Evaluatie van Respiratory Muscle Activation Met Respiratory Motor Control Assessment (KMMA) in Personen met chronische ruggenmergletsel

Het algemene doel van deze procedure is om de activatiepatronen van de ademhalingsspieren bij personen met een dwarslaesie kwantitatief te evalueren door middel van een vergelijking met normwaarden verkregen van gezonde proefpersonen. Dit wordt bereikt door het registreren van de elektromyografische of EMG-activiteit van de ademhalingsspieren bij personen met een dwarslaesie tijdens ademhalingstaken. Om in een tweede stap de hoeveelheid van deze activiteit per spier te berekenen, wordt een resultante vector opgesteld die de verdeling en de hoeveelheid activiteit over deze spieren kenmerkt.

Vervolgens worden gegevens van gezonde proefpersonen tijdens dezelfde taak gebruikt om een prototype-responsvector te berekenen. Daarna kan een similarity-index worden berekend die de mate bepaalt waarin de resulterende vector op de prototype-responsvector lijkt, waardoor een vergelijking mogelijk wordt tussen het activatiepatroon van de ademhalingsspieren bij patiënten met dwarslaesie en het normale patroon dat bij een gezond proefpersoon zou worden waargenomen. Met deze techniek kunnen we de respiratoire motorische functie monitoren bij patiënten met dwarslaesie of andere aandoeningen die gepaard gaan met tekorten in de motorische controle van de ademhaling.

Gegevensverwerving en -verwerking zijn zeer belangrijk voor een succesvolle evaluatie van deze methode. Daarom is de visuele demonstratie belangrijk, waarbij de procedure zal worden getoond. Onderzoekswetenschapper Islam, onderzoekmanager Edward Brown en onderzoekstechnoloog PRI Chopra uit mijn laboratorium. Plaats om te beginnen oppervlakte-elektroden over de spierbuiken van de linker- en rechterademhalingsspieren.

Deze omvatten de m. trapezius pars inferior en de paraspinale spieren op het niveau van de midden-scapula. De paraspinale spieren op de intercristale lijn van het darmbeen. De m. sternocleidomastoideus, de m. scaleni en de m. trapezius pars superior op de midclaviculaire lijn.

Het claviculaire deel van de musculus pectoralis op de middenclaviculaire lijn. De musculus intercostalis bij de zesde intercostale ruimte op de voorste axillaire lijn. Het diafragma op de parasternale lijn, de musculus rectus abdominis op navelniveau en de musculus obliquus abdominis op de middenaxillaire lijn.

Plaats de massa-elektroden over de acromionprocessussen. Versterk de EMG-input met een versterkingsfactor van 2000. Filter op 30 tot 1000 hertz en bemonster op 2000 hertz.

Verbind een motion lab-rugzakunit met bevestigde elektroden met een motion lab EMG-desktopunit en een power lab-systeem. Kalibreer de invoer voor luchtwegdruk, zoals afgebeeld in het tekstprotocol. Voeg 120 centimeters water toe en bemonster op 2000 hertz.

Stel een T-stuk monitoringscircuit samen om de luchtwegdruk te registreren. Verbind dit vervolgens met de laagdruksensor met behulp van een luchtslang. Verbind tot slot de laagdruksensor met de CD 15 en het PowerLab-systeem.

De respiratoire motorische taken bestaan uit de taak voor de maximale inspiratoire druk, afgekort MIPT, en de taak voor de maximale expiratoire druk, of MEPT. Voer de MIPT uit door een hoorbare toon te gebruiken om de proefpersoon aan te sporen tot een maximale inspiratoire inspanning vanuit het residuvolume gedurende vijf seconden. Gebruik een T-stuk monitoringscircuit en sta ten minste één minuut rust toe voordat het proces drie keer wordt herhaald. Om de MEPT uit te voeren.

