Auswertung der Respiratory Muscle Activation Mit Respiratory Motor Control Assessment (RMCA) bei Personen mit chronischen Spinal Cord Injury

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die Aktivierungsmuster der Atemmuskulatur bei Personen mit Rückenmarkverletzung durch quantitativen Vergleich mit Normwerten, die von gesunden Probanden stammen, zu bewerten. Dies wird erreicht, indem die elektromyographische Aktivität (EMG) der Atemmuskulatur bei Personen mit Rückenmarkverletzung während Atemaufgaben aufgezeichnet wird. Um die Menge dieser Aktivität für jeden Muskel zu berechnen, wird als zweiter Schritt ein resultierender Vektor konstruiert, der die Verteilung und Menge der Aktivität über diese Muskeln charakterisiert.

Danach werden Daten von gesunden Probanden während derselben Aufgabe verwendet, um einen Prototyp-Antwortvektor zu berechnen. Anschließend kann ein Ähnlichkeitsindex ermittelt werden, der den Grad beschreibt, in dem der resultierende Vektor dem Prototyp-Antwortvektor ähnelt. Dadurch wird ein Vergleich zwischen dem Aktivierungsmuster der Atemmuskulatur bei Patienten mit Querschnittlähmung und dem normalen Muster ermöglicht, das bei einem gesunden Probanden beobachtet würde. Mithilfe dieser Technik können wir die Atemmotorik bei Patienten mit Querschnittlähmung oder anderen Erkrankungen mit Beeinträchtigungen der Atemmotorik überwachen.

Die Datenaufnahme und -verarbeitung ist für die erfolgreiche Beurteilung dieser Methode von großer Bedeutung. Daher ist die visuelle Demonstration wichtig, da sie den Ablauf veranschaulichen wird. Islam, Wissenschaftler; Edward Brown, Projektleiter; und Man PRI Chopra, Forschungstechnologe aus meinem Labor. Zunächst werden Oberflächenelektrodenköpfe über den Muskelbäuchen der linken und rechten Atemmuskulatur platziert.

Dazu gehören der untere Trapezius und die paraspinalen Muskeln auf Höhe der mittleren Skapulaebene. Die paraspinalen Muskeln auf der iliacalen interkrestalen Linie. Der Musculus sternocleidomastoideus, der Skalenmuskel und der obere Trapezius auf der mittleren Schlüsselbeinlinie.

Der klavikuläre Anteil des Musculus pectoralis am Mittelklavikularlinienpunkt. Der Interkostalmuskel im sechsten Interkostalraum an der vorderen Axillarlinie. Das Zwerchfell an der parasternalen Linie, der Musculus rectus abdominis auf Höhe des Nabels und der Musculus obliquus abdominis an der mittleren Axillarlinie.

Platzieren Sie die Erdungselektroden über den Akromionfortsätzen. Verstärken Sie das EMG-Signal mit einem Verstärkungsfaktor von 2000. Filtern Sie bei 30 bis 1000 Hertz und takten Sie mit 2000 Hertz.

Verbinden Sie eine Bewegungslaborsystem-Rucksackeinheit mit angebrachten Elektroden mit einer Bewegungslabor-EMG-Desktopeinheit und einem Power-Lab-System. Wie im Textprotokoll dargestellt, kalibrieren Sie den Atemwegsdruck-Eingang. Fügen Sie 120 Zentimeter Wasser hinzu und nehmen Sie bei 2000 Hertz ab.

Bauen Sie eine T-förmige Überwachungsschaltung auf, um den Atemwegsdruck aufzuzeichnen. Anschließend verbinden Sie diese mithilfe eines Luftschlauchs mit dem Niederdruckmessumformer. Schließlich schließen Sie den Niederdruckmessumformer an das CD 15- und PowerLab-System an.

Die Atemmotoraufgaben bestehen aus der maximalen Inspirationsdruckaufgabe, abgekürzt MIPT, und der maximalen Exspirationsdruckaufgabe oder MEPT. Führen Sie die MIPT durch, indem Sie einen hörbaren Ton verwenden, um den Probanden Q anzuweisen, fünf Sekunden lang eine maximale Inspirationsanstrengung vom Residualvolumen aus zu erzeugen. Verwenden Sie eine T-Stück-Überwachungsschaltung und lassen Sie vor Wiederholung des Vorgangs dreimal mindestens eine Minute Ruhepause. Zur Durchführung der MEPT.

