Aktif video oyun oturumları sırasında serebral palsi ile gençlerin EKG verilerinden kalp hızı değişkenliğinin hesaplanması
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu araştırmaya CP ile on gençlik katıldı (ortalama + SD) [yaş (yıl) = 15,53 ± 3,57; yükseklik (cm) 154,8 ± 12,6; ağırlık (kg) 50,69 ± 11,1; vücut kitle indeksi (BMı) 50,46 ± 29,2; mHR 9 BPM) = 186,8 ± 12,4]. Lütfen hasta demografik bilgileri için Tablo 5 ‘ i görün.
HR monitörlerinin kullanımı ve değişiklikler ve sorun giderme ile ilgili HR ve HRV ‘nin ilişkili önlemleri için bazı hususlar vardır. Verileri elde etmek için kullanılan teknoloji n…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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).
Materials
| BioHarness Bluetooth Module (Electronics sensor) | Zephyr | 9800.0189 | Detects Heart Rate, Resiration Rate, Posture, and Skin Temperature. |
| BioHarness Chest Strap | Zephyr | 9600.0189, 9600.0190 | Sizes Small XS-M, Large M-XL |
| BioHarness Charge Cradle & USB Cable | Zephyr | 9600.0257 | Used to Transfer Data from the Module to a Computer for Analysis. |
| BioHarness Echo Gateway | Zephyr | 9600.0254 | Allows for Realtime Viewing of Subject's Heart Rate. |
| MATLAB R2016a | Mathworks | 1.7.0_.60 | Used for All Programming. |
References
- Winter, S., Autry, A., Boyle, C., Yeargin-Allsopp, M. Trends in the prevalence of cerebral palsy in a population-based study. Pediatrics. 110 (6), 1220-1225 (2002).
- Fowler, E., et al. Promotion of physical fitness and prevention of secondary conditions for children with cerebral palsy: Section on Pediatrics Research Summit Proceedings. Physical Therapy. 87 (11), 1495-1510 (2007).
- Rosenbaum, P., Paneth, N., Leviton, A., Goldstein, M., Bax, M. A report: The definition and classification of cerebral palsy: April 2006. Developmental Medicine & Child Neurology. 49 (s109), 8-14 (2007).
- Hanna, S., et al. Stability and decline in gross motor function among children and youth with cerebral palsy aged 2 to 21 years. Developmental Medicine & Child Neurology. 51 (4), 295-302 (2009).
- Rimmer, J., Rowland, J. Health promotion for people with disabilities: Implications for empowering the person and promoting disability-friendly environments. American Journal of Lifestyle Medicine. 2 (5), 409-420 (2008).
- Feehan, K., et al. Factors influencing physical activity in children and youth with special health care needs: A pilot study. International Journal of Pediatrics. , (2012).
- Fehlings, D., Switzer, L., Findlay, B., Knights, S. Interactive computer play as motor therapy for individuals with cerebral palsy. Seminars in Pediatric Neurology. 20 (2), 127-138 (2013).
- Sandlund, M., Dock, K., Hager, C., Waterworth, E. Motion interactive video games in home training for children with cerebral palsy: parents’ perceptions. Disability & Rehabilitation. 34 (11), 925-933 (2012).
- Howcroft, J., et al. Active video game play in children with cerebral palsy: Potential for physical activity promotion and rehabilitation therapies. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 93 (8), 1448-1456 (2012).
- Bilde, P., Kliim-Due, M., Rasmussen, B., Petersen, L., Petersen, T., Nielsen, J. Individualized, home-based interactive training of cerebral palsy children delivered through the Internet. BMC Neurology. 11, 32 (2011).
- Kolobe, T., et al. Research Summitt III proceedings on dosing in children with an injured brain or cerebral palsy. Physical Therapy. 94 (7), 907-920 (2014).
- Schipke, J., Pelzer, M., Arnold, G. Effect of respiration rate on short-term heart rate variability. Journal of Clinical and Basic Cardiology. 2 (1), 92-95 (1999).
- Ernst, G. Heart rate variability. Heart Rate Variability. , 1-336 (2014).
- Francis, J., et al. Association between symptoms of depression and anxiety with heart rate variability in patients with implantable cardioverter defibrillators. Psychosomatic Medicine. 71 (8), 821-827 (2009).
