CMAP Scannen MUNE (MScan) - eine neuartige Motoreinheit Nummer (MUNE) Schätzmethode

Zusammenfassung

Dieses Protokoll beschreibt eine neue Methode zur Schätzung der Anzahl der funktionierenden motorischen Einheiten in einem Muskel durch den Einbau eines Modells zu einer detaillierten Reiz-Reaktions-Kurve des Aktionspotentials zusammengesetzte Muskel. Es ist schnell und einfach durchzuführen und zu analysieren und hat hervorragende Reproduzierbarkeit.

Zusammenfassung

Wie andere Methoden zur Motoreinheit Nummer Schätzung (MUNE), compound ist Muskel Aktionspotential (CMAP) Scan MUNE (MScan) eine nicht-invasive bildgebender Methode zur Schätzung der Anzahl der funktionierenden motorischen Einheiten in einem Muskel. MUNE ist ein wichtiges Instrument für die Bewertung von Neuropathien und Neuronopathies. Im Gegensatz zu den meisten MUNE Methoden gebräuchlich MScan bewertet die motorischen Einheiten in einem Muskel durch den Einbau eines Modells zu einer detaillierten Reiz-Reaktions-Kurve, oder CMAP scannen. Es vermeidet dabei die Tendenz innewohnt, alle MUNE Methoden basierend auf Extrapolation aus einer kleinen Stichprobe von Einheiten. Wie "Bayesian MUNE," MScan Analyse Werke durch den Einbau eines Modells, aus motorischen Einheiten mit unterschiedlichen Amplituden, Schwellenwerte und Schwelle Variabilitäten bestehend, aber die passende Methode ganz anders und abgeschlossene innerhalb von fünf Minuten, statt mehrere Stunden ist. MScan Offline-Analyse funktioniert in zwei Schritten: zunächst ein vorläufiges Modell wird basierend auf der Piste und Varianz der Punkte im Scan generiert, und zweitens ist dieses Modell dann verfeinert durch Anpassung der Parameter um den Sitz zwischen den Originalscan zu verbessern und Scans vom Modell generiert.

Diese neue Methode wurde getestet für die Reproduzierbarkeit und Aufnahmezeit auf 22 Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) Patienten und 20 gesunden Kontrollpersonen, mit jedem Test zweimal von zwei verblindeten Ärzten wiederholt. MScan zeigte hervorragende Intra - und inter - rater Reproduzierbarkeit mit ICC Werten von > 0,98 und ein Variationskoeffizient durchschnittlich 12,3 ± 1,6 %. Es gab keinen Unterschied in der Intra-Rater Reproduzierbarkeit zwischen die zwei Beobachter. Durchschnittliche Aufnahmezeit betrug 6,27 ± 0,27 min..

Dieses Protokoll beschreibt wie einen CMAP-Scan erfasst und die MScan Software verwenden, um eine Schätzung der Anzahl und Größe der funktionierenden motorischen Einheiten ableiten. MScan ist eine schnelle, bequeme und reproduzierbare Methode, die hilfreich bei der Diagnose und Überwachung Krankheitsverlauf in neuromuskulären Erkrankungen sein kann.

Einleitung

Motorsystem Bewegung ist abhängig von der Motoreinheit, bezieht sich auf eine einzelne motorische Nervenfaser zusammen mit der Muskelfasern, die aktiviert wird, und Motoreinheit Zahl ist die Zahl der Vorderhornzellen oder Axone innervieren einen einzelnen Muskel-¹. Während der Denervation und Reinnervation übernehmen gesunde Axone die Rolle von Axonen, die durch Sicherheiten sprießen verloren sind. Zusammengesetzte Muskel Aktionspotential (CMAP) Amplitude gibt daher nicht die notwendige Informationen über den Grad der Motoreinheit Verlust. CMAP Amplitude kann erst dann fallen, wenn mehr als 50 % der motorischen Einheiten verloren gehen. In ähnlicher Weise korreliert das Ausmaß der anormale spontane Tätigkeit oder Motoreinheit Potenzial (MUP) Änderungen nicht mit dem Grad der Denervierung.

