Summary
Utilizzando un dispositivo isokinetico robotico con misurazioni di elettromiografia (EMG), questo protocollo illustra che il movimento isokinetico stesso può migliorare l'affidabilità tra i tassi per l'angolo di misurazione della cattura nei pazienti con ictus con lieve spasticityità del flessore del gomito.
Abstract
Misurare la spasticità è importante nella pianificazione del trattamento e nella determinazione dell'efficacia dopo il trattamento. Tuttavia, lo strumento attuale utilizzato in ambienti clinici ha dimostrato di essere limitato nell'affidabilità inter-rater. Un fattore di questa scarsa affidabilità tra i tassi è la variabilità del movimento passivo, misurando le misurazioni dell'angolo di cattura (AoC). Pertanto, è stato proposto un dispositivo isokinetico per standardizzare il movimento congiunto manuale; tuttavia, i benefici del movimento isokinetico per le misurazioni AoC non sono stati testati in modo standardizzato. Questo protocollo studia se il movimento isokinetico stesso può migliorare l'affidabilità tra i tassi per le misurazioni AoC. A questo scopo, è stato sviluppato un dispositivo isokinetico robotico combinato con elettromiografia superficiale (EMG). Due condizioni, movimenti manuali e isokinetici, vengono confrontate con il metodo standardizzato per misurare l'angolo e la sensazione soggettiva di cattura. È dimostrato che in 17 pazienti colpiti da ictus con lieve spasticità flessione del gomito, il movimento isokinetico ha migliorato il coefficiente di correlazione intraclasse (ICC) per l'affidabilità inter-rater delle misurazioni AoC a 0,890 [intervallo di confidenza del 95% (CI): 0,685–0,961] dell'EMG 0,931 (95% CI: 0,791–0,978) secondo i criteri di coppia, da 0,788 (95% CI: 0,493-0,920) per movimento manuale. In conclusione, il movimento isokinetico stesso può migliorare l'affidabilità inter-rater delle misurazioni AoC nei pazienti colpiti da ictus con lieve spasticità. Dato che questo sistema può fornire maggiori misurazioni standardizzate dell'angolo e la cattura del sentimento, può essere una buona opzione per la valutazione della spasticità in un ambiente clinico.
Introduction
La spasticità dopo l'ictus è comune ed è stato dimostrato di indurre complicazioni, tra cui dolore e contratture, con conseguente riduzione della qualità della vita1,2,3. La misurazione della spasticità è importante per pianificare correttamente il corso del trattamento e determinare l'efficacia del trattamento. Gli strumenti di uso comune nell'ambiente clinico sono la scala modificata Ashworth (MAS)4, che è un sistema di misurazione nominale per la resistenza al movimento passivo, e la scala Tardieu modificata (MTS), che misura l'angolo di cattura (AoC), che rappresenta il caratteristica dipendente dalla velocità della spasticità5. Tuttavia, questi strumenti di misurazione hanno dimostrato di avere limitata affidabilità inter-rater6,7, che richiedono lo stesso tasso per eseguire questi test per mantenere l'affidabilità soddisfacente8.
Tre fattori sono stati dimostrati indurre la variabilità in AoC durante la misurazione MTS, compresi (1) errori da misurazioni angolari da una goniometria; (2) variabilità del profilo di movimento articolare spostato manualmente tra i tassi; e (3) variabilità nel percepire la cattura tra i tassi9. In questo protocollo viene presentato un nuovo dispositivo robotico isoetico con sensori di coppia. Questo dispositivo viene applicato ai pazienti ictus con lieve spasticità del flessore del gomito utilizzando le misurazioni dell'elettromiografia superficiale (EMG)10. È stato ipotizzato che la standardizzazione del movimento delle articolazioni del gomito migliorerà l'affidabilità tra tassire per le misurazioni AoC suscitate dal riflesso elasticizzato del flessore del gomito. Per dimostrarlo, l'affidabilità di AoC misurata dalla superficie EMG è stata calcolata e confrontata tra l'estensione isokinetica passiva e manuale del gomito veloce, utilizzando questo dispositivo robotico sviluppato e EMG. La figura 1 mostra una panoramica dell'intera procedura sperimentale. Nel dettaglio, la fase di misurazione MTS è stata condotta da due ratei e l'ordine degli esperimenti (movimento manuale vs isokinetico) e l'ordine dei tassi sono stati determinati in modo casuale, il che ha richiesto circa 50 min per ogni soggetto (Figura 1).
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Protocol
1. Configurazione sperimentale
- Reclutamento di pazienti
NOTA: tutte le procedure sono state riviste e approvate dal Bundang Hospital Institutional Review Board dell'Università Nazionale di Seoul. Questi soggetti erano ricoverati o ambulatoriali con diagnosi di ictus da quattro ospedali riabilitativi della regione.- Eseguire il processo di screening utilizzando i seguenti criteri di inclusione: (1) estremità superiore hemiparesis a causa di ictus; 2) di età superiore ai 20 anni; (3) lieve spasticità dell'articolazione del gomito di MAS 1-2; (4) nessuna malattia precedente che intratdia la funzione del braccio emitura, ad eccezione dell'ictus; (5) esente da instabilità emodinamica; (6) nessuna grave contrattura di gomito; (7) possibilità che la spalla venga rapita di 90 gradi e dell'avambraccio si trova in posizione neutra senza alcun dolore articolare; e (8) normale capacità cognitiva, linguistica, visuospatial o di attenzione a seguire procedure sperimentali.
