RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Corey Landis1, Margaret E. O'Neil2,3, Andrew Finnegan2,3, Patricia A. Shewokis1,3,4
1School of Biomedical Engineering, Science and Health Systems,Drexel University, 2Department of Physical Therapy and Rehabilitation Sciences,Drexel University, 3College of Nursing and Health Professions,Drexel University, 4Department of Nutrition Sciences,Drexel University
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Bu protokol, kalp hızı değişkenliğini (HRV) elektrokardiyogram (EKG) dalga formlarından hesaplamak için bir yöntem açıklanmaktadır. Aktif video oyunu (AVG) oturumları sırasında sürekli kalp hızı (hr) kayıtlarından dalga formları serebral palsi (CP) ile gençlerin aerobik performansını ölçmek için kullanılmıştır.
Bu çalışmanın amacı, kalp hızı değişkenliğini (HRV) elektrokardiyogram (EKG) dalga formlarından hesaplamak için bir yöntem oluşturmadır. Dalga formları, katılımcılar (serebral palsi (CP) ile gençlik) aktif video oyunu (AVG) oturumları sırasında giydiği bir HR monitörü tarafından kaydedildi. AVG oturumları, katılımcılara fiziksel aktivite ve Fitness (aerobik performansı) tanıtmak için tasarlanmıştır. Amaç, AVGs 'in fizibilitesini fizyoterapi (PT) müdahale stratejisi olarak değerlendirmektir. Her katılımcı için maksimum HR (mHR) belirlendi ve hedef kalp hızı bölgesi (THRZ), 20 dakika AVG oturumunda üç egzersiz aşamasının her biri için hesaplanır: (% 40-60 mHR 'de ısınma,% 60-80 mHR 'de klima ve% 40-60 mHR 'de soğuması). Her katılımcı AVG oturumunda 3 20 dk oyunları oynadı. Tüm Oyunlar CP ile birçok gençlik uzun süre dayanamaz çünkü bir bankta otururken oynandı. Her oyun koşulu sadece el simgeleri kullanarak katılımcılar ile farklı, el ve ayak simgeleri birlikte veya ayak simgeleri sadece nesneleri toplamak için. Oyunun amacı (KOLLECT denilen) puan kazanmak ve puan kaybetmek değil tehlikeleri önlemek için nesneleri toplamak için. Isınma ve soğutmaya yönelik fazlar sadece hedef kalp hızı bölgesinde (THRZ) HR korumak için daha yavaş, kontrollü hareket tanıtmak için tehlikeler kullanılmıştır. Daha yüksek seviyeleri ve daha yoğun fiziksel aktivite tanıtmak için klima aşamasında herhangi bir tehlike vardı. EKG verilerinden, aerobik iş yükünü incelemek için HRV (seçilen zaman alanı ve frekans etki alanı önlemleri) oluşturmak için analitik yöntemler kullanılmıştır. HRV son uygulamalar kısa vadeli ölçümler (5 dakika nöbetleri) uygun olduğunu ve HRV biofeedback belirtileri ve sağlık koşullarında çeşitli yaşam kalitesini iyileştirmek yardımcı olabilir gösterir. HR, PT girişimlerinde aerobik performansını ve yoğunluğunu incelemek için iyi kabul görmüş bir klinik önlem olmasına rağmen, AVG oturumları sırasında otonjik sistem fonksiyonları, kurtarma ve adaptasyon bilgilerini sağlayabilir.
Serebral palsi (CP) çocukluk çağında en yaygın fiziksel engeldir1. CP gelişmekte olan beynin nörolojik bir hakaret neden olur ve kas zayıflık gibi motor bozuklukları ile ilişkilidir, spastisite, deconditioning, ve azalma motor kontrolü ve denge2,3. CP ilerici olmayan bir durumdur, ancak yaş, çocuklar daha az fiziksel olarak aktif ve daha fazla sedanter tipik gelişimi ile eşlerine kıyasla (TD) çoğunlukla nedeniyle onların tehlikeye nöromüsküler üzerinde büyüme artan talepleri ve Kas-iskelet sistemleri4.