Insgesamt gibt es keine elektrophysiologische Technik, die für einfache, direkte Messungen der Motoreinheit Anzahl erlaubt. Stattdessen ist eine Schätzung der Motoreinheit (MUNE) zur unteren Motoneuron Verlust²zu bewerten. Mehrere MUNE Methoden wurden seit der Einführung der ersten Methode, inkrementelle Stimulation MUNE, entwickelt von McComas³1971 eingeführt wurde. Die meisten Methoden haben basiert auf Messung mehrere Oberfläche aufgezeichnet Motoreinheit Potentiale (sMUP) und dividiert durch die durchschnittliche sMUP Amplitude der maximale CMAP. Solche Methoden gehören inkrementelle Stimulation⁴, mehrere Punkt Stimulation (MPS)⁵und Spike ausgelöst durchschnittlich⁶. Anderen MUNE Methoden haben statistische Techniken, basierend auf der probabilistischen Natur das Abfeuern von einer Motoreinheit als Reaktion auf einen Reiz^7,8,9,10. Diese Variabilität bedeutet, dass verschiedene Kombinationen von motorischen Einheiten feuern auf die Variabilität in der Größe der CMAP Antworten führt. Motoreinheit Nummer Index (Munix) ist eine vor kurzem Methode eingeführt, die die Oberfläche Interferenzmuster aufgezeichnet während freiwillige Kontraktionen verwendet, um die durchschnittliche Größe der sMUP^11,12zu schätzen.

Diese MUNE Methoden, die alle, eine oder mehrere Einschränkungen, z. B. das Vorhandensein von Subjektivität, Abhängigkeit von der absoluten CMAP-Amplitude, Voreingenommenheit bei der Auswahl der Einheiten, die lange Zeit benötigt leiden, um genügend Einheiten zu probieren oder die lange Zeit erforderlich, um die Ergebnisse zu analysieren. Eine neue Methode der MUNE vor kurzem entwickelt worden, "CMAP scan MUNE" (MScan), diese Einschränkungen¹³zu überwinden. Diese Methode vermeidet die Auswahl Einheit verbundenen Probleme unter Berücksichtigung des Beitrags aller Einheiten, die CMAP gemessen in einem detaillierten Stimulus-Response-Kurve oder CMAP Scan^14,15. Es vermeidet auch die erweiterte Analysezeit eine ähnliche, Modell anliegende Methode^9,10, mit neuen Algorithmen¹⁶. In einer aktuellen Studie war die Reproduzierbarkeit der MScan bei der Schätzung der Anzahl der motorischen Einheiten besser als zwei eher traditionellen Methoden, MPS MUNE und Munix¹³. Darüber hinaus konnten MScan Motoreinheit Verlust in früheren Stadien der amyotrophen Lateralsklerose (ALS) als MPS MUNE und Munix zeigen. MScan war schneller als MPS MUNE und so schnell wie Munix¹³.

Dieses Whitepaper beschreibt die Methodik der MScan im Detail. Er fasst auch die bisher gemeldete Intra - und inter - rater Reproduzierbarkeit der MScan bei Patienten mit ALS und gesunden Probanden¹³, die ermöglicht, den Leser zu beurteilen, ob die Methode für eine geplante Studie geeignet wäre.

Protokoll

Alle Fächer müssen ihr schriftliche Einverständnis vor Untersuchung geben, und das Aufnahme-Protokoll muss von der entsprechenden lokalen Ethikprüfung Karte(n) genehmigt werden. Alle hier beschriebene Methoden wurden von den regionalen wissenschaftlichen Ethik-Ausschuß und der dänischen Datenschutzbehörde genehmigt.