NOTA: I criteri sono progettati per vagliare i pazienti che sono in grado di partecipare all'esperimento e regolare i fattori che influenzano i risultati. - Recluta soggetti che sono dotati di una spiegazione dettagliata dell'intero studio e problemi clinici attesi. Il consenso deve essere ottenuto prima dell'inclusione.
- I dati demografici e le caratteristiche di base dei soggetti reclutati sono riportati nella Tabella 1.
- Eseguire il processo di screening utilizzando i seguenti criteri di inclusione: (1) estremità superiore hemiparesis a causa di ictus; 2) di età superiore ai 20 anni; (3) lieve spasticità dell'articolazione del gomito di MAS 1-2; (4) nessuna malattia precedente che intratdia la funzione del braccio emitura, ad eccezione dell'ictus; (5) esente da instabilità emodinamica; (6) nessuna grave contrattura di gomito; (7) possibilità che la spalla venga rapita di 90 gradi e dell'avambraccio si trova in posizione neutra senza alcun dolore articolare; e (8) normale capacità cognitiva, linguistica, visuospatial o di attenzione a seguire procedure sperimentali.
- Sistema sperimentale
NOTA: Un dispositivo robotico personalizzato viene utilizzato per produrre movimenti standardizzati e misurare simultaneamente i dati quantitativi. Il sistema robotico è costituito da una parte robotica, un sistema di controllo e unità di misura. La configurazione complessiva è mostrata inFigura 2.- Parte robotica
- Per la parte robotica, utilizzare un robot planare di un grado di libertà costituito da un motore e un manipulando dell'avambraccio, con altri tre componenti per regolare l'altezza del robot e installare il dispositivo su varie scrivanie. La composizione complessiva è illustrata nella figura 2A.
- Per il manipulando dell'avambraccio, utilizzare un giunto a gomito collegato al motore, un dispositivo di scorrimento lineare con un blocco di fissaggio per regolare la lunghezza complessiva e due unità di polsino per fissare l'avambraccio e la mano (come mostrato nella Figura 3). L'articolazione del gomito ha una piastra rotante e un cuscinetto di spinta per prevenire lo sfregamento durante l'esperimento, e le unità del bracciale erano curve simili a quelle di un avambraccio umano e sono state realizzate utilizzando una stampante 3D. L'unità di maniglia è progettata per ospitare sia le persone di sinistra che di destra, rendendola disponibile a tutti i soggetti.
- Utilizzare un motore con un rapporto di marcia basso di 51:1, che dovrebbe avere caratteristiche back-drivable e la capacità di produrre una velocità nominale di 315 s / s e una coppia continua di 42.33 Nm.
- Utilizzare un'unità jack da laboratorio collegata alla parte inferiore del motore per regolare l'altezza dell'unità motore. L'altezza del robot sarà in grado di essere regolata all'altezza seduta di vari soggetti.
- Posizionare un braccio di fissaggio per montare il dispositivo sulla scrivania sulla parte anteriore del robot. Il braccio di fissaggio sarà mobile su e giù attraverso un albero lineare e ha morsetti per fissarsi alla scrivania.
- Posizionare ruote con tappo sul fondo del robot, rendendo il robot mobile e a terra durante l'esperimento.
- Sistema di controllo
- Utilizzare un personal computer (PC), un processore in tempo reale e un driver motore per il sistema di controllo centrale. Il diagramma a blocchi dell'architettura di controllo dettagliato è illustrato nella Figura 4.
- Utilizzare un'interfaccia utente grafica (GUI) per controllare la modalità di esperimento (misurazione massima DELLA ROM, MTS Isokinetic e modalità di misurazione MTS manuale) e memorizzare i dati di movimento del robot. Contiene un pannello di controllo e un pannello di monitoraggio (Figura 5). I dettagli sulla configurazione GUI sono inclusi nell'appendice.
- Implementare l'algoritmo di controllo robot utilizzando un processore in tempo reale. L'algoritmo di controllo è costituito da tre cicli di controllo. Il primo ciclo è un ciclo di input/output dei dati che viene eseguito a 1 MHz dal modulo FPGA di sbRIO. Il secondo è un ciclo di controllo del movimento robot che corre a 1 kHz dal livello VI in tempo reale. L'ultimo è un ciclo di comunicazione dati che viene eseguito a 250 Hz. Questo loop trasmette i dati del robot (tempo, angolo, coppia e segnale di innesco per la corrispondenza con i dati EMG).
NOTA: Il processore in tempo reale dispone di due moduli di comunicazione: NI-9237 e NI-9853. Il NI-9237 è un dispositivo di input analogico per la ricezione dei dati del sensore di coppia e il NI-9853 è un modulo di comunicazione CAN per la comunicazione con il driver del motore.
- Unità di misura
- Montare un sensore di coppia tra il manipolando e il motore per misurare la forza di reazione. I dati di coppia vengono trasferiti al processore in tempo reale tramite NI-9237. Il NI-9237 ha il proprio filtro di larghezza di banda, stopband e alias-free. I dati filtrati entrano nel modulo FPGA e vengono elaborati nuovamente a 100 Hz con un filtro passa-basso per rimuovere i rumori.
