Ekstrakcja składnika EPP z powierzchniowego EMG

Podsumowanie

Składnik potencjału płyty końcowej (EPP) może być wydobyty z powierzchni EMG za pomocą filtra cyfrowego. Wyekstrahowany EPP wykazuje oscylacje z częstotliwością około 30 Hz.

Streszczenie

Oczekuje się, że elektromiogram powierzchniowy (EMG), zwłaszcza rejestrowany w pobliżu połączenia nerwowo-mięśniowego, będzie zawierał składową potencjału płytki końcowej (EPP), którą można wyodrębnić za pomocą odpowiedniego filtra sygnałowego. Ważne są dwa czynniki: EMG musi być rejestrowane w sposób monopolarny, a zapis musi być wykonany w taki sposób, aby sygnał o niskiej częstotliwości odpowiadający EPP nie został wyeliminowany. W tym raporcie wyjaśniono, w jaki sposób wyodrębnić składnik EPP z EMG mięśnia żwacza u człowieka. Powierzchniowe EMG jest rejestrowane z ośmiu miejsc za pomocą tradycyjnych elektrod dyskowych ustawionych wzdłuż mięśnia, z równą odległością między elektrodami od łuku jarzmowego do kąta żuchwy w odpowiedzi na szybkie zaciskanie dziąseł. Elektroda referencyjna jest umieszczana na czubku nosa. Składnik EPP jest ekstrahowany z surowych EMG poprzez zastosowanie filtra cyfrowego o wysokim przekroju (filtr Butterwortha 2. wymiaru) o zakresie 10-35 Hz. Gdy filtr jest ustawiony na 10 Hz, wyekstrahowana fala EPP odchyla się ujemnie lub dodatnio, w zależności od miejsca nagrywania. Różnica w polaryzacji odzwierciedla relację ujścia-źródła prądu płyty końcowej, przy czym miejsce wykazuje najbardziej ujemne ugięcie odpowiadające połączeniu nerwowo-mięśniowemu. W przypadku mięśnia żwacza szacuje się, że połączenie nerwowo-mięśniowe znajduje się w dolnej części blisko kąta żuchwy. Składowa EPP wykazuje interesujące oscylacje, gdy częstotliwość odcięcia filtra cyfrowego górnoprzepustowego jest ustawiona na 30 Hz. Oscylacja EPP wskazuje, że skurcz mięśni jest regulowany w sposób przerywany. Nieprawidłowe drżenia towarzyszące różnego rodzaju chorobom mogą być w znacznym stopniu spowodowane tą oscylacją EPP, która staje się wolniejsza i trudna do zatrzymania.

Protokół

1. Przygotowanie elektrod EMG

1. Zacznij od przygotowania dziewięciu elektrod. Osiem z nich służy do rejestrowania sygnałów z miejsc nad mięśniem, a jedna to elektroda odniesienia.
2. Po podłączeniu elektrod nagrywającej i referencyjnej do wzmacniacza, należy napełnić dyski pastą przewodzącą prąd elektryczny. Każdy typ jest w porządku, ale typ o niskiej zawartości płynu jest lepszy.
3. Przed przymocowaniem elektrod do skóry, przyłóż osobę do ciała i określ przybliżoną lokalizację mięśnia żwacza na twarzy.
4. Ścięgno górne mięśnia żwacza przyczepia się do łuku jarzmowego, a jego ścięgno dolne do kąta żuchwy.
5. Umieść osiem elektrod rejestrujących na długim kawałku taśmy samoprzylepnej w równej odległości między elektrodami i przymocuj matrycę do powierzchni skóry. Pierwszą elektrodę rejestrującą umieszcza się na łuku jarzmowym, a ostatnią na kącie żuchwy.
6. Na koniec przymocuj elektrodę referencyjną do czubka nosa.

2. Zapis EMG

1. Aby rozpocząć nagrywanie, najpierw ustaw parametry wielokanałowego wzmacniacza analogowego (MEG6100). Ustaw wzmocnienie na x 500, filtr dolnoprzepustowy na 0,5 Hz, a filtr górnoprzepustowy na 10 kHz.
2. Podłącz osiem wyjść wzmacniacza analogowego do przetwornika analogowo-cyfrowego (PCI-MIO-16E-4). Sygnał cyfrowy jest przetwarzany za pomocą oprogramowania LabView z częstotliwością próbkowania 20kHz.
3. Gdy wszystko jest połączone, nagrywaj EMG podczas szybkiego zaciskania gumy do żucia po stronie ipsilateralnej.
4. Ścieżki z ośmiu kanałów są prezentowane na wyświetlaczu LabView natychmiast po zakończeniu procesu nagrywania.