Hinweis: Die Aufnahmen mit dem "" TRONDNF" " Aufnahme-Protokoll ein Teil der Software ist vorgenommen werden (siehe Tabelle Materialien). Andere Ausrüstung benutzt wird, eine bipolare Stimulator, ein 50 Hz Lärm Eliminator, einen Verstärker und einen analog-Digital-Board (A/D) (auch zu empfehlen ist ein Audio-Verstärker für Feedback Elektromyogramm (EMG) Aktivität und eine Stummschaltung der Klang während abzuschneiden box elektrische Stimulation). Motor-Gerätenummer Schätzung durch die MScan Methode umfasst drei Phasen: (1) Vorbereitung des Subjekts (z. B. für Nerv Erregbarkeit Studien), (2) Erfassung des CMAP-Scans, und (3) Analyse der Ergebnisse mit MScan Software. Das unten beschriebene Verfahren der Aufnahme ist spezifisch für die Software und die Instrumente, die wir verwenden (siehe die Tabelle der Materialien); Diese müssen für andere Software und Hardware angepasst werden.

1. Vorbereitung des Themas

1. Bildschirm die Themen um sicherzustellen, dass sie keine Geschichte der Erkrankungen des Nervensystems (insbesondere Neuropathie und Karpaltunnel-Syndrom), außer der Krankheit-Gruppe verfügen, die untersucht werden.
2. Weisen Sie das Thema im Detail über die Prüfungen und schriftliche Zustimmung ersuchen.
   1. Zum Thema zu informieren, dass wenn die Aufnahme beginnt, die Leistung schrittweise auf ein Maximum, gefolgt von einer stufenweisen Abnahme gesteigert werden, und die Prüfungen dauert ca. 5-6 Minuten.
   2. Erklären Sie, dass das Thema eine kitzelnde Gefühl in der Hand und den Fingern erleben werden.
   3. Informieren Sie dem Thema, dass sofort zu jedem Zeitpunkt während der Aufnahme ausgeschaltet werden kann, fühlt sich das Thema zu viel Unbehagen.
3. Reinigen Sie das Thema's Hand und Unterarm mit Skin prep Gel und Alkohol.
4. Legen Sie die aktive Aufnahme Elektrode über Abductor Pollicis Brevis Muscle und die Bezugselektrode auf dem Metacarpo-Phalangen Gelenk des Daumens (Abbildung 1).
5. Legen Sie eine Masseelektrode auf den Rücken der Hand.
6. Verbinden Sie diese Elektroden mit dem Vorverstärker (Abbildung 1).
7. Kleben Sie die Finger zusammen, um Rauschen und Artefakte durch freiwillige Bewegung (Abbildung 1) zu beseitigen.
8. Pflegen Sie die Hauttemperatur zwischen 32 ° C und 36 ° C mit einer Wärmelampe.

2. Aufnahme des CMAP-Scans

Hinweis: Alle nachfolgend beschriebene Software-Aktionen gelten nur für die Software und die Instrumente, die wir verwenden (siehe die Tabelle der Materialien); Diese müssen für andere Software und Hardware angepasst werden.

