confirme el ángulo de secuestro utilizando un goniómetro.
- Indique al sujeto que sostenga el mango y sujete la mano a la manija con correas. Alinee el eje de rotación del robot y el eje anatómico de la articulación del codo.
- Flexione y extienda la articulación del codo para que la posición del manguito se pueda reajustar de forma natural en una posición óptima sin generar resistencia durante el movimiento del codo. A continuación, fije el bloque de fijación para fijar la posición del brazalete y fijar las correas del manguito del antebrazo.
- Coloque los electrodos EMG de superficie en el músculo brachii bíceps en el brazo hemiparetico.
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Medición de ROM pasiva
NOTA: La ROM pasiva se utiliza como ROM de límite en los siguientes experimentos para evitar problemas causados por el movimiento fuera del rango de operación del paciente.- Introduzca la información del lado hemiparetic del paciente en la GUI del programa (derecha o izquierda).
- Ajuste el codo 90o flexionado con un goniómetro. Pulse el botón de ajuste de 90 y g en el panel GUI. Este proceso coincide con el ángulo reconocido por el robot con el ángulo de unión humana real.
- Pulse el botón Finalizar ajuste en la GUI para cambiar el robot al estado de accionamiento.
- Haga clic en los botones del panel Ejecución del motor en el lado izquierdo de la GUI en orden de arriba a abajo.
- Encienda el botón de ajuste de ángulo y ajuste la velocidad a 1o/s. A continuación, haga clic en el botón Ejecutar. El robot extenderá el codo lentamente a 1o/s desde una postura flexionada de 90o hasta que el par de reacción alcance un cierto nivel de umbral o se extienda 170o.
NOTA: En este experimento, el umbral de par se estableció en 0,6 Nm. Este valor se determina experimentalmente a través de un estudio piloto. - El ángulo máximo extendido se almacena automáticamente como la ROM máxima.
- Cambie la velocidad a -1o/s y vuelva a hacer clic en el botón Ejecutar. El robot flexiona el codo lentamente hasta que el par de reacción alcanza el nivel de umbral.
- El ángulo máximo flexionado se almacena automáticamente como la ROM mínima.
3. Medición mtS
NOTA: El tiempo necesario para cada paso se muestra en la Figura1. El tiempo total que tarda un sujeto en realizar todo el experimento es de unos 50 minutos (incluido el paso de configuración del experimento), pero la mayor parte del tiempo se debe dedicar descansando para mantener la consistencia de la fatiga.
- Compensación del efecto de inercia
NOTA: Teóricamente, no debe haber ningún efecto de inercia durante el movimiento isocinético. Sin embargo, puede haber un efecto de inercia al principio del movimiento. La fuerza inercial debe compensarse para medir sólo la fuerza de reacción generada por un reflejo de estiramiento. Dado que la magnitud de la fuerza inercial es diferente para cada sujeto, se debe realizar una prueba preliminar para la compensación de la fuerza inercial antes de la medición real del MTS. Un resultado de ejemplo se muestra en la Figura6.- Haga clic en el botón Atrás del panel de control. El robot flexionará el codo a la postura de ángulo mínimo (postura máximamente flexionada).
- Ajuste la velocidad a 150o/s y encienda el botón de prueba de inercia y, a continuación, el botón Ejecutar. El robot aplicará una perturbación corta de 5o al paciente a una velocidad de 150o/s. El par máximo y el valor del período de cada prueba se apilan automáticamente y se muestran en el panel GUI.
- Repita los pasos 3.1.2–3.1.3 dos veces más. Determine un valor de par máximo adecuado y el valor del período a partir de los datos medidos e introduzca el valor en la GUI del programa. El perfil de par de compensación (acomp) se genera automáticamente sobre la base de la Ecuación 1 a continuación, donde: a, representa la amplitud determinada y representa el período.
NOTA: La forma del par inercial se modela como una forma de coseno elevada para reducir la carga de cálculo. El par de compensación, que está diseñado para dos períodos debido al efecto de inercia, casi desaparece después del segundo período. La amplitud del segundo período está diseñada para ser el 15% del primer período.
- Paso de familiarización
- Antes del experimento real, realice tres operaciones de entrenamiento para familiarizar al paciente con movimientos repentinos.
