Este artículo se centra en la obtención experimental del dolor a través del calor (térmico) y estimulación eléctrica durante la grabación visual, fisiológica y las respuestas paralingüístico. Su objetivo es recoger datos multimodales válidos para el análisis de dolor basado en su duración, intensidad y calidad.
La evaluación del dolor se basa principalmente en métodos que requieren de una persona para comunicarse. Sin embargo, para personas con impedimentos cognitivos y verbales, los métodos existentes no son suficientes ya que carecen de fiabilidad y validez. Para abordar este problema, la investigación reciente se centra en una evaluación objetiva del dolor por parámetros de respuestas derivadas de la fisiología y señales de vídeo y audio. Para desarrollar sistemas de reconocimiento de dolor automatizado confiable, se hicieron esfuerzos en la creación de bases de datos multimodales con el fin de analizar el dolor y detectar patrones de dolor válido. Mientras que los resultados son prometedores, se centran sólo en dolor discriminativa o intensidades de dolor y sin dolor. Para avanzar en esta investigación debe considerar también la calidad y duración del dolor ya que proporcionan información adicional valiosa para controlar el dolor más avanzado. Para complementar las bases de datos y el análisis del dolor en cuanto a calidad y duración, este trabajo propone un experimento psicofisiológico para provocar, medir y recoger las reacciones de dolor válido. Los participantes son sometidos a estímulos dolorosos que difieren en duración de intensidad (baja, media y alta), (5 s / 1 min) y modalidad (calor eléctrico dolor) mientras que de audio, vídeo (por ejemplo, expresiones faciales, gestos del cuerpo, temperatura de la piel facial) y fisiológicos señales (e.g., Electrocardiograma [ECG], piel nivel de conductancia [SCL], electromiografía facial [EMG] y EMG del trapecio M.) está siendo grabado. El estudio consta de una fase de calibración para determinar rango de dolor individual del sujeto (al intolerable dolor) y una fase de estimulación que dolor se aplican estímulos, dependiendo del rango calibrado. Los datos obtenidos permitan refinar, mejorar y evaluar sistemas de reconocimiento automático en términos de una evaluación objetiva del dolor. Para el desarrollo de tales sistemas y para investigar las reacciones de dolor en más detalle, las modalidades de dolor adicional tales como presión, químico o frío dolor debe incluirse en futuros estudios. Datos de este estudio serán lanzados como “X-ITE dolor base de datos”.
El dolor es una sensación muy personal y desagradable que se percibe de manera diferente por todo el mundo. Dura de segundos a meses y pueden variar en su calidad (pulsátil, agudo, ardor, etcetera). Si se trata inadecuadamente, el dolor influye en las funciones físicas y psicológicas del cuerpo, reduce la calidad de vida y asume el riesgo de convertirse en una condición crónica. En la atención clínica, la evaluación precisa de la intensidad del dolor y la calidad es muy importante proporcionar dolor exitosa gestión1,2. Métodos estándar de oro para evaluar dolor, tales como escala de análogo visual (VAS), la escala de calificación numérica (NRS) o el cuestionario de dolor McGill3, se basan en informes de pacientes y, por tanto, sólo funciona con suficientemente cognitivo y verbal personas intactas. En consecuencia, todos los establecieron métodos carecen de validez y fiabilidad cuando se trata de recién nacidos4, delirante, soñolienta, sedada, pacientes ventilados5o personas que sufren de demencia6,7. Además o como alternativa a escalas de autoinforme, se han desarrollado métodos para medir el dolor a través de la observación por personal entrenado (por ejemplo, el de Zurich observación dolor evaluación8 o la abadía dolor escala9) en los últimos años. Sin embargo, incluso estas herramientas sufren limitaciones en la confiabilidad y validez, como calificadores entrenados aún no pueden garantizar una evaluación objetiva. Además, la aplicación es a menudo demasiado desperdiciador de tiempo para el personal clínico cuando la evaluación del dolor debe hacerse sobre una base regular.
