Erfassung und halbautomatische Analyse der Oberflächen-Elektromyographie der Atemmuskulatur

Ich interessiere mich für die motorische Kontrolle der Atemmuskulatur, und diese Methodik wird uns helfen, ihre Koordination zu verstehen, indem sie sowohl den Zeitpunkt als auch das Ausmaß ihrer Aktivierung untersucht. Die wichtigsten neueren Erkenntnisse sind, wie die kognitiven Anforderungen selbst einer geringen Belastung der Atmung mit assoziierter Dyspnoe zu mehr Fehlern bei einer kognitiven Aufgabe führen und die Geschwindigkeit der körperlichen Aufgabe verringern können. Darüber hinaus wird auch das Atemmuster variabler.

Unser Protokoll adressiert den Bedarf an einer Methode, die EKG-Artefakte aus EMG-Signalen entfernt, ohne die Amplitude oder das Timing zu beeinträchtigen, wodurch Details zur Muskelaktivierung erhalten bleiben, die für eine genaue Analyse der Atemmuskelkoordination während der Atmung unerlässlich sind. Unser Protokoll entfernt im Grunde nur den EKG-Frequenzinhalt aus dem kombinierten EKG- und EMG-Signal. Das sind nur die EKG-Artefakte.

Es behält alle anderen wesentlichen Details der EMG-Signale und die zeitliche Genauigkeit bei und berücksichtigt gleichzeitig präzise variable Herzbreiten. Denken Sie an die kognitiven Anforderungen eines Patienten mit COPD, der eine belebte Straße überquert. Dies erfordert das Nachdenken über den Verkehr, die Koordination des Gehens, die Verarbeitung von Atemnot und die Verarbeitung einer erhöhten Rekrutierung der Beatmungsmuskulatur.

Meine Forschung konzentriert sich darauf, wie die kognitive Belastung und die motorische Kontrolle der Beatmungs- und Gliedmaßenmuskulatur körperliche Aktivitäten beeinträchtigen können. Positionieren Sie den Teilnehmer zunächst in einer sitzenden Position. Reiben Sie die Haut mit einem Alkoholtupfer ab und lassen Sie sie vollständig trocknen, um die Hautimpedanz zu verringern.

Identifizieren Sie die interessierenden Muskeln durch Landmarkierung und Palpation und platzieren Sie die Oberflächenelektrode auf der rechten Seite des Brustkorbs. Identifizieren Sie für das Rippenzwerchfell und die Interkostalmuskulatur die vordere Achsellinie und die mittlere Schlüsselbeinlinie. Platzieren Sie die gepaarten Elektromyographie-Elektroden vertikal zwischen diesen beiden Linien auf Höhe des siebten oder achten Interkostalraums.

Identifizieren Sie dann das hintere Dreieck des Halses, um den Skalenmuskel zu lokalisieren. Dieser Muskel kann klarer visualisiert werden, indem der Teilnehmer einen großen Atemzug macht oder durch rechtsseitige isometrische Widerstandsbeugung der Seite. Platzieren Sie nun die paarigen Elektroden entlang der Längsachse des Muskels auf Höhe des Zirikoidfortsatzes für die parasternalen Interkostalmuskeln, lokalisieren Sie den zweiten Interkostalraum ein bis zwei Zentimeter lateral zur rechten Seite des Brustbeins.

Die Lokalisierung dieser Rippe wird durch Abtasten des Schlüsselbeins, des Manubriums und des Sternumwinkels von Louis an der Verbindung zwischen dem Manubrium und dem Brustbein erleichtert. Der zweite parasternale Interkostalmuskel befindet sich genau rechts und ist unterhalb des Sternumwinkels von Louis. Positionieren Sie die paarigen Elektroden entlang der Längsachse des Muskels.

Als nächstes markieren Sie den M. sternocleidomastoideus, nachdem Sie die suprasternale Kerbe und den Warzenfortsatz lokalisiert haben. Legen Sie die Hand auf die linke Seite des Kinns des Teilnehmers und bitten Sie den Teilnehmer, sanft eine isometrische Linksdrehung gegen die Hand durchzuführen, um den rechten Bauchmuskel sternocleidomastoideus zu betonen. Positionieren Sie dann die paarigen Elektroden in der Mitte des Muskelbauchs entlang seiner Längsachse.

Befestigen Sie den Bodensensor bei Bedarf am Dornfortsatz C7 oder T1 und platzieren Sie die negative EKG-Elektrode über dem Manubrium. Platzieren Sie dann die positive EKG-Elektrode über dem fünften Interkostalzwischenraum an der linken vorderen Achsellinie. Befestigen Sie nun Elektromyographie-Sensorclips an den Elektromyographie-Elektroden.

Bringen Sie doppelseitiges Klebeband unter jedem Elektromyographie-Sensor an, um es sicher auf der Haut zu befestigen. Stellen Sie sicher, dass sich die Drähte verschiedener Elektromyographie-Sensoren nicht überlappen oder ein Übersprechen zwischen den Muskeln erzeugen. Legen Sie medizinisches hypoallergenes Klebeband über die Elektroden und den Sensor, um sie weiter auf der Haut zu befestigen, ohne übermäßigen Druck auszuüben.

