Summary
이 책의 목적은 양적으로 벡터 기반 분석을 사용하여 만성 척수 손상을 가진 사람의 호흡 근육의 활성화 패턴을 특성화하기 위해 여러 근육 표면 근전도 방식에 오리지널 작품을 제시하는 것입니다.
Abstract
호흡하는 동안 호흡 근육의 활성화는 뇌, 뇌간, 척수의 통합 입력에 의해 조정됩니다. 이 조정은 상해 수준 이하로 떨어짐 호흡 근육의 제어 1,2 호흡 근육 장애 및 폐 합병증으로 이어지는 손상 척수 상해 (SCI)에 의해 중단됩니다. 이러한 조건은 SCI 3 환자에서 사망의 주요 원인 중입니다. 강제 폐활량 (FVC), 1 초 강제 호기량 (FEV 1), 최대한 흡기 압력 (PI max) 및 최대한의 호기 압력 (PE 최대) : 호흡 운동 기능을 평가 표준 폐 기능 검사는 spirometrical 최대기도 압력 결과를 포함 4,5. 이 값은 호흡 근육의 성능 6 간접적 인 측정을 제공합니다. 임상 실천과 연구에서는 표면 근전도 (sEMG)는 호흡 근육의 기록호흡 운동 기능을 평가하고 신경 근육 학 병리를 진단하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 sEMG 진폭의 변화는 호흡 운동 기능 6 객관적이고 직접적인 방법을 개발하는 노력을 억제. 자발적인 반응 지수 (VRI) 8로 알려진 사지 근육 7의 모터 제어의 특징을 다 근육 sEMG 방식을 바탕으로, 우리는 자발적 중에 여러 호흡 근육에서 기록 된 데이터를 sEMG에서 직접 호흡 모터 제어의 특성을 분석 도구를 개발 호흡기 작업. 우리는이 호흡 모터 제어 평가 (RMCA 9)라고했다. 이 벡터 분석 방법은 금액과 근육에 걸쳐 활동의 분포를 정량화하고 테스트 대상에서 sEMG 출력과 유사한 정도를 관련 인덱스의 형태로 제시하는 건강 (비 부상) 컨트롤 그룹에서. 결과 인덱스 값이 높은 얼굴 유효성 감도를 가지고 표시되었습니다특이 9-11. 우리는 RMCA 결과가 크게 SCI의 수준과 폐 기능 측정과 상관 관계 그 이전에 9를 보였다. 우리는 양적으로 건강한 개인들에 포스트 - 척수 손상 호흡 멀티 근육의 활성화 패턴을 비교하기 위해 여기에 방법을 제시하고 있습니다.
Protocol
1. 설정
- 흉쇄 (SC), 부등변 (S), 쇄골 라인 (UT), 쇄골 라인 흉근의 쇄골 부분 (P에 상부 승모근 : 표면 전극 헤드는 왼쪽 (L) 및 오른쪽 (R) 호흡 근육의 근육 배를 위에 배치 하였다 ), 흉골 라인 (D), midscapular 수준에서 paraspinally 전방 액와 선에서 6 번째 늑간 (IC), 제대 수준에서 직근 abdominus (RA), midaxillary 라인 obliquus abdominis의 (O), 하부 승모근 (LT에서 늑간에 다이아 프램 ) 및 장골 intercrestal 라인 (PS) 6 paraspinally paraspinal. 접지 전극은 견봉 프로세스에 배치했다. 위로 팩 단위, 연결 전극 모션 랩 시스템은 모션 연구소 EMG 데스크 탑 장치와 PowerLab의 시스템 (그림 1)에 연결되었다.
- 기도 압력을 기록하는 T-조각 모니터링 회로는 그림 2와 같이 조립 및 낮은 Pressu에 연결되어에어 튜브를 사용하여 다시 트랜스 듀서 (MP45).
- MP45은 CD15에 연결 PowerLab의 시스템 (그림 1, 표 1)이었다.
2. RMCA 프로토콜
- 호흡 운동 작업은 최대 흡기 압력 작업 (MIPT) 및 최대 호기 압력 작업 (MEPT)으로 구성되어있다. MIPT 또는 MEPT을 수행하려면, 주제 잔류 볼륨 또는 T-조각 모니터링 회로 (그림 1과 2)를 사용하여 5 초 동안 총 폐 용량의 호기 노력으로 최대의 흡기 노력을 생성하도록 요청했다. 각각의 책략은 가청 5 초 긴 톤으로 보이기 시작하고 배 반복되었다. 나머지 최소 1 분마다 노력 사이에 허용되었다.
- EMG 입력은 2,000의 이득으로 증폭되었다; 30-1,000 Hz로 필터링 2,000 Hz로 샘플링. 기도 압력 입력은 물 100cm에서 조정 및 2,000 Hz로 샘플링되었다. EMG와기도 압력 입력은 16 비트 풀 스케일 ADC를 사용하여 PowerLab의 수집 시스템에 의해 변환되었다해상도를. 기도 압력, sEMG 마커 신호가 동시에 9 기록 하였다.
3. 데이터 분석
- MIPT 또는 MEPT을위한 5 초 멀티 근육 활동에 분포 분석 창을 각각 시작하고 (그림 3) 작업을 종료 할 때 피사체 신호를 cuing 톤으로 기록 된 이벤트 마커와기도 압력에서 측정 하였다. 각 근육에 대한 sEMG 활동은 광장 (RMS) 알고리즘 6,12 (그림 4)을 의미 루트를 사용하여 계산 하였다. 각 작업에 대한 세 가지 반복 시험은 각 근육 (채널)에 대해 13를 평균 하였다.
- 멀티 근육의 활성화 패턴은 주문품 Matlab을 소프트웨어 (매스 웍스)를 사용하여 자발적인 반응 지수 (VRI) 8 (그림 4-6)로 알려진 벡터 분석 방법에 따라 평가 하였다. 각 기동를 들어, VRI 계산은 두 개의 값, 크기와 유사성 지수 (SI) (그림 5-6) 생산하고 있습니다.의 크기 매개 변수, 특정 시간 창 내의 모든 근육 결합 sEMG 활동의 양, 특정 작업에 대한 응답 벡터 (RV) (그림 7)의 길이로 계산되었다. 유사성 지수 (SI)는 SCI 제목의 RV가 같은 작업을하는 동안 건강한 주제에서 얻은 프로토 응답 벡터 (PRV)에 얼마나 유사한 표현 가치를 제공합니다. SI 값은 SCI 제목 RV 및 PRV 사이의 각도의 코사인 각 작업에 대해 계산되었다. SI 값은 0과 1.0의 값을 비교하여 벡터 9 (그림 8)에 가장 적합한을 나타내는 1.0 사이의 범위.
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Representative Results
그림 3은 근전도와 동시에 비 부상 (왼쪽)와 SCI (오른쪽) 개인의 MEPT 동안 기록기도 압력 (상단)을 나타냅니다. 참고 비 부상 개별 (회색 타원으로 표시)에 비해 SCI 제목의 호기 근육 활동을 sEMG의기도 압력과 부재 감소했다. 로 아래에 표시된 작업의 시작은, 활동을 증가 sEMG 및 발생기도 압력과 연결되어 있는지 또한 유의하십시오.
그림 4는 RV 구축의 주요 단계를 강조 표시합니다. 작업의 시작과 끝 (이벤트 창) 마커에 따라 데이터 포인트 (1 단계)로 정의 하였다. 루트는이 이벤트 창에서 sEMG의 광장 (RMS)가 각 근육 (2 단계)에 대한 평균 sEMG 활동을 나타내는 의미한다. RV는 특정 근육의 조합 (3 단계)에 대한 RMSs 값을 사용하여 조립된다.
그림 5는 계산을 보여줍니다PRV과 비 부상 (건강) 개인의 그룹에 대한 그 크기. 프로토 응답 행렬은 개별 RV의 (4 단계)를 사용하여 건설되었다. 프로토 응답 행렬의 각 열은 그룹의 개별 데이터 (.. n은 = 1,2, N) 및 각 행 그룹에있는 모든 개인의 특정 근육의 양이 sEMG 활동 (RMSs)을 나타냅니다 포함되어 있습니다. PRV는 프로토 응답 행렬 (5 단계)의 각 행의 평균을 복용하여 계산되었다. 크기 값은 RV의 길이를 나타내며 (6 단계)과 같이 공식에 따라 계산 하였다.