Gebruik een hoorbare toon van vijf seconden om de proefpersonen aan te geven dat zij maximale expiratoire inspanningen moeten leveren vanuit de totale longcapaciteit. Gebruik opnieuw het T-stuk bewakingscircuit, laat ten minste één minuut rust en herhaal het proces vervolgens drie keer. Zet de EMG- en luchtwegdrukinputen om via het PowerLab-acquisitiesysteem met een 16-bit full-scale ADC-resolutie. Registreer de luchtwegdruk, oppervlakte-elektromyografie en markersignalen gelijktijdig voor MIPT en MEPT. Bepaal de analysevensters voor de distributie van de multi-spieractiviteit van elk vijf seconden, gebaseerd op de event-marker en de luchtwegdruk die zijn geregistreerd met de signalisatie-toon voor de proefpersoon.

Bereken, vanaf het begin tot het einde van de taak, de oppervlakte-elektromyografie-activiteit voor elke spier met behulp van een root-mean-square (RMS) algoritme. Bereken het gemiddelde van drie herhaalde trials per taak. Evalueer voor elke spier de activeringspatronen van meerdere spieren op basis van een vectoranalyse-methode, bekend als de voluntary response index (VRI), met behulp van op maat gemaakte MATLAB-software. Bereken voor elke manoeuvre de magnitudeparameter — de gecombineerde hoeveelheid oppervlakte-elektromyografie-activiteit voor alle spieren binnen het specifieke tijdvenster — als de lengte van de responsvector (RV) voor een specifieke taak.

Bereken daarnaast de similarity index of SI-waarde voor elke taak als de cosinus van de hoek tussen de response vector (RV) van de proefpersonen met dwarslaesie en de prototype response vector (PRV) verkregen van gezonde proefpersonen tijdens dezelfde taak; hier wordt het elektromyogram en de luchtwegdruk gelijktijdig weergegeven tijdens MEPT van een niet-gewonde persoon en een persoon met een dwarslaesie, of SCI. Let op de verlaagde luchtwegdruk en de afwezigheid van oppervlakte-elektromyografische activiteit in de expiratoire spieren bij een SCI-proefpersoon in vergelijking met een niet-gewond individu. Let ook op dat het begin van de taak, zoals onderaan aangegeven, gepaard gaat met verhoogde oppervlakte-elektromyografische activiteit en een stijgende luchtwegdruk. De belangrijkste stappen voor het construeren van de response vector staan hier vermeld.

Het begin en einde van de taak werden gedefinieerd als datapunten op basis van de marker. De root mean square van de oppervlakte-elektromyografie binnen dit event-venster vertegenwoordigt de gemiddelde oppervlakte-elektromyografische activiteit voor elke spier. De responsvector wordt samengesteld met behulp van RMS-waarden voor de geïllustreerde specifieke spiercombinatie.

Hier volgt de berekening van de prototype-responsvector en de magnitude daarvan voor een groep niet-geblesseerde personen. De prototype-responsmatrix is opgebouwd uit individuele responsvectoren. Elke kolom in de prototype-responsmatrix bevat gegevens van een persoon in de groep, en elke rij representeert de gekwantificeerde oppervlakte-elektromyografie-activiteit van een specifieke spier van alle personen in de groep.

De prototype-responsvector werd berekend door het gemiddelde van elke rij van de prototype-responsmatrix te nemen. De magnitudewaarde vertegenwoordigt de lengte van de responsvector en werd berekend volgens de getoonde formule. De hier getoonde stappen zijn bedoeld voor de berekening van de similariteitsindex.

De responsvector en de grootte ervan voor een specifiek SCI-individu werden berekend. De similarity-index werd verkregen door het inwendig product van de prototypevector en de responsvector te berekenen. Zodra dit beheerst is, zal het opnamegedeelte in ongeveer één uur worden voltooid.

Hoewel de gegevensverwerking afhangt van de software die na deze procedure wordt gebruikt, kunnen andere respiratoire taken, zoals hoesten en de maximale luchtstroom in de luchtwegen, worden ingezet om aanvullende vragen te beantwoorden.