SenseWear臂章和中风:能量消耗的有效性和在行走步数测量

文摘

本研究的目的是测试的有效性SenseWear Pro臂章(SWA)测量能量消耗(EE)和步数与中风的人的标准。十二个参与者患有慢性中风(平均年龄年;意思是步速米/秒)完成两个6分钟步行试验测试,戴着SenseWear臂章(SWA)在每个部门和使用便携式代谢车被监控着。协议估计SWA的能量消耗和代谢车是公平的臂章偏瘫的手臂(组内相关cefficient)和影响手臂上的臂章()。SWA估计之间的协议步数,步数的步骤活动监视器很穷(SWA),严重低估。我们的研究结果表明,对于这些中度受损的人中风,SWA应该小心使用测量的能量消耗,不应该被用来测量步数。

1。介绍

更高水平的身体活动能量消耗(EE)可以降低死亡率和改善风险因素为慢性疾病如心脏病和糖尿病(1]。维护一个150

分钟/周中等强度的身体活动EE老年人与更好的功能性结果(2]。与中风的人,运动干预措施表明,冠状动脉疾病的危险因素,如血压、总胆固醇与运动训练可以减少3,4),但功能收益没有维护活动(5]。这些与中风的2.6倍不太可能每周消耗1000千卡比别人没有慢性疾病(6]。一些满足活动的指导方针,和久坐不动的时间(大于80%的天7),这是明显大于同龄人的久坐不动的时间8,9]。低水平的身体活动和健康出院后回到社区(10)增加了识别社区体育活动的必要性编程人员与中风(11,12]。

准确测量装置对身体活动EE和步数是重要的来提供关于身体活动的结果,反馈之前,期间和之后一个基于社区身体活动干预。此外,中风的人消耗更多的能量比同龄人的日常活动,如步行(13)和一种设备,可以测量EE准确可能被用来确定锻炼和活动项目导致有益的减少EE功能活动。SenseWear Pro臂章(SWA)(美国媒体,宾夕法尼亚州匹兹堡)使用多个传感器包括热通量(从身体热量消散),皮肤电反应(皮肤导电性)估计,皮肤温度和双轴加速度计提供的估计EE和姿势(说谎或不撒谎)14]。来自感应器的信息关于体位有助于预测用户上下文(例如,站立、行走、骑自行车),据报道提高EE算法的准确性(15]。使用来自多个传感器的信息使SWA可能更精确测量工具评估EE比独自个加速器。

能量消耗测试SWA的研究显示,它们提供了有效的估计活动EE相比,双标记水(16,17]。与健康个体最近的一项研究表明,协议SenseWear Pro3臂章和SenseWear迷你双标记水很好(ICC = 0.80和0.85职责。)17]。SWA变化似乎是敏感的EE (18,19),但在更高的EE设备通常低估了EE (17,18,20.]。SWA的有效性与临床测试人群包括患有冠心病、慢性阻塞性肺病、囊胞性纤维症,关节炎(18,19,21,22]。在两项研究慢性阻塞性肺疾病患者,SWA之间的协议和代谢车被发现是公平的19)或好(18),但使用沃克增加误差变化和减少协议(19]。在心脏病患者,代谢车EE和SWA之间的相关性(版本2.2)从0.67到0.90不等臂和赛艇测功学,跑步机,步进21]。代谢车EE估计之间的相关性和心脏的SWA改进使用方程(21]。

很少有调查测试的有效性测量SWA的步数。在正常步行速度,SWA可能提供合理准确的估计的步数18,19),尽管一个研究小组发现,SWA低估了步骤的速度在跑步机上行走(22]。然而,测量步数仅限于三分钟(22),目前还不清楚如果参与者实现正常手臂摇摆在跑步机上行走,这可能影响SWA-derived一步计数的准确性。研究患有囊性纤维化和慢性阻塞性肺疾病表明,SWA的步数明显低于标准速度较慢(18,19,22]。

