Samordna Kartläggning av Hyolaryngeal Mechanics att svälja
Summary
Koordinat kartläggning är ett förfarande för att dokumentera framträdande dragen i hyolaryngeal biomekanik i svalg fas för att svälja. Denna metod använder bildanalys programvara för att spela in koordinaterna för anatomiska landmärken. Dessa koordinater importeras till ett Excel-makro och översatts till kinematiska variabler av intresse användbart i dysfagi forskning.
Abstract
Characterizing hyolaryngeal rörelse är viktig för dysfagi forskning. Tidigare metoder kräver flera mätningar för att erhålla en kinematisk mätning medan samordna kartläggning av hyolaryngeal mekanik använder Modifierad Barium Swallow (MBS) använder en uppsättning koordinater för att beräkna flera variabler av intresse. För demonstrationsändamål, var tio kinematiska mätningar som genereras från en uppsättning koordinater för att bestämma skillnader i svälja två olika bolustyper. Beräkningar av hyoid utflykt mot kotorna och underkäken är korrelerade för att fastställa betydelsen av referensaxel.
För att visa samordna kartläggning metodik, var 40 MBS studier slumpmässigt utvalda från en datauppsättning av friska normala individer med ingen känd svälja nedskrivningar. En 5 ml tunnflytande bolus och en 5 ml pudding svalor mättes från varje ämne. Nio koordinater, Kartläggning av skallbasen, underkäken, kotor och delar av hyolaryngeal komplex, registrerades vid ramarna för lägsta och högsta hyolaryngeal utflykt. Koordinater ades matematiskt omvandlas till tio variabler av hyolaryngeal mekanik.
Inter-rater reliability utvärderades genom Intraclass korrelationskoefficienter (ICC). Tvåsidiga t-test användes för att utvärdera skillnader i kinematik efter bolus viskositet. Hyoid utflyktsmätningar mot olika referensaxel så var korrelerade. Inter-rater reliability bland sex bedömare för de 18 koordinaterna varierade från ICC = 0,90 till 0,97. En skiffer av tio kinematiska mätningar jämfördes ämnesvis mellan de sex bedömare. En avvikare avslogs, och medelvärdet av de återstående tillförlitlighets poängen var ICC = 0,91, från 0,84 till 0,96, 95% CI. Tvåsidiga t-test med Bonferroni korrigeringar som jämför tio kinematiska variabler (5 ml tunn-flytande vs 5 ml pudding svalor) visade statistiskt signifikanta skillnader i hyoid utflykt, överlägsen laryngeal rörelse och svalg shortening (p <0,005). Pearson korrelationer av hyoid excursion mätningar från två olika referensaxlarna var: r = 0,62, r2 = 0,38 (tunn-vätska); r = 0,52, r2 = 0,27, (pudding).
Att få landmärke koordinater är en tillförlitlig metod för att generera flera kinematiska variabler från video fluoroskopiska bilder användbara dysfagi forskning.
Introduction
Svalg fas svälja är en komplex process som omfattar över tjugo muskler och flera skelettelement för att överföra en bolus från munhålan till matstrupen och samtidigt skydda luftvägarna. Föregående svalg sammandragning, delar av hyolaryngeal komplexet (tungbenet, struphuvudet, och tillhörande strukturer inklusive den övre matstrupen sphincter) är förskjutna för att omvandla en andningsledning till en mag-tarmkanalen. Struphuvudet åter belägen anteriort bort från banan för en mötande bolus, och den övre matstrupssfinktern sträckes öppen. Kinematiska mätningar tagna från video fluoroskopiska svälj studier (även känd som en MBS eller modifierad Barium Swallow Studies) är det primära forskningsmetodik för att kvantifiera de olika rörelser hyolaryngeal komplex 1.
Medan kvantitativ video fluoroskopiska mått är användbara för mätning av sväljfunktion, olika referensaxeloch skalärer av mätresultatet i fynd som är oförenliga bland de olika metoderna för kinematiska mätningar 2. Rörelsen hos patienten och fluoroskop under manuell klinikern kontroll confounds också noggrannheten i mätning av detta komplex fysiologisk process. Ännu viktigare, gör kinematiska mätningar inte nödvändigtvis struktur-till-funktion relationer viktiga för att utvärdera oordnat svälja. Kinematics av hyoid särskilt har konstruerats för att spåra rörelse i en främre eller överlägsen riktning i förhållande till en anatomisk plan i linje med ryggkotorna. Men denna konfiguration inte representera handlingslinje av muskler som avbryta hyoiden.
