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* Ces auteurs ont contribué à parts égales
À l'aide d'un dispositif isokinétique robotique avec des mesures d'électromyographie (EMG), ce protocole illustre que le mouvement isokinétique lui-même peut améliorer la fiabilité inter-rater pour l'angle des mesures de capture chez les patients victimes d'un AVC avec une légère spasticité du fléchisseur du coude.
La mesure de la spasticité est importante dans la planification du traitement et la détermination de l'efficacité après le traitement. Cependant, l'outil actuel utilisé en milieu clinique s'est avéré limité dans la fiabilité inter-rater. Un facteur de cette faible fiabilité inter-rater est la variabilité du mouvement passif tout en mesurant l'angle de capture (AoC) mesures. Par conséquent, un dispositif isokinétique a été proposé pour normaliser le mouvement manuel de joint ; cependant, les avantages du mouvement isokinétique pour des mesures d'AoC n'ont pas été examinés d'une manière normalisée. Ce protocole étudie si le mouvement isokinétique lui-même peut améliorer la fiabilité inter-rater pour les mesures AoC. À cette fin, un dispositif isokinétique robotique a été développé qui est combiné avec l'électromyographie de surface (EMG). Deux conditions, les mouvements manuels et isokinétiques, sont comparées à la méthode normalisée pour mesurer l'angle et le sentiment subjectif de capture. Il est démontré que chez 17 patients ayant subi une légère spasticité du fléchisseur de coude, le mouvement isokinétique a amélioré le coefficient de corrélation intraclasse (ICC) pour la fiabilité inter-rater des mesures AoC à 0,890 [intervalle de confiance de 95 % (CI) : 0,685 à 0,961] par l'EMG 0,931 (IC à 95 % : 0,791 à 0,978) selon les critères de couple, à partir de 0,788 (IC à 95 % : 0,493 à 0,920) par mouvement manuel. En conclusion, le mouvement isokinétique lui-même peut améliorer la fiabilité inter-rater des mesures d'AoC dans les patients de course présentant la spasticité douce. Étant donné que ce système peut fournir des mesures d'angle plus normalisées et la capture du sentiment, il peut être une bonne option pour l'évaluation de la spasticité dans un cadre clinique.
La spasticité après l'AVC est commune et a été montrée pour induire des complications, y compris la douleur et les contractures, ayant pour résultat la qualité réduite de la vie1,2,3. La mesure de la spasticité est importante pour planifier correctement le cours du traitement et déterminer l'efficacité du traitement. Les outils couramment utilisés en milieu clinique sont l'échelle d'Ashworth modifiée (MAS)4, qui est un système de mesure nominal pour la résistance au mouvement passif, et l'échelle modifiée de Tardieu (MTS), qui mesure l'angle de capture (AoC), représentant le caractéristique dépendante de la vitesse de la spasticité5. Cependant, ces outils de mesure ont été montrés pour avoir la fiabilité inter-rater limitée6,7, exigeant le même évaluateur pour effectuer ces essais pour maintenir la fiabilité satisfaisante8.
Trois facteurs ont été montrés induisant la variabilité dans AoC pendant la mesure de MTS, y compris (1) des erreurs des mesures d'angle par une goniométrie ; (2) variabilité du profil de mouvement articulaire déplacé manuellement entre les évaluateurs; et (3) la variabilité dans la détection de la capture entre les évaluateurs9. Un nouveau dispositif robotique isokinétique avec des capteurs de couple est présenté dans ce protocole. Ce dispositif est appliqué aux patients de course avec la spasticité douce de fléchisseur de coude utilisant l'électromyographie de surface (EMG) mesures10. On a émis l'hypothèse que la normalisation du mouvement des articulations du coude améliorera la fiabilité inter-rater pour les mesures AoC obtenues par le réflexe d'étirement du fléchisseur du coude. Pour le prouver, la fiabilité de l'AoC mesurée par la surface EMG a été calculée et comparée entre l'extension du coude rapide et passif isokinétique, à l'aide de ce dispositif robotique développé et eMG. La figure 1 montre un aperçu de l'ensemble de la procédure expérimentale. Dans le détail, l'étape de mesure du MTS a été effectuée par deux évaluateurs, et l'ordre des expériences (mouvement manuel vs isokinétique) et l'ordre des évaluateurs ont été déterminés au hasard, ce qui a nécessité environ 50 min pour chaque sujet (figure1).
