Dispositivo robotico isokinetico per migliorare l'affidabilità di Test-Retest e Inter-Rater per misurazioni Stretch Reflex nei pazienti colpiti da corsa con spasticità
Summary
Utilizzando un dispositivo isokinetico robotico con misurazioni di elettromiografia (EMG), questo protocollo illustra che il movimento isokinetico stesso può migliorare l’affidabilità tra i tassi per l’angolo di misurazione della cattura nei pazienti con ictus con lieve spasticityità del flessore del gomito.
Abstract
Misurare la spasticità è importante nella pianificazione del trattamento e nella determinazione dell’efficacia dopo il trattamento. Tuttavia, lo strumento attuale utilizzato in ambienti clinici ha dimostrato di essere limitato nell’affidabilità inter-rater. Un fattore di questa scarsa affidabilità tra i tassi è la variabilità del movimento passivo, misurando le misurazioni dell’angolo di cattura (AoC). Pertanto, è stato proposto un dispositivo isokinetico per standardizzare il movimento congiunto manuale; tuttavia, i benefici del movimento isokinetico per le misurazioni AoC non sono stati testati in modo standardizzato. Questo protocollo studia se il movimento isokinetico stesso può migliorare l’affidabilità tra i tassi per le misurazioni AoC. A questo scopo, è stato sviluppato un dispositivo isokinetico robotico combinato con elettromiografia superficiale (EMG). Due condizioni, movimenti manuali e isokinetici, vengono confrontate con il metodo standardizzato per misurare l’angolo e la sensazione soggettiva di cattura. È dimostrato che in 17 pazienti colpiti da ictus con lieve spasticità flessione del gomito, il movimento isokinetico ha migliorato il coefficiente di correlazione intraclasse (ICC) per l’affidabilità inter-rater delle misurazioni AoC a 0,890 [intervallo di confidenza del 95% (CI): 0,685–0,961] dell’EMG 0,931 (95% CI: 0,791–0,978) secondo i criteri di coppia, da 0,788 (95% CI: 0,493-0,920) per movimento manuale. In conclusione, il movimento isokinetico stesso può migliorare l’affidabilità inter-rater delle misurazioni AoC nei pazienti colpiti da ictus con lieve spasticità. Dato che questo sistema può fornire maggiori misurazioni standardizzate dell’angolo e la cattura del sentimento, può essere una buona opzione per la valutazione della spasticità in un ambiente clinico.
Introduction
La spasticità dopo l’ictus è comune ed è stato dimostrato di indurre complicazioni, tra cui dolore e contratture, con conseguente riduzione della qualità della vita1,2,3. La misurazione della spasticità è importante per pianificare correttamente il corso del trattamento e determinare l’efficacia del trattamento. Gli strumenti di uso comune nell’ambiente clinico sono la scala modificata Ashworth (MAS)4, che è un sistema di misurazione nominale per la resistenza al movimento passivo, e la scala Tardieu modificata (MTS), che misura l’angolo di cattura (AoC), che rappresenta il caratteristica dipendente dalla velocità della spasticità5. Tuttavia, questi strumenti di misurazione hanno dimostrato di avere limitata affidabilità inter-rater6,7, che richiedono lo stesso tasso per eseguire questi test per mantenere l’affidabilità soddisfacente8.
Tre fattori sono stati dimostrati indurre la variabilità in AoC durante la misurazione MTS, compresi (1) errori da misurazioni angolari da una goniometria; (2) variabilità del profilo di movimento articolare spostato manualmente tra i tassi; e (3) variabilità nel percepire la cattura tra i tassi9. In questo protocollo viene presentato un nuovo dispositivo robotico isoetico con sensori di coppia. Questo dispositivo viene applicato ai pazienti ictus con lieve spasticità del flessore del gomito utilizzando le misurazioni dell’elettromiografia superficiale (EMG)10. È stato ipotizzato che la standardizzazione del movimento delle articolazioni del gomito migliorerà l’affidabilità tra tassire per le misurazioni AoC suscitate dal riflesso elasticizzato del flessore del gomito. Per dimostrarlo, l’affidabilità di AoC misurata dalla superficie EMG è stata calcolata e confrontata tra l’estensione isokinetica passiva e manuale del gomito veloce, utilizzando questo dispositivo robotico sviluppato e EMG. La figura 1 mostra una panoramica dell’intera procedura sperimentale. Nel dettaglio, la fase di misurazione MTS è stata condotta da due ratei e l’ordine degli esperimenti (movimento manuale vs isokinetico) e l’ordine dei tassi sono stati determinati in modo casuale, il che ha richiesto circa 50 min per ogni soggetto (Figura 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo studio ha tentato di standardizzare la misurazione MTS utilizzando un dispositivo isokinetico robotico. È stato studiato il modo in cui la coerenza del movimento di valutazione influisce sui risultati della misurazione MTS.