- Misurare l'angolo del giunto da un encoder (HEDL 9140, Maxon, Svizzera) attaccato al motore. I dati dell'angolo vengono trasferiti al processore in tempo reale tramite il driver del motore.
- Misura l'attività muscolare con un dispositivo EMG a otto canali di superficie. I dati EMG sono stati raccolti a una frequenza di campionamento di 1024 Hz e inizialmente elaborati con un filtro passabanda (20-450 Hz) e un filtro tacca (60 Hz). I dati EMG misurati vengono trasferiti direttamente al PC.
- Parte robotica
2. Configurazione sperimentale
NOTA: due tariffari devono partecipare a questo esperimento. Nel nostro caso, il primo tasso era un fisiatra con più di 6 anni di esperienza nella riabilitazione, e il secondo tasso era un terapeuta occupazionale con più di 3 anni di esperienza nella riabilitazione dell'ictus.
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Impostazione iniziale della postura
- Posizionare il paziente su una sedia con la schiena in una postura dritta.
- Fissare entrambi i lati della spalla e dell'addome con le cinture di sicurezza per mantenere stabile la posizione della spalla per tutta la durata dell'esperimento.
- Posizionare leggermente il braccio emiparetista del soggetto sul manipolando del robot senza fissare la cinghia.
- Sbloccare il blocco di fissaggio del dispositivo di scorrimento lineare in modo che il bracciale possa essere spostato liberamente sul dispositivo di scorrimento e consentire al braccio emiturale del soggetto di essere posizionato sul manipulando robot senza fissare le cinghie.
- Regolare l'altezza del robot utilizzando il jack da laboratorio fino a quando la spalla del paziente non viene rapita di 90 gradi. Confermare l'angolo di rapimento utilizzando un goniometro.
- Indicare al soggetto di tenere la maniglia e fissare la mano al manico con cinghie. Allineare l'asse di rotazione del robot e l'asse anatomico dell'articolazione del gomito.
- Flex ed estendere l'articolazione del gomito in modo che la posizione del bracciale possa essere regolata naturalmente in una posizione ottimale senza generare resistenza durante il movimento del gomito. Quindi, fissare il blocco di fissaggio per fissare la posizione del bracciale e fissare le cinghie del bracciale dell'avambraccio.
- Attaccare gli elettrodi EMG superficiali sul muscolo bicipite brachii nel braccio emiturale.
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Misurazione passiva della ROM
NOTA: la ROM passiva viene utilizzata come ROM di confine nei seguenti esperimenti per prevenire i problemi causati dal movimento al di fuori dell'intervallo di funzionamento del paziente.- Inserire le informazioni sul lato emitura del paziente nella GUI del programma (destra o sinistra).
- Impostare il gomito di 90 gradi flessione utilizzando un goniometro. Premere il pulsante set da 90 deg nel pannello GUI. Questo processo corrisponde all'angolo riconosciuto dal robot con l'angolo giunto umano effettivo.
- Premere il pulsante Fine set sulla GUI per passare il robot allo stato di azionamento.
- Fare clic sui pulsanti sul pannello di corsa del motore sul lato sinistro della GUI in ordine dall'alto verso il basso.
- Attivare il pulsante Set angolo e impostare la velocità su 1 os. Quindi fare clic sul pulsante Esegui. Il robot estenderà il gomito lentamente a 1o/s da una postura flessa di 90 gradi fino a quando la coppia di reazione raggiunge un certo livello di soglia o si estende di 170 gradi.
NOTA: in questo esperimento, la soglia di coppia è stata impostata su 0,6 Nm. Questo valore è determinato sperimentalmente attraverso uno studio pilota. - L'angolo massimo esteso viene memorizzato automaticamente come ROM massima.
- Impostare la velocità su -1/s e fare di nuovo clic sul pulsante Esegui. Il robot flette il gomito lentamente fino a quando la coppia di reazione raggiunge il livello di soglia.
- L'angolo massimo flesso viene memorizzato automaticamente come ROM minimo.
3. Misurazione MTS
NOTA: il tempo necessario per ogni passaggio è illustrato nella Figura 1. Il tempo totale impiegato da un soggetto per eseguire tutto l'esperimento è di circa 50 min (compresa la fase di impostazione dell'esperimento), ma la maggior parte del tempo dovrebbe essere speso a riposo per mantenere la consistenza della fatica.
- Compensazione dell'effetto di inerzia
NOTA: Teoricamente, non dovrebbe esserci alcun effetto di inerzia durante il movimento isokinetico. Tuttavia, all'inizio del movimento potrebbe verificarsi un effetto di inerzia. La forza inerziale deve essere compensata per misurare solo la forza di reazione generata da un riflesso elastico. Poiché la grandezza della forza inerziale è diversa per ogni soggetto, deve essere eseguita una prova preliminare per la compensazione della forza inerziale prima della misurazione MTS effettiva. Un esempio di risultato è illustrato nella Figura 6.- Fare clic sul pulsante Indietro nel pannello di controllo. Il robot fletterà il gomito per una postura dell'angolo minimo (postura massima flessa).
