アクティブなビデオゲームセッション中の脳性麻痺を持つ若者からの心電図データからの心拍変動の計算
Summary
このプロトコルは、心電図(ECG)波形から心拍変動(HRV)を計算する方法について説明する。アクティブビデオゲーム(AVG)セッション中の連続心拍数(HR)記録からの波形は、脳性麻痺(CP)を有する青少年の有酸素性能を測定するために使用された。
Abstract
本研究の目的は、心電図(ECG)波形から心拍変動(HRV)を計算する方法を生成することを目的とした。波形は、参加者(脳性麻痺(CP)を持つ若者)がアクティブなビデオゲーム(AVG)セッション中に着用したHRモニターによって記録されました。AVGセッションは、参加者の身体活動とフィットネス(有酸素性能)を促進するために設計されました。目標は、理学療法(PT)介入戦略としてのAVGの実現可能性を評価することにあった。最大HR(mHR)は参加者ごとに決定され、20分AVGセッションにおける3つの運動段階(ウォームアップ40-60%mHR、60-80%mHRでのコンディショニング、および40-60%mHRで冷却)の3つの運動段階のそれぞれについて、目標心拍数ゾーン(THRZ)を計算した。各参加者はAVGセッション中に3つの20分のゲームをプレイしました。CPを持つ多くの若者が長時間立つことができないため、すべての試合はベンチに座っている間に行われました。各ゲームの条件は、オブジェクトを収集するためにのみ手のアイコン、手と足のアイコンを一緒に、または足のアイコンを使用して参加者と異なっていました。ゲームの目的(KOLLECTと呼ばれる)は、ポイントを獲得し、ポイントを失わないために危険を避けるためにオブジェクトを収集することです。ハザードは、ウォームアップおよびクールダウン段階で使用され、ターゲット心拍数ゾーン(THRZ)でHRを維持するために、より遅く制御された動きを促進するためにのみ使用されました。より高いレベルとより強い身体活動を促進するためのコンディショニング段階で危険はありませんでした.分析法を用いて、ECGデータからHRV(選択された時間領域および周波数領域測定)を生成し、有酸素ワークロードを調べた。HRVの最近のアプリケーションは、短期的な測定(5分の試合)が適切であり、HRVバイオフィードバックが様々な健康状態における症状と生活の質を改善するのに役立つ可能性があることを示しています。HRは、PT介入における有酸素性能と強度を調べるのに十分に受け入れられている臨床尺度であるが、HRVはAVGセッション中に自律システム機能、回復および適応の情報を提供するかもしれない。
Introduction
脳性麻痺(CP)は、小児期の最も一般的な身体障害1である。CPは、発達中の脳への神経学的侮辱によって引き起こされ、筋肉の衰弱、痙攣、脱コンディショニング、および運動制御とバランスの低下などの運動障害に関連しています 2,3.CPは非進行性の状態であるが、年齢とともに、子供たちは典型的な発達(TD)を持つ同僚と比較して身体的に活動的で、より落ち着きを持つようになる。筋骨格系4.
CPを持つ青少年は、通常、機能的な移動性を改善し、身体活動とフィットネスを促進するために理学療法(PT)サービスを受ける(例えば、好気性および筋肉の持久力)2.多くの場合、これらの PT 目標5,6 を達成し、維持するために、PT サービスとコミュニティ リソースへのアクセスが制限されています。アクティブビデオゲーム(AVG)は、クリニック、家庭またはコミュニティの設定7、8で活動ベースのPT介入で実現可能な戦略である可能性があります。商用ARPGは、ゲームプレイを適応させ、CP9を持つ青少年のための特定のニーズとPT目標を満たすために限られた柔軟性を持っています.しかし、カスタマイズされたAVGは、身体活動とフィットネス10を促進しながら、CPで若者に挑戦する柔軟なゲームパラメータを提供します。
私たちのチームは、青少年の運動反応(例えば、身体活動や有酸素運動)を調べるためにカスタマイズされたAVG(KOLLECTと呼ばれる)を開発しました。ゲームは、ゲームプレイ中に若者の動きを追跡するためにモーションセンサーを使用しています。ゲームの目的は、ハイスコアのためにできるだけ多くのオブジェクトを「収集」し、ポイントを失うことを避けるために危険を回避することです。オブジェクトは、柔軟なゲームパラメータでセラピストによって決定された手や足のアイコンで収集することができる。
有酸素運動を促進するために身体活動強度を投与する活動ベースのPT介入を設計することは、CP11を持つ若者にとって重要である。カスタムARPGは、強度を用量し、フィットネス10を促進するために身体活動に若者を従事させる効果的な戦略である可能性があります。心拍数(HR)モニターは、多くの場合、有酸素性能と活動強度を決定するために臨床PTの練習で使用されます。したがって、HRモニターは、有酸素フィットネス9を促進するために身体活動強度を測定するAMGの実現可能性を決定するのに役立ちます。HRモニタから生成されたECGデータは、心拍変動(HRV)を計算するために使用することができます。分析法を用いて、ECGデータからHRVを生成し、好気性ワークロードを調べた。HRVの最近のアプリケーションは、短期的な測定(5分の試合)が適切であり、HRVバイオフィードバックが様々な健康状態における症状と生活の質を改善するのに役立つ可能性があることを示しています32,33,34.短期的なHRV対策の適用は、AVGセッション中に心血管機能を評価する適切な手段である。HRVが心電図のR-R間隔から導き出されたことを考えると、選択した時間領域および周波数領域測定を用いた。HRVの時間領域測定は、連続するハートビート間の時間を表すインタービート間隔における変動性の量を定量化する。AVNN(平均NN間隔)、RMSSD(連続差のルート平均二乗)、SDNN(NN間隔の標準偏差)、NN50(NN間隔の数>50ミリ秒)、PNN50(NN間隔のパーセンテージ)を用いた。周波数領域測定は、絶対電力または相対電力の4つの周波数帯域への分布を推定し、LF/HF比と共に低周波(LF)電力と高周波(HF)電力の2つのバンドに特に取り組んだ。HRはよく受け入れられている臨床尺度であるが、HRVは自律神経システム機能、回復、適応に関する情報を提供し、AVGセッション28の間に有酸素ワークロードの推定を提供するので有用であるかもしれない。
本研究の目的は、身体活動とフィットネスを促進するためにAVG戦略を使用する可能性を検討することにあった。第二の目的は、AVGデータ収集プロトコルとHRモニタを介して得られたECGデータからHRVを計算する方法論を提示することであった。これらの措置およびこのプロトコルは、PT介入セッションを監視し、投与する臨床医に関連があることを証明するかもしれない。
Protocol
Representative Results
Discussion
CPを有する10人の青少年(平均+SD)[年齢(yrs)=15.53±3.57;身長(cm)154.8±12.6;重量(kg)50.69±11.1;ボディマス指数(BMI)50.46±29.2;mHR 9 bpm)=186.8.8)。患者の人口統計については、表5を参照してください。
人事モニターの使用に関する考慮事項と、修正およびトラブルシューティングに関連する HR および HRV の関連する対策があります。データを取得するために使用される技術に?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、研究への参加に費やされた時間と労力に対して、参加者とその家族に感謝しています。また、著者らは、人事監視のタイミング計算とKOLLECTアクティブビデオゲームソフトウェアの開発のためのポール・ディーフェンバッハ博士の支援について、Yichuan Liu博士とハサン・アヤズ博士を認めています。この作品の資金は、コールター財団助成金#00006143(O‘ニール;ディーフェンバッハ、ピ)と#00008819(O‘ニール;ディーフェンバッハ、ピ)。
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. |
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