CMAP exploración MUNE (MScan) - un método de estimación (MUNE) número de unidad de Motor nuevo

Resumen

Este protocolo describe un nuevo método para estimar el número de unidades motoras de funcionamiento en un músculo, por un modelo a una curva de estímulo-respuesta detallada del potencial de acción muscular compuesto. Es rápido y fácil de realizar y analizar y tiene excelente reproducibilidad.

Resumen

Como otros métodos para la estimación de número de unidad motora (MUNE), compuesto musculares potencial de acción (CMAP) MUNE (MScan) es un método electrofisiológico no invasivo para estimar el número de unidades motoras de funcionamiento en un músculo. MUNE es una herramienta importante para la evaluación de las neuropatías y los neuronopathies. A diferencia de la mayoría de los métodos MUNE en uso, MScan evalúa todas las unidades motoras de un músculo, por un modelo a una curva de estímulo-respuesta detallada, o exploración de CMAP. Así se evita el sesgo inherente en todos los métodos MUNE basados en la extrapolación de una muestra pequeña de unidades. Como 'Bayesiano MUNE,' MScan obras de análisis de un modelo, compuesto de unidades motoras con diferentes amplitudes, umbrales y variabilidades de umbral, pero el método de ajuste es absolutamente diferente y terminado dentro de cinco minutos, en lugar de varias horas. El análisis off-line MScan trabaja en dos etapas: en primer lugar, se genera un modelo preliminar basado en la pendiente y la variación de los puntos de la exploración, y en segundo lugar, este modelo se refina después ajustando todos los parámetros para mejorar el ajuste entre la exploración original y generada por el modelo de análisis.

Este nuevo método ha sido probado para la reproducibilidad y grabación en 22 pacientes de esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y 20 controles sanos, con cada prueba repetida dos veces por dos médicos cegados. MScan demostró intra - y inter - rater reproducibilidad excelente con valores de ICC de > 0.98 y un coeficiente de variación con un promedio de 12,3 ± 1,6%. No hubo diferencias en la reproducibilidad intra-evaluador entre los dos observadores. Tiempo promedio de grabación fue de ± 6.27 min 0,27.

Este protocolo describe cómo realizar una exploración CMAP y cómo utilizar el software MScan para derivar una estimación del número y tamaño de las unidades motoras funcionamiento. MScan es un método rápido, cómodo y reproducible, que puede ser útil en diagnosis y vigilancia progresión de la enfermedad en trastornos neuromusculares.

Introducción

Movimiento del sistema motor es dependiente de la unidad motora, que se refiere a una fibra nerviosa motora individual junto con las fibras del músculo que activa, y número de la unidad motora es el número de células de cuerno anterior o axones que inervan un único músculo¹. Durante los procesos de denervación y reinervación, axones sanos asumen el papel de axones que se pierden por brote colateral. Por lo tanto, amplitud del potencial de acción (CMAP) muscular compuesto no da la información necesaria sobre el grado de pérdida de la unidad de motor. Amplitud CMAP sólo puede empezar a caer cuando se pierden más del 50% de unidades motoras. Del mismo modo, la magnitud de la actividad espontánea anormal o cambios de potencial (MUP) de la unidad de motor no se correlaciona con el grado de denervación.

En general, no hay ninguna técnica electrofisiológica que permite la medición simple y directa de número de la unidad de motor. Por el contrario, una estimación del número de unidad motora (MUNE) se utiliza para evaluar pérdida de neurona motora inferior². Se han desarrollado varios métodos MUNE desde la aplicación del primer método, estimulación incremental MUNE, que fue introducido en 1971 por McComas³. Mayoría de los métodos se han basado en la medición de potenciales de unidad de motor superficie registró varios (sMUP) y dividiendo el CMAP máxima por la amplitud promedio sMUP. Tales métodos incluyen estimulación incremental⁴, múltiples punto de estimulación (MPS)⁵y ha disparado la espiga promedio⁶. Otros métodos MUNE han utilizado técnicas estadísticas basadas en la naturaleza probabilística de los disparos de una unidad motora en respuesta a un estímulo^7,8,9,10. Esta variabilidad significa que diferentes combinaciones de unidades motoras de la leña conduce a la variabilidad en el tamaño de las respuestas CMAP. Índice de número de unidad motora (Munix) es el que más recientemente introducido método, que utiliza los patrones de interferencia superficial registrados durante contracciones voluntarias para estimar el tamaño promedio de sMUP^11,12.

