Cet article se concentre sur la découverte expérimentale de la douleur par la chaleur (thermique) et stimulation électrique pendant l’enregistrement physiologique, visuelle et paralinguistiques réponses. Elle vise à recueillir des données multimodales valide pour l’analyse fondée sur l’intensité, la qualité et la durée de la douleur.
L’évaluation de la douleur s’appuie principalement sur des méthodes qui nécessitent une personne à communiquer. Toutefois, pour les personnes ayant une déficience cognitive ou verbale, les méthodes existantes ne suffisent pas car elles manquent de fiabilité et validité. Pour aborder ce problème, des recherches récentes met l’accent sur une évaluation objective de la douleur, facilitée par les paramètres des réponses provenant de la physiologie et les signaux vidéo et audio. Pour développer des systèmes de reconnaissance automatique fiable de la douleur, des efforts ont été faits dans la création de multimodales bases de données afin d’analyser la douleur et de détecter les modes valides de la douleur. Bien que les résultats soient prometteurs, ils se concentrent seulement sur discriminant de la douleur ou des intensités de douleur contre aucune douleur. Pour faire avancer cela, recherche devrait également envisager la qualité et la durée de la douleur puisqu’elles fournissent de précieuses informations supplémentaires pour la gestion de la douleur plus avancée. Pour compléter les bases de données existantes et l’analyse de la douleur concernant la qualité et de longueur, cet article propose une expérience psychophysiologique pour susciter, mesurer et recueillir les réactions de douleur valide. Les participants sont soumis à des stimuli douloureux qui diffèrent par l’intensité (faible, moyen et élevé), la durée (5 s / 1 min) et modalité (thermique / électrique douleur) tout en audio, vidéo (mimiques, gestes du corps, la température de la peau du visage) et physiologiques signaux (p. ex. électrocardiogramme [ECG], skin conductance level [SCL], électromyographie faciale [EMG] et EMG de M. trapezius) sont en cours d’enregistrement. L’étude comprend une phase d’étalonnage pour déterminer la gamme douleur individuelle du sujet (de faible à intolérable douleur) et une phase de stimulation dans lequel la douleur des stimuli, selon la gamme étalonnée, sont appliqués. Les données obtenues peuvent permettre de raffinage, l’amélioration et évaluation des systèmes de reconnaissance automatique en fonction d’une évaluation objective de la douleur. Pour le développement ultérieur de ces systèmes et d’enquêter sur les réactions de douleur plus en détail, modalités de douleurs supplémentaires tels que pression, douleur, froide ou chimique devrait figurer dans de futures études. Les données enregistrées de cette étude seront publiées comme la « X-ITE douleur Database ».
La douleur est une sensation désagréable et très personnelle qui est perçue différemment par chacun. Elle dure de secondes à mois et peut varier dans sa qualité (lancinante, sharp, brûlure, etc.). Si traitée insuffisamment, douleur influe sur les fonctions physiques et psychologiques de l’organisme, réduit la qualité de vie et assume le risque de devenir une maladie chronique. En soins cliniques, l’évaluation précise de l’intensité de la douleur et la qualité est très pertinente à fournissent une douleur fructueuse gestion1,2. Étalon-or des méthodes pour évaluer la douleur, tels que l’analogique visuelle (VAS) met à l’échelle, l’échelle de cotation numérique (SRN) ou le McGill Pain Questionnaire3, sont fondées sur l’autodéclaration des patients et, par conséquent, seule œuvre suffisamment avec cognitivement et verbalement personnes demeurées intactes. En conséquence, tous ceux qui sont établis méthodes manquent de fiabilité et validité quand il s’agit de nouveau-nés4, délire, somnolente, sous sédation ou les patients ventilés5personnes souffrant de démence6,7. En plus ou comme alternative à l’auto-évaluation des échelles, des méthodes pour mesurer la douleur grâce à l’observation par un personnel qualifié (par exemple, l’ Observation de Zurich douleur évaluation8 ou l’abbaye douleur Echelle9) ont été développés ces dernières années. Néanmoins, même ces outils souffrent de limitations dans la fiabilité et la validité, comme évaluateurs formés encore ne peut pas garantir une évaluation objective. En outre, l’application est souvent trop de temps pour le personnel de la clinique lors de l’évaluation de la douleur doit être faite sur une base régulière.