CP ile gençlik genellikle fonksiyonel hareketlilik geliştirmek için fiziksel terapi (PT) hizmetleri almak ve fiziksel aktivite ve fitness teşvik (örneğin aerobik ve Kas dayanıklılık)2. Oftentimes, PT Hizmetleri ve topluluk kaynaklarına ulaşmak ve bu PT hedefleri5,6sürdürmek için sınırlı erişim vardır. Aktif video oyunları (AVGs) klinik, ev veya topluluk ayarları7,8aktivite tabanlı PT müdahalelerde uygulanabilir bir strateji olabilir. Ticari AVGs oyun uyum ve CP9ile gençlik için özel IHTIYAÇLARı ve PT hedefleri karşılamak için sınırlı esneklik vardır. Ancak, özelleştirilmiş AVGs fiziksel aktivite ve fitness10TEŞVIK ederken CP ile gençlik meydan esnek oyun parametreleri sağlar.
Ekibimiz, gençlik egzersizi yanıtlarını (örn. fiziksel aktivite ve aerobik Fitness) incelemek için özelleştirilmiş bir AVG (KOLLECT olarak adlandırılır) geliştirdi. Oyun oyun sırasında gençlik hareketini izlemek için bir hareket sensörü kullanır. Oyunun amacı, yüksek bir puan için mümkün olduğunca çok sayıda nesne toplamak ve puan kaybetme önlemek için tehlikeleri önlemek için. Nesneler, esnek oyun parametrelerinde terapist tarafından belirlenen el ve/veya ayak simgeleri ile toplanabilir.
Aerobik Fitness teşvik etmek için doz fiziksel aktivite yoğunluğu, CP11ile gençlik için önemlidir aktıvıte tabanlı PT girişimler tasarlama. Özel AVGs yoğunluk doz ve fitness teşvik etmek için fiziksel aktivite gençlik meşgul etkili bir strateji olabilir10. Kalp hızı (HR) monitörler genellikle klinik PT uygulamada aerobik performans ve aktivite yoğunluğu belirlemek için kullanılır. Bu nedenle, HR monitörler Aerobik Fitness teşvik etmek için fiziksel aktivite yoğunluğu dozlama AVGs fizibilite belirlemek yardımcı olacaktır9. Bir HR monitörden oluşturulan EKG verileri, kalp hızı değişkenliğini (HRV) hesaplamak için kullanılabilir. Aerobik iş yükünü incelemek için EKG verilerinden HRV üretmek için analitik yöntemler kullanılmıştır. HRV son uygulamalar kısa vadeli ölçümler (5 dakika nöbetleri) uygun olduğunu ve HRV biofeedback sağlık koşullarında çeşitli belirtiler ve yaşam kalitesini artırmak yardımcı olabilir gösterir32,33,34 . Kısa süreli HRV önlemlerinin uygulanması, AVG oturumları sırasında kardiyovasküler fonksiyonun değerlendirilmesi için uygun bir araç olur. HRV 'nin bir EKG 'nin R-R aralığından türetildiği göz önüne alındığında, seçilen zaman alanı ve frekans etki alanı önlemlerini kullandık. HRV 'nin zaman alan ölçümü, ardışık kalp atışı arasındaki süreyi temsil eden interbeat aralıklarla kestirilmesi miktarını ölçmek. Biz AVNN (ortalama NN aralığı), RMSSD (ardışık farklılıklar kök ortalama kare), SDNN (NN aralığı standart sapması), NN50 (nn aralıkları sayısı > 50 MS) ve PNN50 (NN aralıkları yüzdesi) kullanılır. Frekans etki alanı önlemleri büyük olasılıkla dört frekans bantları içine mutlak veya göreceli güç dağıtımının tahmin, biz özellikle iki bantları, düşük frekans (LF) güç ve LF/HF oranı ile birlikte yüksek frekans (HF) güç ele. HR iyi kabul edilen bir klinik tedbir olmasına rağmen, HRV, otonjik sistem fonksiyonu, kurtarma, adaptasyon hakkında bilgi sağlar ve bir AVG oturumu28sırasında aerobik iş yükü tahmin sağlar çünkü yararlı olabilir.