- Haga clic en el botón Atrás del panel. El robot flexionará el codo a la postura de ángulo mínimo.
- Haga clic en el botón Ejecutar después de informar al sujeto. El robot extenderá el codo del paciente a una velocidad de 150o/s, hasta que el ángulo alcance un ángulo máximo o el par de reacción alcance el nivel umbral.
- Repita los pasos 3.2.2–3.2.3 dos veces más y tome un descanso de 5 minutos antes de comenzar la prueba.
- Medición isocinética de MTS
NOTA: La medición isocinética de MTS está diseñada para implementar una condición de medición MTS ideal. El robot produce un movimiento preciso de velocidad constante a una velocidad predeterminada (150o/s) hasta alcanzar la ROM máxima o hasta alcanzar un cierto umbral del par de reacción. El valor ROM máximo se determina en el paso 2.2, y el valor del umbral de par se determina como 0,6 a través de estudios piloto anteriores, lo que es suficiente para detectar reflejos de estiramiento.- Haga clic en el botón Atrás para flexionar el codo a la postura de ángulo mínimo.
- Haga clic en el botón Ejecutar sin informar al asunto. El robot extenderá el codo del paciente a una velocidad de 150o/s hasta que el ángulo alcance el ángulo máximo o el par de reacción alcance un cierto nivel umbral. Los datos de tiempo, ángulo, par de reacción y señal de disparo se almacenan durante la prueba.
- Tome un descanso de 2 minutos entre los sets y repita los pasos 3.3.1–3.3.3 dos veces más.
- Tome un descanso de 5 minutos después de realizar tres sets.
- Medición manual de MTS
NOTA: La medición manual de MTS está diseñada para simular la medición MTS que normalmente se realiza en sitios médicos reales. Para comparar los resultados del MTS isocinético, el dispositivo robótico se utiliza sólo como una herramienta de medición cuantitativa que elimina el error de medición, y la operación de medición real es realizada por un tasador humano. Para este propósito, el robot sólo compensa la fricción del robot en sí. Los detalles de la eliminación de fricción están en el apéndice.- Haga clic en el botón Atrás para flexionar el codo a la postura de ángulo mínimo.
- Haga clic en el botón De ejecución libre y la operación del robot cambiará al modo de operación manual.
- Sostenga la manija del manipulador y estire el brazo del sujeto. Durante el funcionamiento, el tasador debe generar una velocidad constante de 150o/s.
- Desactive el modo de ejecución libre y tome un descanso de 2 minutos.
- Repita los pasos 3.4.1–3.4.4 dos veces más.
- Repetir medición MTS
- Tome un descanso de 10 minutos después de terminar todo el experimento con el primer tasador.
- Cambie el tasador (al segundo tasador) y repita los pasos 3.3–3.4.
4. Cuantificación del AoC
NOTA: El AoC se determina en base a dos datos: EMG y par. La AoC se determina mediante análisis manuales debido a las características ruidosas de los datos EMG y la variabilidad de las características individuales. La selección de AoC es llevada a cabo por un tercer tasador, que está ciego al orden de los tasadores.
-
Análisis de datos del experimento MTS isocinético
- Evaluación de AoC utilizando datos EMG
NOTA: Generalmente, AoC se determina como el ángulo en el que se produce el valor máximo máximo del EMG. Sin embargo, una duración del reflejo de estiramiento es diferente para cada paciente; por lo tanto, se espera que el uso del punto máximo de EMG como AoC tenga una baja fiabilidad. La diferencia de tiempo puede no ser grande; sin embargo, el error AoC puede ser significativo debido a la rápida velocidad de evaluación del método MTS. Por lo tanto, el ángulo al inicio del punto de sobretensión EMG se selecciona como AoC.- Procesar los datos eMG sin procesar utilizando el cuadrado medio raíz (RMS) para suavizar los datos y amplificarlos 50veceros.
- Sincronice los datos EMG y los datos de ángulo del robot utilizando las señales de disparo de cada conjunto de datos.