1. Die halbautomatische EDV-System zu starten.
2. Wählen Sie 'MScan-R' Aufnahme Protokoll aus dem Formular "Aufnahme Protokoll auswählen".
3. Akzeptieren Sie die Standardeinstellungen für den Vorverstärker und den Stimulator.
4. Geben Sie auf dem Formular "Select Aufnahmeparameter" im Feld "Ausgabedatei" einen 2 - oder 3-Buchstaben-Operator-Präfix, dann klicken Sie auf die Schaltfläche "O.K."" "".
5. Wenn das Programm die Roh-EMG-Eingabe angezeigt wird, wählen Sie entweder 'MScan Parameter' (Scan Schritt interstimulus Intervall und Impuls-Breite) manuell, oder übernehmen Sie die Default-Parameter: Impuls-Breite des 0.2ms, Scan Schritt von 0,2 % und Interstimulus Intervall von 0,5 s. Klicken Sie auf " ""OK"" " oder " "" " ESC weiterhin drücken.
   Hinweis: In dieser Studie wurden die Default-Parameter akzeptiert. Filtereinstellungen wurden 3 Hz-3 kHz.
6. Legen Sie eine repositionierbarer bipolare anregende Elektrode auf der Nervus medianus am Handgelenk auf der Website der niedrigste Schwellenwert zu finden. Klicken Sie auf " ""OK"" " Stimulation beginnen.
7. Die nächste Anzeige zeigt der Reiz (anfänglich 15 % max. Ausgangsleistung) und die EMG-Reaktion; passen Sie die elektrodenposition Website der niedrigste Schwellenwert (d.h. größte Reaktion) zu finden. Passen Sie die Position der Aufnahme Elektroden, falls erforderlich, um sicherzustellen, dass die Form der CMAP zweiphasig mit einer einzigen Spitze, wenn möglich. Wenn nötig, passen Sie Reiz Stärke mit der Insert' 'und '' ENTF-Tasten. Klicken Sie auf " "" " auf OK.
8. "Modifizierte" Antwort erscheint mit "Fenster", in der Reaktion durch horizontale magentafarbene Linie angezeigt gemessen wird. Sicherstellen Sie, dass die kurze grüne Linie vor dem Fenster (zeigt die Baseline) eine flache Linie zwischen Artefakt Reiz und Reaktion ist. Falls erforderlich, die Fenster Start durch Drücken der rechten Maustaste, ziehen Sie den Cursor nach rechts, und lassen Sie dann die Taste für Fenster Ende.
   Hinweis: CMAP Peakhöhe wird gemessen von Grundlinie zum Gipfel im Fenster nach oben und wird durch vertikale blaue Linie angezeigt.
   Klicken Sie auf " ""OK"" ", um fortzufahren.
9. Ersetzen Sie die repositionierbarer Elektrode mit einem nicht-Kopfprodukt Klebstoff Kathode Elektrode stimuliert, und legen Sie eine Anode 2 cm proximal entlang der Nervus medianus; unten zeigt jetzt high-Gain-EMG. Ermutigen Sie, das Thema zu finden, die entspannteste Position für ihre Hand, spontane Aktivität zu minimieren. Klicken Sie auf " ""OK"" ", um fortzufahren.
10. Erhöhung der Reizintensität manuell durch die ""-" " EINFG-Taste drücken, bis der aktuellen Stimulus höher als für die maximale Amplitude der CMAP ist; Erstens erhöhen Sie, indem Schritte von 3 % in reizstärke und dann für Feineinstellungen Verwendung Schritte von 1 %.
11. Überprüfen Sie die Fenster und Peak Messung vor dem Klick auf " "" " OK CMAP Scan starten.
12. Beachten Sie, dass nachdem die Reaktionen auf 20 supramaximalen Reize (vorscans) aufgezeichnet sind, die reizstärke automatisch in kleinen Schritten von supramaximalen Stimulation verringert wird bis gibt es nicht mehr eine erkennbare motorische Reaktion, dann eine weitere Reihe von 20 CMAPs (Post-Scans) wird aufgezeichnet.
    Hinweis: Die Daten sind als ein' 'CMAP-Scan oder eine detaillierte Stimulus-Response-Kurve mit der Amplitude der motorische Reaktion auf die y-Achse und Anregung Intensität auf der x-Achse aufgetragen. Bei gesunden Probanden schafft dies eine s-förmige Kurve, während bei Patienten mit einer reduzierten Anzahl von motorischen Einheiten, wie ALS in, die Kurve einen gestuften auftritt (Abbildung 2) entwickelt.
13. Beachten Sie, dass neben dem Feedback aus der muting-Box erreicht, es möglich ist, in der mittleren Spalte auf der linken Seite zu überprüfen, ob das Thema entspannt ist. Schauen Sie sich die CMAP (modifiziert) auf der linken Oberseite und auf der linken Bodenplatte, der Rückgang der reizstärke (Schwellenwert). Folgen Sie der CMAP-Scan auf der rechten Seite.
14. Beenden Sie die Aufzeichnung durch Anklicken der " """ "OK" Taste in der unteren rechten Ecke, wenn ein erneuter Scan erforderlich ist und Sie die Daten speichern.
    Hinweis: Beim Ausfüllen der "Legenden und Skalierung" Form ist es notwendig, die Fragezeichen zu ersetzen.

3. MScan Analysen

Hinweis: Alle nachfolgend beschriebene Software-Aktionen gelten nur für die Software und die Instrumente, die wir verwenden (siehe die Tabelle der Materialien); Diese müssen für andere Software und Hardware angepasst werden.