Bu çalışmanın amacı, fiziksel aktivite ve fitness teşvik AVG stratejileri kullanarak fizibilite incelemek oldu. İkinci amaç, AVG veri toplama protokolünü ve bir HR monitörü ile elde edilen EKG verilerinden HRV hesaplamak için metodoloji sunmak oldu. Bu önlemler ve bu protokol, klinisyenler için PT müdahale oturumları izlemek ve doz ilgili olabilir.
Kurumsal Inceleme Kurulu onayı alındı. Tüm Gençlik ve ebeveynlere katılım önce onay sağlanan yazılı güvence sağladı.
1. AVG veri toplama oturumları
(1)
ayarlayın ancak veri kendi karşılık gelen R doruklarına daha yüksek T doruklarından yanlış pozitif algılama azaltmak için uniform ise bu programda artırılabilir. Şekil 1' de bu yanlış pozitibi örnekleri görülebilir.
RMSSD = (2)2. hastanın EKG verilerini edinme
3. kalp hızı değişkenlik ölçümlerinin veri analizi ve hesaplanması
Bu yöntem, yeni geliştirilen bir yöntemin konunun kalp hızı değişkenliği (HRV) üzerinde olduğu etkiyi analiz etmek için veri sağlar. Bunu, Şekil 6' da gösterildiği gibi, BIR konunun EKG verilerinin QRS dalga formunun R kısmını bulup, çeşitli HRV değerlerini hesaplayarak yapar. HR monitörü konu ile uygun bir şekilde temas ederse, veriler üniforma olacak, düzeltmeler ihtiyacını önemli ölçüde azaltır ( Şekil 4' te görüldüğü gibi).
Eşikler, Şekil 1 ve Şekil 2' de tasvir edilen dağınık ve düzensiz verileri işlemek için ayarlanmalıdır. Veri HR monitör cilt kişisinin anlık değişiklikler nedeniyle yeterince değişkendir, ilk analiz yanlış tepe Şekil 3' te gösterildiği gibi etiketleyebilirsiniz. Bu hata, el ile değerleri düzeltme veya protokolün Bölüm 3 ' te açıklandığı gibi ekstra veri noktalarını girerek düzeltilebilir. Eşik seviyeleri ve zirveler arasında en az zaman değiştirme de algılama değerlerini temizlemek ve Şekil 6 gibi ayarlanmış bir arsa üretmek için yardımcı olabilir Figure5.
Veri elde edilmiş ve uyuşmazlıklar için analiz edildikten sonra, istatistiksel analiz için HRV değerlerini hesaplamak için kullanılabilir. EKG verilerinin analizi, oturum sırasında yapılan gözlemleri değerlendirme amacıyla ölçmek için kullanılabilir.

Şekil 1 . ' Dağınık ' verileri temsil eden ısınma oturumu sırasında bir oyun 3 ' ü için zaman içinde (x ekseni) SÜREKLI HR (y-ekseni) (μV) temsili grafik. Dağınık veriler: Bu bölümde R zirveleri dalga formunun T kısmından daha küçüktür. Bu, en yüksek algılama sorunlarına neden olabilir.

Şekil 2 . Bazı elektrokardiyogram (EKG) düzensiz dalga formları örneği. Düzensiz dalga şekli: hareket nedeniyle konu ile temas halinde yapılan değişiklikler, dalga formunun tekdüzasyonunu azaltan voltaj değişkenlerine neden olabilir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Şekil 3 . Bir elektrokardiyogram (EKG) çıktısı, yanlış etiketli en yüksek HR yanlış etiketli tepe ile bir örnektir. Rakamın üst kısmına yakın bir voltajda bir artış, dalga formunun bir kısmının R deseniyle eşleşen olarak tespit edilmesine neden olur. Ayrıca yakın R desenleri (9924, 2074) olarak vurgulanan gibi yakınlık nedeniyle yoksayılacak neden olabilir.