Estos métodos MUNE que todos sufren de una o más limitaciones, como la presencia de la subjetividad, dependencia absoluta amplitud CMAP, sesgo en la selección de unidades, el tiempo necesario a bastantes unidades de la muestra o el tiempo necesario para analizar los resultados. Un nuevo método MUNE se ha desarrollado recientemente, 'CMAP de exploración MUNE' (MScan), para superar estas limitaciones¹³. Este método evita los problemas inherentes a la selección de la unidad teniendo en cuenta la contribución de todas las unidades para el CMAP, medida en una curva de estímulo-respuesta detallada o CMAP exploración^14,15. También se evita el tiempo de análisis extendido de un método similar, ajuste de modelo^9,10, mediante el uso de nuevos algoritmos¹⁶. En un estudio reciente, la reproducibilidad del MScan en estimar el número de unidades motoras fue mejor que los dos métodos más tradicionales, MPS MUNE y Munix¹³. Además, MScan podría mostrar pérdida de la unidad de motor en etapas tempranas de la Esclerosis Lateral Amiotrófica (ELA) que MPS MUNE y Munix. MScan fue más rápido que el MPS MUNE y tan rápido como Munix¹³.

Este documento describe la metodología del MScan detalladamente. También resume la previamente divulgada intra - y inter - rater reproducibilidad del MScan en pacientes con ELA y control sano temas¹³, que permitan al lector juzgar si el método sería apropiado para un estudio planificado.

Protocolo

Todos los temas deben dar su consentimiento por escrito antes de la examinación, y el protocolo de grabación debe ser aprobado por el tablero de revisión ética local apropiado. Todos los métodos aquí descritos fueron aprobados por el Comité Regional de Ética científica y la Agencia de protección de datos de danés.

Nota: Las grabaciones se hacen con el protocolo de grabación ''TRONDNF'' , que es una parte del software (véase la tabla de materiales). Otro equipo utilizado es un estimulador bipolar, un eliminador de ruido de 50 Hz, un amplificador y un analógico a digital (A/D) Junta Directiva (también es un amplificador de audio para la retroalimentación de la actividad del electromiograma (EMG), y un silenciamiento de la caja para cortar el sonido durante estimulación eléctrica). Número de la unidad de motor estimación por el método de MScan implica tres etapas: 1) preparación de la materia (en cuanto a estudios de excitabilidad del nervio), 2) grabación de la exploración del CMAP y 3) analizando los resultados con MScan software. El procedimiento de grabación se describe a continuación es específico para el software y los instrumentos que utilizamos (véase la Tabla de materiales); estos tendrán que ser adaptadas para otros software y hardware.

1. preparación de la asignatura

1. Pantalla de los sujetos para asegurarse que no tengan antecedentes de trastornos del sistema nervioso (especialmente neuropatía y síndrome del túnel carpiano), excepto el grupo de enfermedades que será investigado.
2. Indicar al tema en detalle sobre los exámenes y solicitud de consentimiento por escrito.
   1. Informar al sujeto que cuando se inicia la grabación, el poder gradualmente se incrementará a un máximo, seguido por una disminución gradual, y los exámenes llevará a unos 5-6 minutos.
   2. Explicar que el sujeto va a experimentar una sensación de cosquilleo en la mano y dedos.
   3. Informar al sujeto que el poder puede ser apagado inmediatamente en cualquier momento durante la grabación, si el sujeto siente demasiado malestar.
3. Limpiar el tema's mano y antebrazo con piel preparación gel y alcohol.
4. Coloque el electrodo de registro activo sobre el músculo abductor pollicis brevis y el electrodo de referencia en la articulación articulaciones metacarpo-falángicas del pulgar (figura 1).
5. Colocar un electrodo de tierra en el dorso de la mano.
6. Conecte los electrodos para el amplificador de potencia (figura 1).
7. Cinta de los dedos para eliminar el ruido y artefactos debido al movimiento voluntario (figura 1).
8. Mantener la temperatura de la piel entre 32 ° C y 36 ° C con una lámpara de calentamiento.

