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

본 절차의 전반적인 목표는 건강한 피험자로부터 얻은 정상 수치와 비교하여 척수 손상 환자의 호흡근 활성화 패턴을 정량적으로 평가하는 것입니다. 이는 척수 손상 환자가 호흡 과제를 수행하는 동안 호흡근의 근전도(EMG) 활성도를 기록함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계로, 각 근육의 활성도를 계산하기 위해 이러한 근육들에 걸친 활성도의 분포와 양을 특징짓는 결과 벡터(resultant vector)를 구축합니다.

다음으로, 동일한 과제를 수행하는 건강한 피험자의 데이터를 사용하여 프로토타입 반응 벡터를 계산합니다. 이후 결과 벡터가 프로토타입 반응 벡터와 얼마나 유사한지를 나타내는 유사도 지수를 계산함으로써, 척수 손상 환자의 호흡근 활성화 패턴을 건강한 피험자에게서 관찰되는 정상 패턴과 비교할 수 있습니다. 이 기술을 통해 척수 손상 환자 또는 호흡 운동 제어 결핍과 관련된 기타 질환 환자의 호흡 운동 기능을 모니터링할 수 있습니다.

데이터 수집 및 처리는 본 방법의 성공적인 평가를 위해 매우 중요합니다. 그렇기 때문에 시각적 시연이 중요하며, 본 절차에 대한 시연이 제공될 것입니다. 연구원 Islam, 연구 매니저 Edward Brown, 그리고 저희 실험실의 연구 기술자 PRI Chopra가 함께합니다. 우선, 좌우 호흡근의 근복 위에 표면 전극 헤드를 배치하십시오.

여기에는 견갑골 중간 높이의 하부 승모근 및 척추세움근, 장골능 간선상의 척추세움근, 흉쇄유돌근, 그리고 쇄골 중간선상의 상부 승모근이 포함됩니다.

중쇄골선상의 대흉근 쇄골두. 전액와선상의 제6늑간극의 늑간근. 흉골옆선의 횡격막, 배꼽 높이의 복직근 및 중액와선상의 외복사근.

접지 전극을 견봉 돌기 위에 배치합니다. EMG 입력 신호를 2000배의 이득으로 증폭합니다. 30에서 1000 hertz 범위로 필터링하고 2000 hertz로 샘플링합니다.

전극이 부착된 motion lab 시스템 백팩 유닛을 motion lab, EMG 데스크탑 유닛 및 power lab 시스템에 연결합니다. 텍스트 프로토콜에 표시된 대로 기도 압력 입력을 보정합니다. 120 cmH₂O의 물을 추가하고 2000 Hz로 샘플링합니다.

기도 압력을 기록하기 위해 T-피스 모니터링 회로를 조립하십시오. 그런 다음 공기 튜브를 사용하여 저압 트랜스듀서에 연결하십시오. 마지막으로, 저압 트랜스듀서를 CD 15 및 power lab 시스템에 연결하십시오.

호흡 운동 과제는 최대 흡기압 과제(MIPT)와 최대 호기압 과제(MEPT)로 구성됩니다. MIPT를 수행하기 위해 가청 신호음을 사용하여 피험자가 잔기량 상태에서 5초 동안 최대 흡기 노력을 기울이도록 유도합니다. T-피스 모니터링 회로를 사용하여, 이 과정을 세 번 반복하기 전 최소 1분간의 휴식을 취하게 합니다. MEPT를 수행하려면.

피험자가 총폐용량 상태에서 최대 호기 노력을 하도록 유도하기 위해 5초 동안 가청 신호음을 사용하십시오. T-piece 모니터링 회로를 사용하여 다시 최소 1분간 휴식을 취하게 한 다음, 이 과정을 3회 반복하십시오. PowerLab 데이터 수집 시스템을 통해 16비트 풀스케일 ADC 분해능으로 EMG 및 기도압 입력을 변환하십시오. MIPT 및 MEPT에 대해 기도압, 표면 근전도 및 마커 신호를 동시에 기록하십시오. 피험자에게 신호를 보낸 큐잉 톤과 함께 기록된 이벤트 마커와 기도압으로부터 각각 5초 길이의 다중 근육 활동 분포 분석 윈도우를 결정하십시오.

작업의 시작과 종료 시점을 결정한 후, RMS(root means square) 알고리즘을 사용하여 각 근육의 표면 근전도 활동을 계산하십시오. 각 작업에 대해 세 번 반복 시행한 결과의 평균을 구하십시오. 각 근육에 대해, 맞춤 제작된 MATLAB 소프트웨어를 사용하여 VRI(voluntary response index)로 알려진 벡터 분석법을 기반으로 다중 근육 활성 패턴을 평가하십시오. 각 동작에 대해, 특정 시간 창 내의 모든 근육의 통합 표면 근전도 활동량인 크기 매개변수를 특정 작업의 RV(response vector) 길이로 계산하십시오.

또한 각 과제에 대해 척수 손상 대상자의 RV와 동일한 과제 수행 중 건강한 대상자로부터 얻은 프로토타입 반응 벡터 또는 PRV 사이의 각도에 대한 코사인 값으로 유사도 지수 또는 SI 값을 계산합니다. 여기에 표시된 것은 비손상자와 척수 손상(SCI) 환자의 MEPT 동안 동시에 기록된 근전도와 기도압입니다. 비손상자와 비교했을 때 SCI 대상자에서는 기도압이 감소하고 호기 근육의 표면 근전도 활동이 나타나지 않음에 유의하십시오. 또한 하단에 표시된 과제 시작 시점에 표면 근전도 활동의 증가와 기도압의 상승이 동반됨을 확인하십시오. 반응 벡터를 구축하는 주요 단계가 여기에 기재되어 있습니다.

작업의 시작과 종료는 마커에 따라 데이터 포인트로 정의되었습니다. 이 이벤트 윈도우 내 표면 근전도의 제곱 평균 제곱근(RMS)은 각 근육의 평균 표면 근전도 활동을 나타냅니다. 응답 벡터는 그림에 표시된 특정 근육 조합의 RMS 값을 사용하여 구성됩니다.

다음은 부상을 입지 않은 개인 그룹에 대한 프로토타입 반응 벡터 및 그 크기의 계산 과정입니다. 프로토타입 반응 행렬은 개별 반응 벡터를 사용하여 구축되었습니다. 프로토타입 반응 행렬의 각 열에는 그룹 내 개인의 데이터가 포함되며, 각 행은 그룹 내 모든 개인의 특정 근육에서 측정된 표면 근전도 활성도를 나타냅니다.

프로토타입 응답 벡터는 프로토타입 응답 행렬의 각 행의 평균을 구하여 계산하였습니다. 크기 값은 응답 벡터의 길이를 나타내며, 제시된 공식에 따라 계산되었습니다. 여기에 표시된 단계들은 유사도 지수 계산을 위한 것입니다.

특정 SCI 개체에 대한 응답 벡터와 그 크기를 계산하였습니다. 유사도 지수는 프로토타입 벡터와 응답 벡터의 내적을 계산하여 얻었습니다. 숙달되면, 기록 부분은 약 1시간 내에 완료될 것입니다.

데이터 처리는 본 절차 이후에 어떤 소프트웨어를 사용하는지에 따라 달라질 것입니다. 기침이나 최대 기도 유량과 같은 다른 호흡 과제를 통해 추가적인 질문에 대한 답을 얻을 수 있습니다.