Şekil 4 . Zaman içinde (x ekseni) temiz elektrokardiyogram (EKG) dalga formunda, μV 'de sürekli HR (y-ekseni) temsili grafik. Temiz dalga formu: nispeten hatta dalga şekli ve voltaj seviyesi ile UNIFORM EKG verilerinin bir bölümü örneği.

Şekil 5 . Temizleme işleminden önce ham Elektrokardiyogramın (EKG) zaman içinde (x ekseni) zaman içinde μV 'de sürekli HR (y ekseni) temsili grafik. Temizleme öncesinde veriler: Klima aşaması sırasında Subject 01 Game 3 ' ten EKG verilerinin 30 saniye segmenti gösterilir. Bazı doruklarına cevapsız ve bazı yanlış yüksek voltaj değişkenliği nedeniyle etiketlenmiştir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Şekil 6 . Bir ham Elektrokardiyogramın (EKG) zaman içinde (x ekseni) zaman içinde μV 'de sürekli HR (y ekseni) temsili grafik. Veri sonrası Temizleme: konu 01 Game 3 ' ten sonra, protokolün Bölüm 3 ' te açıklandığı gibi düzgün etiketlendikten sonra aynı 30 saniye EKG verisi. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
| Aşama | Zaman | THR bölgesi | Oyun özellikleri |
| Dinlenme | 5 dk. | Temel dinlenme | Na |
| ısınma | 5 dk. | 40-60% mHR | 4 nesne + 4 tehlike; daha yavaş hız |
| Klima | 10 dak. | 60-80% mHR | 8 nesne + 0 tehlike; hızlı hız |
| Serinlemek | 5 dk. | 40-60% mHR | 4 nesne + 4 tehlike; daha yavaş hız |
| Kurtarma | 5 dk. | Temel dinlenme | Na |
| Anahtar: THR = hedef kalp hızı; Na = uygulanamaz |
Tablo 1. Aktif video oyunu (AVG) oyun aşamaları. ANAHTAR: hedef kalp hızı (THR); NA (uygulanamaz).
| Konu | Avg | Oyun | Isınma başlangıcı | Klima başlatma | Dolum süresi başlangıç | Kurtarma başlangıcı |
| (MM/GG/YYYY) | (MM/GG/YYYY) | (MM/GG/YYYY) | (MM/GG/YYYY) | |||
| (HH: MM: SS) | (HH: MM: SS) | (HH: MM: SS) | (HH: MM: SS) | |||
| 1 | 4 | 1 | 11/25/2015 | 11/25/2015 | 11/25/2015 | 11/25/2015 |
| 1 | 4 | 1 | 16:33:53 | 16:39:03 | 16:49:04 | 16:54:09 |
| 1 | 4 | 2 | 11/25/2015 | 11/25/2015 | 11/25/2015 | 11/25/2015 |
| 1 | 4 | 2 | 17:27:47 | 17:32:57 | 17:43:01 | 17:48:03 |
| 1 | 4 | 3 | 11/25/2015 | 11/25/2015 | 11/25/2015 | 11/25/2015 |
| 1 | 4 | 3 | 18:25:22 | 18:30:33 | 18:40:35 | 18:45:38 |
| 2 | 4 | 1 | 4/10/2016 | 4/10/2016 | 4/10/2016 | 4/10/2016 |
| 2 | 4 | 1 | 11:59:19 | 12:04:29 | 12:14:36 | 12:19:50 |
| 2 | 4 | 2 | 4/10/2016 | 4/10/2016 | 4/10/2016 | 4/10/2016 |
