Summary

En instrumenterte Pull-Test for å karakterisere Postural svar

Published: April 06, 2019
doi:

Summary

Nedskrivning av postural reflekser, kalt postural ustabilitet, er vanskelig å kvantifisere. Klinisk vurderinger som trekker testen lide problemer med pålitelighet og skalering. Her presenterer vi en instrumenterte versjon av trekk testen å objektivt karakterisere postural svar.

Abstract

Nedskrivning av postural reflekser, kalt postural ustabilitet, er en felles og deaktivere underskudd i Parkinsons sykdom. For å vurdere postural reflekser, benytter klinikere vanligvis trekk testen klasse korrigerende tiltak til en bakover forstyrrelsene på skuldrene. Trekk testen er imidlertid utsatt for problemer med pålitelighet og skalering (score/4). Her presenterer vi en instrumenterte versjon av trekketest mer presist kvantifisere postural svar. Som klinisk test administreres manuelt trekker bortsett fra belastning også er registrert. Forskyvninger av bagasjerommet og føtter er fanget av en semi transportabel forslag sporingssystem. Rådata representerer distanse (i millimeter enheter), gjør etterfølgende tolkning og analyse intuitivt. Instrumenterte trekk testen oppdager også variabilities påvirker trekk test administrasjon, som trekker, dermed identifisere og kvantifisere potensielle forundrer som kan forklares av statistiske teknikker. Instrumenterte trekk testen kan ha programmet i studier å fange tidlig unormalt i postural svar, spore postural ustabilitet over tid og oppdage Svar å terapi.

Introduction

Postural reflekser handle for å opprettholde balanse og oppreist holdning i respons på forstyrrelser1. Nedskrivning av disse postural svar i lidelser som Parkinsons sykdom resulterer i postural ustabilitet, og ofte fører til faller, redusert gangavstand tillit og redusert livskvalitet2,3,4. I klinisk praksis, postural reflekser er vanligvis vurdert med pull test hvor en sensor briskly trekker pasienten bakover på skuldrene og visuelt karakterer svaret5,6,7, 8. postural ustabilitet er vanligvis scoret bruker Unified Parkinson’s Disease Rating Scale (UPDRS) (0 – normal til 4 – alvorlig), som utgitt av International Movement Disorder Society5. Denne metoden har vært brukt mye i vurderingen av personer med Parkinsons sykdom men lider dårlig pålitelighet og svært begrenset skalering (score/4)6,7,9. Trekk testresultater ikke samsvarer ofte med viktig klinisk endepunkt som faller og heltall-basert vurdering mangler følsomhet for å finne fine postural endringer10,11.

Laboratorie-baserte objektive mål gir presis informasjon om balanse respons av kvantifisere kinetic (f.eks sentrum press), Kinematisk (f.eks felles goniometry/lem forskyvning) og nevrofysiologiske (f.eks muskel rekruttering) endepunktene12. Disse metodene kan identifisere avvik før postural ustabilitet er klinisk tydelig og spore endringer over tid, inkludert tiltak behandling13,14.

Verktøy for å kvantifisere Postural ustabilitet

Konvensjonelle teknikker for dynamisk posturography ansette ofte bevegelige plattformene. Resulterende postural svar er kvantifisert ved hjelp av en kombinasjon av posturography og Elektromyografi (EMG) accelerometry12,15,16. Men er opp svarene på plattformen forstyrrelser – som fremkaller et svar som glir på en våt gulv, fundamentalt forskjellig fra topp-ned postural svarene på den kliniske pull-testen – som kan oppstå når blir bumped i en folkemengde. Nye bevis antyder truncal forstyrrelser gir forskjellige postural karakteristikkene til de bevegelige plattformene17,18,19. Følgelig har andre forsøkt truncal forstyrrelser i laboratoriet ved hjelp kompliserte teknikker inkludert motorer, trinser og pendulums15,20,21,22. Metoder for måling er ofte dyre og utilgjengelig, og består av video-baserte motion capture-teknologi som krever dedikert plass i spesialiserte laboratorier20,21. Ideelt sett bør en mål metoden å karakterisere trekk test tiltak har gode psykometriske egenskaper, være lett å administrere, enkel å betjene, allment tilgjengelig og bærbare. Dette er viktig å lette utbredt bruk av teknikken som et alternative vurderingen for å vurdere postural svar innen forskning og potensielt, klinisk innstillinger.