NOTA: En este sistema, los datos EMG se miden mediante un dispositivo independiente, a diferencia de otros datos; por lo tanto, el tiempo de referencia puede ser diferente. El dispositivo EMG tiene una función de marcado de interrupción de disparo, que obtiene la señal de disparo de un procesador en tiempo real al inicio de la evaluación MTS. - Determine el AoC manualmente como el punto de partida del aumento de RMS EMG. El ejemplo se muestra en la Figura7.
NOTA: El RMS EMG de <0.1 se ignora aquí porque aparece con frecuencia incluso sin el reflejo de estiramiento. Por lo tanto, se selecciona un punto de auge claro al inicio del pico como AoC.
- Evaluación de AoC utilizando los datos de par
NOTA: Los músculos tienen características mecánicas pasivas que actúan como un sistema de amortiguador de resorte. Incluso si el músculo no ejerce ninguna fuerza, la fuerza de reacción puede aumentar a medida que los músculos se estiran. Debido a que la intensidad de la propiedad mecánica pasiva y el reflejo de estiramiento varía de paciente a paciente, es difícil identificar la captura utilizando sólo el valor absoluto de la fuerza de reacción. En su lugar, en este estudio, la captura se determina cambiando la propiedad pasiva debido a la espasticidad en lugar del valor absoluto de la fuerza de reacción. El cambio de la propiedad pasiva se determina manualmente por el cambio en la pendiente de la línea de regresión del par de reacción.- Dibuje una línea de regresión desde el punto donde la señal del activador sube y dibuje otra línea de regresión desde el punto donde la señal del activador va abajo.
- Compare los taludes de las dos líneas de regresión. Si los degradados de dos líneas de regresión muestran una diferencia significativa, AoC se puede determinar en la intersección de dos líneas de regresión. El ejemplo se muestra en la Figura8.
- Evaluación de AoC utilizando datos EMG
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Análisis manual de datos del experimento MTS
NOTA: En el caso del MTS manual, es difícil separar la fuerza ejercida por el sujeto y la aplicada por el tasador utilizando un solo sensor de par. Por lo tanto, en el caso de MTS manual, sólo se realiza un análisis AoC utilizando datos EMG sin realizar análisis AoC utilizando los datos de par.- Evaluación de AoC utilizando datos EMG
NOTA: El método para determinar la evaluación de AoC utilizando EMG es básicamente el mismo que para el caso de MTS isocinético.- Procesar los datos EMG sin procesar utilizando el método RMS para suavizar los datos y amplificarlos 50 veces.
- Sincronice los datos EMG y los datos de ángulo del robot utilizando las señales de disparo de cada conjunto de datos.
- Determine el AoC manualmente como el punto de partida del aumento de RMS EMG. Un ejemplo se muestra en la Figura9.
- Evaluación de AoC utilizando datos EMG
5. Análisis de datos
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Indice de movimiento de evaluación normalizado (NAMI)
NOTA: El AoC de MTS puede verse afectado por varios factores de movimiento, como la velocidad de evaluación, la aceleración, etc. Por lo tanto, la moción de evaluación debe ser lo más isocinética posible. Se propone que el NAMI evalúe la idealidad de la moción de evaluación. El índice propuesto es un índice no dimensional que se puede utilizar para evaluar la consistencia de la moción de evaluación asignada a los sujetos en cada ensayo.- Calcule la ROM, la velocidad máxima y el tiempo de evaluación de cada ensayo de evaluación.
NOTA: El ángulo se mide mediante el codificador; por lo tanto, la velocidad calculada es ruidoso. Por lo tanto, la velocidad máxima se determina como la velocidad máxima de la línea de tendencia, no el punto pico. - Calcule el valor NAMI para cada ensayo durante todo el experimento utilizando la Ecuación3:
Donde: elvalor máximo y el mínimo representan los ángulos máximo y mínimo, respectivamente, medidos durante el experimento; - max es la velocidad máxima de evaluación; y t es el tiempo total invertido para una evaluación. La Figura 10 muestra un ejemplo de cada variable.
NOTA: El índice propuesto da una puntuación cercana a 1 si el movimiento de evaluación es casi isocinético y una puntuación cercana a 0 si la velocidad de la moción es inconsistente.
- Calcule la ROM, la velocidad máxima y el tiempo de evaluación de cada ensayo de evaluación.