| 2 | 4 | 2 | 12:40:25 | 12:45:37 | 12:55:44 | 13:00:53 |
| 2 | 4 | 3 | 4/10/2016 | 4/10/2016 | 4/10/2016 | 4/10/2016 |
| 2 | 4 | 3 | 13:19:57 | 13:25:02 | 13:35:04 | 13:40:11 |
| 3 | 4 | 1 | 11/18/2015 | 11/18/2015 | 11/18/2015 | 11/18/2015 |
| 3 | 4 | 1 | 17:08:10 | 17:13:20 | 17:23:21 | 17:28:28 |
| 3 | 4 | 2 | 11/18/2015 | 11/18/2015 | 11/18/2015 | 11/18/2015 |
| 3 | 4 | 2 | 17:59:46 | 18:04:48 | 18:14:54 | 18:19:55 |
| 3 | 4 | 3 | 11/18/2015 | 11/18/2015 | 11/18/2015 | 11/18/2015 |
| 3 | 4 | 3 | 18:42:03 | 18:47:03 | 18:57:04 | 19:02:02 |
Tablo 2 ' ye. Zamanlama dosya anahtarı: AVG = aktif video oyunu
| ID_AVG_Game | AVNN (lar) | AVG HR (BPM) | RMSSD (MS) | SDNN (MS) | NN50 | pNN50 (%) | LF/HF (EKG) | LF/HF (RR) | LFP (RR) | HFP (RR) |
| 03_AVG4_G1_Rest | 719,875 | 83,347 | 29,827 | 55,604 | 35 | 8,393 | 1,328 | 0,602 | 0,123 | 0,204 |
| 03_AVG4_G1_WU | 656,373 | 91,411 | 26,52 | 50,372 | 28 | 5,932 | 1,288 | 0,675 | 0,125 | 0,185 |
| 03_AVG4_G1_Con 1 -5 | 557,772 | 107,57 | 20,651 | 43,932 | 4 | 0,743 | 1,187 | 0,76 | 0,119 | 0,157 |
| 03_AVG4_G1_Con 6 10 | 532,483 | 112,679 | 27,771 | 33,481 | 9 | 1,599 | 1,244 | 0,809 | 0,118 | 0,146 |
| 03_AVG4_G1_Con 2-7 | 538,546 | 111,41 | 20,389 | 34,351 | 6 | 1,077 | 1,198 | 0,819 | 0,118 | 0,144 |
| 03_AVG4_G1_Con 3-8 | 530,761 | 113,045 | 27,756 | 34,26 | 8 | 1,413 | 1,192 | 0,826 | 0,118 | 0,143 |
| 03_AVG4_G1_Cool | 597,019 | 100,499 | 31,806 | 41,96 | 16 | 3,181 | 1,281 | 0,712 | 0,120 | 0,169 |
| 03_AVG4_G1_Recovery | 665,511 | 90,156 | 42,136 | 70,698 | 57 | 12,639 | 1,301 | 0,636 | 0,122 | 0,191 |
| AVNN = ortalama NN aralığı; AVG HR = ortalama kalp hızı; RMSSD = ardışık farklılıklar kök ortalama kare; SDNN-NN Aralık standart sapması; NN50 = NN aralıkları sayısı > 50 MS; pNN50 = NN aralıklarının% > 50 MS; LF = düşük frekans gücü; HF = yüksek frekans gücü; LF/HF = düşük frekans-yüksek frekans oranı. BPM = dakika başına vuruş; MS milisaniye =; EKG = elektrokardiyogram-QRS kompleksini içerir; RR = R, EKG dalgasının QRS kompleksinin Zirvesi ile ilişkili bir nokta ve RR, ardışık R noktaları arasındaki aralıktır; |
Tablo 3. Konu 03 oyun 01 için kalp hızı değişkenliği (HRV) veri
Tablo 4. Her oyun için egzersiz çeşitli aşamaları için kalp hızı değişkenlik önlemleri açıklayıcı Istatistikler Bu tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.
