评价呼吸肌慢性脊髓损伤个人使用呼吸电机控制评估（RMCA）

摘要

本出版物的目的是呈现我们原来的工作，多肌肉表面肌电图的方法来定量表征呼吸肌肉激活模式在个人与慢性脊髓损伤采用基于矢量分析。

摘要

在呼吸过程中，呼吸肌的激活协调的集成输入从脑，脑干和脊髓。当这种协调被打乱脊髓损伤（SCI）被攻破，呼吸肌的神经支配损伤水平以下的控制^，1,2导致呼吸肌功能不全和肺并发症。这些条件是其中SCI收录³患者死亡的主要原因。呼吸运动功能进行评估的标准肺功能测试，包括气道压力spirometrical和最大成果：用力肺活量（FVC），在一秒钟用力呼气量（FEV _1），最大吸气压力（PI _最大 ），最大呼气压力（PE _最大 ） ^4,5。这些值提供间接测量呼吸肌性能^6。在临床实践和研究，呼吸肌的表面肌电（表面肌电）记录可以用来呼吸运动功能评估，并帮助诊断神经肌肉病变。然而，表面肌电幅度的变异抑制呼吸运动功能发展的客观和直接的措施的努力。基于多肌肉 ​​表面肌电图的方法来表征电机控制肢体肌肉，被称为自愿响应指数^（VRI）8上，我们开发了一个sEMG的记录从多个呼吸肌在自愿的数据分析工具，直接表征呼吸电机控制呼吸任务。我们称为呼吸电机控制评估^{（RMCA）9。}这种矢量分析方法定量跨肌肉活动的数量和分布的指数的形式，在测试对象的表面肌电图的输出类似于在何种程度上涉及从健康（受伤的）控制的一组。生成的索引值已被证明具有高的表面效度，灵敏度和特异性^9-11。我们发现以前RMCA成果显着水平的SCI和肺功能措施相关。我们这里提出的方法进行定量比较健康个体后脊髓损伤呼吸系统多肌肉激活模式。

研究方案

1。设置

1. 表面电极头被放置在左（L），右（R）呼吸肌：胸锁乳突肌，斜角肌（S）（SC），上斜方肌在锁骨中线（UT），锁骨部分胸大肌锁骨中线（P肌腹），膈肌肋间胸骨旁线（D），在^第 6肋间腋前线（IC），平脐（RA）的腹直肌，腹斜肌腋中线（O），下斜方肌paraspinally在水平midscapular（LT ）和椎旁，髂intercrestal线^（PS）6 paraspinally。该接地电极被放置超过肩峰流程。 A动态实验室系统返回包单位，附有电极，连接到一个运动实验室肌电台式单位和PowerLab系统（ 图1）。
2. T型管件记录的气道压力的监测电路的组装如图2所示，连接到低压力重新换能器（MP45）用空气管。
3. MP45连接到CD15和PowerLab系统，系统（ 图1和表1）。

2。 RMCA协议

1. 呼吸运动的任务，包括最大吸气压力任务（MIPT）和最大呼气压力任务（MEPT）。要执行MIPT MEPT，受试者产生最大残留量或呼气努力肺总容量为5秒，使用T型管件的监测电路（ 图1和图2）吸气努力。每个策略所提示声响5秒长音，反复3倍。至少有1分钟的休息时间被允许彼此之间的努力。
2. EMG输入2000的增益放大，在30-1,000 Hz过滤，并在2000赫兹采样。气道压力输入校正于100厘米的水，并在2000赫兹采样。肌电图及气道压力PowerLab系统采集系统采用16位ADC满量程输入转换分辨率。气道压力，表面肌电图和标记信号，同时记录^9。

3。数据分析

1. 肌肉活动多分布分析窗口5秒MIPT MEPT的事件标记和记录信号的提示指令音的主题，从什么时候开始和结束任务（ 图3）气道压力测定。计算每块肌肉的表面肌电图活动使用根均方根（RMS）算法^6,12（ 图4）。三个重复试验为每个任务平均每块肌肉（通道^）13。
2. 多肌肉 ​​激活模式进行评估的基础上的矢量分析法被称为自愿响应指数^{（VRI）8（} 图4-6）使用定做的Matlab软件（MathWorks公司）。对于每一个动作，的VRI计算产生两个值，大小和相似指数（SI）（ 图5-6）。计算的幅度参数，组合表面肌电图的量在特定的时间窗口内的所有肌肉的活动，作为用于特定的任务（ 图7）的响应矢量（RV）的长度。相似度指数（SI）提供一个值，表示RV的SCI主题是多么的相似原型响应向量（PRV），从健康受试者在相同的任务。实值计算为每个任务作为SCI主题RV和PRV之间的夹角的余弦。 SI值介于0和1.0值1.0表示比较向量^9（ 图8）的最佳匹配。

结果

图3表示的肌电图及气道正压通气（顶部），同时记录期间MEPT从非受伤（左）和的SCI（右）的个人。注意降低气道压力和不存在时相比，非受损害的个人（标有灰色的椭圆）在SCI主题呼气肌表面肌活动。还要注意的是在任务开始，标记在底部，sEMG的活动和提高增加气道压力有关。

图4突出建设RV的主要步骤。被定义为数据点（步骤1）根据标记的开始?...

讨论

标准的临床测试，以评估后呼吸运动功能SCI和其他疾病包括肺功能测试和美国脊髓损伤协会减值量表（AIS）的评价^14,15。然而，这些工具是不适合的躯干和呼吸电机控制的定量评价。我们已经表明，在我们以前发表的作品，RMCA是一个有效的方法，定量地评价被SCI影响呼吸运动功能。我们已经证明，尽管这种方法可以用来测试再测试和主体与主体的肌电图振幅变异。

为...

材料

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.