1. Mise en place expérimentale
2. Mise en place expérimentale
REMARQUE : Deux évaluateurs devraient participer à cette expérience. Dans notre cas, le premier évaluateur était un physiatre avec plus de 6 ans d'expérience dans la réadaptation, et le deuxième évaluateur était un ergothérapeute avec plus de 3 ans d'expérience dans la réadaptation de course.
3. Mesure MTS
REMARQUE : Le temps requis pour chaque étape est indiqué à la figure 1. Le temps total pris par un sujet pour effectuer toute l'expérience est d'environ 50 min (y compris l'étape d'ensemble de l'expérience), mais la plupart du temps doit être consacré au repos pour maintenir la cohérence de la fatigue.
4. Quantifier l'AoC
REMARQUE : L'AoC est déterminé à partir de deux données : EMG et le couple. L'AoC est déterminé par une analyse manuelle en raison des caractéristiques bruyantes des données EMG et de la variabilité des caractéristiques individuelles. La sélection AoC est effectuée par un troisième évaluateur, qui est aveugle à l'ordre des évaluateurs.
5. Analyse des données
La fiabilité est divisée en quatre catégories en fonction de la valeur de l'ICC : extrêmement excellente (0,90 euros), excellente (0,75 lt; ICC 0,90), juste à bonne (0,40 lt; ICC 0,75), et pauvre (lt;0,40). L'erreur standard de mesures (SEM) a été calculée pour déterminer la composante d'erreur de la variance. La plus petite différence détectable (SDD) a été calculée à partir du SEM des données de test-retest.
Indice de mouvement d'évaluation normalisé (NAMI) : le score NAMI pendant un mouvement isokinétique était toujours 1, ce qui signifie que l'appareil isokinétique a toujours généré une vitesse d'entrée constante uniforme. Cependant, la fiabilité du test-retest du NAMI au cours d'un mouvement manuel était médiocre tant pour le type 1 (ICC [IC à 95 %] - -0,035 [-0,495-0,441]) et pour le rater 2 (ICC [95 %CI] - 0,438 [-0,038-0,752]). En outre, la fiabilité inter-rater de la NAMI pendant le mouvement manuel était également faible (ICC [IC à 95 %] - 0,148 [-0,344-0,576]). Inversement, les résultats des deux évaluateurs humains ont montré des valeurs NAMI moyennes presque égales (0,68 et 0,67 pour chaque évaluateur). L'erreur de cohérence des deux évaluateurs humains était plus grande que celle de l'appareil isokinétique, montrant une grande différence entre les deux évaluateurs. Ces résultats indiquent qu'une motion d'évaluation par un évaluateur humain manque dans les caractéristiques isokinétiques et que le mouvement est incohérent selon le sujet.
Fiabilité du test-retest : Le tableau 2 montre la fiabilité du test-retest pour les résultats AoC dans trois conditions (isokinetic-EMG, isokinetic-torque, manuel-EMG). La fiabilité du test-retest pour le MTS manuel était excellente (ICC 0,804 et 0,840). Cependant, la mesure isokinétique MTS a amélioré la fiabilité du test-retest à la très excellente qualité sur les critères EMG et couple (tableau 2)
Fiabilité inter-rater : Le tableau 3 montre la fiabilité inter-rater pour les performances de mesure AoC dans trois conditions. L'ICC de la fiabilité inter-rater du Manuel MTS était 0.788, qui était près de la limite inférieure de l'excellente qualité. Le MTS isokinetic a amélioré la fiabilité inter-rater à l'ICC de 0.890 basé sur des données d'EMG et à l'ICC de 0.931 basé sur des données de couple.