2. grabación de la exploración CMAP

Nota: Todas las acciones de software se describen a continuación son específicas para el software y los instrumentos que utilizamos (véase la Tabla de materiales); estos tendrán que ser adaptadas para otros software y hardware.

1. Iniciar el sistema semi-automático computarizado.
2. Seleccionar el protocolo de grabación de 'MScan-R' de la forma 'Seleccione el protocolo de grabación'.
3. Aceptar la configuración predeterminada para el preamplificador y el estimulador.
4. En la forma 'Seleccionar parámetros de grabación', introduzca en el cuadro de 'Archivo de salida' un prefijo de operador de 2 o 3 letras y, a continuación, haga clic en el botón de OK'' ''.
5. Cuando el programa muestra la entrada de crudo EMG, seleccione cualquiera de los dos parámetros de 'MScan' (paso de exploración interstimulus intervalo y ancho estímulo) manualmente, o aceptar los parámetros por defecto: ancho de estímulo de 0.2ms, paso de la exploración del 0,2% y del interstimulus intervalo de 0.5 s. Haga clic en '''' de OK o pulse la tecla de Escape'' ''para continuar.
   Nota: Los parámetros por defecto fueron aceptados en este estudio. Configuración del filtro fueron 3 Hz-3 kHz.
6. Colocar un electrodo de estimulación bipolar reposicionable sobre el nervio mediano en la muñeca para encontrar el sitio de umbral más bajo. Haga clic en '''' OK para iniciar la estimulación.
7. La pantalla siguiente muestra el estímulo (inicialmente salida máximo 15%) y la respuesta EMG; Ajuste la posición del electrodo para encontrar sitio de umbral más bajo (es decir, mayor respuesta). Ajustar la posición de los electrodos de la grabación si es necesario para asegurar que la forma de la CMAP es difásico con un solo pico, si es posible. Si es necesario, ajustar fuerza de estímulo con el parte movible' 'y '' de eliminar claves. A continuación, haga clic en '''' aceptar para continuar.
8. Aparece respuesta 'Modificado', con 'ventana', en la que se mide respuesta, indicado por la línea horizontal de magenta. Asegúrese de que la línea verde corta antes de la ventana (indica la línea de base) es una línea plana entre el artefacto de estímulo y respuesta. Si es necesario, establece el inicio de la ventana presionando el botón derecho del ratón, arrastre el cursor hacia la derecha y luego suelte el botón de final de la ventana.
   Nota: Altura del pico CMAP se mide desde la base hasta el pico hacia arriba dentro de la ventana y se indica por la línea azul vertical.
   OK Haga clic en '''' para continuar.
9. Reemplazar el electrodo reposicionable con un pegamento no-polarizable estimulante de electrodo de cátodo y colocar un ánodo 2 cm proximalmente a lo largo del nervio mediano; rastro de la parte inferior muestra alta ganancia EMG. Fomentar el tema para encontrar la posición más relajada de la mano reducir al mínimo la actividad espontánea. OK Haga clic en '''' para continuar.
10. Aumentar la intensidad del estímulo manualmente pulsando la tecla de Insert'' ''hasta que el estímulo actual está por encima del nivel de la máxima amplitud de CMAP; en primer lugar, incrementar por pasos de 3% en la intensidad del estímulo y luego para ajustes finos pasos de uso del 1%.
11. Comprobar la medida de la ventana y pico antes de hacer clic en el botón de OK'' ''para iniciar análisis CMAP.
12. Tenga en cuenta que después se registran las respuestas a los estímulos supramaximal 20 (previo análisis), la intensidad del estímulo se disminuye automáticamente en pasos pequeños, de la estimulación supramaximal hasta que ya no hay una respuesta de motor discernible, a continuación, un conjunto adicional de 20 CMAPs (exploraciones posteriores) se registra.
    Nota: Los datos se representan gráficamente como una exploración de la 'CMAP', o una curva de respuesta de estímulo detallada con la amplitud de la respuesta de motor en el eje y y estímulo de intensidad en el eje x. En sujetos sanos, esto crea una curva en forma de S, mientras que en pacientes con reducido número de unidades motoras, como en ALS, la curva desarrolla un aspecto escalonado (figura 2).
13. Observe que además de la regeneración lograda de la caja de sonido, es posible comprobar en el panel central del lado izquierdo si el sujeto está relajado. Mirar el CMAP (modificado) en el panel superior izquierdo y en el panel inferior izquierdo, la disminución de la intensidad del estímulo (umbral). Siga la exploración de CMAP en el lado derecho.
14. Terminar la grabación haciendo clic en el "OK'' en la esquina inferior derecha a menos que una exploración de la repetición es necesaria y guardar los datos.
    Nota: Al terminar el 'Leyendas y escalamiento' forma es necesario cambiar todos los signos de interrogación.