没有研究报道SWA的有效性测量的EE或步数个人得了中风。因此,本研究的主要目的是测试的有效性SWA EE和步骤的测量标准样品的中风患者。我们假设SWA会低估EE和步数走在人与中风。其次,我们决定如果EE和步骤数量明显不同SWA穿nonhemiplegic和偏瘫的手臂。

2。材料和方法

2.1。研究参与者和招聘

参与者与中风连续从锻炼和康复中心招募在埃德蒙顿,加拿大的AB。入选标准招聘如下:(1)能够走动/没有一个辅助的援助;(2)至少6个月卒中后;(3)可观测的不对称的步态;(4)医学稳定;(5)能够容忍走至少一块或五分钟。阿尔伯塔大学的这项研究是通过卫生研究伦理委员会和参与者参与之前签署书面知情同意。

2.2。测量参与者的特征

基本信息,包括体重、身高、静息心率,步态速度和血压测量。从中风损伤是衡量一个物理治疗师使用Chedoke-McMaster中风评估(CMSA) [23]。分了七个决心的偏瘫的胳膊,腿和脚的东西。一分CMSA表明你没有运动,4分表示参与者能够协同完成一些动作,而7代表正常运动(23]。因为我们假设主动臂函数可能会影响的准确性SWA行走期间,参与者得分三个或更少的CMSA手臂规模归类为非功能性偏瘫的手臂。平衡测量使用伯格平衡规模,14项观测试验,提供信息站平衡和下降风险(24]。

仪器。SWA(身体媒体,宾夕法尼亚州匹兹堡,美国;软件版本6.1)被用来估算EE的实验方法和步骤。利用专有方程由制造商,EE预计将获得传感器数据与参与者的人口学特征包括性别、年龄、吸烟习惯、构型,身高,体重15]。能源支出估计为每分钟的数据使用复杂的模式识别算法,检测用户上下文(即。、走路、跑步)(17]。每个上下文或活动的类都有一个与之关联的线性回归模型,从运动数据估算EE和生理传感器(17]。算法开发和提炼通过测试主要是年轻或中年成年人和健全参照群体,尽管最近的算法把数据从临床人群如肥胖和心脏病(14]。步数由专有软件派生从原始加速度计数据。

Oxycon移动代谢车(美国CareFusion呼吸道护理,Yorba琳达,CA)是用来测量连续耗氧量。在测试之前,代谢车对已知的校准气体。Oxycon移动摄氧提供有效的估计在各种不同的工作负载25]。它使用一个呼吸,呼吸测量方法和连续监视参与者的呼吸速率、分时耗氧量()、二氧化碳生产和呼吸交换率(r)。能量消耗(千卡/分钟)是由增加的热量相当于与耗氧量数据基于r (L / min) [26]。

步数,StepWatch活动监视器(SAM) (Orthocare创新,俄克拉荷马城,美国)被用来作为衡量的标准。这个监视器是有效的测量动态活动(在步骤每分钟)在中风的人走在水平表面,凹凸不平的表面,在户外,在楼梯,只要nonparetic腿上的监控定位(27]。山姆使用单轴加速度计和软件允许编程根据参与者的步态速度和步态质量(例如,洗牌)。监视器是98%准确的在不同的步态速度和不同表面与个人中风(27]。

2.3。程序

数据收集在一个90分钟的实验室参观。签署知情同意后,基线信息参与者特征收集前行走试验。

2.3.1。参与者准备

参与者被要求放弃咖啡或食物在两个小时前测试和不锻炼前24小时测试。两个SWA设备,穿三头肌后方,被进入设置参与者的年龄、性别、身高、体重、主导偏手性,和吸烟史进软件。指导方针由制造商定义的状态,应该戴在右手手臂上的带子。两国进行了测试,两个臂章(一个在每个手臂)找到好的重复性accelerometric和皮肤电反应传感器值(相关系数> 0.80)(15]。然而,由于不对称放置的传感器(即。,unilateral heat flux sensor), right arm placement is recommended. We placed one SWA on each of the hemiplegic and nonhemiplegic arms to allow investigation of potential differences in accuracy that may be related to hemiplegia. The monitors were worn for 15 minutes prior to data collection, as per the manufacturer’s instructions. The SAM was programmed according to gait speed and then positioned over the lateral malleolus of the non-paretic leg.