- Impostare la velocità su 150 o s e attivare il pulsante di test Inerzia, quindi il pulsante Esegui. Il robot applicherà una breve perturbazione di 5 o più al paziente ad una velocità di 150 gradi. La coppia di picco e il valore del periodo di ogni prova vengono automaticamente impilati e visualizzati nel pannello GUI.
- Ripetere i passaggi da 3.1.2– 3.1.3 altre due volte. Determinare un valore di coppia massima e un valore di periodo appropriati dai dati misurati e immettere il valore nella GUI del programma. Il profilo di coppia di compensazione ()viene generato automaticamente in base all'equazione 1 riportata di seguito, dove: a, rappresenta l'ampiezza determinata e il segno di maggiore proprietà rappresenta il periodo.
NOTA: la forma della coppia inerziale viene modellata come una forma coseno rialzata per ridurre il carico di calcolo. La coppia retributiva, progettata per due periodi a causa dell'effetto di inerzia, scompare quasi dopo il secondo periodo. L'ampiezza del secondo periodo è destinata al 15% del primo periodo.
- Fase di familiarizzazione
- Prima dell'esperimento vero e proprio, eseguire tre operazioni di formazione per familiarizzare il paziente con movimenti improvvisi.
- Fare clic sul pulsante Indietro nel pannello. Il robot fletterà il gomito alla postura dell'angolo minimo.
- Fare clic sul pulsante Esegui dopo aver informato l'oggetto. Il robot estenderà il gomito del paziente ad una velocità di 150 gradi, fino a quando l'angolo raggiunge un angolo massimo o la coppia di reazione raggiunge il livello di soglia.
- Ripetere i passaggi da 3.2.2–3.2.3 altre due volte e prendere un riposo di 5 min prima di iniziare il test.
- Misurazione Isokinetic MTS
NOTA: la misurazione isokinetic A MTS è progettata per implementare una condizione di misurazione MTS ideale. Il robot produce un movimento preciso della velocità costante a una velocità predeterminata (150 gradi/ s) fino a raggiungere la ROM massima o fino a raggiungere una certa soglia della coppia di reazione. Il valore massimo della ROM è determinato nel passaggio 2.2 e il valore della soglia di coppia è determinato come 0,6 tramite studi pilota precedenti, che è sufficiente per rilevare i riflessi di stiramento.- Fare clic sul pulsante Indietro per flettere il gomito alla postura dell'angolo minimo.
- Fare clic sul pulsante Esegui senza informare l'oggetto. Il robot estenderà il gomito del paziente ad una velocità di 150 gradi fino a quando l'angolo raggiunge l'angolo massimo o la coppia di reazione raggiunge un certo livello di soglia. I dati relativi a tempo, angolo, coppia di reazione e segnale di attivazione vengono memorizzati durante il test.
- Fai una pausa di 2 min tra i set e ripeti i passaggi 3.3.1–3.3.3 altre due volte.
- Prendere un riposo di 5 min dopo aver eseguito tre set.
- Misurazione MTS manuale
NOTA: la misurazione Manuale MTS è progettata per simulare la misurazione MTS normalmente eseguita presso siti medici effettivi. Per confrontare i risultati dell'MTS isokinetico, il dispositivo robotico viene utilizzato solo come strumento di misurazione quantitativa che rimuove l'errore di misurazione e l'operazione di misurazione effettiva viene eseguita da un tasso umano. A questo scopo, il robot compensa solo l'attrito del robot stesso. I dettagli della rimozione dell'attrito sono nell'appendice.- Fare clic sul pulsante Indietro per flettere il gomito alla postura dell'angolo minimo.
- Fare clic sul pulsante Corsa libera e l'operazione del robot cambierà in modalità di funzionamento manuale.
- Tenere il manico del manipulando e allungare il braccio del soggetto. Durante il funzionamento, il tasso deve generare una velocità costante di 150 os.
- Disattivare la modalità di esecuzione libera e fare una pausa di 2 min.
- Ripetere i passaggi da 3.4.1 – 3.4.4 altre due volte.
- Ripetere la misurazione MTS
- Prendere un riposo di 10 min dopo aver terminato l'intero esperimento con il primo tassore.
- Modificare il tasso (al secondo tasso) e ripetere i passaggi da 3,3 a 3,4.
4. Quantificare l'AoC
NOTA: AoC viene determinato in base a due dati: EMG e coppia. L'AoC è determinato dall'analisi manuale a causa delle caratteristiche rumorose dei dati EMG e della variabilità delle caratteristiche individuali. La selezione AoC è effettuata da un terzo tassore, che è cieco all'ordine dei tassi.
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Analisi dei dati dell'esperimento Isokinetic MTS
- Valutazione AoC con dati EMG
NOTA: Generalmente, AoC è determinato come l'angolo in cui si verifica il valore massimo di picco di EMG. Tuttavia, una durata del riflesso allungato è diversa per ogni paziente; pertanto, l'utilizzo del punto di picco massimo EMG come AoC dovrebbe avere una bassa affidabilità. La differenza di orario potrebbe non essere grande; tuttavia, l'errore AoC può essere significativo a causa della velocità di valutazione rapida del metodo MTS. Pertanto, l'angolo all'inizio del punto di risalita EMG viene selezionato come AoC.- Elaborare i dati EMG non elaborati utilizzando il quadrato della media radice (RMS) per uniformare i dati e amplificarlo 50x.