3. MScan análisis

Nota: Todas las acciones de software se describen a continuación son específicas para el software y los instrumentos que utilizamos (véase la Tabla de materiales); estos tendrán que ser adaptadas para otros software y hardware.

1. Un modelo para el análisis CMAP
   1. Para analizar el inicio de grabación fuera de línea, el programa de análisis y haga clic en '''' OK para seleccionar la última grabación para el análisis de.
   2. Haga clic en el ''seleccionar 'archivo ajuste MScan QZD'' ''MScanFit'' menú.
      Nota: Uno puede seleccionar ''MScan caben en el archivo"de MEM. Es alo posible seleccionar ''MScan caben en el archivo de dat (mA mV)" en el caso de la exploración de CMAP fue grabada con equipo diferente de la utilizada aquí. Vea a continuación cómo crear un archivo DAT.
   3. Observe que el programa genera en primer lugar un modelo preliminar y luego va a optimizar el ajuste. Intervención del usuario no es requerida hasta que la barra de progreso de varios colores en el cuadro de 'Optimización' es completa y el botón de '''' de parada está atenuado.
   4. El modelo preliminar proporciona una primera suposición de un modelo, derivado de la pendiente y la varianza en partes sucesivas de la exploración. Tenga en cuenta que el original scan (en negro) y un análisis generados por el modelo (en magenta) pueden ser trazados al lado. Siga el modelo y las mejoras en el modelo de la pantalla de texto y muestra alternativa.
      Nota: Muestra alternativa puede seleccionarse en cualquier tiempo según las opciones de los datos a la trama, 'Parcela amplitudes como' y 'Parcela tipo' cajas.
   5. Realizar optimización para mejorar el ajuste a la CMAP registrada haciendo serie ajustes para reducir al mínimo la diferencia entre el simulado y grabado CMAP exploraciones¹⁶.
      Nota: Esto funciona varias optimizaciones en sucesión, empezando por el modelo preliminar, como se ha descrito en detalle¹⁵. Si la optimización aumenta el número de unidades, entonces la tentativa siguiente en la exploración de fijación comienza por generar un modelo con más unidades, mientras que si la primera optimización reduce el número de unidades, el segundo intento comienza con un modelo con menos unidades. Si todo funciona bien, el procedimiento de optimización ceros el mejor número de unidades para el análisis.
   6. Observe que cuando se ejecuta el procedimiento de optimización, el panel de optimización también muestra una barra de progreso de varios colores.
   7. Utilizar diferentes opciones de trazado en el cuadro de tipo'' ''parcela, es decir, gráficos de contorno, error v N unidades, unidades del modelo, amplitud acumulado para seguir el proceso de optimización.
      Nota: Los cambios en el modelo durante el procedimiento de optimización se actualizan continuamente según el último modelo y las mejoras en el modelo se pueden seguir por las diferentes opciones de trazado y en la pantalla de texto.
      1. Mapas de contorno
         1. Utilizar mapas de contorno para determinar la exactitud del modelo borrando los puntos y generando una puntuación de error basada en la diferencia en las distribuciones de x-y¹⁵. Diff de SELECT '''' y ''mapa de contorno de'' pantallas para ver las diferencias entre el grabado y el modelo analiza el CMAP como un mapa de contorno. Es estas diferencias que el proceso de optimización intenta reducir al mínimo.
            Nota: 'Mapas de contorno' permite la densidad de la probabilidad de obtener una respuesta determinada con un estímulo dado. La puntuación de error depende de la diferencia entre el mapa de contorno original y modelado, y esto puede visualizarse seleccionando el panel de 'opción Diff' en la parte superior y la trama de contorno' 'en el panel de tipo de trama. Las líneas rojas indican que hubo una mayor densidad de puntos en el análisis original, y las líneas verdes indican puntos más en la exploración del modelado. La trama de la diferencia en la parte superior indica las intensidades del estímulo en el cual se encuentran los errores más grandes.
      2. Unidades de v N error
         1. Siga el procedimiento de optimización seleccionando el registro de log 'trama de Error v N unidades' . Cada etapa del procedimiento de optimización está trazada en un color diferente, correspondiente a las barras en el panel de optimización' '.
      3. Unidades del modelo
         1. Usar esto para ver cómo la media amplitud CMAP se compone mediante la contratación de los diferentes axones en el modelo; la parte superior muestra las amplitudes de pico y distribuciones de umbral de las unidades motoras individuales.
      4. Amplitud acumulado
         1. Tenga en cuenta que las unidades se representan gráficamente en orden creciente de tamaño, en lugar de umbral. La curva negra parcelas el número acumulativo de la unidad, mientras que la curva roja muestra la amplitud acumulada.
2. El proceso de optimización completo, vea los resultados del análisis en la 'pantalla de texto MScanFit'. Los parámetros MScan disponibles, es decir, número de unidades de mediana amplitud, mayor tamaño de la unidad aparecen en la pantalla de texto.
3. Haga clic en el "botón OK'' en el cuadro 'Guardar ajuste MEM archivo' para guardar el modelo en el archivo MEM para análisis adicionales.