参与者的代谢车包括背心穿,以及面罩。面罩安装结束了参与者的嘴巴和鼻子。一旦面罩正确安装(即。,no leaks), the metabolic cart was started and participants rested quietly for 10 minutes in a seated position prior to starting the walking trials. Heart rate (HR) was derived from continuous monitoring with a pulse oximeter affixed to the participants’ ear lobe. After application of all equipment, and the acclimation period, the walking trials were started.

2.3.2。步行试验

每个参与者完成两个6分钟步行试验在25米(走在一条直线,和塔两端)。他们使用自己的行走援助,要求,和安全带时穿走测试,如果援助与平衡是必需的。协议从美国胸科学会28),和标准提供指导。因为没有时间戳山姆的能力来指示行走的开始和结束试验中,参与者被运送到开始的6分钟步行试验在轮椅上。他们立即开始走测试之前,开始走一旦调查人员同时开始swa的代谢车和带时间戳的。参与者走了6分钟后,他们被要求停止行走和站立。同时,调查人员带时间戳的swa和代谢车结束的指示走。

第一次6分钟步行试验后,15分钟的参与者躺在坐的位置在此期间他们的人力资源和血压都被记录下来。在休息期间,代谢车面具被寻求安慰。15分钟后休息休息,面具是重新应用,完成了第二次6分钟步行试验。年底的第二个试验中,被试者会被监控(如人力资源和血压)10分钟。步行试验完成后,参与者根据需要休息之前管理规模和CMSA Berg平衡。

2.4。统计分析

所有使用SPSS统计分析软件(版本19.0;马卡姆,IBM,加拿大)。EE代谢车和SWA的数据分组到一分钟间隔和导出到一个Microsoft Excel电子表格和同步进行进一步分析。步骤数信息在步骤/分钟下载SWA和山姆的同时EE下载。主要的结果意味着EE千卡/分钟和总步骤和结果每个数据的全部6分钟步行试验被用于分析。均值和标准差计算生理,能量消耗,走数据。配对t测试被用来确定结果之间有显著差异的两个试验6分钟步行试验。

的两个主要结果(平均EE和总步骤)协议(1)上的SWA偏瘫的nonhemiplegic臂和(2)SWA和各自的标准措施(代谢车或山姆)评估使用组内相关(ICC)分析(模型2,1)29日]。国际刑事法庭分析EE重复:(1)分裂样例非功能和功能部门使用后,(2)只使用从右手臂上的臂章SWA信息。一个国际刑事法庭< 0.40被认为是表明糟糕的协议结果的设备,国际刑事法庭在0.41和0.60之间公平的协议,国际刑事法庭在0.61和0.80之间适度的协议,和ICC > 0.80实质性的协议29日]。标准测量,误差估计的观测值和真实值之间的差异,使用SD的公式计算,SD分数和标准差的区别r计算ICC价值(30.]。绝对差异百分比计算准则之间的差异和来自SWA的值除以标准,乘以100。

EE和步骤,协议和标准提出了图形化的方法设在准则之间的差异和在SWA值设在。使用标准的值,而不是意味着两种测量方法的设在不同比传统平淡的奥特曼情节(31日),但我们认为这是更合适尤其是一步计算方法之间的差异是大的地方。最后,散点图是用图表表示出探索之间的关联步态速度和EE和步骤测量误差(即。,差异百分比标准和SWA)。数据表示为均值±标准差则是(SD)和意义的水平。

3所示。结果

十二个人的特点与中风参与显示在表中1。绝大多数已经离开偏瘫(10的12)和八12平均步态速度≤0.8米/秒,表明他们没有社区测距仪(32]。一位与会者需要备用辅助行走但其他独立行走。大多数用甘蔗和脚踝脚矫正法走。七12参与者得分三个或更少Chedoke-McMaster中风评估(arm)表明他们没有使用偏瘫的手臂功能活动。

