Summary

En instrumenteret Pull-Test til at karakterisere Postural svar

Published: April 06, 2019
doi:

Summary

Værdiforringelse af postural reflekser, betegnes postural ustabilitet, er vanskeligt at kvantificere. Kliniske vurderinger såsom pull-test lider problemer med pålidelighed og skalering. Her præsenterer vi en instrumenteret version af pull-test at objektivt karakterisere postural svar.

Abstract

Værdiforringelse af postural reflekser, betegnes postural ustabilitet, er en fælles og invaliderende underskud i Parkinsons sygdom. For at vurdere postural reflekser, ansætte klinikere typisk pull-test til at grade korrigerende svar på en bagudrettet undertrykkelse af netbårne på skuldrene. Pull-test er imidlertid udsat for problemer med pålidelighed og skalering (score/4). Her præsenterer vi en instrumenteret version af pull-test til mere nøjagtigt kvantificere postural svar. Beslægtet med den kliniske test administreres trækker manuelt undtagen pull kraft er også indspillet. Forskydninger af stammen og fødder er fanget af en semi-transportabel bevægelse tracking system. Rå data repræsenterer tilbagelagte (i millimeter enheder), hvilket gør efterfølgende fortolkning og analyse intuitiv. Instrumenterede pull test registrerer også variabilitet påvirke pull test administration, såsom pull kraft, således at identificere og kvantificere potentielle tilintetgør der kan tages hensyn til ved hjælp af statistiske teknikker. Instrumenterede pull test kunne nyde overførelse i undersøgelser søger at fange tidlige abnormiteter i postural svar, spore postural ustabilitet over tid og opdager svar til terapi.

Introduction

Postural reflekser handle for at opretholde balance og oprejst holdning som reaktion på perturbationer1. Nedskrivning af disse postural svar i lidelser som Parkinsons sygdom resulterer i postural ustabilitet, og almindeligvis fører til falder, reduceres omvandrende tillid og forringet livskvalitet2,3,4. I klinisk praksis, postural reflekser vurderes typisk med pull-test, hvor en censor rask trækker patienten baglæns på skuldrene og visuelt kvaliteter svar5,6,7, 8. postural ustabilitet er normalt scorede bruger den Unified Parkinsons sygdom Rating Scale (UPDRS) (0 – normal 4 – svær), som offentliggjort af den internationale bevægelse lidelse samfund5. Denne metode har været udbredt i vurderingen af personer med Parkinsons sygdom, men lider ringe pålidelighed og meget begrænset skalering (score/4)6,7,9. Pull prøveresultater ikke korrelerer ofte med vigtige kliniske endepunkter som falls og heltal-baserede rating mangler følsomhed for at opdage fine postural ændringer10,11.

Laboratorium-baseret objektive foranstaltninger giver nøjagtige oplysninger om karakteren af balance svar af kvantificere kinetic (fx center pres), kinematisk (f.eks. fælles goniometry/lemmer forskydning) og neurofysiologiske (f.eks, muskel rekruttering) slutpunkter12. Disse metoder kan identificere abnormiteter, før postural ustabilitet er klinisk indlysende og registrere ændringer over tid, herunder svar til behandling13,14.

Værktøjer til kvantificering af Postural ustabilitet

Konventionelle teknikker af dynamiske posturography ansætte almindeligt bevægelige platforme. Resulterende postural svar er kvantificeret ved hjælp af en kombination af posturography, Elektromyografi (EMG) og accelerometry12,15,16. Men bottom up svar af platform perturbationer – som fremkalde en reaktion som glider på en våd gulvet, er fundamentalt forskellige fra top-down postural svar af kliniske træk test – som kan opstå, når at blive bumper i en menneskemængde. Nye beviser tyder på truncus perturbationer udbyttepotentiale forskellige postural egenskaber til dem af bevægelige platforme17,18,19. Derfor har andre forsøgte truncus perturbationer i laboratoriet ved hjælp af komplekse teknikker herunder motorer, remskiver og penduler15,20,21,22. Målemetoder er ofte dyre og utilgængelige og bestå af video-baserede motion capture, der kræver dedikeret plads i specialiserede laboratorier20,21. Ideelt, en objektiv metode til at karakterisere pull test svar bør have gode Psykometriske egenskaber, være nem at administrere, enkel at betjene, bredt tilgængelige, og bærbare. Det er vigtigt at fremme udbredt anvendelse af teknikken som en alternativ vurdering redskab til at vurdere postural svar inden for forskning og potentielt, kliniske indstillinger.

Instrumenterede Pull-Test

Formålet med denne protokol er at tilbyde forskerne en teknik til objektiv vurdering af postural svar til pull-test. En semi-bærbare og bredt tilgængelige elektromagnetisk motion capture system underbygger teknikken. Den undertrykkelse af netbårne involverer manuelle trækker, som ikke kræver specialiseret mekaniske systemer. Denne metode har tilstrækkelig følsomhed til at opdage små forskelle i postural reaktionstider og svar amplituder; Derfor, det er egnet til at opfange potentielle abnormiteter rangerede fra normal op til grade 1 postural ustabilitet ifølge UPDRS (postural ustabilitet med ikke-støttede balance nyttiggørelse)5. Denne metode kan også udnyttes til at undersøge virkningerne af terapi på postural ustabilitet. Protokollen beskrevet her er afledt af der i Tan et al.23.

Protocol

Alle beskrevne metoder blev gennemgået og godkendt af de lokale menneskelige videnskabsetisk komité på Melbourne sundhed. Blev indhentet informeret samtykke fra deltageren inden undersøgelsen. 1. udstyr setup Forberede den elektromagnetiske bevægelse bane med 3 miniature bevægelsessensorer som pr fabrikantens retningslinjer. Før dataindsamlingen, sikre hver sensor er udtaget på et minimum 250 Hz, deplacement er målt i millimeter enheder og rotationer (pitch, roll og yaw) er …

Representative Results

Instrumenterede pull-test (figur 1) blev brugt til at undersøge trunk og trin svar i en ung, sund kohorte23. Tredive-fem forsøg blev præsenteret seriefremstillede, med en auditiv stimulus leveres sammen med hver pull (figur 2). Den auditive stimulus var enten 90 dB (normal) eller 116 dB (højt). Den højt stimulus er blevet påvist som tilstrækkelig til at udløse StartReact virkninger, hvor forberedte…

Discussion

Her har vi vist protokol Instrumentation af kliniske pull-test, tager en metode almindeligt anvendt i klinisk praksis og giver en objektiv måling af postural svar ud over det vigtige aspekt af pull administration. Ved hjælp af semi-bærbare bevægelsessporing, giver denne metode et middel til måling, der er mere tilgængelig i forhold til konventionelle laboratorium teknikker28. Brug denne metode, kan forskere udforske Karakteristik af postural svar til en top-down undertrykkelse af netbårne p…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi takker Angus Begg (Bionics Institute) for hans hjælp i video-protokollen. Vi anerkender Dr. Sue Finch (statistiske Consulting Centre og Melbourne statistiske Consulting Platform, University of Melbourne) der statistisk støtte. Dette arbejde blev støttet af finansiering gennem National Health og Medical Research Council (1066565), den victorianske løver Foundation og The Victorian regeringens operationelle infrastruktur Support Program.

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

References

  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?. Neuroscience. 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. Neuroscience. 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/59309?article_type=t

Play Video

Cite This Article
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