方法論記事

慢性脊髄損傷患者で呼吸器モータ制御評価（RMCA）を使用して呼吸筋活動の評価

DOI：

10.3791/50178

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2013年7月19日

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1Department of Neurological Surgery, University of Louisville, 2Spinal Cord Injury Laboratory, Shepherd Center, 3Department of Medicine: Division of Pulmonary, Critical Care and Sleep Disorders, University of Louisville

この記事について

サマリー

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本書の目的は、定量的にベクトルベースの​​分析を用いて、慢性脊髄損傷患者で呼吸筋活動パターンを特徴づけるために、マルチ筋表面筋電図の手法で独自の作品を提示することである。

要約

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呼吸時には、呼吸筋の活性化は、脳、脳幹、脊髄からの統合された入力によって調整されます。この調整は、脊髄損傷（SCI）によって破壊された場合、損傷レベルより支配呼吸筋の制御は、呼吸筋機能不全、肺合併症につながる1,2損なわれる。これらの条件は、SCI 3患者における死亡の主要な原因の一つです。肺活量（FVC）、1秒努力呼気肺活量（FEV 1）、最大吸気圧（PI max）と最大呼気圧（PE 最大 ）：呼吸運動機能を評価する標準的な肺機能検査はspirometrical、最大気道内圧の成果を含む4,5。これらの値は、呼吸筋性能6の間接的な測定値を提供する。臨床実践と研究、呼吸筋から記録された表面筋電図で呼吸運動機能を評価し、神経病変を診断するのを助けるために使用することができる。しかし、sEMG振幅の変動は、呼吸運動機能6の客観的かつ直接的な対策を開発するための努力を阻害する。自発的応答指標（VRI）8として知られている肢筋7のモータ制御を特徴付けるために、マルチ筋sEMGアプローチに基づいて、我々は自発中に複数の呼吸筋から記録されたデータをsEMGから直接呼吸モータ制御を特徴付けるための分析ツールを開発呼吸タスク。私たちは、この呼吸モータ制御評価（RMCA）9と呼ばれています。このベクトル解析法は、筋肉全体に活動の量と分布を定量化し、テスト対象内sEMG出力は健康（非負傷者）コントロールのグループから、それに類似する。度に関する指標の形でそれを提示得られたインデックス値が高い顔の有効性、感度を有することが示されていると特異9-11。我々はRMCAの成果が大幅にSCIのレベルと肺機能を測定と相関すること以前に9を示した。我々はここで定量的健常者のものと後の脊髄損傷呼吸マルチ筋活動パターンを比較する方法を提示している。

プロトコル

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1。設定

  1. 胸鎖乳突筋（SC）、不等辺（S）、鎖骨中央線（UT）、鎖骨中央線上に胸の鎖骨部分（P上部僧帽筋：表面電極ヘッドは左（L）、右（R）呼吸筋の筋肉の腹の上に配置された）、胸骨のライン（D）、midscapularレベルでparaspinally前腋窩線で6 番目の肋間（IC）、臍レベルで腹直筋（RA）、腋窩中線に斜の腹（O）、低級僧（LTで肋間上ダイアフラム）、及び腸intercrestalライン（PS）6 paraspinally傍脊柱。接地電極は、肩峰プロセスの上に配置した。バックパックユニット、付属の電極を備えたモーションラボシステムは、モーションラボEMGデスクトップユニットとPowerLabのシステム（ 図1）に接続した。
  2. 気道内圧を記録するTピースモニタ回路は、 図2に示すように組み立てられ、低Pressuに接続した空気管を使用して再変換器（MP45）。
  3. MP45は、CD15に接続されており、PowerLabのシステム（ 図1及び表1）しました。

2。 RMCAプロトコル

  1. 呼吸運動課題は、最大吸気圧タスク（MIPT）と最大呼気圧タスク（MEPT）から成っていた。 MIPTまたはMEPTを実行するために、被験者は残留量又はTピース監視回路（ 図1および図2）を用いて5秒間全肺気量から呼気努力から最大吸気努力を生成するよう依頼した。各マニューバー、可聴5秒ロングトーンによってキューと3倍繰り返した。残りの少なくとも1分は、それぞれの努力の間で許可されました。
  2. EMG入力は2000のゲインで増幅された; 30-1,000 Hzで濾過し、2,000 Hzでサンプリング。気道内圧入力は水100 cmの校正され、2,000 Hzでサンプリングした。 EMGおよび気道圧力入力は、16ビットのフルスケールADCを使用して、パワーラブ·アクイジション·システムによって変換された解像度。気道内圧、sEMGとマーカ信号が同時に9を記録した。