En två-sling mekanism hyolaryngeal höjden i svalg fas nedsväljning har identifierats (Figur 1) 3,4. De suprahyoid muskler består av främre muskel sele, och de långa svalgmuskulaturen består av posterior muskulös sele. Dessa muskler höjer olika delar av hyolaryngeal komplexet inklusive hyoid, struphuvudet, och strukturer som utgör den övre matstrupen sphincter.
Samordna kartläggning av hyolaryngeal mekanik använder nio lätt identifierbara anatomiska landmärken för att kartlägga tre skelett spakar och funktioner i hyolaryngeal komplexa representerar fästpunkter i den främre och bakre muskel selar (Figur 2). Under svälja, är varje skelett spaken och inslag i hyolaryngeal komplex i rörelse. Genom att samla in koordinater, kan systemet fångas i varje tidsram. Trigonometrisk omvandling av koordinater kan användas för att generera flera kinematiska mätningar av hyolaryngeal rörelser under sväljning. Variabler kan beräknas för jämförelse med resultat som rapporteras i litteraturen, eller användas för att generera nya mätningar representerar struktur-till-funktion relationer av intresse.
Det primära syftet med denna uppsats är att demonstrera en metod för att generera flera kinematiska mätningar beräknade från en enda uppsättning anatomiska landmärke koordinater som samlats in från modifierade Barium Swallow (MBS) studier. Vi dokumenterar tillförlitligheten i denna metod med hjälp Intraclass korrelationskoefficienter för att bestämma den inter-rater reliability av 6 olika utredare inklusive en expert, tre bedömare med erfarenhet, och två noviser. Från de kinematiska resultat, är skillnader i svälja mekanik genom bolus konsekvens utvärderas. Slutligen är frågan föreslår Molefenter och Steele om vikten av referensaxeln som används för att mäta hyoid rörelse upp. För att närma sig denna fråga vi jämför mätningar av hyoid utflykt i förhållande till ryggkotorna och i förhållande till underkäken, räknat från samma uppsättning koordinater för båda bolustyper. Om dessa två metoder för att mäta hyoid rörelse representerar samma struktur för att fungera relationerhöft, så resultaten bör starkt korrelerade.
För denna studie var 40 lateral MBS studier slumpmässigt utvalda från en samling av 139 normala studier inom ett forskningsprotokoll som godkänts av Georgia Regents University Institutional Review Board och i forskningssamarbete med Evelyn Trammell Institutet för Voice och svälja vid medicinska universitetet i South Carolina. För att demonstrera användbarheten av denna metod var tio variabler karakteriserar hyolaryngeal kinematik beräknades från samma uppsättning koordinatdata (tabell 1). Sju av dessa beräknade mätningar har tidigare använts i litteraturen inklusive: främre och superior hyoid avståndsmätningar i förhållande till ryggkotorna 5; främre och överlägsen hyoid förskjutning som ett förhållande mellan C2-4 längd, också med hänvisning till kotorna 6; överlägsen rörelse i struphuvudet med hänvisning till kotorna 7; hyolaryngeal UNGEFÄRLIGion 1; och maximal hyoid utflykt med hänvisning till kotorna 1. Dessutom har tre nya mätningar beräknas: svalg förkortning tillnärmning bilagor i palatopharyngeus muskeln, laryngeal höjd efter en handlingslinje som representerar stylopharyngeus och hyoid utflykt som närmar bilagor i de suprahyoid musklerna 4,8.