Den instrumenterte Pull-testen

Målet med denne protokollen er å tilby forskere en teknikk for objektiv vurdering av postural Svar å trekke testen. En semi bærbare og allment tilgjengelig elektromagnetisk motion capture system underbygger teknikken. Forstyrrelsene innebærer manuell trekker som ikke krever spesialiserte mekaniske systemer. Denne metoden har tilstrekkelig sensitivitet til å oppdage små forskjeller i postural reaksjonstid og svar amplituder; Derfor er det egnet til fange potensielle unormalt vurdert fra normal til klasse 1 postural ustabilitet ifølge UPDRS (postural ustabilitet med unassisted balance utvinning)5. Denne metoden kan benyttes for å undersøke effekten av terapi på postural ustabilitet. Protokollen beskrevet her er avledet fra det i Tan et al.23.

Protocol

Alle metodene beskrevet blir gjennomgått og godkjent av den lokale menneskelige forskning etiske komiteen ved Melbourne helse. Informert samtykke ble innhentet fra deltakeren før studien. 1. utstyr oppsett Klargjør elektromagnetisk bevegelse sporing med 3 miniatyr bevegelsessensorer som produsentens retningslinjer. Før datainnsamlingen, sikre du hver sensor samples ved et minimum 250 Hz, forskyvning er målt i millimeter enheter og rotasjoner (pitch, roll og yaw) er i grader. Kon…

Representative Results

Instrumenterte trekk testen (figur 1) ble brukt til å undersøke stammen og trinn svar i en ung, rask kohort23. Trettifem forsøk ble presentert serielt, med en auditory stimulans levert samtidig med hvert trekk (figur 2). Auditory stimulans var enten 90 dB (normal) eller 116 dB (høyt). Høyt stimulans har vist som tilstrekkelig å utløse StartReact effekter, der ferdig svar er løslatt tidlig av en opp…

Discussion

Her har vi vist protokollen for instrumentering av klinisk trekk testen, tar en metode mye brukt i klinisk praksis og gir en objektiv måling av postural svar i tillegg til det viktige aspektet av trekk administrasjonen. Denne metoden bruker semi bærbare bevegelse å spore, og tilbyr av mål som er mer tilgjengelig sammenlignet med konvensjonelle laboratorium teknikker28. Bruker denne metoden, kan forskere utforske kjennetegner postural svar til en topp-ned forstyrrelsene på tvers av ulike aldre…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi takker Angus Begg (Bionics Institute) for sin hjelp i video-protokollen. Vi erkjenner Dr. Sue Finch (statistisk rådgivning sentrum og Melbourne statistiske Consulting plattform, University of Melbourne) som gitt statistiske støtte. Dette arbeidet ble støttet av finansiering gjennom National Health og Medical Research Council (1066565), viktorianske Lions grunnlaget og den viktorianske regjeringen operative infrastruktur støtteprogrammet.

Materials

Analog to Digital Convertor & Software CED Micro 1401-3 Any suitable digital acquisition system can be used
Load Cell Omegadyne LCM201-100N
MATLAB Software MathWorks Inc. NA Any data science platform can be used
Motion Sensor Ascension 6DOF, type-800
Motion Tracker Ascension  3D Guidance trakSTAR Mid-range transmitter
S&F Technical Harness and Belt Lowepro LP36282