- Sincronizzare i dati EMG e i dati dell'angolo robot utilizzando i segnali di innesco di ciascun set di dati.
NOTA: In questo sistema, i dati EMG sono misurati da un dispositivo indipendente, a differenza di altri dati; pertanto, il tempo di riferimento può essere diverso. Il dispositivo EMG ha una funzione di marcatura di interrupt trigger, che ottiene il segnale di innesco da un processore in tempo reale all'inizio della valutazione MTS. - Determinare l'AoC manualmente come punto di partenza della risalita di RMS EMG. L'esempio è illustrato nella Figura 7.
NOTA: RMS EMG di <0.1 viene ignorato qui perché viene visualizzato frequentemente anche senza il riflesso di estensione. Così, un chiaro punto di aumento all'inizio del picco viene selezionato come AoC.
- Valutazione AoC utilizzando i dati di coppia
NOTA: I muscoli hanno caratteristiche meccaniche passive che agiscono come un sistema a molla. Anche se il muscolo non esercita alcuna forza, la forza di reazione può aumentare man mano che i muscoli si allungano. Poiché l'intensità della proprietà meccanica passiva e il riflesso stretch varia da paziente a paziente, è difficile identificare la cattura utilizzando solo il valore assoluto della forza di reazione. Invece, in questo studio, la cattura è determinata cambiando la proprietà passiva a causa della spasticità piuttosto che il valore assoluto della forza di reazione. La modifica della proprietà passiva è determinata manualmente dalla modifica della pendenza della retta della coppia di reazione.- Disegnare una retta di regressione dal punto in cui il segnale di innesco sale e disegnare un'altra retta di regressione dal punto in cui il segnale di innesco scende.
- Confrontare le pendenze delle due linee di regressione. Se i gradienti di due linee di regressione mostrano una differenza significativa, AoC può essere determinato all'intersezione di due linee di regressione. L'esempio è illustrato nella Figura 8.
- Valutazione AoC con dati EMG
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Analisi manuale dei dati dell'esperimento MTSManual MTS experiment data analysis
NOTA: Nel caso dell'MTS manuale, è difficile separare la forza esercitata dal soggetto e quella applicata dal tasso utilizzando un solo sensore di coppia. Pertanto, nel caso di MTS manuale, viene eseguita solo un'analisi AoC utilizzando i dati EMG senza eseguire l'analisi AoC utilizzando i dati di coppia.- Valutazione AoC con dati EMG
NOTA: Il metodo per determinare la valutazione AoC utilizzando EMG è fondamentalmente lo stesso del caso isokinetic MTS.- Elaborare i dati EMG non elaborati utilizzando il metodo RMS per smussare i dati e amplificarli 50x.
- Sincronizzare i dati EMG e i dati dell'angolo robot utilizzando i segnali di innesco di ciascun set di dati.
- Determinare l'AoC manualmente come punto di partenza della risalita di RMS EMG. Un esempio è illustrato nella Figura 9.
- Valutazione AoC con dati EMG
5. Analisi dei dati
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Indice di movimento di valutazione normalizzata (NAMI)
NOTA: L'AoC di MTS può essere influenzato da vari fattori di movimento, come la velocità di valutazione, l'accelerazione, ecc. Pertanto, la mozione di valutazione dovrebbe essere il più isokinetic possibile. Il NAMI propone di valutare l'idealità della mozione di valutazione. L'indice proposto è un indice non dimensionale che può essere utilizzato per valutare la coerenza del movimento di valutazione assegnato ai soggetti in ogni prova.- Calcolare la ROM, la velocità massima e il tempo di valutazione da ogni prova di valutazione.
NOTA: l'angolo viene misurato dall'encoder; così, la velocità calcolata è rumorosa. Pertanto, la velocità massima viene determinata come velocità massima della linea di tendenza, non come punto di picco. - Calcolare il valore NAMI per ogni prova durante l'intero esperimento utilizzando l'equazione 3:
Dove: minmax e so min rappresentano rispettivamente angoli massimi e minimi, misurati durante l'esperimento; . . . . max è la velocità massima di valutazione; et è il tempo totale impiegato per una valutazione. Figura 10 viene illustrato un esempio di ogni variabile.
NOTA: L'indice proposto dà un punteggio vicino a 1 se il movimento di valutazione è vicino a completamente isokinetico e un punteggio vicino a 0 se la velocità del movimento è incoerente.
- Calcolare la ROM, la velocità massima e il tempo di valutazione da ogni prova di valutazione.
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Analisi statistica
NOTA: tutte le analisi statistiche vengono eseguite utilizzando il pacchetto statistico PASW (SPSS versione 18.0). Il metodo del coefficiente di correlazione intraclasse (ICC) viene utilizzato per identificare l'affidabilità del test-retest e l'affidabilità tra i tassi. Solo i risultati del secondo e del terzo test vengono utilizzati per calcolare l'ICC.- Per verificare l'affidabilità del test-retest, calcolare l'ICC dai dati AoC misurati e dal risultato NAMI.
- Per verificare l'affidabilità tra i tassi, calcolare l'ICC dalla media dei dati AoC e NAMI.