| Cinsiyet | GMFCS seviyesi | Klinik tanı | Hareket bozukluğu | Dominant yan | Yükseklik (cm) | Ağırlık (kg) | BMı (kg/m2) | BMı yüzdelik |
| Çocuk | 2 | dipleji | Distoni | Doğru | 161,20 | 47,60 | 18,32 | 17,00 |
| Çocuk | 3 | dipleji | Spastisite | Sol | 141,17 | 49,20 | 24,70 | 95,00 |
| Çocuk | 2 | Sol hemipleji | Spastisite | Doğru | 165,80 | 50,50 | 18,40 | 13,00 |
| Çocuk | 3 | dipleji | Spastisite | Doğru | 154,30 | 57,00 | 23,90 | 83,00 |
| Kız | 2 | Sol hemipleji | Spastisite | Doğru | 161,20 | 60,30 | 22,86 | 71,00 |
| Kız | 2 | Sol hemipleji | Spastisite | Doğru | 146,40 | 40,80 | 19,00 | 30,00 |
| Kız | 2 | sağ hemipleji | Spastisite | Sol | 154,60 | 64,00 | 26,80 | 85,00 |
| Kız | 3 | Sol hemipleji | Spastisite | Doğru | 166,10 | 61,20 | 22,20 | 42,00 |
| Çocuk | 2 | Sol hemipleji | Spastisite | Doğru | 168,10 | 49,70 | 17,60 | 51,00 |
| Çocuk | 3 | dipleji | Spastisite | Doğru | 135,00 | 29,80 | 16,00 | 43,00 |
| Anahtar: GMFCS= brüt motor fonksiyon sınıflandırma sistemi; BMI= vücut kitle indeksi |
Tablo 5. Hasta demografik bilgiler
Şu anda, yazarlar (CL ve PAS) açıklamak için hiçbir şey var. Dr. o 'Neil, enAbleGames, LLC ve Kollect 'in kurucusudur ve bu Web tabanlı şirket tarafından sunulan oyunlardan biridir. enAbleGames oyun geliştirme aşamasında ve şu anda bir kamu şirketi değildir (www.enAbleGames.com).
Bu protokol, kalp hızı değişkenliğini (HRV) elektrokardiyogram (EKG) dalga formlarından hesaplamak için bir yöntem açıklanmaktadır. Aktif video oyunu (AVG) oturumları sırasında sürekli kalp hızı (hr) kayıtlarından dalga formları serebral palsi (CP) ile gençlerin aerobik performansını ölçmek için kullanılmıştır.
Yazarlar, katılımcılarına ve ailelerine zaman ve çaba için teşekkür etmek için çalışma katılımı için harcanan. Ayrıca yazarlar, Dr. Yichuan Liu ve Dr. hasan ayaz 'ı, KOLLECT Active video Gaming yazılımının geliştirilmesi için HR izleme ve Dr. Paul Diefenbach 'ın zamanlama hesaplamasına yardım etmeleri için kabul etmiştir. Bu çalışma için finansman Coulter Vakfı Hibe tarafından sağlanan #00006143 (O'Neil; Diefenbach, PIS) ve #00008819 (O'Neil; Diefenbach, PIS).
| BioHarness Bluetooth Modülü (Elektronik sensör) | Zephyr | 9800.0189 | kalp atış hızını, solunum hızını, duruşu ve cilt sıcaklığını algılar. |
| BioHarness Göğüs Kemeri | Zephyr | 9600.0189, 9600.0190 | Boyutlar Küçük XS-M, Büyük M-XL |
| BioHarness Şarj Beşiği & USB Kablosu | Zephyr | 9600.0257 | Verileri Analiz için Modülden Bilgisayara Aktarmak İçin Kullanılır. |
| BioHarness Echo Gateway | Zephyr | 9600.0254 | , öznenin kalp atış hızının gerçek zamanlı olarak görüntülenmesini sağlar. |
| MATLAB R2016a | Mathworks | 1.7.0_.60 | tüm programlama için kullanılır. |