Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-19T12:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 37 s
Description: 学ぶ呼吸筋活動の定量的評価法。表面筋電図とベクトル解析を用いて慢性脊髄損傷患者の呼吸モーター機能を解析し、健常者データとの比較により呼吸機能モニタリングを支援する。

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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）。

1。設定<ol><li>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。 </li><li>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）。 </li><li> 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。 </li></ol> 2。 RMCAプロトコル<ol><li>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。 </li><li> 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。 </li></ol> 3。データ解析<ol><li> 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。 </li><li>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。 </li></ol>

<ol><li>Schilero, G. J., Spungen, A. M., Bauman, W. A., Radulovic, M., Lesser, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulmonary+function+and+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Respir.+Physiol.+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">Pulmonary function and spinal cord injury.</a> Respir. Physiol. Neurobiol. 166, 129-141 (2009).</li>
<li>Winslow, C., Rozovsky, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+spinal+cord+injury+on+the+respiratory+system%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Phys.+Med.+Rehabil%22%5BJournal%5D)">Effect of spinal cord injury on the respiratory system.</a> Am. J. Phys. Med. Rehabil. 82, 803-814 (2003).</li>
<li>Garshick, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+prospective+assessment+of+mortality+in+chronic+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Spinal+Cord%22%5BJournal%5D)">A prospective assessment of mortality in chronic spinal cord injury.</a> Spinal Cord. 43, 408-416 (2005).</li>
<li>Jain, N. B., Brown, R., Tun, C. G., Gagnon, D., Garshick, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determinants+of+forced+expiratory+volume+in+1+second+%28FEV1%29%2C+forced+vital+capacity+%28FVC%29%2C+and+FEV1%2FFVC+in+chronic+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Arch.+Phys.+Med.+Rehabil%22%5BJournal%5D)">Determinants of forced expiratory volume in 1 second (FEV1), forced vital capacity (FVC), and FEV1/FVC in chronic spinal cord injury.</a> Arch. Phys. Med. Rehabil. 87, 1327-1333 (2006).</li>
<li>Stolzmann, K. L., Gagnon, D. R., Brown, R., Tun, C. G., Garshick, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Longitudinal+change+in+FEV1+and+FVC+in+chronic+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Respir.+Crit.+Care+Med%22%5BJournal%5D)">Longitudinal change in FEV1 and FVC in chronic spinal cord injury.</a> Am. J. Respir. Crit. Care Med. 177, 781-786 (2008).</li>
<li><a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((American+Thoracic+Society%2FEuropean+Respiratory+Society.+ATS%2FERS+Statement+on+respiratory+muscle+testing%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Respir.+Crit.+Care+Med%22%5BJournal%5D)">American Thoracic Society/European Respiratory Society. ATS/ERS Statement on respiratory muscle testing.</a> Am. J. Respir. Crit. Care Med. 166, 518-624 (2002).</li>
<li>Sherwood, A. M., McKay, W. B., Dimitrijevic, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motor+control+after+spinal+cord+injury%3A+assessment+using+surface+EMG%5BTitle%5D)+AND+%22Muscle+Nerve%22%5BJournal%5D)">Motor control after spinal cord injury: assessment using surface EMG.</a> Muscle Nerve. 19, 966-979 (1996).</li>
<li>Lee, D. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+an+objective+interpretation+of+surface+EMG+patterns%3A+a+voluntary+response+index+%28VRI%29%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Electromyogr.+Kinesiol%22%5BJournal%5D)">Toward an objective interpretation of surface EMG patterns: a voluntary response index (VRI).</a> J. Electromyogr. Kinesiol. 14, 379-388 (2004).</li>
<li>Ovechkin, A., Vitaz, T., de Paleville, D. T., Aslan, S., McKay, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+respiratory+muscle+activation+in+individuals+with+chronic+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Respir.+Physiol.+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">Evaluation of respiratory muscle activation in individuals with chronic spinal cord injury.</a> Respir. Physiol. Neurobiol. 173, 171-178 (2010).</li>
<li>Lim, H. K., Sherwood, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reliability+of+surface+electromyographic+measurements+from+subjects+with+spinal+cord+injury+during+voluntary+motor+tasks%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Rehabil.+Res.+Dev%22%5BJournal%5D)">Reliability of surface electromyographic measurements from subjects with spinal cord injury during voluntary motor tasks.</a> J. Rehabil. Res. Dev. 42, 413-422 (2005).</li>
<li>Lim, H. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurophysiological+assessment+of+lower-limb+voluntary+control+in+incomplete+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Spinal+Cord%22%5BJournal%5D)">Neurophysiological assessment of lower-limb voluntary control in incomplete spinal cord injury.</a> Spinal Cord. 43, 283-290 (2005).</li>
<li>Sherwood, A. M., Graves, D. E., Priebe, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Altered+motor+control+and+spasticity+after+spinal+cord+injury%3A+subjective+and+objective%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Altered motor control and spasticity after spinal cord injury: subjective and objective.</a> 37, 41-52 (2000).</li>
<li>McKay, W. B., Lim, H. K., Priebe, M. M., Stokic, D. S., Sherwood, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+neurophysiological+assessment+of+residual+motor+control+in+post-spinal+cord+injury+paralysis%5BTitle%5D)+AND+%22Neurorehabil.+Neural+Repair%22%5BJournal%5D)">Clinical neurophysiological assessment of residual motor control in post-spinal cord injury paralysis.</a> Neurorehabil. Neural Repair. 18, 144-153 (2004).</li>
<li>Marino, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((International+standards+for+neurological+classification+of+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Spinal.+Cord.+Med%22%5BJournal%5D)">International standards for neurological classification of spinal cord injury.</a> J. Spinal. Cord. Med. 26, Suppl 1. S50-S56 (2003).</li>
<li>American Spinal Injury Association and International Spinal Cord Society. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22International+Standards+for+Neurological+Classification+of+Spinal+Cord+Injury%22">International Standards for Neurological Classification of Spinal Cord Injury</a>. , ASIA and ISCS. (2006).</li>
</ol>