Wählen Sie für die Signalerfassung die voreingestellte Vorlage in der Datenerfassungssoftware aus und drücken Sie auf Öffnen. Die voreingestellten Parameter verfügen über einen 0,5-20-Hertz-Hochpassfilter im EMG-Signal, um niederfrequente Artefakte zu reduzieren und die Echtzeitvisualisierung zu erleichtern. Stellen Sie sicher, dass die Abtastrate auf 1 Kilohertz eingestellt ist und die Verstärkung des EMG-Signals 1.000 beträgt.

Nachdem Sie die Vorlage ausgewählt haben, erhalten Sie eine synchronisierte Aufzeichnung des EKGs und des Atemflusses. Erfassen Sie Oberflächen-EMG- und EKG-Daten gemäß dem Protokoll, z. B. während einer inspiratorischen Schwellenbelastung bei einem gesunden freiwilligen Teilnehmer. Öffnen Sie zur Vorverarbeitung die Software und bestätigen Sie die Parameter eines bidirektionalen Hochpassfilters von 5 Hertz, des adaptiven Filters mit dem geringsten Mittelwert des Quadrats zur Entfernung von EKG-Verunreinigungen und einer Mittelwert-Quadrat-Transformation mit einem gleitenden Fenster von 0,02 Sekunden, und drücken Sie dann auf Weiter.

Wählen Sie anschließend die zu analysierende Datei aus und drücken Sie OK. Wenn Sie die gesamte Dauer analysieren, stellen Sie den Bereich von 0 Sekunden bis zur maximalen Zeit ein. Drücken Sie auf Bereich auswählen, Weiter und dann auf Konditionierung. Drücken Sie die Analyse-Taste, um voreingestellte Parameter zu übernehmen und das analysierte EMG-Signal zu visualisieren.

Drücken Sie die Taste rescaled on 1, um das EMG-Signal während der Aufnahme um seinen Maximalwert zu normalisieren. Drücken Sie Weiter, um die Berechnung aus auszuschalten. Die Software erkennt den Zeitpunkt des Beginns der EMG-Aktivität basierend auf der Ableitungsfunktion des EMG-Signals.

Drücken Sie nun die Ein- und Aus-Taste. Wählen Sie das EMG-Signal aus dem gewünschten Muskel zur Visualisierung aus. Wechseln Sie zwischen den Muskeln, um alle aufgezeichneten Signale zu überprüfen.

Drücken Sie auf Stopp der Suche, gehen Sie zum Speichern und klicken Sie auf Speichern. Wählen Sie die zu speichernden Daten mit einer Option zum Reduzieren der Signalfrequenz aus. Drücken Sie auf Verarbeitete Daten speichern.

Wählen Sie den Ordner aus, den Sie speichern möchten. Benennen Sie die Datei und drücken Sie Speichern. Für die Nachbearbeitung öffnen Sie die gespeicherte Datei mit einer Berechnungssoftware für die Nachbearbeitung.

Identifizieren Sie jeden Atemzug anhand der Ein- und Ausschaltzeiten des Flusssignals. Berechnen Sie den EMG-Spitzen-RMS und den mittleren RMS für jeden Atemzug. Berechnen Sie für den EMG-Beginn die absolute Differenz zwischen dem EMG-Beginn und dem Beginn des inspiratorischen Flusses in Millisekunden.

Berechnen Sie dann für den EMG-Offset die absolute Differenz zwischen dem EMG-Offset und dem Ende des inspiratorischen Flusses. Berechnen Sie für den EMG-Beginn im Verhältnis zur Dauer der Inspirationszeit die relative Differenz zwischen dem EMG-Beginn und dem Beginn des inspiratorischen Flusses. Berechnen Sie schließlich für den EMG-Versatz relativ zur Dauer der Inspirationszeit die relative Differenz zwischen dem EMG-Versatz und dem inspiratorischen Flussversatz.

EKG-Artefakte wurden in der diaphragmengefilterten Elektromyographie im Vergleich zur Rohelektromyographie reduziert. Bei niedriger inspiratorischer Schwellenbelastung trat die einsetzende Aktivität der Skalen- und parasternalen Interkostalmuskeln vor dem Einsetzen des inspiratorischen Flusses auf, während die Zwerchfell- und Sternocleidomastoideus-Muskeln nach dem Einsetzen des inspiratorischen Flusses aktiviert wurden. Bei hoher inspiratorischer Schwellenbelastung wurde eine frühere Aktivierung aller vier Muskeln relativ zum inspiratorischen Fluss beobachtet.

Die Dauer der Elektromyographie-Aktivität für das Zwerchfell, die parasternale Interkostalmuskulatur und die Skalenmuskulatur blieb zwischen niedrigen und hohen Belastungen ähnlich. Die Dauer der Aktivität des sternocleidomastoiden Muskels war bei hoher Belastung länger als bei niedriger Belastung. Das mittlere Quadrat der Elektromyographie für alle Muskeln war bei hoher Belastung höher als bei niedriger Belastung, was auf eine erhöhte Muskelaktivität hinweist.