Varios equipos de investigación se han centrado en el desarrollo de dolor automatizado reconocimiento de sistemas, que permiten la medición del dolor por medio de fisiológica, visuales, o paralingüístico señal establece como nuevos enfoques para la evaluación y control de dolor y su intensidad objetivamente. Estudios previos muestran resultados prometedores en la detección y diferenciación dolor10,11,12,13,16,17,18 o discriminar dolor de emociones básicas14,15 basado únicamente en uno de la señal establece10,11,12,13,14, 15 así como en una combinación fusion16,17,19 de los conjuntos. Las modalidades mencionadas reaccionan casi autónomamente a estímulos estresantes como el dolor. Uso tiene la ventaja que no requieren la capacidad de una persona para informar su dolor. Tales individuos se beneficiarían enormemente de un sistema de reconocimiento de dolor objetivo que incorpora tales modalidades. Conjuntos de datos que consiste en las reacciones que provocó dolor proporcionan valiosa información para analizar patrones de dolor y desarrollar aplicaciones prácticas para la detección y seguimiento de dolor. Entre otros, Walter et al.20 creó la “BioVid calor dolor base de datos” una base de datos multimodal que está públicamente disponible y proporciona datos de corto plazo inducidas por estímulos dolorosos de calor y las reacciones psicofisiológicas y visuales correspondientes. La “SenseEmotion”base de datos de Velana et al21 incluye Bioseñales, videos e información de paralingüístico de voluntarios afectados por dolor calor fásica y estímulos emocionales.
Mientras que estas bases de datos son adecuados para examinar las reacciones de dolor, en su mayoría se basan en un modelo de dolor específico. Como dolor difiere en su calidad (supuestamente según el modelo de dolor) y en su duración, también puede diferir en su fisiológico, visual y paralingüístico se correlaciona. Al mejor del conocimiento authors’, no estudios multimodales o bases de datos hay que combinar dos o más modelos de dolor y variar los estímulos de dolor en intensidad y duración para no sólo detectar patrones de dolor pero también distinguir entre calidades de dolor.
Este documento proporciona un protocolo sobre cómo llevar a cabo un experimento complejo psicofisiológico para provocar dolor y simultáneamente grabar respuestas fisiológicas (por ejemplo, ECG, EMG de zygomaticus de Musculus trapecio, corrugador superciliary principales, SCL) así como datos de audio y vídeo (por ejemplo, expresiones faciales, gestos del cuerpo, temperatura de la piel facial). Los participantes son estimulados con corta (fásica) y calor (tónico) y estímulos de dolor eléctrico que difieren en intensidad y duradero. Una fase antes del experimento de calibración determina los umbrales de dolor para cada sujeto individualmente.
El estudio tiene como objetivo recoger datos multimodales para investigar dolor (patrones) con respecto a la intensidad, calidad y duración por medio de métodos estadísticos, algoritmos de aprendizaje de máquina, etcetera. Además, los datos ya recogidos está planeados para ser publicado para los propósitos de la investigación académica bajo el nombre de “X-ITE (Experimentally redir_lang.jsp Thermal y toma de alimentación eléctrica E) base de datos de dolor”. Puede ampliar las bases de datos existentes, tales como BioVid calor dolor y SenseEmotion de20,21y contribuir a que más desarrollo, mejora y evaluación de sistemas de reconocimiento del dolor automatizada en materia de validez, confiabilidad y reconocimiento en tiempo real.
El resto del documento está organizado de la siguiente manera. El protocolo describe cómo llevar a cabo el estudio de desencadenamiento de dolor paso a paso. A continuación, los resultados representativos presentan el resultado del experimento. Por último, la discusión cubre pasos críticos, limitaciones y beneficios del estudio, seguida de sugerencias para futuras ampliaciones.
El protocolo presentado se centra en la obtención experimental de térmica (calor) y dolor eléctrico mientras que grabación fisiológico, visual y las señales paralingüístico. Este nuevo enfoque, combinando dos modelos de dolor con estímulos diferentes intensidades y duraciones de dos estímulos diferentes (fásicas y tónicas), ofrece una amplia perspectiva sobre los patrones psicofisiológicas y expresiones de dolor. Sin embargo, para la realización de este protocolo deben considerarse varias medidas.