1. Anpassen eines Modells der CMAP-Scan
   1. Analysieren die Aufnahme offline, beginnt das Analyseprogramm und klicken auf " "O.K." ", wählen die letzte Aufnahme für die Analyse.
   2. Klicken Sie auf die " " 'Fit MScan QZD Datei "" "" MScanFit" " im Menü.
      Hinweis: Man kann stattdessen auswählen "Fit MScan auf MEM-Datei""". Es ist möglich, wählen für den Fall, dass die CMAP-Scan mit Ausrüstung anders als die hier verwendete aufgenommen wurde " "Fit MScan auf Dat (mA mV) Datei "" Alo. Siehe unten eine DAT-Datei zu erstellen.
   3. Beachten Sie, dass das Programm zunächst ein vorläufiges Modell generiert, und dann fährt fort, um die Passform zu optimieren. Ohne Benutzereingriff ist erforderlich, bis die bunten Fortschrittsbalken im Feld "Optimierung" ist abgeschlossen und die Schaltfläche " "Stop "" "ist ausgegraut.
   4. Das vorläufige Modell bietet eine erste Vermutung eines Modells, abgeleitet von der Piste und Varianz über aufeinander folgende Teile des Scans. Beachten Sie, dass das original (in schwarz) und ein Scan aus dem Modell (in Magenta) generiert nebeneinander gezeichnet werden können. Befolgen Sie das Modell und die Verbesserungen im Modell auf der Textanzeige und Alternative zeigt.
      Hinweis: Alternative anzeigen können ausgewählt werden, zu jeder Zeit entsprechend den Optionen in den "Daten Plotten',"Plot Amplituden als"und"Plot-Typ"Boxen.
   5. Führen Sie Optimierung um die Anpassung an die aufgezeichneten CMAP zu verbessern durch serielle Anpassungen an den Unterschied zwischen simulierten und aufgezeichneten CMAP Scans¹⁶zu minimieren.
      Hinweis: Dies führt mehrere Optimierungen in Folge, beginnend mit der vorläufigen Modell, wie oben beschrieben im Detail¹⁵. Steigt die Optimierung die Anzahl der Einheiten, beginnt dann der nächste Versuch zur Montage des Scans durch Generieren eines Modells mit mehr Einheiten, während die erste Optimierung verringert die Anzahl der Einheiten, der zweite Versuch mit einem Modell mit weniger Einheiten beginnt. Wenn alles gut funktioniert, Nullen das Optimierungsverfahren in auf die optimale Anzahl der Einheiten, um den Scan zu passen.
   6. Beachten Sie, dass die Optimierung Prozedur ausgeführt, die Optimierung-Panel auch einen mehrfarbige Fortschrittsbalken zeigt.
   7. Verwenden Sie verschiedene Optionen im "" Grundstück "" Feld, d. h., Isolinienplots, Fehler V N Einheiten, Modelleinheiten, kumulative Amplitude den Optimierungsprozess folgen Plotten.
      Hinweis: Die Änderungen im Modell während der Prozedur Optimierung laufend nach dem neuesten Modell und die Verbesserungen im Modell können durch verschiedene Plotten Optionen und auf dem Textdisplay verfolgt werden.
      1. Kontur-Karten
         1. Kontur-Karten, um die Genauigkeit des Modells zu bewerten, indem Sie verwischen die Punkte und generieren eine Fehlermeldung Score auf Basis der Differenz in der XY-Distributionen¹⁵zu nutzen. Wählen Sie "" Diff "" und " "Reliefkarte" " Displays zu sehen, die Unterschiede zwischen den aufgenommenen und Modell scannt CMAP als einer Höhenlinienkarte. Es sind diese Unterschiede, die der Optimierungsprozess versucht zu minimieren.
            Hinweis: "Konturkarten" ermöglicht die Wahrscheinlichkeitsdichte der Erlangung einer bestimmten Antwort mit einem bestimmten Reiz. Die Fehler-Punktzahl hängt von der Differenz zwischen der ursprünglichen und modellierten Höhenlinienkarte, und dies visualisiert werden, indem der 'Diff' Option im oberen Panel und der Kontur Handlung' 'im Bedienfeld "Plot-Typ". Die roten Linien zeigen, dass eine größere Dichte der Punkte in den Originalscan gab, und die grünen Linien mehr Punkte in der modellierten Scan geben. Differenzplot oben zeigt die Stimulus-Intensitäten bei denen größten Fehler gefunden werden.
      2. Fehler V N Einheiten
         1. Gehen Sie durch die Auswahl des Log-Log 'Fehler V N Einheiten' Grundstück Optimierung. Jeder Phase des Verfahrens Optimierung ist in einer anderen Farbe, entspricht die Balken im Bereich Optimierung' 'aufgetragen.
      3. Modelleinheiten
         1. Hiermit können Sie sehen, wie der Mittelwert CMAP Amplitude durch die Einstellung der verschiedenen Axone in das Modell hergestellt wird; der obere Teil zeigt den Gipfel Amplituden und Schwelle Verteilungen der einzelnen motorischen Einheiten.
      4. Kumulative amplitude
         1. Beachten Sie, dass die Einheiten in aufsteigender Größe, sondern als Schwelle aufgetragen werden. Die schwarze Kurve plottet die kumulative Gerätenummer, während die rote Kurve kumulative Amplitude zeigt.
2. Wenn die Optimierung abgeschlossen ist, zeigen Sie die Ergebnisse der Analyse auf die "MScanFit-Text-Anzeige". Die verfügbaren MScan Parameter, d. h., Anzahl der Einheiten, mittlere Amplitude, größte Baugröße werden auf der Textanzeige angezeigt.
3. Klicken Sie auf die " ""OK"" " im Feld "Fit in MEM Datei speichern" Speichern Sie das Modell in der MEM-Datei für weitere Analysen.