En expert huvud och hals anatomist (WP), tre utredare med begränsad erfarenhet mätningar (CJ, SR, TT) och två nybörjare utredare (RS, JT) erhålls koordinatkartdata med hjälp av det protokoll som beskrivs nedan. Experten (WP) tränade de tre bedömare med erfarenhet, och dessa i sin tur tränade de två oerfarna bedömare. Inter-rater reliability av koordinatdata och resultat beräknas utifrån koordinaterna ämnesvis bestämdes genom Intraclass korrelationskoefficienter 9. Två tailed t-test utfördes på varje variabel för att bestämma statistically signifikanta skillnader i bolustyper. En Pearson korrelationskoefficient och en förklaringsgrad användes för att utvärdera överenskommelsen mellan resultaten från hyoid utflykt beräknade med kotorna som en referensaxel kontra hyoid utflykt med underkäken som en referensaxel för 5 ml tunnflytande svälja och 5 ml pudding svälja.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denna studie visar att nyttan av en metod som med hjälp av koordinatdata för anatomiska landmärken för att beräkna flera kinematiska mätningar av hyolaryngeal rörelse att svälja. Inter-rater reliability av sex bedömare, däribland två oerfarna bedömare, för koordinater och beräknade variabler var stark (ICC> 0,90). Representativa resultat från ett slumpmässigt urval av friska icke-dysphagic vuxna visade skillnader i flera kinematiska variabler som svar på två bolustyper. Vi fann också att använda o…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna erkänner Kendrea Focht, CSCD, CCC-SLP, och Evelyn Trammell Institutet för Voice och svälja vid medicinska universitetet i South Carolina, för att dela MBS avbildningsfiler som används för att demonstrera denna metod. Dessa MBS data samlades in genom extramural stöd finansierat av Grant Number TL1TR000061 (PI: Focht) från National Center for Advancing Translational vetenskap och av Grant Number 1K24DC12801 (PI: Martin-Harris) från National Institute on Dövhet och andra sjukdomar kommunikation, och intramural stöd från Mark och Evelyn Trammell Trust. Dessa metoder utvecklades ursprungligen av den ansvarige prövaren samtidigt stöds av Grant Nummer F31DC011705 från National Institute on Dövhet och andra sjukdomar kommunikation. Innehållet är ensamt ansvarig för författare och inte nödvändigtvis representerar officiella ståndpunkter National Institute on Dövhet och andra sjukdomar kommunikation eller National Institutesof Health.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| ImageJ | NIH | http://rsbweb.nih.gov/ij/download.html | For Macintosh |
| MacX Video Converter Free Edition (Mac) | Digiarty | http://www.macxdvd.com/mac-video-converter-free/ | For Macintosh |
| QuickTime | Apple | http://support.apple.com/downloads/#QuickTime | For Macintosh |
| ImageJ | NIH | http://rsbweb.nih.gov/ij/download.html | For a PC |
| MPEG Streamclip (PC) | Squared 5 | http://www.squared5.com | For a PC |
| QuickTime | Apple | http://support.apple.com/downloads/#QuickTime | For a PC |
References
- Leonard, R. J., Kendall, K. A., McKenzie, S., Gonçalves, M. I., Walker, A. Structural Displacements in Normal Swallowing: A Videofluoroscopic Study. Dysphagia. 15, 146-152 (2000).
- Molfenter, S. M., Steele, C. M. Physiological Variability in the Deglutition Literature: Hyoid and Laryngeal Kinematics. Dysphagia. 26, 67-74 (2010).
- Pearson, W. G., Hindson, D. F., Langmore, S. E., Zumwalt, A. C. Evaluating Swallowing Muscles Essential for Hyolaryngeal Elevation by Using Muscle Functional Magnetic Resonance Imaging. International Journal of Radiation Oncology* Biology* Physics. 85, 735-740 (2013).
- Pearson, W. G., Langmore, S. E., Yu, L. B., Zumwalt, A. C. Structural Analysis of Muscles Elevating the Hyolaryngeal Complex. Dysphagia. 27, 445-451 (2012).
- Kim, Y., McCullough, G. H. Maximum hyoid displacement in normal swallowing. Dysphagia. 23, 274-279 (2008).
- Steele, C. M., et al. The relationship between hyoid and laryngeal displacement and swallowing impairment. Clin. Otolaryngol. 36, 30-36 (2011).
- Logemann, J. A., et al. Temporal and Biomechanical Characteristics of Oropharyngeal Swallow in Younger and Older Men. Journal of Speech, Language and Hearing Research. 43, 1264-1274 (2000).
- Pearson, W., Langmore, S., Zumwalt, A. Evaluating the Structural Properties of Suprahyoid Muscles and their Potential for Moving the Hyoid. Dysphagia. 26, 345-351 (2011).
- Hopkins, W. G. Measures of reliability in sports medicine and science. Sports Med. 30, 1-15 (2000).
- Bingjie, L., Zhang, T., Sun, X., Xu, J., Jiang, G. Quantitative videofluoroscopic analysis of penetration-aspiration in post-stroke patients. Neurol. India. 58, 42-47 (2010).
- Webster, M., Sheets, H. D., Alroy, J., Hunt, G. A practical introduction to landmark-based geometric morphometrics. Quantitative Methods in Paleobiology. Paleontological Society Papers. 16, 163-188 (2010).
- Inamoto, Y., et al. Evaluation of swallowing using 320-detector-row multislice CT. Part II: Kinematic analysis of laryngeal closure during normal swallowing. Dysphagia. 26, 209-217 (2011).