原始分数的结果(生理反应、情感表达和步骤)展示在表2。心率和耗氧量显著轻微但更大的第二次6分钟步行试验期间,从代谢车估计EE。估计总步骤在长达六分钟的散步不是两者之间不同的行走试验设备。参与者平均走10米进一步第二长达六分钟的步行,但这种差异没有统计学意义。

3.1。EE协议

值两个长达六分钟的散步(EE和步骤)结合用于测试协议,因此测试的样本量是22和24利用SWA偏瘫的手臂和nonhemiplegic手臂分别。一个参与者,偏瘫的臂(即SWA发生故障。,没有值记录)。平均而言,SWA更EE在行走(图1、表2),而代谢车,和协议略好nonhemiplegic手臂偏瘫的手臂相比(表3)。协议上的SWA偏瘫的手臂与non-hemiplegic手臂温和。协议从右臂上的SWA EE值(按照制造商的指示位置)和MC很好,类似于协议EE值SWA non-hemiplegic臂和MC (ICC = 0.715和0.702 resp)。这不足为奇,因为右臂和non-hemiplegic臂是一个和相同的两个人。绝对EE差异百分比为17.9%的偏瘫的胳膊,18.4% non-hemiplegic手臂只有约三分之一的价值下降在±10%的差异。图形(图1SWA),平均高估的是0.33千卡/分钟。那里似乎没有好坏相关协议的平均EE的标准来衡量。

swa之间的协议和标准被分组还测试了那些值()和()功能使用的偏瘫的手臂。协议上的SWA偏瘫的手臂和代谢车一般组没有差异的功能使用手臂(ICC = 0.577),相比那些没有功能的手臂用(ICC = 0.619)。然而,协议的SWA non-hemiplegic手臂和代谢车更好的组织功能的手臂用(ICC = 0.893),相比那些没有(ICC = 0.390)。

3.2。总措施协议

两个设备之间的协议在测量总步骤很穷就是明证可以和绝对百分比差异措施(表3)。SWA一直低估了步骤的意思是在6分钟步行193步(图2)。尽管一般大的低估,也有两个参与者来说,SWA高估了步骤(在两个试验)。协议的设备没有出现改善步骤总数量的增加。协议的限制大(见图2)。

3.3。协会以步态速度

步态速度和误差之间的联系测量的EE或步骤进行了探讨。图3表明更高和更低的步态速度与更大的EE的测量误差。步态速度放缓似乎与大低估SWA的步数,但低估的步数出现步态速度(图4)。

4所示。讨论

这项研究是第一个测试的有效性SWA EE和步数的测量患者中风。我们发现SWA EE估计和标准之间的协议是公平的SWA偏瘫的胳膊,温和的SWA non-hemiplegic手臂。这一发现表明,类似于其他活动监视器用于中风患者(27),他们最好放在nonaffected一边工作。,尽管国际刑事法庭值达到阈值协议non-hemiplegic臂,高的平均绝对百分比差异(~ 18%),建议谨慎使用SWA时估计EE在中风患者。这组患者中风,他走得很慢,SWA不准确测量步数。

我们的结果对EE估计和步数可以比较,特别是三个临床研究的结果(18,19,22]。希尔和他的同事测试的测量属性SWA在慢性阻塞性肺疾病患者。他们报道公平协议,以限制的协议1.3大都会和估计之间的整体差异0.2大都会EE SWA和EE以间接量热法(19]。使用我们的数据,EE的区别从SWA偏瘫的手臂和EE代谢车(0.4千卡/分钟)大致计算0.28大都会的区别,从山上研究结果相似。有囊性纤维化患者强烈的相关性研究(r> 0.85)之间的情感表达与SWA和间接估计量热法(18]。虽然不可以,这些相关性高于我们的相关性和在某种程度上可能是由于参与者的正常步行速度与囊性纤维化18]。我们的结果与步数与其他研究发现,缓慢步行或使用rollator沃克导致低估SWA的步数(19,22]。步态速度阈值的50米/分钟(0.83米/秒)建议(即。,if a person walks more slowly than 50 m/min the SWA will not count steps accurately) [19,33]。从我们的结果不能确定一个阈值;然而,我们的平均步态速度远低于建议的阈值,只有我们三个参与者走超过50米/分钟。