Les corrélations et l'uniformité du timing de l'AoC entre les critères EMG et de couple : les deux résultats d'AoC calculés à partir des données eMG et des données de couple pendant le MTS isokinetic montrent une corrélation significativement élevée dans les deux rater 1 (coefficient de corrélation De Pearson 0,937, p 'lt; 0.001) et l'indice 2 (coefficient de corrélation Pearson ' 0.957, p 'lt; 0.001). En outre, le calendrier de l'AoC entre les deux résultats était très compatible avec une CCI de 1 (p 'lt; 0.001).
Figure 1 : Graphique des flux d'expériences.
Ce chiffre est modifié à partir de Sin et al.10. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 2 : Robot d'essai Isokinetic MTS.
(A) Configuration du robot isokinétique. (B) Configuration intérieure de l'appareil. Le système de contrôle comprend un processeur en temps réel et un conducteur de moteur. (B) a déjà été publié par Sin et al.10. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 3 : Composition du manipulandum.
Deux poignets pour le poignet et l'avant-bras sont reliés au curseur linéaire à travers un bloc de fixation, ce qui rend la position du brassard réglable. Une poignée et une sangle de main sont commutables de gauche à droite. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 4 : Configuration du système de contrôle.
Les trois blocs droits montrent la hiérarchie du système de contrôle et les flèches montrent le flux de données entre chaque unité. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 5 : Interface utilisateur graphique (GUI).
Le côté gauche est le panneau de contrôleur, qui contient les différents boutons ou commandes numériques nécessaires pour le contrôle du robot. Le côté droit est un panneau de surveillance qui montre l'angle, le couple d'interaction et le signal de déclenchement en temps réel. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 6 : Exemple d'indemnisation par effet d'inertie.
La ligne verte indique le couple brut; la ligne pointillée bleue indique le modèle de force inertielle; et la ligne rouge indique le résultat de la compensation du couple inertiel. Ce chiffre a déjà été publié par Sin et al.10. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 7 : Exemple d'évaluation AoC à l'aide des données EMG (cas DeTS isokinétique).
Une valeur RMS EMG inférieure à 0,1 est considérée comme normale. La sélection du point de départ du point de recrudescence EMG clair est effectuée, et la valeur d'angle à ce moment-là est déterminée comme AoC. Ce chiffre a déjà été publié par Sin et al.10. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 8 : Exemple d'évaluation aoC à l'aide de données de couple (cas de SMT isokinétique).
L'évaluation comporte les étapes suivantes : tracer deux lignes reliant le couple du point de départ de l'évaluation et le point final avec des données de couple arbitraires, respectivement; trouver le point où les deux lignes deviennent la ligne de régression des données de couple avant et après le point sélectionné; s'il y a une différence significative entre le gradient de deux lignes de régression, on juge qu'un réflexe d'étirement se produit à ce stade. Ce chiffre a déjà été publié par Sin et al.10. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 9 : Exemple d'évaluation aoC à l'aide des données EMG (cas Manuel de SMT).
Comme c'est le cas dans le cas isokinétique (figure 7), l'AoC est déterminé comme l'angle lorsqu'une recrudescence claire de l'EMG se produit. Ce chiffre a déjà été publié par Sin et al.10. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 10 : Variables de l'indice de mouvement d'évaluation normalisé (AMN).
Intuitivement, la valeur NAMI est le rapport de la zone sous le graphique de vitesse à la zone de la boîte grise. Plus de mouvements isokinétiques montrent des valeurs plus proches de 1. Ce chiffre est déjà publié par Sin et al.10. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
variable | résultat |
Age, années, moyenne (SD) | 54,6 (12,2) |
Sexe, n (%) | |
hommes | 14 (82,4) |
Femmes | 3 (17,6)) |
Jours à partir du début de l'AVC, médiane (IQR) | 722 (1226) |
Côté hémiplégique, n (%) | |
Oui | 10 (58,8) |
gauche | 7 (41,2) |
Type d'AVC, n (%) | |
Ischémique | 11 (64,7) |
Hémorragique | 6 (35,3) |
Lésion d'AVC, n (%) | |
Corticale | 4 (23,5) |
Subcortical | 13 (76,5) |
Étape Brunnstrom, médiane (IQR) | |
bras | 4 (1) |
main | 3 (1) |
jambe | 4 (1) |
Puissance musculaire, médiane (IQR) | |
Fléchisseur de coude | 4 (1) |
Extenseur de coude | 4 (1) |
MAS, fléchisseur de coude, n (%) | |
1 Fois | 7 (41,2) |
1 et 1 | 5 (29,4) |
2 (en) | 5 (29,4) |
Tableau 1 : Sujets démographiques et caractéristiques de base.
