Ekstrakcja komponentu EPP z powierzchniowego EMG

Podsumowanie

Składową potencjału płytki końcowej (EPP) można wyodrębnić z powierzchniowego EMG za pomocą filtra cyfrowego. Wyodrębniony EPP wykazuje oscylacje o częstotliwości około 30 Hz.

Streszczenie

Oczekuje się, że powierzchniowy elektromiogram (EMG), zwłaszcza gdy jest rejestrowany w pobliżu złącza nerwowo-mięśniowego, będzie zawierał komponent potencjału płytki końcowej (EPP), który można wyekstrahować za pomocą odpowiedniego filtra sygnału. Istotne są dwa czynniki: EMG musi być rejestrowany w sposób monopolarny, a sama rejestracja musi być przeprowadzona w taki sposób, aby nie wyeliminować sygnału o niskiej częstotliwości odpowiadającego EPP. Niniejszy raport wyjaśnia, jak wyekstrahować komponent EPP z EMG mięśnia żwacza u człowieka. Powierzchniowy EMG jest rejestrowany w ośmiu punktach przy użyciu tradycyjnych elektrod dyskowych rozmieszczonych wzdłuż mięśnia, w równych odstępach międzyelektrodowych od łuku jarzmowego do kąta żuchwy, w odpowiedzi na szybkie zaciskanie dziąseł. Elektrodę referencyjną umieszcza się na czubku nosa. Komponent EPP jest ekstrahowany z surowych zapisów EMG poprzez zastosowanie cyfrowego filtra górnoprzepustowego (filtr Butterwortha drugiego rzędu) w zakresie 10–35 Hz. Gdy filtr zostanie ustawiony na 10 Hz, wyekstrahowana fala EPP odchyla się w kierunku ujemnym lub dodatnim, w zależności od miejsca rejestracji. Różnica w polaryzacji odzwierciedla relację między ujściem a źródłem (sink-source) prądu płytki końcowej, przy czym miejsce wykazujące najbardziej ujemne odchylenie odpowiada złączu nerwowo-mięśniowemu. W przypadku mięśnia żwacza szacuje się, że złącze nerwowo-mięśniowe znajduje się w jego dolnej części, blisko kąta żuchwy. Komponent EPP wykazuje interesującą oscylację, gdy częstotliwość odcięcia cyfrowego filtra górnoprzepustowego zostanie ustawiona na 30 Hz. Oscylacja EPP wskazuje, że skurcz mięśnia jest regulowany w sposób przerywany. Nieprawidłowe drżenia towarzyszące różnym rodzajom chorób mogą wynikać w znacznej mierze z tej oscylacji 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 rejestracji sygnałów z obszarów nad mięśniem, a jedna pełni rolę elektrody referencyjnej.
2. Po podłączeniu elektrod rejestrujących i referencyjnej do wzmacniacza, wypełnij dyski pastą przewodzącą. Każdy rodzaj będzie odpowiedni, jednak lepsza jest pasta o niskiej płynności.
3. Przed przymocowaniem elektrod do skóry, upewnij się, że badany leży stabilnie, i określ przybliżoną lokalizację mięśnia żwacza na twarzy.
4. Górne ścięgno mięśnia żwacza przyczepia się do łuku zygomatycznego, a jego dolne ścięgno do kąta żuchwy.
5. Umieść osiem elektrod rejestrujących na długim pasku taśmy klejącej w równych odstępach między elektrodami, a następnie przymocuj cały układ do powierzchni skóry. Pierwszą elektrodę rejestrującą umieść na łuku zygomatycznym, a ostatnią na kącie żuchwy.
6. Na koniec przymocuj elektrodę referencyjną do czubka nosa.

2. Rejestracja EMG

1. Aby rozpocząć pomiary, należy najpierw ustawić parametry wielokanałowego wzmacniacza analogowego (MEG6100). Wzmocnienie ustawiono na x 500, filtr dolnoprzepustowy na 0.5 Hz, a filtr górnoprzepustowy na 10 kHz.
2. Osiem wyjść wzmacniacza analogowego podłączono do przetwornika analogowo-cyfrowego (PCI-MIO-16E-4). Sygnał cyfrowy jest przetwarzany za pomocą oprogramowania LabView przy częstotliwości próbkowania 20kHz.
3. Po podłączeniu wszystkich elementów rejestruje się sygnały EMG podczas szybkiego zaciskania gumy do żucia po stronie ipsilateralnej.
4. Zapisy z ośmiu kanałów są wyświetlane na ekranie programu LabView natychmiast po zakończeniu procesu rejestracji.