可能的解释我们的结果可能与步数的信息,不同武器多血管和手臂摆动,或步态速度。我们把这些解释的讨论,但更多的工作是需要完全理解的因素可能影响的准确性SWA中风人群。SWA,无论戴在手臂,没有提供一个有效的估计的步骤数在这个示例中风的幸存者。估计的步骤数可能只来自原始加速度计数据。然而,由于身体媒体所使用的算法都是专用的,它是不可能的,以确定有多少错误的信息从加速度计在行走活动导致EE估计不准确。其他表明,加速度计的贡献相对较少EE估计(19,34)比其他传感器和我们的研究结果支持这一观点,尽管低加速度计读数,SWA通常高估了情感表达。

血管的差异从手臂到手臂也许可以解释观察到的差异在我们的中风幸存者。许多偏瘫患者感知他们的偏瘫的手臂冷,这感觉与减少手臂和手的温度比non-hemiplegic臂(35]。小样本与中风的人认为他们的手臂是冷少35%的血流量偏瘫的手(35]。这种循环会影响价值观的温度传感器和汗水SWA的速度传感器。然而,我们没有测量臂温度或出汗所以我们只能推测。

手臂摆动可能也影响我们的结果。我们发现当使用non-hemiplegic SWA的手臂,SWA和EE准则之间的协议是更好的一般,特别是在那些使用功能的手臂,这表明更正常的手臂摆动与更好的精度。这个结果可能是欺骗CMSA那些手臂功能分类的功能,也有更高的步态速度(0.82米/秒和0.57米/秒)。我们从以前的研究知道慢步态速度与步数SWA[低估的18,19]。然而,步态速度慢对情感表达的影响估计SWA是未知的。我们的研究表明,步速对EE测量(图几乎没有影响3)。此外,尽管分类功能偏瘫的手臂,手臂摆动偏瘫的一侧在步态过程中经常保持最小。使用CMSA手臂摆动的代理不是一个完美的指标和一个更好的测量可能是计算从录像手臂摆动的幅度。未来的研究也可以考虑标准化手臂摆动(或缺乏),要求参与者穿上单方面吊索。

虽然血管的变化和缺乏手臂摆动是不同的在这群中风幸存者,相比其他的样品,可以预见,这些差异可能会导致低估SWA的情感表达。这是少数的参与者(图1SWA),但过高的估计是更常见的,具有挑战性的解释。然而,皮肤电反应传感器并选择生理应激(15),它是可能的,走在一个新的环境(包括代谢车穿背心)可能会增加阅读,传感器和有助于解释高估。血管和手臂摆动参与者之间的差异可能导致大EE测量中我们观察到变化但不知道更多关于SWA软件中使用的算法来计算情感表达,这是很难理解这些发现。在未来的研究中,测量血管变化的武器,以及更好的手臂摆动的措施可能有助于解释这些发现。

测试设备的一个挑战SWA移动残疾的人,以及本研究的局限性,是样本的异质性,或表示只有一群人与中风的一部分。我们组的参与者很小,至少中度受损平均步态速度远低于预期的类似年龄没有残疾。一群中风幸存者走得更快,不管他们有多少手臂摆动,将创造更多的加速度,也许该设备将提供较少的变量和情感表达更准确的结果。进一步的研究需要更大的样本和多个功能不同的组来更充分地理解潜在使用SWA来衡量个人的情感表达与中风。另外,因为我们的样品几乎完全离开了半身不遂,右臂上的SWA(制造商建议的手臂位置)也是non-hemiplegic手臂。更对偏瘫患者应该被测试。

5。结论

我们的研究结果建议谨慎考虑使用测量EE SWA的中风的幸存者慢慢走。还需要进一步的研究来更好地了解偏瘫在SWA准确性的影响。使用SWA估计步数在中风患者不推荐慢慢走。

承认

这项研究是由加拿大的物理治疗的基础。

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