(4) CMAP Scannen MUNE mit. DAT-Dateien

Hinweis: Eine alternative und kostenlose Version der Software ermöglicht eine Analyse der CMAP Scans von anderen Geräten aufgezeichnet.

1. Generieren Sie a.DAT Datei, enthält die CMAP-Scan analysiert werden.
   Hinweis: Dies muss eine Textdatei in einem Standardformat 2-Spalte mit der reizstärke in mA in einer Spalte und CMAP Amplitude in mV in einer anderen Spalte sein.
2. Generieren einer geeignet. DAT-Datei von zwei Spalten aus einer Tabellenkalkulationsdatei in eine Text-editing-Software kopieren, und dann die Erweiterung als Benennung. DAT statt. TXT.
   1. Führen Sie alle Schritte der MScan Analyse wie oben beschrieben, nach dem eigenständigen Programm starten und Auswählen der. DAT-Datei.
3. Die Freeware-Programm, Handbuch und Probe-Daten am University College London FTP-Site zu finden (Host: 144.82.46.62, User Name: QtracW, Passwort: Hg32wK5e).

Ergebnisse

Die folgenden Ergebnisse wurden in einer aktuellen Studie, in der die MScan-Methode mit zwei etablierten Techniken verglichen wurde: mehrere Punkt Stimulation MUNE (MPS) und Motoreinheit Anzahl index (Munix)¹³. Die Ergebnisse zeigen, dass mit der in diesem Protokoll beschriebenen Technik konsistente Ergebnisse mit hervorragende Reproduzierbarkeit erreicht werden können. Die Methode kann ALS-Patienten von gesunden Kontrollpersonen in einem früheren Stadium der Kra...

Diskussion

Wichtige Schritte im Rahmen des Protokolls: MScan ist eine hoch automatisierte Verfahren, aber wie bei allen EMG Methoden sollte darauf geachtet werden, konsistente Ergebnisse zu erhalten. In der Vorbereitungsphase ist es wichtig, Entspannung, zu erreichen, da spontane Aktivität oder Bewegung Artefakte während des CMAP-Scans unechte Varianz in der CMAP einzuführen und die Generation des vorläufigen Modells verwirren.

Modifikationen und Fehlersuche: Wir fan...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
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