- Calcolare il valore p dei risultati Dell'AoC utilizzando test t di campionamento accoppiati per valutare le differenze tra ogni tasso o ogni prova di valutazione.
NOTA: i valori P di <0.05 sono considerati statisticamente significativi. - Calcolare il coefficiente di correlazione Pearson tra AoC in base ai criteri EMG e ai criteri di coppia per verificare una correlazione tra i due metodi.
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Representative Results
L'affidabilità è suddivisa in quattro gradi in base al valore ICC: estremamente eccellente (>0,90), eccellente (0,75 < ICC - 0,90), equo a buono (0,40 < ICC - 0,75) e scarso (<0,40). L'errore standard delle misurazioni (SEM) è stato calcolato per determinare il componente di errore della varianza. La più piccola differenza rilevabile (SDD) è stata calcolata dal SEM dei dati di test-retest.
Indice di movimento di valutazione normalizzata (NAMI): il punteggio NAMI durante un movimento isokinetico era sempre 1, il che significa che il dispositivo isokinetico generava sempre una velocità di input costante uniforme. Tuttavia, l'affidabilità di prova-retest del NAMI durante un movimento manuale era scarsa per entrambi i rater 1 (ICC [95% CI] - -0.035 [-0.495–0.441]) e il tasso 2 (ICC [95%CI] - 0.438 [-0.038–0.752]). Inoltre, anche l'affidabilità inter-rater del NAMI durante il movimento manuale era scarsa (ICC [95% CI] - 0,148 [-0,344–0,576]). Al contrario, i risultati dei due tassi umani hanno mostrato valori NAMI medi quasi uguali (0,68 e 0,67 per ogni tassore). L'errore di coerenza dei due ratei umani era maggiore di quello del dispositivo isokinetico, mostrando una grande differenza tra i due ratei. Questi risultati indicano che un movimento di valutazione da parte di un tasso umano è carente nelle caratteristiche isokinetiche e che il movimento è incoerente a seconda del soggetto.
Affidabilità test-retest: la Tabella 2 mostra l'affidabilità del test-retest per i risultati dell'AoC in tre condizioni (isokinetic-EMG, isokinetic-torque, manual-EMG). L'affidabilità di test-retest per MTS manuale è stata eccellente (ICC - 0.804 e 0.840). Tuttavia, la misurazione isokinetica MTS ha migliorato l'affidabilità del test-retest al livello estremamente eccellente sia sui criteri EMG che di coppia (Tabella 2)
Affidabilità tra tassi: la tabella 3 mostra l'affidabilità dell'interrate per le prestazioni di misurazione AoC in tre condizioni. L'ICC dell'affidabilità inter-rater del MTS manuale era 0,788, che era vicino al limite inferiore del grado eccellente. L'Isokinetic MTS ha migliorato l'affidabilità dell'inter-rater all'ICC di 0,890 sulla base dei dati EMG e dell'ICC di 0,931 sulla base dei dati di coppia.
Correlazioni e coerenza della tempistica dell'AoC tra i criteri EMG e di coppia: i due risultati AoC calcolati dai dati EMG e dai dati di coppia durante l'MTS isokinetico mostrano una correlazione significativamente elevata in entrambi i tassi 1 (Coefficiente di correlazione di Pearson 0,937, p < 0,001) e il rater 2 (coefficiente di correlazione Pearson : 0,957, p < 0,001). Inoltre, la tempistica dell'AoC tra i due risultati è stata altamente coerente con un ICC di 1 (p < 0,001).
Figura 1: Diagramma di flusso dell'esperimento.
Questa cifra è stata modificatada Sin et al. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Robot di prova Isokinetic MTS.
(A) Configurazione del dispositivo robot isokinetico. (B) Configurazione interna del dispositivo. Il sistema di controllo include un processore in tempo reale e un driver motore. (B) è stato precedentemente pubblicato da Sin et al.10. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Composizione del manipulando.
Due polsini per il polso e l'avambraccio sono collegati al cursore lineare attraverso un blocco di fissaggio, rendendo regolabile la posizione del bracciale. Una maniglia e un cinturino a mano sono commutabili da sinistra a destra. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Configurazione del sistema di controllo.
I tre blocchi a destra mostrano la gerarchia del sistema di controllo e le frecce mostrano il flusso di dati tra ogni unità. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: Interfaccia utente grafica (GUI).
Il lato sinistro è il pannello del controller, che contiene i vari pulsanti o controlli numerici necessari per il controllo robot. Il lato destro è un pannello di monitoraggio che mostra l'angolo, la coppia di interazione e il segnale di innesco in tempo reale. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 6: Esempio di compensazione dell'effetto di inerzia.
La linea verde indica la coppia grezza; la linea tratteggiata blu indica il modello di forza inerziale; e la linea rossa indica il risultato della compensazione della coppia inerziale. Questa cifra è stata precedentemente pubblicata da Sin et al. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 7: Esempio di valutazione AoC con dati EMG (caso Isokinetic MTS).
Un valore RMS EMG inferiore a 0,1 è considerato normale. Viene eseguita la selezione del punto di partenza del punto di salita EMG chiaro e il valore dell'angolo in quel momento viene determinato come AoC. Questa cifra è stata precedentemente pubblicata da Sin et al. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 8: Esempio di valutazione AoC utilizzando i dati di coppia (caso MTS isokinetico).