Verwenden Sie einen akustischen, fünf Sekunden langen Ton, um die Probanden dazu anzuweisen, maximale exspiratorische Anstrengungen von der totalen Lungenkapazität aus zu erzeugen. Erlauben Sie mithilfe des T-Stück-Überwachungssystems erneut mindestens eine Minute Ruhepause und wiederholen Sie den Vorgang dreimal. Wandeln Sie die EMG- und Atemwegsdrucksignale mittels des Power-Lab-Aufnahmesystems mit 16-Bit-Volldigitalisierung in eine Aufzeichnung um, bei der Atemwegsdruck, Oberflächen-Elektromyographie und Markersignale gleichzeitig für MIPT und MEPT erfasst werden. Bestimmen Sie aus dem Ereignismarker und dem Atemwegsdruck, der mit dem Signalton aufgezeichnet wurde, Analysefenster von jeweils fünf Sekunden Dauer zur Auswertung der multimuskulären Aktivitätsverteilung.

Wann die Aufgabe beginnen und beenden, berechnen Sie die Oberflächen-Elektromyographie-Aktivität für jeden Muskel unter Verwendung eines Root-Mean-Square- oder RMS-Algorithmus. Mitteln Sie drei wiederholte Durchläufe für jede Aufgabe. Bewerten Sie für jeden Muskel die multimuskulären Aktivierungsmuster basierend auf einer Vektoranalysemethode, die als freiwilliger Reaktionsindex oder VRI bekannt ist, mithilfe einer speziell angefertigten MATLAB-Software. Berechnen Sie für jedes Manöver den Betragsparameter, also die Stärke der kombinierten Oberflächen-Elektromyographie-Aktivität aller Muskeln innerhalb des spezifischen Zeitfensters, als Länge des Reaktionsvektors oder RV für eine bestimmte Aufgabe.

Berechnen Sie außerdem den Ähnlichkeitsindex oder SI-Wert für jede Aufgabe als Kosinus des Winkels zwischen dem Reaktionsvektor (RV) von Personen mit Rückenmarksverletzung und dem Prototyp-Reaktionsvektor (PRV), der von gesunden Probanden während derselben Aufgabe erhalten wurde. Hier ist das Elektromyogramm und der Atemwegsdruck, die gleichzeitig während der MEPT bei einer nicht verletzten und einer Person mit Rückenmarksverletzung (SCI) aufgezeichnet wurden. Beachten Sie den verringerten Atemwegsdruck und das Fehlen von Oberflächen-Elektromyographie-Aktivität in den expiratorischen Muskeln bei einem SCI-Probanden im Vergleich zu einer nicht verletzten Person. Beachten Sie außerdem, dass der Beginn der Aufgabe, wie am unteren Rand markiert, mit einer erhöhten Oberflächen-Elektromyographie-Aktivität und steigendem Atemwegsdruck verbunden ist. Die wichtigsten Schritte zur Konstruktion des Reaktionsvektors sind hier angegeben.

Der Beginn und das Ende der Aufgabe wurden gemäß des Markers als Datenpunkte definiert. Der quadratische Mittelwert der Oberflächen-Elektromyographie innerhalb dieses Ereignisfensters stellt die mittlere Oberflächen-Elektromyographie-Aktivität für jeden Muskel dar. Der Antwortvektor wird unter Verwendung der RMS-Werte für die spezifische, dargestellte Muskelkombination zusammengestellt.

Hier erfolgt die Berechnung des Prototyp-Antwortvektors und dessen Betrag für eine Gruppe nicht verletzter Personen. Die Prototyp-Antwortmatrix wurde unter Verwendung individueller Antwortvektoren erstellt. Jede Spalte der Prototyp-Antwortmatrix enthält Daten einer einzelnen Person der Gruppe, und jede Zeile stellt die quantifizierte Oberflächen-Elektromyographie-Aktivität eines bestimmten Muskels aller Personen der Gruppe dar.

Der Prototyp-Antwortvektor wurde berechnet, indem der Durchschnitt jeder Zeile der Prototyp-Antwortmatrix gebildet wurde. Der Betragswert repräsentiert die Länge des Antwortvektors und wurde gemäß der angezeigten Formel berechnet. Die hier gezeigten Schritte dienen der Berechnung des Ähnlichkeitsindex.

Der Antwortvektor und seine Größe für eine bestimmte SCI-Person wurden berechnet. Der Ähnlichkeitsindex wurde durch Berechnung des Skalarprodukts des Prototypvektors und des Antwortvektors ermittelt. Sobald der Master vorliegt, dauert der Aufnahmeteil etwa eine Stunde.

Während die Datenverarbeitung davon abhängt, welche Software im Anschluss an dieses Verfahren verwendet wird, können andere Atemaufgaben wie Husten oder maximale Atemwegsuntergrenze verwendet werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten.