CMAP Skanna MUNE (MScan) - en roman motorenheten nummer (MUNE) skattningsmetod
Summary
Det här protokollet beskriver en ny metod för att uppskatta antalet fungerande motoriska enheter i en muskel, genom att montera en modell till en detaljerad stimulus-respons kurva sammansatta muscle action potential. Det är snabbt och enkelt att utföra och analysera och har utmärkt reproducerbarhet.
Abstract
Liksom andra metoder för motorenheten nummer uppskattning (MUNE), sammansatta är muskel aktionspotential (CMAP) scan MUNE (MScan) en icke-invasiv Elektrofysiologisk metod för att uppskatta antalet fungerande motoriska enheter i en muskel. MUNE är ett viktigt verktyg för bedömning av neuropatier och neuronopathies. Till skillnad från de flesta MUNE metoder används, MScan bedömer alla motoriska enheter i en muskel, genom att montera en modell till en detaljerad stimulus-respons-kurva eller CMAP Skanna. Man undviker därigenom bias som är inneboende i alla MUNE metoder baserade på extrapolering från ett litet urval av enheter. Som ‘Bayesian MUNE,’ MScan analys fungerar genom att montera en modell, som består av motoriska enheter med olika amplituder, trösklar och tröskel variabilitet, men passande metoden är helt annorlunda, och avslutad inom fem minuter, i stället för flera timmar. MScan off-line analysen fungerar i två steg: först en preliminär modell genereras baserat på sluttningen och variansen av punkterna i skanningen och andra, denna modell sedan förfinas genom att justera alla parametrar för att förbättra passformen mellan den ursprungliga scan och genomsökningar som genereras av modellen.
Denna nya metod har testats för reproducerbarhet och inspelningstid på 22 amyotrofisk lateralskleros (ALS) patienter och 20 friska kontrollpersoner, med varje test upprepades två gånger av två blinda läkare. MScan visade utmärkt intra – och inter – rater reproducerbarhet med ICC värden > 0,98 och en variationskoefficient som i genomsnitt 12,3 ± 1,6%. Det fanns ingen skillnad i intra-rater reproducerbarheten mellan de två observatörerna. Genomsnittlig inspelningstid var 6,27 ± 0,27 min.
Det här protokollet beskriver hur du spelar in en CMAP scan och hur du använder programvaran MScan för att härleda en uppskattning av antalet och storleken på de fungerande motoriska enheterna. MScan är en snabb, bekväm och reproducerbar metod, som kan vara till hjälp i diagnoser och övervakning sjukdomsprogression vid neuromuskulära sjukdomar.
Introduction
Motoriska systemet rörelse är beroende av motorenheten, som hänvisar till en enskilda motoriska nervfiber tillsammans med muskelfibrerna aktiveras, och motorenheten är antalet främre horn cellerna eller axoner innervating en enda muskel1. Under denervering och reinnervation ta friska axoner över rollen av axoner som förloras av säkerheter groning. Sammansatta muskel aktionspotential (CMAP) amplitud ger därför inte nödvändig information om graden av motorenheten förlust. CMAP amplitud kan bara börja falla när mer än 50% av motoriska enheter förloras. Likaså, omfattningen av onormal spontan aktivitet eller motorenheten potential (MUP) förändringar inte korrelerar med grad av denervering.
Sammantaget finns det ingen Elektrofysiologisk teknik som möjliggör enkla, direkta mätningar av motorenheten nummer. I stället används en uppskattning av motorenheten nummer (MUNE) att bedöma nedre motorneuronen förlust2. Flera MUNE metoder har utvecklats sedan genomförandet av den första metoden, inkrementell stimulering MUNE, som introducerades 1971 av McComas3. De flesta metoder har baserats på mäta flera yta-inspelade motorenheten potentialer (sMUP) och dividera den maximal CMAP av genomsnittliga sMUP amplituden. Sådana metoder inkluderar inkrementell stimulering4, flera punkt stimulering (MPS)5och spike-utlöst genomsnitt6. Andra MUNE metoder har använt statistiska tekniker som bygger på den probabilistiska naturen för bränning av en motorisk enhet i respons till ett stimulus7,8,9,10. Denna variation innebär att avfyra olika kombinationer av motoriska enheter leder till variationer i storleken på CMAP svaren. Motorenheten antal index (Munix) är en mer nyligen infört metod, som använder de ytan interferensmönster som noterats under frivilliga sammandragningar för att uppskatta den genomsnittliga storleken på sMUP11,12.
Dessa MUNE metoder alla drabbas en eller flera begränsningar, till exempel förekomsten av subjektivitet, beroende på den absoluta CMAP amplituden, bias i valet av enheter, den långa tid som krävs att provet tillräckligt enheter eller lång tid krävs för att analysera resultaten. En ny MUNE metod har nyligen utvecklats, ‘CMAP Skanna MUNE’ (MScan), att övervinna dessa begränsningar13. Den här metoden undviker problem som är inneboende i enheten urval genom beaktande av bidraget från alla enheter till CMAP, mätt i en detaljerad stimulus-respons kurva, eller CMAP scan14,15. Man undviker också utökad analys tiden för en liknande modell åtsittande metod9,10, med hjälp av nya algoritmer16. I en färsk studie var reproducerbarhet av MScan för att uppskatta antalet motoriska enheter bättre än två mer traditionella metoder, MPS MUNE och Munix13. MScan kunde dessutom Visa motorenheten förlust i tidigare stadier av amyotrofisk lateralskleros (ALS) än MPS MUNE och Munix. MScan var snabbare än MPS MUNE och så snabbt som Munix13.
Detta dokument beskriver metodiken för MScan i detalj. Det sammanfattar också tidigare rapporterade intra – och inter – rater reproducerbarheten av MScan hos patienter med ALS och frisk kontroll ämnen13, som kan göra det möjligt för läsaren att bedöma om metoden skulle vara lämplig för en planerad studie.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritiska steg inom protokollet: MScan är en högt automatiserad procedur, men som med alla EMG metoder, försiktighet bör iakttas att få konsekventa resultat. I förberedelsestadiet är det viktigt att uppnå avslappning, eftersom spontan aktivitet eller rörelse artefakter under CMAP genomsökningen införa falska variansen i CMAP och blanda ihop generationen av den preliminära modellen.
Ändringar och felsökning: Vi hittade att tejpning av fingrar och a…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna studie var ekonomiskt stöd främst av Lundbeck Foundation.
Dessutom, Knud og Edith Eriksens Mindefond, Søster og Verner Lipperts Fond, Fonden til Lægevidenskabens Fremme och Aage og Johanne Louis Hansens Fond stöds denna studie.
Materials
| QtracW software | Digitimer Ltd (copyright Institute of Neurology, University College, London) | QtracW | |
| MScanFit | Digitimer Ltd (copyright Institute of Neurology, University College, London) | QtracW | |
| DS5 bipolar stimulator | Digitimer Ltd | DS5 | |
| D440 amplifier | Digitimer Ltd | D440-2 (2 channel) or D440-4 (4 channel) | |
| HumBug Noise Eliminator | Digitimer Ltd | Humbug | |
| Analogue-to-digital (A/D) board | National Instruments | NI-6221 |
References
- Sherrington, C. REMARKS ON THE FOREGOING LETTER. Can. Med. Assoc. J. 20, 66-67 (1929).
- Gooch, C. L., et al. Motor unit number estimation: a technology and literature review. Muscle Nerve. 50, 884-893 (2014).
- McComas, A. J., Fawcett, P. R., Campbell, M. J., Sica, R. E. Electrophysiological estimation of the number of motor units within a human muscle. J Neurol Neurosur Ps. 34, 121-131 (1971).
- Oge, A. E., et al. Motor unit number estimation in transected peripheral nerves. Neurol Res. 32, 1072-1076 (2010).
- Doherty, T. J., Brown, W. F. The estimated numbers and relative sizes of thenar motor units as selected by multiple point stimulation in young and older adults. Muscle Nerve. 16, 355-366 (1993).
- Bromberg, M. B. Motor unit estimation: reproducibility of the spike-triggered averaging technique in normal and ALS subjects. Muscle Nerve. 16, 466-471 (1993).
- Lomen-Hoerth, C., Slawnych, M. P. Statistical motor unit number estimation: from theory to practice. Muscle Nerve. 28, 263-272 (2003).
- Unlusoy Acar, Z., et al. Decline of compound muscle action potentials and statistical MUNEs during Wallerian degeneration. Neurophysiol. Clin. 44, 257-265 (2014).
- Henderson, R. D., Ridall, P. G., Hutchinson, N. M., Pettitt, A. N., McCombe, P. A. Bayesian statistical MUNE method. Muscle Nerve. 36, 206-213 (2007).
- Ridall, P. G., Pettitt, A. N., Henderson, R. D., McCombe, P. A. Motor unit number estimation–a Bayesian approach. Biometrics. 62, 1235-1250 (2006).
- Nandedkar, S. D., Nandedkar, D. S., Barkhaus, P. E., Stalberg, E. V. Motor unit number index (MUNIX). IEEE Trans. Biomed. Eng. 51, 2209-2211 (2004).
- Neuwirth, C., et al. Motor Unit Number Index (MUNIX): a novel neurophysiological marker for neuromuscular disorders; test-retest reliability in healthy volunteers. Clin. Neurophysiol. 122, 1867-1872 (2011).
- Jacobsen, A. B., et al. Reproducibility, and sensitivity to motor unit loss in amyotrophic lateral sclerosis, of a novel MUNE method: MScanFit MUNE. Clin neurophysiol. 128, 1380-1388 (2017).
- Maathuis, E. M., Drenthen, J., Visser, G. H., Blok, J. H. Reproducibility of the CMAP scan. J. Electromyogr. Kinesiol. 21, 433-437 (2011).
- Sleutjes, B. T. H. M., et al. CMAP scan discontinuities: automated detection and relation to motor unit loss. Clin Neurophysiol. 125, 388-395 (2014).
- Bostock, H. Estimating motor unit numbers from a CMAP scan. Muscle Nerve. 53, 889-896 (2016).
- DeLong, E. R., DeLong, D. M., Clarke-Pearson, D. L. Comparing the areas under two or more correlated receiver operating characteristic curves: a nonparametric approach. Biometrics. 44, 837-845 (1988).
- Hanley, J. A., McNeil, B. J. A method of comparing the areas under receiver operating characteristic curves derived from the same cases. Radiology. 148, 839-843 (1983).
- Farschtschi, S., et al. Muscle action potential scans and ultrasound imaging in neurofibromatosis type 2 : CMAP Scans and Nerve Imaging in NF2. Muscle Nerve. 55, 350-358 (2017).