Referências

  1. Shemmell, J. Interactions between stretch and startle reflexes produce task-appropriate rapid postural reactions. Frontiers in Integrative Neuroscience. 9, (2015).
  2. Kerr, G. K., et al. Predictors of future falls in Parkinson disease. Neurology. 75 (2), 116-124 (2010).
  3. Latt, M. D., Lord, S. R., Morris, J. G. L., Fung, V. S. C. Clinical and physiological assessments for elucidating falls risk in Parkinson’s disease. Movement disorders: official journal of the Movement Disorder Society. 24 (9), 1280-1289 (2009).
  4. Foreman, K. B., Addison, O., Kim, H. S., Dibble, L. E. Testing balance and fall risk in persons with Parkinson disease, an argument for ecologically valid testing. Parkinsonism & Related Disorders. 17 (3), 166-171 (2011).
  5. Fahn, S. . Recent Developments in Parkinson’s Disease. , 153-163 (1987).
  6. Hunt, A. L., Sethi, K. D. The pull test: a history. Movement disorders: official journal of the Movement Disorder Society. 21 (7), 894-899 (2006).
  7. Visser, M., et al. Clinical tests for the evaluation of postural instability in patients with parkinson’s disease. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 84 (11), 1669-1674 (2003).
  8. Jacobs, J. V., Horak, F. B., Van Tran, K., Nutt, J. G. An alternative clinical postural stability test for patients with Parkinson’s disease. Journal of Neurology. 253 (11), 1404-1413 (2006).
  9. Nonnekes, J., Goselink, R., Weerdesteyn, V., Bloem, B. R. The retropulsion test: a good evaluation of postural instability in Parkinson’s disease?. Journal of Parkinson’s Disease. 5 (1), 43-47 (2015).
  10. Bloem, B. R., Beckley, D. J., van Hilten, B. J., Roos, R. A. C. Clinimetrics of postural instability in Parkinson’s disease. Journal of Neurology. 245 (10), 669-673 (1998).
  11. Thevathasan, W., et al. Pedunculopontine nucleus deep brain stimulation in Parkinson’s disease: A clinical review. Movement Disorders. 33 (1), 10-20 (2018).
  12. Visser, J. E., Carpenter, M. G., van der Kooij, H., Bloem, B. R. The clinical utility of posturography. Clinical Neurophysiology. 119 (11), 2424-2436 (2008).
  13. McVey, M. A., et al. Early biomechanical markers of postural instability in Parkinson’s disease. Gait and Posture. 30 (4), 538-542 (2009).
  14. Mancini, M., et al. Trunk accelerometry reveals postural instability in untreated Parkinson’s disease. Parkinsonism & Related Disorders. 17 (7), 557-562 (2011).
  15. Nonnekes, J., et al. Are postural responses to backward and forward perturbations processed by different neural circuits?. Neurociência. 245, 109-120 (2013).
  16. Horak, F. B., Dimitrova, D., Nutt, J. G. Direction-specific postural instability in subjects with Parkinson’s disease. Experimental Neurology. 193 (2), 504-521 (2005).
  17. Colebatch, J. G., Govender, S., Dennis, D. L. Postural responses to anterior and posterior perturbations applied to the upper trunk of standing human subjects. Experimental Brain Research. 234, 367-376 (2016).
  18. Graus, S., Govender, S., Colebatch, J. G. A postural reflex evoked by brief axial accelerations. Experimental Brain Research. 228 (1), 73-85 (2013).
  19. Govender, S., Dennis, D. L., Colebatch, J. G. Axially evoked postural reflexes: influence of task. Experimental Brain Research. 233, 215-228 (2015).
  20. Smith, B. A., Carlson-Kuhta, P., Horak, F. B. Consistency in Administration and Response for the Backward Push and Release Test: A Clinical Assessment of Postural Responses: Consistency of Push and Release Test. Physiotherapy Research International. 21 (1), 36-46 (2016).
  21. Di Giulio, I., et al. Maintaining balance against force perturbations: impaired mechanisms unresponsive to levodopa in Parkinson’s disease. Journal of Neurophysiology. , (2016).