devoir | Retester | page | Sem | SDD (En) | ICC (2,1) (IC à 95 %) | |
Moyenne (SD) | Moyenne (SD) | |||||
Rater 1 | ||||||
Mouvement isokinétique (150/s) avec EMG | 93,74 (28,35) | 90,93 (25,44) | 0,216 | à 12h12 | 33,59 | 0,948 (0,857-0,981) |
Mouvement isokinétique (150/s) avec couple | 90,30 (27,93) | 89,61 (27,25) | 0,201 | 3,02 | 8h37 | 0,997 (0,992-0,996) |
Mouvement manuel avec EMG | 82,67 (19,11) | 82,03 (21,73) | 0,838 | à 17h21 | 47,7 | 0,804 (0,538-0924) |
Rater 2 | ||||||
Mouvement isokinétique (150/s) avec EMG | 90,77 (28,69) | 88,14 (28,34) | 0,123 | 15,1 Annonces | 41,86 | 0,929 (0,929-0,991) |
Mouvement isokinétique (150/s) avec couple | 97,06 (23,47) | 94,37 (25,86) | 0,192 | 9,9 | 27,44 | 0,959 (0,873-0,987) |
Mouvement manuel avec EMG | 80,96 (21,30) | 80,46 (22,81) | 0,875 | 16,94 | 46,96 | 0,840 (0,601-0,941) |
Tableau 2 : Résultats de fiabilité de test-retest pour l'angle de capture mesuré avec des dispositifs robotiques isokinétiques et des dispositifs robotiques avec mouvement manuel.
Ce tableau a été publié par Sin et coll.10 (les valeurs p sont calculées par t-test apparié). SEM: erreur standard de mesure, SDD: plus petite différence détectable, ICC: coefficient de corrélation intraclasse, EMG: électromyographie.
Rater 1 | Rater 2 | page | Sem | ICC (2,1) (IC à 95 %) | |
Moyenne (SD) | Moyenne (SD) | ||||
Mouvement isokinétique (150/s) avec EMG | 88,16 (28,24) | 89,46 (28,33) | 0,973 | à 17 h 81 | 0,890 (0,685-0,961) |
Mouvement isokinétique (150/s) avec couple | 94,32 (240,13) | 95,71 (24,44) | 0,775 | à 12 h 54 | 0,931 (0,791-0,978) |
Mouvement manuel avec EMG | 80,81 (18,98) | 80,71 (21,17) | 0,586 | 17,5 annonces | 0,788 (0,493-0,920) |
Tableau 3 : Résultats de fiabilité inter-rater pour l'angle de capture mesuré à l'aide d'appareils robotiques isokinétiques et d'appareils robotiques à mouvement manuel.
Ce tableau a été publié par Sin et coll.10 (les valeurs p sont calculées par t-test apparié). SEM: erreur standard de mesure, ICC: coefficient de corrélation intraclasse, EMG: électromyographie.
Cette étude a tenté de normaliser la mesure MTS à l'aide d'un dispositif isokinétique robotique. Il a été étudié comment l'uniformité du mouvement d'évaluation influe sur les résultats de la mesure du SMT.