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Análisis estadístico
NOTA: Todos los análisis estadísticos se realizan utilizando el paquete estadístico PASW (SPSS versión 18.0). El método del coeficiente de correlación intraclase (ICC) se utiliza para identificar la fiabilidad de la prueba-retest y la confiabilidad entre el tasador. Sólo se utilizan los resultados de la segunda y tercera prueba para calcular la CPI.- Para verificar la fiabilidad de la prueba y la prueba, calcule el ICC a partir de los datos AoC medidos y el resultado de NAMI.
- Para verificar la fiabilidad entre tarifas, calcule el ICC a partir del promedio de datos AoC y NAMI.
- Calcule el valor p de los resultados de AoC utilizando pruebas t de muestra emparejadas para evaluar las diferencias entre cada evaluador o cada ensayo de evaluación.
NOTA: Los valores P de <0.05 se consideran estadísticamente significativos. - Calcule el coeficiente de correlación de Pearson entre AoC basado en criterios EMG y criterios de par para verificar una correlación entre los dos métodos.
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Representative Results
La fiabilidad se divide en cuatro grados según el valor de la CPI: extremadamente excelente (>0.90), excelente (0,75 < ICC a 0,90), justo a bueno (0,40 < ICC a 0,75) y pobre (<0,40). El error estándar de mediciones (SEM) se calculó para determinar el componente de error de la varianza. La diferencia detectable más pequeña (SDD) se calculó a partir del SEM de datos de prueba-reprueba.
El índice de movimiento de evaluación normalizado (NAMI): la puntuación NAMI durante un movimiento isocinético siempre fue 1, lo que significa que el dispositivo isocinético siempre generó una velocidad de entrada constante uniforme. Sin embargo, la fiabilidad de la prueba-retest del NAMI durante un movimiento manual era pobre tanto para el rater 1 (ICC [IC del 95%] -0.035 [-0.495–0.441]) como para el rater 2 (ICC [95%CI] a 0.438 [-0.038–0.752]). Por otra parte, la fiabilidad entre tipos del NAMI durante el movimiento manual también fue deficiente (ICC [IC del 95%] a 0,148 [-0,344–0,576]). Por el contrario, los resultados de los dos tasadores humanos mostraron valores de NAMI promedio casi iguales (0,68 y 0,67 para cada tasador). El error de consistencia de los dos raters humanos era mayor que el del dispositivo isocinético, mostrando una gran diferencia entre los dos raters. Estos resultados indican que falta una moción de evaluación por parte de un tasador humano en las características isocinéticas y que el movimiento es inconsistente dependiendo del tema.
Fiabilidad de la prueba-retest: La Tabla 2 muestra la fiabilidad de la prueba-retest para los resultados de AoC en tres condiciones (isocinética-EMG, par isocinético, eMG manual). La fiabilidad de la prueba-reprueba para MTS manual fue excelente (ICC - 0,804 y 0,840). Sin embargo, la medición isocinética de MTS mejoró la fiabilidad de la prueba-reprueba hasta el grado extremadamente excelente tanto en el EMG como en los criterios de par (Tabla 2)
Fiabilidad entre tarifas: la Tabla 3 muestra la fiabilidad entre rangos para el rendimiento de medición AoC en tres condiciones. La CPI de la fiabilidad entre clasificadores del MTS manual era de 0,788, que estaba cerca del límite inferior del excelente grado. El MTS isocinético mejoró la fiabilidad entre el ritmo de la CPI de 0,890 sobre la base de datos EMG y de la CPI de 0,931 sobre la base de datos de par.
Correlaciones y consistencia de la sincronización de AoC entre el EMG y los criterios de par: los dos resultados de AoC calculados a partir de los datos de EMG y los datos de par durante el MTS isocinético muestran una correlación significativamente alta en ambos rater 1 (coeficiente de correlación de Pearson - 0.937, p < 0.001) y rater 2 (Coeficiente de correlación de Pearson: 0,957, p < 0,001). Además, el momento de la AoC entre los dos resultados fue muy consistente con una CPI de 1 (p < 0,001).
Figura 1: Gráfico de flujo de experimentos.
Esta cifra se modifica de Sin et al.10. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Robot de prueba de MTS isocinético.