Plusieurs équipes de recherche ont axé sur le développement automatisée douleur reconnaissant des systèmes qui permettent de mesurer la douleur par des moyens de physiologique, visual, ou signal paralinguistiques définit en tant que de nouvelles approches pour l’évaluation et le contrôle de la douleur et son intensité objectivement. Des études antérieures montrent des résultats prometteurs dans la détection et la différenciation douleur10,11,12,13,16,17,18 ou douleur discriminante des émotions de base14,15 , fondée uniquement sur un des signaux définit10,11,12,13,14, 15 , ainsi que sur une combinaison/fusion16,17,19 , des ensembles. Les modalités susmentionnées réagissent presque de manière autonome à un stimulus stressant comme la douleur. Leur utilisation présente l’avantage qu’ils ne nécessitent pas de capacité d’une personne de rendre compte de sa douleur. Ces personnes bénéficieraient grandement d’un système de reconnaissance de la douleur objective qui incorpore ces modalités. Les ensembles de données consistant en des réactions à la douleur ont incité fournissent des informations précieuses pour analyser les modèles de douleurs et de développement d’applications pratiques de détection et de surveillance de la douleur. Entre autres, Walter et al.,20 a créé la « BioVid chaleur douleur Database », une base de données multimodal qui est publiquement disponible et fournit des données de courte durée induite par des stimuli douloureux de chaleur et des réactions psychophysiologiques et visuelles correspondantes. La « base de données SenseEmotion » de Velana et coll.21 comprend unité, vidéos et informations paralinguistiques de bénévoles affectés par la douleur phasique de chaleur et des stimuli émotionnels.
Alors que ces bases de données sont bien adaptés à l’examen des réactions de douleur, ils reposent principalement sur un modèle spécifique de la douleur. Comme la douleur diffère dans sa qualité (soi-disant selon le modèle de la douleur) et dans sa durée, elle aussi peut être différente dans ses physiologique, visual et paralinguistiques en corrélation. Le meilleur de la connaissance des auteurs, aucun études multimodales ou bases de données n’existent qui combinent deux ou plusieurs modèles de douleur et de modification des stimuli de douleur dans l’intensité et la durée pour non seulement détecter les modes de la douleur, mais également une distinction entre les qualités de la douleur.
Cet article fournit un protocole sur la façon de mener une expérience psychophysiologique complexe afin d’obtenir des douleurs et en même temps records réponses physiologiques (p. ex., ECG, EMG du zygomatique trapèze Musculus corrugator superciliiet grands, SCL) ainsi que les données audio et vidéo (mimiques, gestes du corps, la température de la peau du visage). Les participants sont stimulés par des courts (Phasique) et plus longtemps la chaleur (tonique) et stimuli de douleur électrique qui diffèrent par l’intensité. Une phase d’étalonnage avant l’expérience détermine des seuils de douleur pour chaque objet individuellement.
L’étude vise à recueillir des données multimodales pour enquêter sur les douleurs (patrons) concernant l’intensité, de qualité et de longueur au moyen de méthodes statistiques, algorithmes d’apprentissage machine, etc.. En outre, les données déjà recueillies sont prévues pour être publiés à des fins de recherche universitaire sous le nom de « X-ITE (Experimentally j’ainduced Thermal et Esecteur) douleur Database ». Il peut étendre les bases de données existantes, telles que BioVid chaleur douleur et SenseEmotion20,21et contribuer à l’autre développement, l’amélioration, ou évaluation des systèmes de reconnaissance automatisée de douleur en matière de validité, fiabilité et la reconnaissance en temps réel.
Le reste du livre est organisé de la manière suivante. Le protocole décrit comment réaliser l’étude de déclenchement de douleurs étape par étape. Ensuite, les résultats représentatifs présentent le résultat de l’expérience. Enfin, la discussion couvre les étapes critiques, limites et avantages de l’étude suivie des suggestions pour futures extensions.
Le protocole présenté met l’accent sur la découverte expérimentale de thermique (chaleur) et douleurs électriques en enregistrement physiologique, visuelle et paralinguistiques signaux. Cette approche originale, combinant les deux modèles de douleur avec différents stimuli intensités et des durées de deux différents stimuli (phasiques et toniques), offre une perspective plus large sur les modèles psychophysiologiques et les expressions de la douleur. Toutefois, pour la réalisation du présent protocole plusieurs étapes doivent être considérés.
En général, si vous travaillez avec des stimuli de douleur, il est crucial d’assurer la sécurité des sujets. Tous les stimuli de douleur doivent être très contrôlés et doivent uniquement être effectuées par expérimentateurs chevronnés.
En outre, d’enregistrement et de recueillir des données fiables et de haute qualité, la bonne fixation de dispositifs (électrodes), le fonctionnement parfait des appareils d’enregistrement et une bonne communication entre les ordinateurs est fortement recommandé. Toutes les sources d’interférences devraient être éliminés ou réduits au minimum. Afin de garantir la cohérence entre les participants, il est important d’instructions normalisées et invariable des conditions expérimentales.