그림 6은 SI 계산을위한 단계를 보여줍니다. 또한 그림 4와 5에 표시된 특정 SCI 개별의 RV (7 단계) 및 그 크기 (8 단계)으로 계산 하였다. SI는 PRV 및 RV (9 단계)의 내적을 계산하여 얻었다.
그림 7과 8은 벡터의 건설 및 calcu을 보여줍니다실제 데이터를 사용하여 결과의 시옵소서. 이러한 계산은 Mathlab, Excel 또는 다른 사람과 같은 적절한 소프트웨어 도구를 사용하여 만들 수 있습니다.
표 1. 호흡 모터 제어 평가에 사용되는 특정 장비와 용품의 목록입니다.
그림 1. sEMG 및 호흡기 모터 제어 평가에 사용되는기도 압력 녹음 장비. 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .
그림 2. 공기 튜브 T-조각 모니터링 회로는기도 압력 D를 기록하는 데 사용되는 조립uring MEPT가. MIPT을 위해 일부를 누설 공기가 흡기 측에 뒤집어해야합니다.
그림 3. 비 부상 개인 및 척수 상해 (SCI)의 주제에서 최대 호기 압력 작업 (MEPT) 동안 활동을 sEMG. 개발 공기 압력은 최고 (압력)에 표시하는 동시에 이벤트에서 표시 (마커)로 활동을 sEMG 기록 하단. 세로 회색 선은 VRI 계산을위한 5 초 분석 창을 나타냅니다. 참고 호기 근육 활동의기도 압력과 결석 감소 : 오른쪽 (R) 및 좌 (L) 늑간 (IC), 직근 Abdominus (RA) 및 비 부상 개별 (비교 SCI 제목의 경사 Abdominus (O) ) 회색 타원으로 표시. 다른 근육과 같이 : 오른쪽 (R) 및 좌 (L) 아이돌 마스터 nocleidomastoid (SC), 부등변 (S). 상부 승모근 (UT), 흉근 (P), 조리개 (D), 낮은 승모근 (LT) 및 Paraspinal (PS)은 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .
그림 4. 응답 벡터 (RV)의 계산을위한 단계. 특정 작업하는 동안 RV가 루트를 사용하여 조립 한 것을 참고 광장이 (RMS) 특정 근육에 대한 계산 된 값을 의미합니다.
그림 5. 그룹의 각 건강한 개별에서 RV가 PVR를 만들고 크기를 계산하는 데 사용 된 프로토 응답 벡터 (PVR). 참고 계산 단계.0178/50178fig5large.jpg "대상 ="_blank "> 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6. SI가 PRV와 SCI 대상 (SRV)에서 얻은 RV를 사용하여 계산 된 유사성 지수 (SI) 및 크기의 계산을위한 단계. 주. 의 크기가 SRV의 길이로 계산하는 것도 있습니다. 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .
그림 7. 17 비 부상 개인의 최대 호기 작업 (MEPT) 중에 얻은 데이터를 사용하여 PRV 계산의 예. 큰 F를 보려면 여기를 클릭하십시오igure.
그림 8. 최대 건강의 호기 작업 (MEPT) (비 부상)와 SCI 개인 중에 얻은 데이터를 사용하여 VRI 계산의 예. 참고로 비 부상 주제 부재에 대비하고 (IC, RA, 그리고 O 호기 근육의 활동을 감소 SCI 개별의)는 유사성 지수 (SI) 값을 감소. 또한 낮은 크기 값과 관련된 SCI 개별의 전반적인 근육 활동을 기록합니다. 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .
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Discussion
SCI 및 기타 장애 후 호흡 운동 기능을 평가하는 표준 임상 시험은 폐 기능 검사와 미국 척추 부상 협회 손상 가늠자 (AIS) 평가 14,15 (가) 있습니다. 그러나 이러한 도구는 트렁크와 호흡 모터 제어의 정량적 평가를 위해 설계되지 않았습니다. 우리 이전에 출판 된 작품 9, 우리는 RMCA 정량적으로 SCI에 의해 영향을받는 호흡 운동 기능을 평가하는 유효한 방법입니다 것으로 나타났습니다. 우리는이 방법을 시험 재 테스트 및 주제 - 투 - 대상 EMG 진폭 변화에도 불구하고 사용할 수있는 것을 증명하고있다.
규범 벡터 (PRV)에 대한 테스트 개별 (RV)에 의해 생성 된 여러 근육의 분포 패턴의 차이 (SI)를 정량화하기 위해, PRV와 RV는 근육의 조합을 구성 할 수 있습니다. 모터 작업은 다양하며, 연구 설계뿐만 아니라 근육의 목록에 따라 달라질 수 있습니다. 콜로라도에있는SI에 ntrast, 전체 sEMG 활동을 나타내는 진도 값은, 주체의 노력, 보상 근육 활동과 신체 조직의 물리적 특성에 의해 변경 될 수 있습니다.
패턴이 다를 수있는 방법으로 SI는 다 근육의 활성화 패턴이 규범 패턴에 얼마나 가까이 정량적 측정을 제공하면서, 설명하지 않습니다. 이러한 이유로, 그것은 질적 패턴 및 개별 근육 활성화의 변화를 설명하는 것이 필수적입니다. 또한, 추가 연구는 다중 및 단일 근육 활성화 특성을 특성화되는 추가 매개 변수 sEMG 신호를 검사하는 데 필요합니다.
여기에 제시된 방법은 규범적인 표준 방법에 비해 호흡 운동 작업을 수행하는 데 사용하는 트렁크 근육의 모터 제어를 평가하는 체계적인 방법을 제공합니다. 근육의 활성화 패턴을 변경하는 방법으로 조사하는 설명 sEMG 평가에 추가ED는 VRI 계산은 장애의 정도가 시간이 지남에 따라 개인과 변화를 통해 비교할 수있는 모니터링 할 수있는 통합 된 인덱스 값을 제공합니다. 이 방법은 호흡 모터 제어 상태의 평가 및 SCI 및 기타 질환을 가진 사람의 장애 호흡 모터 제어에 대한 기존 및 새로운 개입의 효과를 할 수 있습니다.
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Disclosures
선언 관심 없음 충돌하지 않습니다.
Acknowledgments
크레이그 H. Neilsen 재단 (보조금 1,000,056,824 - HN000PCG) 및 국립 -이 작품은 크리스토퍼와 다나 리브 재단 (부여 CDRF OA2 - 0802-2), 켄터키 척수 및 머리 부상 연구들 (KSCHIRT 그랜트 9-10A)에 의해 지원되었다 건강 기관 : 국립 심장 폐 혈액 연구소 (부여 1R01HL103750-01A1).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| PowerLab System 16/35 | ADInstruments | PL3516 | Number of units depends on number of channels recorded |
| EMG System MA 300 | Motion Lab Systems | MA300-XVI | Number of units depends on number of channels recorded |
| Low Pressure Transducer MP45 | Validyne | MP45-40-871 | |
| Basic Carrier Demodulator CD15 | Validyne | CD15-A-2-A-1 | |
| Air Pressure Manometer | Boehringer | 4103 | Needed for MP45 calibration |
| Event Marker | Hand held switch that when pressed gives a DC voltage and sound output (including 5-sec long mark) | ||
| Alcohol Wipes | Henry Schein | 1173771 | Needed for electrodes placement |
| Electrode Gel | Lectron II | 36-3000-25 | Needed for electrodes placement |
| Tagaderm | Henry Schein | 7779152 | Needed for electrodes placement |
| Noseclip | Henry Schein | 1089460 | |
| T-piece Ventilator Monitoring Circuit with One-way Valves | Alleglance (Airlife) | 1504 | |
| Air Tube | UnoMedical | 400E | |
| Table 1. List of specific equipment and supplies used for the Respiratory Motor Control Assessment. | |||
References
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