- Mendes, R., et al. Is applying the same exercise-based inpatient program to normal and reduced left ventricular function patients the best strategy after coronary surgery? A focus on autonomic cardiac response. Disability and Rehabilitation: An International Multidisciplinary Journal. 36 (2), 155-162 (2014).
- Muralikrishnan, K., Balakrishnan, B., Balasubramanian, K., Visnegarawla, F. Measurement of the effect of Isha Yoga on cardiac autonomic nervous system using short-term heart rate variability. Journal of Ayurveda and Integrative Medicine. 33 (2), 279-283 (2012).
- Yadav, R. K., Gupta, R., Deepak, K. K. A pilot study on short term heart rate variability & its correlation with disease activity in Indian patients with rheumatoid arthritis. Indian Journal of Medical Research. 136 (4), 593-598 (2012).
- Thuraisingham, R. A. Preprocessing RR interval time series for heart rate variability analysis and estimates of standard deviation of RR intervals. Computer Methods and Programs in Biomedicine. 83 (1), 78-82 (2006).
- Alamili, M., Rosenberg, J., Gögenur, I. Day-night variation in heart rate variability changes induced by endotoxaemia in healthy volunteers. Acta Anaesthesiologica Scandinavica. 59 (4), 457-464 (2015).
- Pal, G., et al. Preference for salt contributes to sympathovagal imbalance in the genesis of prehypertension. European Journal of Clinical Nutrition. 67 (6), 586-591 (2013).
- Telles, S., Raghavendra, B. R., Naveen, K. V., Manjunath, N. K., Kumar, S., Subramanya, P. Changes in autonomic variables following two meditative states described in yoga texts. Journal of Alternative and Complementary Medicine. 19 (1), 35-42 (2013).
- Kičmerová, D. . Methods for Detection and Classification in ECG Analysis. Doctoral thesis. , (2009).
- Murai, K., Hayashi, Y. Evaluation of mental workload for ship handling using physiological indices. , 604-608 (2009).
- Taelman, J., Vandeput, S., Spaepen, A., Van Huffel, S. Influence of mental stress on heart rate and heart rate variability. Heart. 29 (1), 1366-1369 (2009).
- Durantin, G., Gagnon, J. F., Tremblay, S., Dehais, F. Using near infrared spectroscopy and heart rate variability to detect mental overload. Behavioural Brain Research. 259, 16-23 (2014).
- Buchheit, M. Monitoring training status with HR measures: Do all roads lead to Rome?. Frontiers in Physiology. 5, (2014).
- Achten, J., Jeukendrup, A. Heart rate monitoring: Applications and limitations. Sports Medicine. 33 (8), 517-538 (2012).
- Amichai, T., Katz-Leurer, M. Heart rate variability with cerebral palsy: Review of literature and meta-analysis. NeuroRehabilitation. 35, 113-122 (2014).
- Billman, G., Haikuri, H., Sacha, J., Trimmel, K. An introduction to heart rate variability: Methodological considerations and clinical applications. Frontiers in Physiology. 6, (2015).
- Beffara, B., Bret, A., Vermeulen, N., Mermillod, M. Resting high frequency heart rate variability selectively predicts cooperative behavior. Physiology & Behavior. 164, 417-428 (2016).
- Fogt, D., Cooper, P., Freeman, C., Kalns, J., Cooke, W. Heart rate variability to assess combat readiness. Military Medicine. 174, 491-495 (2009).
- Kerppers, I. L., Arisawa, E. A. L., Oliveira, L. V. F., Sarmpaio, L. M. M., Oliverira, C. S. Heart rate variability in individual with cerebral palsy. Archives of Medical Science. 5, 45-50 (2009).
- Giggins, O. M., Persson, U. M., Caulfield, B. Biofeedback in Rehabilitation. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation. 10, (2013).
- Shaffer, F., Ginsberg, J. P. An overview of heart rate variability metrics and norms. Frontiers in Public Health. 5, 258 (2017).
- Shaffer, F., McCarty, R., Zeir, C. L. A healthy heart is not a metronome: an integrative review of the heart’s anatomy and heart rate variability. Frontiers in Psychology. 5, 1040 (2014).