En general, si se trabaja con los estímulos del dolor es crucial garantizar la seguridad de los sujetos. Todos los estímulos de dolor deben ser muy controlada y sólo deben ser realizados por experimentados experimentadores.
Además, para el registro y recolección de datos confiables y de alta calidad, la fijación correcta de dispositivos (electrodos), el perfecto funcionamiento de dispositivos de grabación y una comunicación fluida entre los equipos es muy recomendable. Todas las fuentes de interferencias deben eliminar o reducir a un mínimo. Para garantizar la coherencia entre los participantes, es importante dar instrucciones estandarizadas e invariables condiciones experimentales.
Según nuestra experiencia, encontrar a los participantes adecuados que cumplan con todos los criterios y están dispuestos a recibir numerosos estímulos dolorosos, lleva mucho tiempo y es bastante difícil. Además de eso, la compensación monetaria tiene que ser lo suficientemente alto como para atraer a sujetos para el estudio. Especialmente las personas entre 30 y 50 años son difíciles de encontrar. Esto puede ser debido a que el experimento es demasiado largo (aprox. 4 horas, incluyendo fechas de llegada y salida) y tienen que sacar medio día de trabajo.
Porque la seguridad de los participantes es de máxima prioridad, inducción de dolor deba restringirse. Debido a normas éticas, las intensidades de estímulo no deben exceder ciertos niveles para evitar quemaduras y pérdida de conciencia en cuanto a la inducción de dolor térmico y eléctrico, respectivamente. Un corte general de intensidades puede causar un efecto de techo como algunos sujetos pueden llegar a los límites de intensidad antes de sentir dolor intolerable. En este estudio, aproximadamente el 42% (considerando parte de calibración térmica 1 y 2) de los participantes alcanzó los atajos termales (ver resultados representativos). Como no alcanzan las tolerancias de su dolor “real”, sus respuestas fisiológicas a los estímulos térmicos más altos podrían se comportan diferentemente en contraste con respuestas fisiológicas de los sujetos que les llegó. Si es así, mezcla de estos dos grupos podría influir en resultados de la clasificación en términos de reconocimiento del dolor.
Un punto importante para la dirección es las modalidades de dolor en este experimento. Los participantes son sometidos a estímulos de dolor térmico y eléctrico (debido a que estas son altamente controlables en un entorno experimental). Así, si examinar patrones de dolor con respecto a calidad, los resultados pueden no traducir a otras modalidades de dolor tales como presión, dolor visceral o químico.
La misma consideración en la transferibilidad de los resultados se aplica a la muestra del estudio. El protocolo es éticamente restringido a adultos sanos. Por ejemplo, no incluye niños o personas con minusvalías cognitivamente y verbalmente. Además, en nuestro estudio participaron solamente personas europeas. También aquí, los resultados analíticos pueden no aplicar a grupos no considerados en este experimento.
Otra limitación puede referirse al efecto de Hawthorne24: los sujetos son conscientes de que están siendo filmados/observados en el estudio. Esto podría cambiar su comportamiento.
En comparación con bases de datos existentes del dolor, el protocolo proporciona ventajas significativas para el análisis de patrones de respuesta de dolor ya que combina dos modelos de dolor y dos cursos de tiempo (fásicas y tónicas): además de la intensidad y duración del dolor, también considera la calidad del dolor. Como dolor térmico se describe diferentemente que dolor eléctrico (por ejemplo, quema vs sharp), también pueden diferir en las reacciones de dolor. Si es así, esos resultados podrían vincular un patrón de respuesta de dolor a la fuente subyacente del dolor. Además, el estudio es multimodal para ampliar la gama de oportunidades de investigación del dolor: con 5 señales psicofisiológicas, 2 cara cámara (frontal/lateral) señales, señal 1 cuerpo de la cámara de la vista, 1 cámara térmica y la señal de 1 audio, dolor puede analizarse y evaluar más precisamente.