La valutazione prevede i seguenti passaggi: tracciare due linee che collegano la coppia del punto di partenza della valutazione e il punto finale con dati di coppia arbitrari, rispettivamente; trovare il punto in cui le due linee diventano la linea di regressione dei dati di coppia prima e dopo il punto selezionato; se c'è una differenza significativa tra il gradiente di due retta di regressione, si ritiene che un riflesso di tratto si verifica a questo punto. Questa cifra è stata precedentemente pubblicata da Sin et al. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 9: Esempio di valutazione AoC utilizzando i dati EMG (caso MTS manuale).
Come fatto nel caso isokinetico (Figura 7), l'AoC è determinato come l'angolo quando si verifica una chiara recrudescenza dell'EMG. Questa cifra è stata precedentemente pubblicata da Sin et al. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 10: Variabili per l'indice di movimento di valutazione normalizzata (NAMI).
Intuitivamente, il valore NAMI è il rapporto tra l'area sotto il grafico della velocità e l'area della casella grigia. Altri movimenti isokinetici mostrano valori più vicini a 1. Questa cifra è precedentemente pubblicatada Sin et al. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| variabile | conseguenza |
| Età, anni, media (SD) | 54,6 (12,2) |
| Sesso, n (%) | |
| plurale di "man" | 14 (82,4) |
| donna | 3 (17,6)) |
| Giorni dall'inizio dell'ictus, mediana (IQR) | 722 (1226) |
| Lato emiplegico, n (%) | |
| va bene | 10 (58,8) |
| passato semplice e participio passato di "leave" | 7 (41,2) |
| Tipo di tratto, n (%) | |
| Ischemico | 11 (64,7) |
| Emorragica | 6 (35,3) |
| Lesione da ictus, n (%) | |
| Corticale | 4 (23,5) |
| Subcortical | 13 (76,5) |
| Palco Brunnstrom, mediana (IQR) | |
| braccio | 4 (1) |
| mano | 3 (1) |
| gamba | 4 (1) |
| Potenza muscolare, mediana (IQR) | |
| Flessore a gomito | 4 (1) |
| Estensore a gomito | 4 (1) |
| MAS, flessore del gomito, n (%) | |
| 1 : il nome del | 7 (41,2) |
| 1 /? | 5 (29,4) |
| 2 Il nome del sistema | 5 (29,4) |
Tabella 1: Soggetti demografici e caratteristiche di base.
| prova | Retest | abbreviazione di "pence" o "penny" | Sem | Sdd | ICC (2,1) (95% CI) | |
| Media (SD) | Media (SD) | |||||
| Tasso 1 | ||||||
| Movimento isokinetico (150 os) con EMG | 93,74 (28,35) | 90,93 (25,44) | 0.216 (in inglese) | 12.12 | 33,59 | 0,948 (0,857-0,981) |
| Movimento isokinetico (150 os) con coppia | 90,30 (27,93) | 89.61 (27,25) | 0.201 (in questo 201) | 3.02 | 8.37 (in questo stato del documento) | 0,997 (0,992-0,996) |
| Movimento manuale con EMG | 82,67 (19.11) | 82.03 (21.73) | 0,838 | 17.21 | 47,7 | 0,804 (0,538-0924) |
| Tasso 2 | ||||||
| Movimento isokinetico (150 os) con EMG | 90,77 (28,69) | 88.14 (28.34) | 0.123 (in ti1:123) | 15.1 1 | 41.86 | 0,929 (0,929-0,991) |
| Movimento isokinetico (150 os) con coppia | 97.06 (23.47) | 94.37 (25,86) | 0.192 (in 4> ) | 9.9 | Ore 27.44 | 0,959 (0,873-0,987) |
| Movimento manuale con EMG | 80,96 (21.30) | 80.46 (22.81) | 0,875 | 16.94 (in inglese) | 46.96 (in inglese) | 0,840 (0,601-0,941) |
Tabella 2: Test-retest dei risultati di affidabilità per l'angolo di cattura misurato con dispositivi robotici isokinetici e dispositivi robotici con movimento manuale.
Questa tabella è stata pubblicata da Sin et al.10 (i valori p sono calcolati dal test t di esempio accoppiato). SEM: errore standard di misurazione, SDD: la più piccola differenza rilevabile, ICC: coefficiente di correlazione intraclasse, EMG: elettromiografia.
| Tasso 1 | Tasso 2 | abbreviazione di "pence" o "penny" | Sem | ICC (2,1) (95% CI) | |
| Media (SD) | Media (SD) | ||||
| Movimento isokinetico (150 os) con EMG | 88.16 (28.24) | 89.46 (28.33) | 0,973 (in questo da 200) | 17.81 (in linguaggio 17.81) | 0,890 (0,685-0,961) |
| Movimento isokinetico (150 os) con coppia | 94.32 (240.13) | 95,71 (24,44) | 0,775 (in questo 075) | 12.54 | 0,931 (0,791-0,978) |
| Movimento manuale con EMG | 80,81 (18,98) | 80,71 (21.17) | 0.586 | 17,5 15 | 0,788 (0,493-0,920) |
Tabella 3: Risultati di affidabilità tra i tassi per l'angolo di cattura misurati con dispositivi robotici isokinetici e dispositivi robotici con movimento manuale.
