방법 논문

만성 척수 부상으로 개인의 호흡기 모터 제어 평가 (RMCA)를 사용하여 호흡 근육 활성화의 평가

DOI:

10.3791/50178

⸱

2013년 7월 19일

 ,  ,  ,  , 
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

이 논문에서

요약

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이 책의 목적은 양적으로 벡터 기반 분석을 사용하여 만성 척수 손상을 가진 사람의 호흡 근육의 활성화 패턴을 특성화하기 위해 여러 근육 표면 근전도 방식에 오리지널 작품을 제시하는 것입니다.

초록

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호흡하는 동안 호흡 근육의 활성화는 뇌, 뇌간, 척수의 통합 입력에 의해 조정됩니다. 이 조정은 상해 수준 이하로 떨어짐 호흡 근육의 제어 1,2 호흡 근육 장애 및 폐 합병증으로 이어지는 손상 척수 상해 (SCI)에 의해 중단됩니다. 이러한 조건은 SCI 3 환자에서 사망의 주요 원인 중입니다. 강제 폐활량 (FVC), 1 초 강제 호기량 (FEV 1), 최대한 흡기 압력 (PI max) 및 최대한의 호기 압력 (PE 최대) : 호흡 운동 기능을 평가 표준 폐 기능 검사는 spirometrical 최대기도 압력 결과를 포함 4,5. 이 값은 호흡 근육의 성능 6 간접적 인 측정을 제공합니다. 임상 실천과 연구에서는 표면 근전도 (sEMG)는 호흡 근육의 기록호흡 운동 기능을 평가하고 신경 근육 학 병리를 진단하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 sEMG 진폭의 변화는 호흡 운동 기능 6 객관적이고 직접적인 방법을 개발하는 노력을 억제. 자발적인 반응 지수 (VRI) 8로 알려진 사지 근육 7의 모터 제어의 특징을 다 근육 sEMG 방식을 바탕으로, 우리는 자발적 중에 여러 호흡 근육에서 기록 된 데이터를 sEMG에서 직접 호흡 모터 제어의 특성을 분석 도구를 개발 호흡기 작업. 우리는이 호흡 모터 제어 평가 (RMCA 9)라고했다. 이 벡터 분석 방법은 금액과 근육에 걸쳐 활동의 분포를 정량화하고 테스트 대상에서 sEMG 출력과 유사한 정도를 관련 인덱스의 형태로 제시하는 건강 (비 부상) 컨트롤 그룹에서. 결과 인덱스 값이 높은 얼굴 유효성 감도를 가지고 표시되었습니다특이 9-11. 우리는 RMCA 결과가 크게 SCI의 수준과 폐 기능 측정과 상관 관계 그 이전에 9를 보였다. 우리는 양적으로 건강한 개인들에 포스트 - 척수 손상 호흡 멀티 근육의 활성화 패턴을 비교하기 위해 여기에 방법을 제시하고 있습니다.

프로토콜

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1. 설정

  1. 흉쇄 (SC), 부등변 (S), 쇄골 라인 (UT), 쇄골 라인 흉근의 쇄골 부분 (P에 상부 승모근 : 표면 전극 헤드는 왼쪽 (L) 및 오른쪽 (R) 호흡 근육의 근육 배를 위에 배치 하였다 ), 흉골 라인 (D), midscapular 수준에서 paraspinally 전방 액와 선에서 6 번째 늑간 (IC), 제대 수준에서 직근 abdominus (RA), midaxillary 라인 obliquus abdominis의 (O), 하부 승모근 (LT에서 늑간에 다이아 프램 ) 및 장골 intercrestal 라인 (PS) 6 paraspinally paraspinal. 접지 전극은 견봉 프로세스에 배치했다. 위로 팩 단위, 연결 전극 모션 랩 시스템은 모션 연구소 EMG 데스크 탑 장치와 PowerLab의 시스템 (그림 1)에 연결되었다.
  2. 기도 압력을 기록하는 T-조각 모니터링 회로는 그림 2와 같이 조립 및 낮은 Pressu에 연결되어에어 튜브를 사용하여 다시 트랜스 듀서 (MP45).
  3. MP45은 CD15에 연결 PowerLab의 시스템 (그림 1, 표 1)이었다.

2. RMCA 프로토콜

  1. 호흡 운동 작업은 최대 흡기 압력 작업 (MIPT) 및 최대 호기 압력 작업 (MEPT)으로 구성되어있다. MIPT 또는 MEPT을 수행하려면, 주제 잔류 볼륨 또는 T-조각 모니터링 회로 (그림 1과 2)를 사용하여 5 초 동안 총 폐 용량의 호기 노력으로 최대의 흡기 노력을 생성하도록 요청했다. 각각의 책략은 가청 5 초 긴 톤으로 보이기 시작하고 배 반복되었다. 나머지 최소 1 분마다 노력 사이에 허용되었다.
  2. EMG 입력은 2,000의 이득으로 증폭되었다; 30-1,000 Hz로 필터링 2,000 Hz로 샘플링. 기도 압력 입력은 물 100cm에서 조정 및 2,000 Hz로 샘플링되었다. EMG와기도 압력 입력은 16 비트 풀 스케일 ADC를 사용하여 PowerLab의 수집 시스템에 의해 변환되었다해상도를. 기도 압력, sEMG 마커 신호가 동시에 9 기록 하였다.

