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

本手順の目的は、健常被験者から得られた標準値との比較を通じて、脊髄損傷者の呼吸筋活動パターンを定量的に評価することです。これは、呼吸タスク中の脊髄損傷者の呼吸筋における筋電図（EMG）活動を記録することによって行われます。第2ステップとして、各筋肉の活動量を算出するために、これらの筋肉における活動の分布と量を特徴づける合成ベクトルを構築します。

次に、同タスク実行中の健常被験者からのデータを用いて、プロトタイプ応答ベクトルを算出します。これにより、得られたベクトルがプロトタイプ応答ベクトルにどの程度類似しているかを示す類似性指数を計算でき、脊髄損傷患者における呼吸筋活性化パターンを、健常被験者で観察される正常なパターンと比較することが可能になります。この手法を用いることで、脊髄損傷やその他の呼吸運動制御機能低下を伴う疾患を持つ患者の呼吸運動機能をモニタリングすることができます。

本手法を適切に評価するためには、データの取得と処理が非常に重要です。そのため、手順を提示する視覚的なデモンストレーションが重要となります。私の研究室のリサーチサイエンティストであるIslam、リサーチマネージャーのEdward Brown、およびリサーチテクノロジストのPRI Chopraが実演します。まず、左右の呼吸筋の筋腹の上に表面電極を配置します。

これらには、肩甲骨中間レベルの下部僧帽筋および脊柱起立筋、腸骨稜線上の脊柱起立筋、胸鎖乳突筋、斜角筋、および鎖骨中線上の上部僧帽筋が含まれます。

鎖骨中線上の大胸筋鎖骨部。前腋窩線上の第6肋間における肋間筋。胸骨傍線上の横隔膜、臍レベルの腹直筋、および中腋窩線上の腹斜筋。

接地電極を肩峰の上に配置します。EMG入力をゲイン2000で増幅します。30から1000 hertzでフィルタリングし、2000 hertzでサンプリングします。

電極を取り付けたMotion Labシステムのバックパックユニットを、Motion Lab、EMGデスクトップユニット、およびPowerLabシステムに接続します。テキストプロトコルの図に従い、気道圧入力を校正します。120 cm H₂Oを加え、2000 Hzでサンプリングします。

気道圧を記録するために、T字管モニタリング回路を組み立てます。次に、エアチューブを用いて低圧トランスデューサーに接続します。最後に、低圧トランスデューサーをCD 15およびPowerLabシステムに接続します。

呼吸運動タスクは、最大吸気圧タスク（MIPTと略記）と最大呼気圧タスク（MEPT）で構成されます。MIPTを行う際は、可聴音を用いて被験者に残気量から5秒間最大努力で吸気させます。Tピースモニタリング回路を使用し、少なくとも1分間の休息を設けてから、この工程を3回繰り返します。MEPTを行うには。

被験者に全肺気量からの最大呼気努力を促すため、5秒間のブザー音を合図として使用します。Tピースモニタリング回路を用い、再び少なくとも1分間の休息を設けてから、このプロセスを3回繰り返します。PowerLabデータ収集システムを用いて、16ビットフルスケールA DC分解能でEMGおよび気道圧入力を変換し、MIPTおよびMEPTにおける気道圧、表面筋電図、およびマーカー信号を同時に記録します。合図のブザー音とともに記録されたイベントマーカーと気道圧に基づき、被験者に対する合図から5秒ずつの多筋活動分布解析ウィンドウを決定します。

タスクの開始および終了時点において、二乗平均平方根（RMS）アルゴリズムを用いて各筋肉の表面筋電図活動量を算出します。各タスクについて、3回の反復試行の平均値を算出してください。各筋肉について、カスタム作成したMATLABソフトウェアを用い、随意反応指数（VRI）として知られるベクトル解析法に基づいて多筋肉活動パターンを評価します。各操作について、特定の時間窓内における全筋肉の表面筋電図活動の合計量を、特定のタスクに対する反応ベクトル（RV）の長さとして、大きさパラメータを算出します。

また、各タスクの類似性指標（SI値）を、脊髄損傷被験者の応答ベクトル（RV）と、同タスク中の健常被験者から得られたプロトタイプ応答ベクトル（PRV）とのなす角のコサインとして算出します。ここに、非損傷者および脊髄損傷（SCI）患者において、最大呼気努力（MEPT）中に同時に記録された筋電図と気道圧を示します。非損傷者と比較して、SCI被験者では気道圧が低下し、呼気筋の表面筋電図活動が消失していることに注意してください。また、下部に示されたタスクの開始に伴い、表面筋電図活動が増加し、気道圧が上昇していることにも注目してください。応答ベクトル構築の主な手順を以下に記します。

タスクの開始点と終了点は、マーカーに基づいたデータポイントとして定義されました。このイベントウィンドウ内における表面筋電図の二乗平均平方根（RMS）が、各筋肉の平均的な表面筋電図活動を表します。応答ベクトルは、図示した特定の筋肉の組み合わせのRMS値を用いて構成されます。

ここでは、非負傷者グループにおけるプロトタイプ応答ベクトルおよびその大きさの計算について説明します。プロトタイプ応答行列は、個々の応答ベクトルを用いて構築されました。プロトタイプ応答行列の各列にはグループ内の個人のデータが含まれ、各行はグループ内の全個人における特定の筋肉の定量化された表面筋電図活動を表しています。

プロトタイプ応答ベクトルは、プロトタイプ応答行列の各行の平均を算出することで求めました。大きさの値は応答ベクトルの長さを表しており、示された数式に従って算出されました。ここに示した手順は、類似度指標の算出に関するものです。

特定のSCI個体における応答ベクトルとその大きさを算出した。プロトタイプベクトルと応答ベクトルの内積を計算することで、類似度指数を得た。習得後は、記録工程を約1時間で完了させる。

データ処理の方法は、本手順の後に使用するソフトウェアによって異なります。咳や最大気道流量などの他の呼吸タスクを用いることで、追加の問いに答えることが可能です。