(A) Configuración del dispositivo robot isocinético. (B) Configuración interna del dispositivo. El sistema de control incluye un procesador en tiempo real y un controlador de motor. (B) fue publicado previamente por Sin et al.10. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Composición del manipulandum.
Dos puños para la muñeca y el antebrazo están conectados al deslizador lineal a través de un bloque de fijación, haciendo que la posición del manguito sea ajustable. Un mango y una correa de mano son conmutables de izquierda a derecha. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: Configuración del sistema de control.
Los tres bloques correctos muestran la jerarquía del sistema de control y las flechas muestran el flujo de datos entre cada unidad. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: Interfaz gráfica de usuario (GUI).
El lado izquierdo es el panel del controlador, que contiene los diversos botones o controles numéricos necesarios para el control del robot. El lado derecho es un panel de monitoreo que muestra el ángulo, el par de interacción y la señal de disparo en tiempo real. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6: Ejemplo de compensación de efecto de inercia.
La línea verde indica el par crudo; la línea de puntos azul indica el modelo de fuerza inercial; y la línea roja indica el resultado de la compensación de par inercial. Esta cifra fue publicada previamente por Sin et al.10. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 7: Ejemplo de evaluación de AoC utilizando datos EMG (caso MTS isocinético).
Un valor RMS EMG inferior a 0,1 se considera normal. Se realiza la selección del punto inicial del punto de subida eMG claro y el valor de ángulo en ese momento se determina como AoC. Esta cifra fue publicada previamente por Sin et al.10. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 8: Ejemplo de evaluación de AoC utilizando datos de par (caso MTS isocinético).
La evaluación implica los siguientes pasos: dibujar dos líneas que conecten el par del punto de partida de evaluación y el punto final con datos de par arbitrarios, respectivamente; encontrar el punto donde las dos líneas se convierten en la línea de regresión de los datos de par antes y después del punto seleccionado; si hay una diferencia significativa entre el gradiente de dos líneas de regresión, se juzga que se produce un reflejo de estiramiento en este punto. Esta cifra fue publicada previamente por Sin et al.10. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 9: Ejemplo de evaluación de AoC utilizando datos EMG (caso MTS manual).
Como se hace en el caso isocinético (Figura7), el AoC se determina como el ángulo cuando se produce un rápido aumento de la EMG. Esta cifra fue publicada previamente por Sin et al.10. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 10: Variables para el índice de movimiento de evaluación normalizado (NAMI).
Intuitivamente, el valor NAMI es la relación del área bajo el gráfico de velocidad con el área del cuadro gris. Más movimientos isocinéticos muestran valores más cercanos a 1. Esta cifra es publicada previamente por Sin et al.10. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Variable | Resultado |
| Edad, años, media (SD) | 54.6 (12.2) |
| Género, n (%) | |
| Hombres | 14 (82.4) |
| Mujeres | 3 (17.6)) |
| Días desde el inicio del accidente cerebrovascular, mediana (IQR) | 722 (1226) |
| Lado hemiléjico, n (%) | |
| Correcto | 10 (58,8) |
| Izquierda | 7 (41.2) |
| Tipo de trazo, n (%) | |
| Isquémica | 11 (64,7) |
| Hemorrágica | 6 (35.3) |
| Lesión por accidente cerebrovascular, n (%) | |
| Cortical | 4 (23,5) |
| Subcorticales | 13 (76,5) |
| Etapa Brunnstrom, mediana (IQR) | |
| Brazo | 4 (1) |
| Mano | 3 (1) |
| Pierna | 4 (1) |
| Potencia muscular, mediana (IQR) | |
| Flexor de codo | 4 (1) |
| Extensor de codo | 4 (1) |
| MAS, flexor de codo, n (%) | |
| 1 | 7 (41.2) |
| 1+ | 5 (29.4) |
| 2 | 5 (29.4) |
Tabla 1: Temas demográficos y características de referencia.