Questa tabella è stata pubblicata da Sin et al.10 (i valori p sono calcolati dal test t di esempio accoppiato). SEM: errore standard di misurazione, ICC: coefficiente di correlazione intraclasse, EMG: elettromiografia.
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Discussion
Questo studio ha tentato di standardizzare la misurazione MTS utilizzando un dispositivo isokinetico robotico. È stato studiato il modo in cui la coerenza del movimento di valutazione influisce sui risultati della misurazione MTS.
Il valore NAMI è stato proposto per rappresentare il grado di variabilità nel movimento di valutazione. Come previsto, a differenza del metodo di movimento isokinetico senza variabilità, il metodo manuale ha mostrato la variabilità tra i test e tra i tassi, con conseguente scarsa affidabilità, che è coerente con i risultati degli studi precedenti7,8 . I risultati sull'affidabilità per la misurazione AoC mostrano che il movimento isokinetico stesso può aumentare l'affidabilità dell'interratero, rispetto al movimento manuale. Anche se, ci sono state preoccupazioni per quanto riguarda la provocazione del riflesso meno stretch dal movimento isokinetico11,12, soggetti in questo studio con lieve spasticità flessore del gomito (MAS 1, 1 , 2) ha mostrato riflessi di stiramento costanti misurati da superficie EMG durante il movimento isokinetico. Ciò dimostra che un dispositivo isokinetico può essere utilizzato per misurare l'AoC in modo affidabile, anche in pazienti con lieve spasticità del gomito. L'AoC è stato calcolato anche dai criteri di coppia in questo studio. È interessante notare che l'AoC misurato utilizzando sia i criteri EMG che di coppia ha mostrato un'alta correlazione, mentre i soli criteri di coppia hanno mostrato una maggiore affidabilità tra i tassi, che è coerente con i risultati forniti da Lynn et al.13. Pertanto, la valutazione della spasticità utilizzando i criteri di coppia dovrebbe essere un metodo migliore per quanto riguarda l'affidabilità e la convenienza.
Questo nuovo approccio per la quantificazione della misurazione MTS presenta alcuni problemi e limitazioni. In primo luogo, la postura durante le misurazioni AoC in questo studio era diversa dalle misure MTS convenzionali14. L'MTS convenzionale è stato eseguito in assenza di rapimento alla spalla; al contrario, in questo studio, le misurazioni sono state eseguite con la spalla rapita di 90 gradi. Tuttavia, lo scopo di questo studio era quello di verificare gli effetti della coerenza della mozione di valutazione sull'affidabilità dell'AoC. La postura utilizzata in questo esperimento rende facile misurare l'AoC utilizzando i dati di coppia eliminando l'influenza del peso dell'avambraccio, che è difficile da misurare separatamente. Pertanto, questo esperimento fornisce una prospettiva su come il movimento di valutazione influisce sull'affidabilità delle misurazioni AoC.
In secondo luogo, la misurazione AoC utilizzando entrambi i criteri di coppia ed EMG è stata eseguita soggettivamente. Tuttavia, questo è stato condotto da un terzo tasso che era cieco alle informazioni sul soggetto e l'ordine dei tassi per ridurre al minimo i potenziali pregiudizi. In terzo luogo, l'aumento della coppia di reazione a causa delle proprietà meccaniche passive è stato inaspettato durante la progettazione iniziale dell'esperimento. Ci si aspettava che la coppia di reazione è causata principalmente da riflesso stretch; tuttavia, nei pazienti con spasticità lieve, molti casi hanno mostrato che la coppia di reazione causata dalla rigidità passiva era dominante. Pertanto, AoC è stata ottenuta attraverso l'analisi dei dati post-sperimentali piuttosto che l'identificazione in tempo reale. Infine, c'era il rilassamento del flessore del gomito durante lo stretching passivo ripetitivo. L'esperimento è stato progettato per incorporare tempo sufficiente per prevenire la stanchezza durante l'esperimento, e nessun soggetto si lamentava della fatica. Tuttavia, è difficile prevenire il rilassamento del muscolo a causa di stretching passivo ripetitivo. Per ridurre questo impatto, l'esperimento è stato progettato per randomizzare l'ordine dei tassi e i risultati non hanno mostrato alcun fenomeno di rilassamento significativo tra i due tassi.
L'obiettivo di questo studio era migliorare i metodi di valutazione che si basano sul senso soggettivo del tassore e li mantengono a standard più oggettivi e quantitativi. I risultati mostrano la possibilità di aumentare l'affidabilità della valutazione utilizzando un dispositivo robotico. Tuttavia, il metodo eseguito in questo studio è solo mezzo automatizzato, perché la valutazione AoC è fatta da un essere umano. Si prevede che gli ulteriori studi consentiranno una valutazione della spasticità in tempo reale con elevata affidabilità e obiettività.
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Disclosures
Tutti gli autori non dichiarano alcun conflitto di interessi.
Acknowledgments
Questo studio è stato sostenuto dal Seoul National University Bundang Hospital Research Fund (14- 2014 - 035) e Korea and National Research Foundation of Korea (NRF) Grant finanziato dal governo coreano (A100249). Ringraziamo Seo Hyun Park e Hae-in Kim per aver contribuito a preparare e procedere con le riprese video.
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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