3. Ekstrakcja EPP i obserwacja jego cech

1. Aby wyodrębnić komponent EPP, należy najpierw usunąć komponent potencjału czynnościowego z surowych zapisów EMG, wykorzystując cyfrowy filtr górnoprzepustowy (filtr Butterwortha).
2. Zacznij stosować filtr z częstotliwością odcięcia 10 Hz. Powinna pojawić się wolna fala odchylająca się w kierunku dodatnim lub ujemnym. Fala ta odpowiada EPP, a różnica w polaryzacji odzwierciedla relację źródło-ujście (sink-source) prądu blaszki końcowej.
3. Podczas rejestracji sygnału z mięśnia żwacza oczekuje się, że najbardziej ujemne wychylenie fali wystąpi w zapisie z najbardziej dolnego miejsca rejestracji, a zmiana polaryzacji powinna nastąpić w odległości około 3 miejsc od tego punktu.
4. Wielkość komponentu EPP można zmierzyć jako wartość szczytową odchylenia lub jako pole powierzchni pod krzywą odchylenia.
5. Zmianę polaryzacji komponentu EPP można określić poprzez naniesienie przebiegu fali EPP z każdego kanału względem kanału referencyjnego, w którym odnotowano największe ugięcie ujemne.
6. Poprzez zwiększenie częstotliwości odcięcia fala wolna stanie się oscylacyjna. Amplituda oscylacji będzie rosnąć wraz ze wzrostem częstotliwości odcięcia i zazwyczaj stanie się wyraźna przy częstotliwości odcięcia wynoszącej 30 Hz.
7. Faza fali ulegnie odwróceniu w obrębie śladu, w którym odnotowano odwrócenie polaryzacji fali EPP przefiltrowanej w częstotliwości 10 Hz.
8. Przesunięcie fazowe oscylacji można sprawdzić przy użyciu tych samych wykresów, które zastosowano w przypadku fali EPP przefiltrowanej do 10 Hz.
9. Na podstawie odstępu między sąsiednimi szczytami dodatnimi i/lub ujemnymi oscylacji możemy uzyskać przybliżoną wartość częstotliwości tych oscylacji.

4. Wyniki rejestracji EMG

Rysunek 1a: Przedstawiono tutaj schemat ośmiu miejsc wzdłuż mięśnia żwacza, z których dokonywano pomiarów.

Rysunek 1b: Przedstawiono próbkę monopolarnych zapisów EMG, zarejestrowanych jednocześnie w punktach nad mięśniem żwacznym w odpowiedzi na szybkie zaciśnięcie szczęki po stronie ipsilateralnej. Komponent EPP został wyekstrahowany przy użyciu cyfrowego filtra górnoprzepustowego o częstotliwości odcięcia 10Hz, który jest naniesiony na każdy surowy zapis EMG. W tej próbie największe ujemne wychylenie zaobserwowano w śladach -5 i -6, a zmiana polaryzacji nastąpiła w obrębie śladu -3.

Rycina 1c: Gdy częstotliwość odcięcia cyfrowego filtra górnoprzepustowego została ustawiona na 30Hz, fala wolna wykazała oscylację. Jej faza uległa również przesunięciu w obrębie śladu 3, gdzie zmieniła się polaryzacja fali EPP przefiltrowanej do 10Hz. Zmierzono odstęp między sąsiednimi dodatnimi szczytami oscylacji. U tego osobnika średni odstęp między szczytami wynosił 31.7 ± 6.5 msec w 16 pomiarach.

Dyskusja

1. Ponieważ przyjmuje się, że potencjał ujemny jest tworzony przez dopływ prądu płytki końcowej, a odchylenie dodatnie przez jego odpływ [1,2,3,4], zapis wykazujący najbardziej ujemne odchylenie musi odpowiadać miejscu lokalizacji złącza nerwowo-mięśniowego [5]. Rysunek 1b wskazuje złącze nerwowo-mięśniowe mięśnia żwacza zlokalizowane w jego dolnej części, blisko kąta żuchwy, co jest w zasadzie zgodne z wynikami uzyskanymi inną metodą wykorzystującą sposób przewodzenia potencjału czynnościowego jednostki motorycznej [6,7].
2. Mięsień...

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Filtr analogowy	Nihon Kohden	MEG6100	przedwzmacniacz, wzmacniacz główny
Przetwornik A/C	National Instruments	PCI-MIO-16E-4	karta PCI do komputera
Interfejs połączeniowy	National Instruments	BNC-2090	adaptor BNC 8-kanałowy
Elektrody dyskowe	Nihon Kohden	NS-11	Ag/AgCl (Φ8mm)
Pasta elektrodowa	Sanshin	SA-5	półpłynna pasta węglowa
LabVIEW (Filtr cyfrowy)	National Instruments	V. 8.5	język programowania
Guma do żucia	Lotte	Green gum	żywność testowa do zaciskania