| Prueba | Retest | P | Sem | Sdd | CPI (2,1) (95% IC) | |
| Media (SD) | Media (SD) | |||||
| Rater 1 | ||||||
| Movimiento isocinético (150o/s) con EMG | 93.74 (28.35) | 90.93 (25.44) | 0.216 | 12.12 | 33.59 | 0.948 (0.857-0.981) |
| Movimiento isocinético (150o/s) con par motor | 90.30 (27.93) | 89.61 (27.25) | 0.201 | 3.02 | 8.37 | 0.997 (0.992-0.996) |
| Movimiento manual con EMG | 82.67 (19.11) | 82.03 (21.73) | 0.838 | 17.21 | 47.7 | 0.804 (0.538-0924) |
| Rater 2 | ||||||
| Movimiento isocinético (150o/s) con EMG | 90.77 (28.69) | 88.14 (28.34) | 0.123 | 15.1 | 41.86 | 0.929 (0.929-0.991) |
| Movimiento isocinético (150o/s) con par motor | 97.06 (23.47) | 94.37 (25.86) | 0.192 | 9.9 | 27.44 | 0.959 (0.873-0.987) |
| Movimiento manual con EMG | 80.96 (21.30) | 80.46 (22.81) | 0.875 | 16.94 | 46.96 | 0.840 (0.601-0.941) |
Tabla 2: Pruebe los resultados de fiabilidad para el ángulo de captura medido con dispositivos robóticos isocinéticos y dispositivos robóticos con movimiento manual.
Esta tabla fue publicada por Sin et al.10 (los valores p se calculan mediante una prueba t de muestra emparejada). SEM: error estándar de medición, SDD: diferencia detectable más pequeña, ICC: coeficiente de correlación intraclase, EMG: electromiografía.
| Rater 1 | Rater 2 | P | Sem | CPI (2,1) (95% IC) | |
| Media (SD) | Media (SD) | ||||
| Movimiento isocinético (150o/s) con EMG | 88.16 (28.24) | 89.46 (28.33) | 0.973 | 17.81 | 0.890 (0.685-0.961) |
| Movimiento isocinético (150o/s) con par motor | 94.32 (240.13) | 95.71 (24.44) | 0.775 | 12.54 | 0.931 (0.791-0.978) |
| Movimiento manual con EMG | 80.81 (18.98) | 80.71 (21.17) | 0.586 | 17.5 | 0.788 (0.493-0.920) |
Tabla 3: Resultados de fiabilidad del intertasador para el ángulo de captura medido con dispositivos robóticos isocinéticos y dispositivos robóticos con movimiento manual.
Esta tabla fue publicada por Sin et al.10 (los valores p se calculan mediante una prueba t de muestra emparejada). SEM: error estándar de medición, ICC: coeficiente de correlación intraclase, EMG: electromiografía.
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Discussion
Este estudio intentó estandarizar la medición MTS utilizando un dispositivo isocinético robótico. Se investigó cómo la consistencia del movimiento de evaluación afecta a los resultados de la medición del MTS.
Se propuso el valor NAMI para representar el grado de variabilidad en la moción de evaluación. Como era de esperar, a diferencia del método de movimiento isocinético sin variabilidad, el método manual mostró variabilidad entre las pruebas y entre los evaluadores, lo que resultó en una fiabilidad deficiente, que es consistente con los resultados de estudios anteriores7,8 . Los resultados de la fiabilidad de la medición AoC muestran que el movimiento isocinético en sí puede aumentar la fiabilidad del terrater, en comparación con el movimiento manual. Aunque, ha habido preocupaciones con respecto a la provocación reflejo menos elástico por el movimiento isocinético11,12, sujetos en este estudio con espasticidad flexor de codo leve (MAS 1, 1+, 2) mostraron reflejos elásticos consistentes medidos por EMG de superficie durante el movimiento isocinético. Esto demuestra que un dispositivo isocinético se puede utilizar para medir la AoC de forma fiable, incluso en pacientes con espasticidad leve en el codo. AoC también se calculó por los criterios de par en este estudio. Curiosamente, AoC medido mediante el uso de los criterios de EMG y par mostró una alta correlación, mientras que los criterios de par por sí solos mostraron una mayor fiabilidad entre tasas, que es consistente con los resultados proporcionados por Lynn et al.13. Por lo tanto, se espera que la evaluación de la espasticidad utilizando los criterios de par sea un mejor método con respecto a la fiabilidad y la conveniencia.