3。データ解析

  1. MIPTまたはMEPTために5秒のマルチ筋活動分布分析窓それぞれが始まります（ 図3）タスクを終了するときに件名を合図頭出しした口調で記録されたイベントマーカーと気道内圧から決定した。各筋肉のためsEMG活動は平方根（RMS）アルゴリズム6,12（ 図4）平均平方根を用いて計算した。各タスクのための三繰り返し試験は各筋肉（チャンネル）が13を平均した。
  2. マルチ筋活動パターンは、カスタムメイドのMatlabソフトウェア（MathWorks社）を使用して、自主レスポンスインデックス（VRI）8（ 図4-6）として知られているベクトル解析方法に基づいて評価した。各演習については、VRIの計算は、2つの値、マグニチュードと類似指数（SI）（ 図5-6）を生成します。マグニチュード·パラメータ、特定の時間窓内のすべての筋肉のための結合sEMG活性の量は、特定のタスクに対する応答ベクトル（RV）（ 図7）の長さとして算出した。類似度指数（SI）は、SCI対象のRVは、同じタスクの実行中に、健常者から得られたプロトタイプ応答ベクトル（PRV）にどの程度似表現値を提供します。 SI値はSCIの件名RV PRVとの間の角度の余弦としてタスクごとに計算した。 SI値が1.0の値が比較さベクトル9（ 図8）のためのベストマッチを表す0〜1.0の範囲である。

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結果

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図3は、筋電図と同時に非負傷（左）とSCI（右）個人からMEPT中に記録された気道内圧を（上に）を表します。注非負傷個人（灰色の楕円でマーク）と比較した場合、SCI対象に呼気筋の活動をsEMGの気道内圧と不在を減少させた。として底にマークされたタスクの開始が、増加sEMG活動に関連付けられており、気道内圧を上げていることにも注意してください。

図4は RVを構築する主なステップを強調しています。タスクの開始と終了（イベント·ウィンドウ）マーカーに記載のデータポイント（工程1）と定義した。ルートは、このイベントウィンドウ内sEMGの広場（RMS）は、それぞれの筋肉（ステップ2）の平均sEMG活動を表すことを意味します。 RVは、特定の筋肉の組み合わせ（ステップ3）RMSS値を使用して組み立てられる。

図5の計算を示す図であるPRVと非負傷者（健康な）個人のグループのために、その大きさ。プロトタイプ応答行列は、個々のRV車（...

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ディスカッション

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SCI後呼吸運動機能を評価するための標準的な臨床試験や他の疾患は、肺機能検査とアメリカ脊髄損傷協会減損尺度（AIS）評価14,15を含む。ただし、これらのツールは、トランクおよび呼吸モータ制御の定量的評価のために設計されていない。我々の以前に発行されたワーク9に、我々はRMCA定量的SCIによって影響を受ける呼吸運動機能を評価するための有効な方法であることが示されている。我々は、この方法は、テスト再テストを目的としてから被写体EMG振幅変動にもかかわらず、使用できることを実証した。

規範ベクター（PRV）に対して試験した個体（RV）によって生成されたマルチ筋分布パターンの相違度（SI）を定量化するために、PRVおよびRV、筋肉の任意の組み合わせのために構築することができる。運動課題は変わると研究デザインと同様に筋肉のリストに依存することができます。共同でSIにntrast、全体のsEMG活性を示すマグニチュード値は、被写体の努力、補償筋活動、および身体組織の物理的特性によって変更できる。

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開示事項

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宣言するには、特別の利害関係はありません。

謝辞

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、クレイグH.ニールセン財団（助成1000056824 - HN000PCG）と国家 - この作品は、クリフトファーリーブ麻痺財団（助成CDRF OA2-0802から2）、ケンタッキー脊髄及び頭部外傷研究トラスト（KSCHIRTグラント9-10A）によってサポートされていました衛生研究所：国立心臓肺血液研究所（グラント1R01HL103750-01A1）。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
PowerLab System 16/35ADInstrumentsPL3516ユニット数は記録されたチャンネル数に依存
EMGシステム MA 300Motion Lab SystemsMA300-XVIユニット数は記録されたチャンネル数に依存
低圧トランスデューサ MP45ValidyneMP45-40-871
ベーシックキャリア復調器 CD15ValidyneCD15-A-2-A-1
空気圧圧力計ベーリンガー4103MP45キャリブレーションに必要
イベントマーカー押されるとDC電圧と音声出力(5秒の長いマークを含む)を与えるハンドヘルドスイッチ
アルコールワイプヘンリー・シャイン1173771電極の配置に必要
電極ゲルレクトロンII36-3000-25電極の配置に必要
TagadermHenry Schein7779152電極の配置に必要
ノーズクリップ Henry Schein1089460
Tピース ベンチレーター 一方向弁付き監視回路 Alleglance (Airlife)1504
エアチューブ UnoMedical400E
表1.呼吸運動制御評価に使用される特定の機器と消耗品のリスト。

参考文献

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