  22. Nonnekes, J., de Kam, D., Geurts, A. C. H., Weerdesteyn, V., Bloem, B. R. Unraveling the mechanisms underlying postural instability in Parkinson’s disease using dynamic posturography. Expert Review of Neurotherapeutics. 13 (12), 1303-1308 (2013).
  23. Tan, J. L., et al. Neurophysiological analysis of the clinical pull test. Journal of Neurophysiology. , (2018).
  24. McVey, M. A., et al. The effect of moderate Parkinson’s disease on compensatory backwards stepping. Gait and Posture. 38 (4), 800-805 (2013).
  25. Valls-Sole, J., et al. Reaction time and acoustic startle in normal human subjects. Neuroscience Letters. 195 (2), 97-100 (1995).
  26. Carlsen, A. N., Maslovat, D., Lam, M. Y., Chua, R., Franks, I. M. Considerations for the use of a startling acoustic stimulus in studies of motor preparation in humans. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 35 (3), 366-376 (2011).
  27. Nanhoe-Mahabier, W., et al. First trial reactions and habituation rates over successive balance perturbations in Parkinson’s disease. Neurociência. 217, 123-129 (2012).
  28. Aminian, K., Najafi, B. Capturing human motion using body-fixed sensors: outdoor measurement and clinical applications. Computer animation and virtual worlds. 15 (2), 79-94 (2004).
  29. De Luca, C. J. The use of surface electromyography in biomechanics. Journal of Applied Biomechanics. 13 (2), 135-163 (1997).
  30. Horak, F. B., Nashner, L. M. Central programming of postural movements: adaptation to altered support-surface configurations. Journal of Neurophysiology. 55 (6), 1369-1381 (1986).
  31. Saito, H., Yamanaka, M., Kasahara, S., Fukushima, J. Relationship between improvements in motor performance and changes in anticipatory postural adjustments during whole-body reaching training. Human Movement Science. 37, 69-86 (2014).
  32. Kam, D. D., et al. Dopaminergic medication does not improve stepping responses following backward and forward balance perturbations in patients with Parkinson’s disease. Journal of Neurology. 261 (12), 2330-2337 (2014).
  33. Peterson, D. S., Horak, F. B. The Effect of Levodopa on Improvements in Protective Stepping in People With Parkinson’s Disease. Neurorehabilitation and Neural Repair. 30 (10), 931-940 (2016).
  34. Haubenberger, D., et al. Transducer-based evaluation of tremor. Movement Disorders. 31 (9), 1327-1336 (2016).
  35. Elble, R., et al. Task force report: scales for screening and evaluating tremor: critique and recommendations. Movement disorders: official journal of the Movement Disorder Society. 28 (13), 1793-1800 (2013).
  36. Adkin, A. L., Carpenter, M. G. New insights on emotional contributions to human postural control. Frontiers in Neurology. 9, 789 (2018).
  37. Huffman, J. L., Horslen, B., Carpenter, M., Adkin, A. L. Does increased postural threat lead to more conscious control of posture?. Gait and Posture. 30 (4), 528-532 (2009).
  38. Valls-Sole, J., Rothwell, J. C., Goulart, F., Cossu, G., Munoz, E. Patterned ballistic movements triggered by a startle in healthy humans. The Journal of Physiology. 516 (Pt 3), 931-938 (1999).
  39. Campbell, A. D., Squair, J. W., Chua, R., Inglis, J. T., Carpenter, M. G. First trial and StartReact effects induced by balance perturbations to upright stance. Journal of Neurophysiology. 110 (9), 2236-2245 (2013).
  40. Oude Nijhuis, L. B., Allum, J. H. J., Valls-Solé, J., Overeem, S., Bloem, B. R. First trial postural reactions to unexpected balance disturbances: a comparison with the acoustic startle reaction. Journal of Neurophysiology. 104 (5), 2704-2712 (2010).
check_url/pt/59309?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Tan, J., Thevathasan, W., McGinley, J., Brown, P., Perera, T. An Instrumented Pull Test to Characterize Postural Responses. J. Vis. Exp. (146), e59309, doi:10.3791/59309 (2019).

View Video