3. Ekstrakcja EPP i obserwacja jego cech

1. Aby wyekstrahować składnik EPP, najpierw usuń składnik potencjału czynnościowego z surowych EMG za pomocą wysokofiltrowego filtra cyfrowego (filtr Butterwortha).
2. Rozpocznij nakładanie filtra z częstotliwością odcięcia 10 Hz. Powinna pojawić się powolna fala, która odchyla się w kierunku dodatnim lub ujemnym. Fala ta odpowiada EPP, a różnica w polaryzacji odzwierciedla relację sink-source prądu płyty końcowej.
3. Podczas nagrywania z mięśnia żwacza oczekuje się najbardziej ujemnego odchylenia fali w śladzie z najniższego miejsca zapisu, a polaryzacja powinna przesunąć się o około 3 miejsca od tego miejsca.
4. Wielkość składowej EPP może być mierzona jako punkt szczytowy ugięcia lub obszar podczas ugięcia.
5. Zmianę polaryzacji składowej EPP można określić, wykreślając falę EPP z każdego kanału w stosunku do kanału odniesienia, który wykazał najbardziej ujemne ugięcie.
6. Teraz, zwiększając częstotliwość odcięcia, wolna fala stanie się oscylacyjna. Oscylacja będzie rosła wraz ze wzrostem częstotliwości odcięcia i na ogół stanie się oczywista przy częstotliwości odcięcia 30 Hz.
7. Faza fali odwróci się w poprzek ścieżki, w której polaryzacja przefiltrowanej fali EPP 10 Hz wykazała odwrócenie.
8. Przesunięcie fazowe oscylacji można sprawdzić za pomocą tych samych wykresów, które zostały zastosowane do fali EPP filtrowanej przez 10 Hz.
9. Z odstępu między sąsiednimi dodatnimi i/lub ujemnymi szczytami oscylacji możemy uzyskać przybliżenie częstotliwości oscylacji

4. Wyniki zapisu EMG

Rysunek 1a: Pokazany tutaj jest schemat ośmiu miejsc wzdłuż mięśnia żwacza, z których nagrano nagranie.

Rysunek 1b: Widzimy próbkę monopolarnych EMG zarejestrowanych jednocześnie z miejsc nad mięśniem żwacza w odpowiedzi na szybkie zaciskanie dziąseł po stronie ipsilateralnej. Składnik EPP został wyekstrahowany za pomocą filtra cyfrowego o wysokim przekroju z częstotliwością odcięcia 10 Hz, który jest nakładany na każde surowe EMG. W tym badaniu najbardziej ujemne ugięcie zaobserwowano w śladach-5 i -6, a polaryzacja zmieniła się w poprzek ścieżki-3.

Rysunek 1c: Gdy częstotliwość odcięcia filtra cyfrowego górnoprzepustowego była ustawiona na 30Hz, wolna fala wykazywała oscylację. Jego faza przesunęła się również w poprzek ścieżki 3, gdzie zmieniła się polaryzacja fali EPP filtrowanej przez 10 Hz. Zmierzono odstęp między sąsiednimi dodatnimi szczytami oscylacji. W tym przypadku średni interwał między szczytami wynosił 31,7 ± 6,5 ms w 16 nagraniach.

Dyskusja

1. Ponieważ uważa się, że potencjał ujemny powstaje w wyniku napływu prądu płyty czołowej, a odchylenie dodatnie w wyniku jego wypływu [1,2,3,4], ślad wykazujący najbardziej ujemne ugięcie musi odpowiadać miejscu lokalizacji połączenia nerwowo-mięśniowego [5]. Na rycinie 1b przedstawiono połączenie nerwowo-mięśniowe mięśnia żwacza zlokalizowane w jego dolnej części blisko kąta żuchwy, które jest w przybliżeniu takie samo jak wyniki uzyskane inną metodą wykorzystującą sposób przewodzenia potencjału czynnościowego jednostki ruchowej [6,7].

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Filtr analogowy	Nihon Kohden	MEG6100	przedwzmacniacz
przetwornik A/D	National Instruments	PCI-MIO-16E-4	Płytka PCI do komputera
Interfejs połączeniowy	National Instruments	BNC-2090	8-kanałowy adapter BNC
Elektrody tarczowe	Nihon Kohden	NS-11	Ag/AgCl (Φ 8mm)
Elektroda obok	Sanshin	SA-5	Półpłynny węgiel obok
LabVIEW (filtr cyfrowy)	National Instruments	V. 8.5	Język programowania
Guma do żucia	Guma Lotte	Green	Przetestuj jedzenie w zaciskaniu