宣言するには、特別の利害関係はありません。

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。 <p class="jove_conte...

<table><tbody><tr><td>PowerLab System 16/35</td><td>ADInstruments</td><td>PL3516</td><td>ユニット数は記録されたチャンネル数に依存</td></tr><tr><td>EMGシステム MA 300</td><td>Motion Lab Systems</td><td>MA300-XVI</td><td>ユニット数は記録されたチャンネル数に依存</td></tr><tr><td>低圧トランスデューサ MP45</td><td>Validyne</td><td>MP45-40-871</td><td></td></tr><tr><td>ベーシックキャリア復調器 CD15</td><td>Validyne</td><td>CD15-A-2-A-1</td><td></td></tr><tr><td>空気圧圧力計</td><td>ベーリンガー</td><td>4103</td><td>MP45キャリブレーションに必要</td></tr><tr><td>イベントマーカー</td><td></td><td></td><td>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</td></tr> <tr><td>アルコールワイプ</td><td>ヘンリー・シャイン</td><td>1173771</td><td>電極の配置に必要</td></tr><tr><td>電極ゲル</td><td>レクトロンII</td><td>36-3000-25</td><td>電極の配置に必要</td></tr><tr><td>Tagaderm</td><td>Henry Schein</td><td>7779152</td><td>電極の配置に必要</td></tr><tr><td>ノーズクリップ </td><td>Henry Schein</td><td>1089460</td><td></td></tr><tr><td>Tピース ベンチレーター 一方向弁付き監視回路 </td><td>Alleglance (Airlife)</td><td>1504</td><td></td></tr><tr><td>エアチューブ </td><td>UnoMedical</td><td>400E</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">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。</td></tr></tbody></table>

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

Evaluation of Respiratory Muscle Activation Using Respiratory Motor Control Assessment (RMCA) in Individuals with Chronic Spinal Cord Injury

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。

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（...