Il valore NAMI è stato proposto per rappresentare il grado di variabilità nel movimento di valutazione. Come previsto, a differenza del metodo di movimento isokinetico senza variabilità, il metodo manuale ha mostrato la variabilità tra i test e tra i tassi, con …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo studio è stato sostenuto dal Seoul National University Bundang Hospital Research Fund (14- 2014 – 035) e Korea and National Research Foundation of Korea (NRF) Grant finanziato dal governo coreano (A100249). Ringraziamo Seo Hyun Park e Hae-in Kim per aver contribuito a preparare e procedere con le riprese video.
Materials
| 3D printer | Lokit | 3Dison+ | FDA type 3D printer |
| Ball sprine shaft | Misumi | LBF15 | |
| Bridge Analog Input module | National Instruments | NI 9237 | |
| CAN communication module | National Instruments | NI 9853 | |
| Caster | Misumi | AC-50F | |
| Electromyography (EMG) device | Laxtha | WEMG-8 | |
| EMG electrode | Bioprotech | 1.8×1.2 mm Ag–AgCl | |
| Encoder | Maxon | HEDL 9140 | 500 CPT |
| Gearbox | Maxon | GP 81 | 51:1 ratio |
| Lab jack | Misumi | 99-1620-20 | |
| Linear slider | Misumi | KSRLC16 | |
| Motor | Maxon | EC-60 | brushless EC motor |
| Motor driver | Elmo | DC Whistle | |
| PLA | Lokit | 3D printer material | |
| Real-time processor | National Instruments | sbRIO-9632 | |
| Torque sensor | Transducer Techniques | TRS-1K |
References
- Sommerfeld, D. K., Gripenstedt, U., Welmer, A. K. Spasticity after stroke: An overview of prevalence, test instruments, and treatments. American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation. 91 (9), 814-820 (2012).
- Sommerfeld, D. K., Eek, E. U. B., Svensson, A. K., Holmqvist, L. W., von Arbin, M. H. Spasticity after Stroke: Its Occurrence and Association with Motor Impairments and Activity Limitations. Stroke. 35 (1), 134-139 (2004).
- Lundström, E., Terént, A., Borg, J. Prevalence of disabling spasticity 1 year after first-ever stroke. European Journal of Neurology. 15 (6), 533-539 (2008).
- Ashford, S., Turner-Stokes, L. Systematic Review of Upper-limb Function Measurement Methods in Botulinum Toxin Intervention for Focal Spasticity. Physiotherapy Research International. 18 (3), 178-189 (2013).
- Patrick, E., Ada, L. The Tardieu Scale differentiates contracture from spasticity whereas the Ashworth Scale is confounded by it. Clinical Rehabilitation. 20 (2), 173-189 (2006).
- Li, F., Wu, Y., Li, X. Test-retest reliability and inter-rater reliability of the Modified Tardieu Scale and the Modified Ashworth Scale in hemiplegic patients with stroke. European Journal of Physical and Rehabilitation Medicine. 50 (1), 9-15 (2014).
- Mehrholz, J., et al. Reliability of the Modified Tardieu Scale and the Modified Ashworth Scale in adult patients with severe brain injury: a comparison study. Clinical Rehabilitation. 19 (7), 751-759 (2005).
- Ansari, N. N., Naghdi, S., Hasson, S., Azarsa, M. H., Azarnia, S. The Modified Tardieu Scale for the measurement of elbow flexor spasticity in adult patients with hemiplegia. Brain Injury. 22 (13-14), 1007-1012 (2008).
- van den Noort, J. C., Scholtes, V. A., Harlaar, J. Evaluation of clinical spasticity assessment in Cerebral palsy using inertial sensors. Gait & Posture. 30 (2), 138-143 (2009).
- Sin, M., Kim, W. S., Cho, K., Cho, S., Paik, N. J. Improving the test-retest and inter-rater reliability for stretch reflex measurements using an isokinetic device in stroke patients with mild to moderate elbow spasticity. Journal of Electromyography and Kinesiology. 39 (1), 120-127 (2018).
- Grippo, A., et al. Biomechanical and electromyographic assessment of spastic hypertonus in motor complete traumatic spinal cord-injured individuals. Spinal Cord. 49 (1), 142-148 (2011).
- Rabita, G., Dupont, L., Thevenon, A., Lensel-Corbeil, G., Pérot, C., Vanvelcenaher, J. Differences in kinematic parameters and plantarflexor reflex responses between manual (Ashworth) and isokinetic mobilisations in spasticity assessment. Clinical Neurophysiology. 116 (1), 93-100 (2005).
- Lynn, B. O., et al. Comprehensive quantification of the spastic catch in children with cerebral palsy. Research in Developmental Disabilities. 34 (1), 386-396 (2013).
- Boyd, R. N., Graham, H. K. Objective measurement of clinical findings in the use of botulinum toxin type A for the management of children with cerebral palsy. European Journal of Neurology. 6 (1), 23-35 (1999).