Selon notre expérience, de trouver des participants appropriés qui satisfont tous les critères et sont prêts à recevoir de nombreux stimuli douloureux, prennent beaucoup de temps et sont assez difficile. En plus de cela, la compensation monétaire doit être suffisamment élevée pour attirer les sujets à l’étude. En particulier les personnes entre 30 et 50 ans sont difficiles à trouver. C’est peut-être parce que l’expérience est trop long (ca. 4 heures, y compris l’arrivée et départ) et ils doivent décoller une demi-journée de travail.
Parce que la sécurité des participants est de toute première priorité, induction de douleur peut doivent être restreintes. En raison de directives éthiques, les intensités de stimulation ne doivent pas dépasser certains niveaux pour éviter les brûlures et l’inconscience en termes d’induction de douleur thermique et électrique, respectivement. Une coupure générale des intensités peut entraîner un effet de plafond comme certains sujets peuvent atteindre les limites d’intensité avant de se sentir des douleurs intolérables. Dans cette étude, environ 42 % (tenir compte de calibration thermique partie 1 et 2) des participants ont atteint le seuil thermique (voir résultats représentatifs). Comme ils n’ont pas atteint leurs tolérances « vraie » douleur, leurs réactions physiologiques aux stimuli thermiques plus élevées peuvent se comporter différemment contrairement aux réactions physiologiques des sujets ayant atteint leur. Dans l’affirmative, mélange de ces deux groupes pourrait influencer les résultats de classification en termes de reconnaissance de la douleur.
Un point important à l’adresse est les modalités de la douleur dans cette expérience. Les participants sont soumis seulement à des stimuli thermiques et électriques de la douleur (dû au fait que ceux-ci sont très contrôlables dans un cadre expérimental). Ainsi, si les études de schémas de douleur au sujet de la qualité, conclusions ne pourraient traduire d’autres modalités de douleurs telles que la pression, douleur chimique ou viscérale.
La même considération sur la transférabilité des résultats s’applique à l’échantillon de l’étude. Le protocole est éthiquement réservé aux adultes en bonne santé. Par exemple, il n’inclut pas les enfants ou personnes ayant une déficience cognitive et verbalement. En outre, dans notre étude seulement les peuples européens ont participé. Aussi ici, résultats analytiques peuvent s’applique pas aux groupes non considérés dans cette expérience.
Une autre limitation peut concerner l’ effet de Hawthorne24: les sujets sont conscients qu’ils sont être filmé/observés dans l’étude. Cela pourrait changer leur comportement.
Par rapport aux bases de données existantes la douleur, le protocole prévoit des avantages significatifs pour l’analyse des profils de réponse de douleur car il combine deux modèles de douleur et de deux cours de temps (phasiques et toniques) : outre l’intensité et la durée de la douleur, elle considère également la qualité de la douleur. Comme douleur thermique est décrit différemment des douleurs électriques (p. ex., brûlage vs sharp), il peut également différer dans les réactions de douleur. Dans l’affirmative, ces conclusions pourraient lier un modèle de réponse de douleur à la source sous-jacente de la douleur. En outre, l’étude est multimodale d’élargir l’éventail de possibilités d’enquête douleur : employant 5 signaux psychophysiologiques, 2 face caméra (avant/côté) signaux, signal de caméra de vue 1 corps, 1 caméra thermique et 1 audio du signal, la douleur peut être analysée et évalués plus précisément.
Une enquête plus complexe des profils de réponse de douleur, les extensions futures de cette méthode doivent inclure plus d’unité comme électroencéphalographie (EEG), température corporelle et la respiration. Il serait également très utile d’employer la pression contrôlée comme un modèle de douleur supplémentaire. Chercheurs visant à la reconnaissance automatique de la douleur par l’intermédiaire de données recueillies avec ce protocole devraient vérifier des modèles d’apprentissage machine prometteurs avec des groupes de contrôle clinique.
The authors have nothing to disclose.
Les auteurs aimeraient remercier Verena Friedrich, Maria Velana, Sandra Gebhardt, Romy Bärwaldt et Tina Daucher pour leur aide précieuse dans la réalisation de l’étude. En outre, un merci spécial va à Dr. Stefanie Rukavina pour son soutien scientifique. Cette étude faisait partie de la DFG/TR233/12 (http://www.dfg.de/) projet « Promotion et systématique d’an Automated douleur reconnaissance système sur la base de Facial Expression et Psychobiologiques paramètres de Validation », financé par la recherche en allemand Fondation.
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 |