MUNE (MScan) - un metodo di stima (MUNE) numero di romanzo unità motore di scansione di CMAP

Riepilogo

Questo protocollo descrive un nuovo metodo per stimare il numero di unità motorie funzionanti in un muscolo, inserendo un modello ad una curva di stimolo-risposta dettagliata del potenziale di azione muscolare composto. È veloce e facile da eseguire e analizzare e ha eccellente riproducibilità.

Abstract

Come altri metodi per la stima del numero unità motore (MUNE), composto muscolare potenziale di azione (CMAP) scansione MUNE (MScan) è un metodo non-invasivo electrophysiologic per stimare il numero di unità motorie funzionanti in un muscolo. MUNE è uno strumento importante per la valutazione delle neuropatie e neuronopatie. A differenza della maggior parte dei metodi MUNE in uso, MScan valuta tutte le unità di motore in un muscolo, inserendo un modello ad una curva stimolo-risposta dettagliata o acquisizione di CMAP. Quindi evita il pregiudizio inerente a tutti i metodi MUNE basati su Estrapolando da un piccolo campione di unità. Come 'Bayesian MUNE,' MScan analisi funziona inserendo un modello, si compone di unità motorie con ampiezze diverse, soglie e variabilità di soglia, ma il metodo di montaggio è molto diverso e completato entro cinque minuti, invece di diverse ore. L'analisi off-line MScan funziona in due fasi: in primo luogo, viene generato un modello preliminare basato sul pendio e varianza dei punti nella scansione, e in secondo luogo, questo modello viene quindi raffinato regolando tutti i parametri per migliorare l'aderenza tra la scansione originale e scansioni generati dal modello.

Questo nuovo metodo è stato testato per la riproducibilità e tempo su 22 pazienti di sclerosi laterale amiotrofica (ALS) e 20 controlli sani, con ogni test di registrazione ripetuta due volte da due medici accecati. MScan ha mostrato eccellente riproducibilità intra - e inter - rater con valori di ICC di > 0,98 e un coefficiente di variazione in media 12,3 ± 1,6%. Non c'era differenza nella riproducibilità intra-rater tra i due osservatori. Tempo medio di registrazione è stato 6.27 ± 0,27 min.

Questo protocollo viene descritto come registrare una scansione CMAP e come utilizzare il software MScan per derivare una stima del numero e dimensioni delle unità motore funzionante. MScan è un metodo veloce, conveniente e riproducibile, che può essere utile nella diagnosi e monitoraggio progressione di malattia nei disordini neuromuscolari.

Introduzione

Sistema motorio movimento è dipenda sul gruppo motore, che si riferisce a una fibra del nervo motore specifica insieme le fibre muscolari che si attiva, e gruppo motore numero è il numero di cellule di corno anteriore o assoni che innervano un singolo muscolo¹. Durante i processi di denervazione e reinnervazione, assoni sani assumono il ruolo degli assoni che si perdono di germogliatura collaterale. Di conseguenza, ampiezza composta del muscolo (CMAP) del potenziale di azione non dà le informazioni necessarie circa il grado di perdita di unità motore. Ampiezza CMAP può solo iniziare a cadere quando più del 50% delle unità motorie sono persi. Allo stesso modo, la grandezza di attività spontanea anormale o cambiamenti di potenziale (MUP) gruppo motore non correla con il grado di denervazione.

Nel complesso, non esiste una tecnica elettrofisiologica che permette misure semplici, dirette del numero di unità motore. Invece, una stima del numero di unità motore (MUNE) viene utilizzata per valutare più bassa del neurone di motore perdita². Sono stati sviluppati diversi metodi MUNE dato che l'attuazione del primo metodo, stimolazione incrementale MUNE, che è stato introdotto nel 1971 da McComas³. Maggior parte dei metodi sono stata basata su misura diversi potenziali di superficie-registrato unità di motore (sMUP) e dividendo il massimo CMAP dall'ampiezza media sMUP. Tali metodi includono la stimolazione incrementale⁴, più punto di stimolazione (MPS)⁵e spike-innescato in media⁶. Altri metodi MUNE hanno utilizzato tecniche statistiche basate sulla natura probabilistica dell'infornamento di un gruppo motore in risposta a stimolo^7,8,9,10. Questa variabilità significa che diverse combinazioni di unità motorie di infornamento conduce alla variabilità delle dimensioni delle risposte CMAP. Unità motore numero indice (Kristal) è che più recentemente introdotto il metodo, che utilizza i pattern di interferenza della superficie registrati durante le contrazioni volontarie per stimare le dimensioni medie di sMUP^11,12.