4. CMAP escanear utilizando MUNE. Archivos DAT

Nota: Una versión alternativa y libre del software permite realizar análisis de CMAP analiza registró por otro equipo.

1. Generar archivo a.DAT que contiene la exploración CMAP para ser analizados.
   Nota: Esto debe ser un archivo de texto en un formato estándar de 2 columnas, con la intensidad del estímulo en amplitud CMAP en mV en otra columna y mA en una columna.
2. Generar un adecuado. Copia de dos columnas de un archivo de hoja de cálculo en un software de edición de texto y luego designar la extensión como archivo DAT. DAT en vez de. TXT.
   1. Todos los otros pasos del análisis MScan como se describió anteriormente, después de comenzar el programa y seleccionar el. Archivo DAT.
3. Encontrar los datos de programa, manual y muestra de freeware en el sitio de la Universidad College London FTP (Host: 144.82.46.62, nombre de usuario: QtracW, contraseña: Hg32wK5e).

Resultados

Los siguientes resultados fueron obtenidos en un estudio reciente, en que se comparó el método MScan con dos técnicas establecidas: estimulación por puntos múltiples MUNE (MPS) y la unidad de motor número índice (Munix)¹³. Los resultados muestran que con la técnica descrita en el presente Protocolo, se pueden lograr resultados consistentes con excelente reproducibilidad. El método puede distinguir a pacientes de ALS de controles sanos en una etapa más tem...

Discusión

Pasos críticos dentro del Protocolo: MScan es un procedimiento altamente automatizado, pero como con todos los métodos de EMG, se debe tener cuidado para obtener resultados consistentes. En la etapa de preparación, es importante lograr la relajación, desde artefactos de movimiento o actividad espontáneas durante la exploración CMAP introducen variación espurio en el CMAP y confundir la generación del modelo preliminar.

Modificaciones y resolución de problemas:...

Materiales

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