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。

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

During breathing, activation of respiratory muscles is coordinated by integrated input from the brain, brainstem, and spinal cord. When this coordination ...

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

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呼吸不全は、子宮頸部脊髄損傷後の死亡の主要な原因である。部分的な頚椎損傷によって誘発される呼吸不全の、再現性の定量化、および信頼性の前臨床動物モデルを持つことは、その後の呼吸器および非呼吸神経可塑性を理解するのに役立つと推定される補修戦略をテストすることができます。...

ポスト病変呼吸神経可塑性を研究するための子宮頸脊髄損傷のマウスモデル

Compound muscle Action Potential Recordingは、横隔膜運動ニューロンによる機能的横隔膜の神経支配を定量的に評価します。ホールマウント横隔膜免疫組織化学は、個々の神経筋接合部での形態学的神経支配を評価します。このプロトコルの目標は、これら 2...

横隔運動ニューロンによってダイヤフラム神経支配の機能的および形態学的評価

神経筋機能の変化を評価するためのプロトコルを提示します。経皮的電気神経刺激は、筋肉の反応を呼び起こす非侵襲的な方法です。これらの応答の電気生理学的および機械的特性により、脳から筋肉への神経筋機能(脊髄上、脊髄、末梢レベル)の評価が可能になります。...

経皮的電気神経刺激を使用した神経筋機能の評価

本稿では、移植された遠隔測定装置を介して全身プレチスモグラフィと電と疾患の進行を自由に行動、筋萎縮性側索硬化症（ALS）のマウスモデルにおいて換気および呼吸筋活動の繰り返し測定のための方法を紹介します。...

神経筋疾患のマウスモデルにおいて呼吸筋活動および換気の繰り返し測定

筋電図(EMG)測定を用いたロボットアイソキネティックデバイスを用いて、このプロトコルは、軽度の肘屈曲痙攣を有する脳卒中患者における捕手測定の角度に対するアイソキネティック運動自体が評価間の信頼性を向上できることを示している。...

痙攣性脳卒中患者におけるストレッチ反射測定のテスト再テストと評価間信頼性を向上させるアイソキネティックロボット装置

慢性足首不安定性(CAI)を有する個人は、下肢の姿勢制御欠乏および遅れた筋肉活性化を示す。表面筋電図と組み合わせたコンピュータ化された動的姿勢学は、視覚、体性感覚、および前庭システムと筋肉活性化調節の協調に関する洞察を提供し、CAIを有する個人の姿勢安定性を維持する。...

慢性足首不安定性を有する個人における姿勢制御と下肢筋活性化の評価

この研究では、ラットのダイヤフラム運動ユニットの接続性を定量化するために、運動ユニットの数とサイズを推定するための in vivo 法を紹介します。これらの手法に対する段階的なアプローチについて説明します。...

横隔膜運動ニューロンの変性と補償の定量的バイオマーカーとしてのラット横隔膜運動ユニット接続性結果測定の評価

呼吸器合併症は、頸髄損傷 (cSCI) 患者の主な死因です。cSCIの動物モデルは、機構評価や前臨床研究に不可欠です。ここでは、ラットの片側C2...

ラットの片側頸髄半切開後のユープネック横隔膜活動の機能回復の評価

腰痛に関連する生体力学的変化:リハビリテーションにおける運動パターン評価と治療評価のための革新的なツール

ここでは、呼吸筋電図(EMG)信号を記録し分析するためのプロトコルについて説明します。これには、EMG電極を複数の呼吸筋に配置し、EMG信号から心電図ノイズを除去し、EMGの二乗平均平方根(RMS)と活動の開始タイミングを取得するための解剖学的参照が含まれています。...

呼吸筋表面筋電図の取得と半自動解析

学ぶ呼吸筋活動の定量的評価法。表面筋電図とベクトル解析を用いて慢性脊髄損傷患者の呼吸モーター機能を解析し、健常者データとの比較により呼吸機能モニタリングを支援する。

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

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