La valeur de l'AMIA a été proposée pour représenter le degré de variabilité dans la motion d'évaluation. Comme prévu, contrairement à la méthode de mouvement isokinétique sans variabilité, la méthode manuelle a montré la variabilité entre les tests et entre les évaluateurs, ce qui entraîne une fiabilité médiocre, ce qui est compatible avec les résultats des études précédentes7,8 . Les résultats sur la fiabilité de la mesure AoC montrent que le mouvement isokinétique lui-même peut augmenter la fiabilité de l'interrater, par rapport au mouvement manuel. Bien que, il y ait eu des soucis concernant la provocation réflexe moins extensible par le mouvement isokinetic11,12, sujets dans cette étude avec la spasticité douce de fléchisseur de coude (MAS 1, 1, 2) ont montré des réflexes d'étirement cohérents mesurés par surface EMG pendant le mouvement isokinétique. Ceci démontre qu'un dispositif isokinetic peut être employé pour mesurer AoC fiable, même dans les patients présentant la spasticité douce de coude. L'AoC a également été calculé selon les critères de couple de cette étude. Fait intéressant, AoC mesuré en utilisant à la fois les critères EMG et de couple a montré une forte corrélation, tandis que les critères de couple seul a montré une fiabilité inter-rater plus élevée, ce qui est compatible avec les résultats fournis par Lynn et al.13. Par conséquent, on s'attend à ce que l'évaluation de la spasticité utilisant les critères de couple soit une meilleure méthode en ce qui concerne la fiabilité et la commodité.
Cette nouvelle approche pour quantifier la mesure du SMT comporte certaines questions et certaines limites. Tout d'abord, la posture pendant les mesures AoC dans cette étude était différente des mesures conventionnelles MTS14. Le MTS conventionnel a été exécuté en l'absence de l'enlèvement d'épaule ; en revanche, dans cette étude, des mesures ont été effectuées avec l'épaule enlevée à 90 degrés. Toutefois, le but de cette étude était de vérifier les effets de l'uniformité de la motion d'évaluation sur la fiabilité de l'AoC. La posture utilisée dans cette expérience permet de mesurer facilement AoC en utilisant les données de couple en éliminant l'influence du poids de l'avant-bras, qui est difficile à mesurer séparément. Par conséquent, cette expérience fournit une perspective sur la façon dont le mouvement d'évaluation affecte la fiabilité des mesures AoC.
Deuxièmement, la mesure AoC utilisant à la fois les critères de couple et d'EMG a été effectuée subjectivement. Cependant, cela a été effectué par un troisième évaluateur qui était aveugle à l'information du sujet et l'ordre des évaluateurs pour minimiser les biais potentiels. Troisièmement, l'augmentation du couple de réaction due à des propriétés mécaniques passives était inattendue lors de la conception de l'expérience initialement. On s'attendait à ce que le couple de réaction soit principalement causé par le réflexe d'étirement; cependant, dans les patients présentant la spasticité douce, beaucoup de cas ont prouvé que le couple de réaction provoqué par la rigidité passive était dominant. Par conséquent, AoC a été obtenu par l'analyse post-expérimentale des données plutôt que l'identification en temps réel. Enfin, il y avait relaxation du fléchisseur de coude pendant l'étirement passif répétitif. L'expérience a été conçue pour incorporer suffisamment de temps de repos pour prévenir la fatigue tout au long de l'expérience, et aucun sujet ne s'est plaint de fatigue. Cependant, il est difficile d'empêcher la relaxation du muscle en raison de l'étirement passif répétitif. Pour réduire cet impact, l'expérience a été conçue pour randomiser l'ordre des évaluateurs, et les résultats n'ont montré aucun phénomène de relaxation significatif entre les deux évaluateurs.
L'objectif de cette étude était d'améliorer les méthodes d'évaluation qui reposent sur le sens subjectif de l'évaluateur et de les maintenir à des normes plus objectives et quantitatives. Les résultats montrent la possibilité d'accroître la fiabilité de l'évaluation à l'aide d'un dispositif robotique. Cependant, la méthode effectuée dans cette étude n'est qu'à moitié automatisée, parce que l'évaluation AoC est effectuée par un humain. On s'attend à ce que les autres études permettent une évaluation de la spasticité en temps réel avec une grande fiabilité et objectivité.
Tous les auteurs ne déclarent aucun conflit d'intérêts.
Cette étude a été soutenue par le Seoul National University Bundang Hospital Research Fund (14- 2014 - 035) et la Subvention de la Korea and National Research Foundation of Korea (NRF) financée par le gouvernement coréen (A100249). Nous tenons à remercier Seo Hyun Park et Hae-in Kim pour avoir aidé à préparer et à procéder à la vidéo de tournage.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
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 | 1.8x1.2 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 |
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