Una investigación más compleja de patrones de respuesta de dolor, futuras ampliaciones de este método deben incluir más Bioseñales como electroencefalografía (EEG), la temperatura corporal y la respiración. También sería de gran beneficio para emplear presión controlada como un modelo más de dolor. Investigadores con el objetivo de reconocimiento automático del dolor a través de datos recogidos con este protocolo deben probar más prometedores modelos aprendizaje con grupos de control clínicos.
The authors have nothing to disclose.
Los autores desean agradecer a Verena Friedrich, Maria Velana, Sandra Gebhardt, Romy Bärwaldt y Tina Daucher por su preciosa ayuda en la realización del estudio. Además, un especial gracias se sale a Dr. Stefanie Rukavina para su apoyo científico. Esta investigación fue parte de la DFG/TR233/12 (http://www.dfg.de/) proyecto de “Promoción y sistemática validación de un automatizado dolor reconocimiento en la base del Facial expresión y psicobiológicos parámetros del sistema”, financiado por la investigación alemana Fundación.
PATHWAY Model ATS | Medoc Ltd., Ramat Yishai, Israel | Thermal Stimulator | |
30 mm x 30 mm ATS Thermode | Medoc Ltd., Ramat Yishai, Israel | Thermode | |
PATHWAY Software Arbel 6.3.7.22.1 | Medoc Ltd., Ramat Yishai, Israel | Thermal Stimulator Software | |
Digitimer DS7A Current Stimulator | Digitimer Ltd., Hertfordshire, UK | Electrical Stimulator | |
Inquisit 5 | Millisecond Software, Seattle, WA, USA | Software for triggering electrical stimuli | |
Analogue-To-Digital Converter | Wissenschaftliche Werkstatt Elektronik, University of Ulm, Ulm, Germany | custom built | |
BIOPAC MP150 System | BIOPAC Systems, Inc., Goleta, CA, USA | Biosignal Recording Hardware | |
AcqKnowledge Software 4.1.1 | BIOPAC Systems, Inc., Goleta, CA, USA | Biosignal Recording Software | |
NTG-2 Dual Powered Directional Condenser Microphone | RØDE Microphones, Silverwater, Australia | Audio Recording Microphone | |
Kinect v2 | Microsoft, Redmond, WA, USA | Body View Camera | |
AV Pike F-145C | Allied Vision Technologies GmbH, Stadtroda, Germany | Face Camera (frontal view) | |
AV Prosilica GT 1600C | Allied Vision Technologies GmbH, Stadtroda, Germany | Face Camera (side view) | |
PIR uc 180 Thermal Camera | InfraTec GmbH, Dresden, Germany | Thermal Face Camera | |
Synchronization Hardware | Werkstatt, IIKT, University of Magdeburg, Magdeburg, Germany | custom built | Hardware triggering of cameras, trigger signal is recorded by BIOPAC and Audacity |
Recording and Synchronization Software | Philipp Werner, Neuro-Information Technology, University of Magdeburg, Magdeburg, Germany | custom software | Real-time recording, offline video encoding, and offline synchronization |
Examination Couch | ClinicalCare GmbH, Bremen, Germany | ||
Ag-AgCl Electrodes EL254 / EL254S (Reusable, 4mm recording diameter) | BIOPAC Systems, Inc., Goleta, CA, USA | Used to record EMG M. corrugator and M. zygomaticus | |
Ag-AgCl Electrodes BlueSensor P (Disposable, skin contact size: 34 mm diameter, measuring area 154 mm2) | Ambu GmbH, Bad Nauheim, Germany | Used to record ECG and EMG M. trapezius. Also used for electrical stimulation | |
Audacity 2.1.2 | Dominic Mazzoni (Audacity) | Audio Recording Software | |
Cold Gel Pack | C+V Pharma Depot GmbH, Versmold, Germany | ||
Panthenol 50mg/g | ratiopharm GmbH, Ulm, Germany | Ointment | |
Alumnium Profiles | item Industrietechnik GmbH, Solingen, Germany | Used to install all cameras and microphone | |
Electrode Gel GEL1 | BIOPAC Systems, Inc., Goleta, CA, USA | ||
ELPREP Skin Preparation Gel | BIOPAC Systems, Inc., Goleta, CA, USA |