Este nuevo enfoque para cuantificar la medición mtS tiene algunas cuestiones y limitaciones. En primer lugar, la postura durante las mediciones de AoC en este estudio fue diferente de las mediciones MTS convencionales14. El MTS convencional se realizó en ausencia de secuestro de hombro; en cambio, en este estudio, se realizaron mediciones con el hombro secuestrado 90 grados. Sin embargo, el propósito de este estudio fue verificar los efectos de la coherencia de la moción de evaluación en la fiabilidad de la AoC. La postura utilizada en este experimento hace que sea fácil medir AoC utilizando los datos de par al eliminar la influencia del peso del antebrazo, que es difícil de medir por separado. Por lo tanto, este experimento proporciona una perspectiva sobre cómo el movimiento de evaluación afecta a la fiabilidad de las mediciones AoC.
En segundo lugar, la medición de AoC utilizando los criterios de par y EMG se realizó subjetivamente. Sin embargo, esto fue llevado a cabo por un tercer tasador que estaba ciego a la información del sujeto y el orden de los tasadores para minimizar el sesgo potencial. En tercer lugar, el aumento del par de reacción debido a las propiedades mecánicas pasivas fue inesperado al diseñar el experimento inicialmente. Se esperaba que el par de reacción se deba principalmente al reflejo de estiramiento; sin embargo, en pacientes con espasticidad leve, muchos casos mostraron que el par de reacción causado por la rigidez pasiva era dominante. Por lo tanto, la AoC se obtuvo mediante el análisis de datos post-experimental en lugar de la identificación en tiempo real. Finalmente, hubo relajación del flexor de codo durante el estiramiento pasivo repetitivo. El experimento fue diseñado para incorporar suficiente tiempo de descanso para prevenir la fatiga durante todo el experimento, y ningún sujeto se quejó de fatiga. Sin embargo, es difícil prevenir la relajación del músculo debido al estiramiento pasivo repetitivo. Para reducir este impacto, el experimento fue diseñado para aleatorizar el orden de los evaluadores, y los resultados no mostraron ningún fenómeno de relajación significativo entre los dos evaluadores.
El objetivo de este estudio fue mejorar los métodos de evaluación que se basan en el sentido subjetivo del tasador y mantenerlos a estándares más objetivos y cuantitativos. Los resultados muestran la posibilidad de aumentar la fiabilidad de la evaluación utilizando un dispositivo robótico. Sin embargo, el método realizado en este estudio es sólo semiautomático, porque la evaluación de AoC es realizada por un humano. Se espera que los estudios posteriores permitan la evaluación de la espasticidad en tiempo real con alta fiabilidad y objetividad.
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Disclosures
Todos los autores no declaran conflicto de intereses.
Acknowledgments
Este estudio fue apoyado por el Fondo de Investigación hospitalaria Bundang de la Universidad Nacional de Seúl (14- 2014 - 035) y la subvención de la Fundación De Investigación De Corea y la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiada por el Gobierno de Corea (A100249). Nos gustaría agradecer a Seo Hyun Park y Hae-in Kim por ayudar a preparar y proceder con la grabación de vídeo.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D printer | Lokit | 3Dison+ | FDA type 3D printer |
| Ball sprine shaft | Misumi | LBF15 | |
| Bridge Analog Input module | National Instruments | NI 9237 | |
| CAN communication module | National Instruments | NI 9853 | |
| Caster | Misumi | AC-50F | |
| Electromyography (EMG) device | Laxtha | WEMG-8 | |
| EMG electrode | Bioprotech | 1.8x1.2 mm Ag–AgCl | |
| Encoder | Maxon | HEDL 9140 | 500 CPT |
| Gearbox | Maxon | GP 81 | 51:1 ratio |
| Lab jack | Misumi | 99-1620-20 | |
| Linear slider | Misumi | KSRLC16 | |
| Motor | Maxon | EC-60 | brushless EC motor |
| Motor driver | Elmo | DC Whistle | |
| PLA | Lokit | 3D printer material | |
| Real-time processor | National Instruments | sbRIO-9632 | |
| Torque sensor | Transducer Techniques | TRS-1K |
References
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