3. 데이터 분석

  1. MIPT 또는 MEPT을위한 5 초 멀티 근육 활동에 분포 분석 창을 각각 시작하고 (그림 3) 작업을 종료 할 때 피사체 신호를 cuing 톤으로 기록 된 이벤트 마커와기도 압력에서 측정 하였다. 각 근육에 대한 sEMG 활동은 광장 (RMS) 알고리즘 6,12 (그림 4)을 의미 루트를 사용하여 계산 하였다. 각 작업에 대한 세 가지 반복 시험은 각 근육 (채널)에 대해 13를 평균 하였다.
  2. 멀티 근육의 활성화 패턴은 주문품 Matlab을 소프트웨어 (매스 웍스)를 사용하여 자발적인 반응 지수 (VRI) 8 (그림 4-6)로 알려진 벡터 분석 방법에 따라 평가 하였다. 각 기동를 들어, VRI 계산은 두 개의 값, 크기와 유사성 지수 (SI) (그림 5-6) 생산하고 있습니다.의 크기 매개 변수, 특정 시간 창 내의 모든 근육 결합 sEMG 활동의 양, 특정 작업에 대한 응답 벡터 (RV) (그림 7)의 길이로 계산되었다. 유사성 지수 (SI)는 SCI 제목의 RV가 같은 작업을하는 동안 건강한 주제에서 얻은 프로토 응답 벡터 (PRV)에 얼마나 유사한 표현 가치를 제공합니다. SI 값은 SCI 제목 RV 및 PRV 사이의 각도의 코사인 각 작업에 대해 계산되었다. SI 값은 0과 1.0의 값을 비교하여 벡터 9 (그림 8)에 가장 적합한을 나타내는 1.0 사이의 범위.

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결과

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그림 3은 근전도와 동시에 비 부상 (왼쪽)와 SCI (오른쪽) 개인의 MEPT 동안 기록기도 압력 (상단)을 나타냅니다. 참고 비 부상 개별 (회색 타원으로 표시)에 비해 SCI 제목의 호기 근육 활동을 sEMG의기도 압력과 부재 감소했다. 로 아래에 표시된 작업의 시작은, 활동을 증가 sEMG 및 발생기도 압력과 연결되어 있는지 또한 유의하십시오.

그림 4는 RV 구축의 주요 단계를 강조 표시합니다. 작업의 시작과 끝 (이벤트 창) 마커에 따라 데이터 포인트 (1 단계)로 정의 하였다. 루트는이 이벤트 창에서 sEMG의 광장 (RMS)가 각 근육 (2 단계)에 대한 평균 sEMG 활동을 나타내는 의미한다. RV는 특정 근육의 조합 (3 단계)에 대한 RMSs 값을 사용하여 조립된다.

그림 5는 계산을 보여줍니다PRV과 비 부상 (건...

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토론

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SCI 및 기타 장애 후 호흡 운동 기능을 평가하는 표준 임상 시험은 폐 기능 검사와 미국 척추 부상 협회 손상 가늠자 (AIS) 평가 14,15 (가) 있습니다. 그러나 이러한 도구는 트렁크와 호흡 모터 제어의 정량적 평가를 위해 설계되지 않았습니다. 우리 이전에 출판 된 작품 9, 우리는 RMCA 정량적으로 SCI에 의해 영향을받는 호흡 운동 기능을 평가하는 유효한 방법입니다 것으로 나타났습니다. 우리는이 방법을 시험 재 테스트 및 주제 - 투 - 대상 EMG 진폭 변화에도 불구하고 사용할 수있는 것을 증명하고있다.

규범 벡터 (PRV)에 대한 테스트 개별 (RV)에 의해 생성 된 여러 근육의 분포 패턴의 차이 (SI)를 정량화하기 위해, PRV와 RV는 근육의 조합을 구성 할 수 있습니다. 모터 작업은 다양하며, 연구 설계뿐만 아니라 근육의 목록에 따라 달라질 수 있습니다. 콜로라도에있는SI에 ntrast, 전체...

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공개 사항

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선언 관심 없음 충돌하지 않습니다.

감사의 글

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크레이그 H. Neilsen 재단 (보조금 1,000,056,824 - HN000PCG) 및 국립 -이 작품은 크리스토퍼와 다나 리브 재단​​ (부여 CDRF OA2 - 0802-2), 켄터키 척수 및 머리 부상 연구들 (KSCHIRT 그랜트 9-10A)에 의해 지원되었다 건강 기관 : 국립 심장 폐 혈액 연구소 (부여 1R01HL103750-01A1).

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
PowerLab System 16/35AD 모듈PL3516장치 수는 기록된 채널 수에 따라 다름
EMG 시스템 MA 300Motion Lab SystemsMA300-XVI장치 수는 기록된 채널 수에 따라 다름
저압 변환기 MP45ValidyneMP45-40-871
기본 캐리어 복조기 CD15ValidyneCD15-A-2-A-1
MP45 교정에 필요한기압 압력계Boehringer4103
이벤트 마커누르면 DC 전압 및 사운드 출력(5초 긴 표시 포함)을 제공하는 휴대용 스위치
알코올 와이프Henry Schein1173771전극 배치에 필요
전극 젤Lectron II36-3000-25전극 배치에 필요
TagadermHenry Schein7779152전극 배치에 필요
노즈 클립 Henry Schein1089460
단방향 밸브가 있는 T-피스 인공호흡기 모니터링 회로 Alleglance (Airlife)1504
Air Tube UnoMedical400E
표 1. 호흡 운동 제어 평가에 사용되는 특정 장비 및 소모품 목록.

참고문헌

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Schilero, G. J., Spungen, A. M., Bauman, W. A., Radulovic, M., Lesser, M. Pulmonary function and spinal cord injury. Respir. Physiol. Neurobiol. 166, 129-141 (2009).
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