Questi metodi MUNE che tutti soffrono di una o più limitazioni, quali la presenza di soggettività, dipendenza assoluta ampiezza CMAP, bias nella selezione delle unità, il lungo tempo necessario per esempio abbastanza unità o i tempi lunghi necessari per analizzare i risultati. Un nuovo metodo MUNE recentemente è stato sviluppato, 'CMAP scansione MUNE' (MScan), per superare queste limitazioni¹³. Questo metodo evita i problemi inerenti a selezione unità, tenendo conto del contributo di tutte le unità per il CMAP, come misurato in una curva stimolo-risposta dettagliata o CMAP scansione^14,15. Si evita anche il tempo di analisi estesa di un metodo simile, montaggio di modello^9,10, utilizzando nuovi algoritmi¹⁶. In uno studio recente, la riproducibilità di MScan nello stimare il numero di unità motorie era meglio di due metodi più tradizionali, MPS MUNE e Peppe¹³. Inoltre, MScan potrebbe mostrare perdita di unità motore nelle fasi precedenti di sclerosi laterale amiotrofica (ALS) di MPS MUNE e Kristal. MScan era più veloce di MPS MUNE e veloce come peppe¹³.

Questo articolo descrive in dettaglio la metodologia di MScan. Essa riassume anche precedentemente segnalate intra - e inter - rater riproducibilità del MScan in pazienti con ALS e controllo sano soggetti¹³, che può consentire al lettore di giudicare se il metodo sarebbe appropriato per un studio previsto.

Protocollo

Tutti i soggetti devono dare il loro consenso scritto prima dell'esame, e il protocollo di registrazione deve essere approvato dal Board revisione etica locale appropriato. Tutti i metodi descritti qui sono stati approvati dal comitato etico scientifico regionale e l'Agenzia danese per la protezione dei dati.

Nota: Le registrazioni sono effettuate con il protocollo di registrazione "TRONDNF" , che è una parte del software (Vedi la tabella materiali). Altre attrezzature usate sono uno stimolatore bipolare, un eliminatore di rumore di 50 Hz, un amplificatore e un analogico-digitale (A/D) Pensione (anche consigliato è un amplificatore audio per il feedback dell'attività di elettromiografia (EMG) e un muting casella per tagliare il suono durante stimolazione elettrica). Numero di unità a motore stima dal metodo MScan prevede tre fasi: 1) preparazione del soggetto (per quanto riguarda gli studi eccitabilità del nervo), 2) registrazione della scansione CMAP e 3) analizzare i risultati con MScan software. La procedura di registrazione descritta di seguito è specifica per il software e gli strumenti che utilizziamo (Vedi la Tabella materiali); questi dovranno essere adattati per altri software e hardware.

1. preparazione del soggetto

1. Schermo i soggetti per garantire che non hanno alcuna storia di disordini del sistema nervoso (neuropatia e sindrome del tunnel carpale), diverso dal gruppo di malattia che sarà studiato.
2. Indicare l'argomento in dettaglio circa gli esami e richiesta di consenso scritto.
   1. Informare il soggetto che quando verrà avviata la registrazione, la potenza sarà gradualmente aumentata fino ad un massimo seguito da una graduale diminuzione, e gli esami avranno circa 5-6 min.
   2. Spiegare che il soggetto avvertirà una sensazione di solletico in mano e le dita.
   3. Informare il soggetto che il potere può essere spento immediatamente in qualsiasi momento durante la registrazione, se il soggetto si sente troppo disagio.
3. Pulire il soggetto'la mano e dell'avambraccio con pelle prep gel e alcool.
4. Posizionare l'elettrodo di registrazione attiva sopra il muscolo abduttore breve e l'elettrodo di riferimento su articolazione metacarpo-falangea del pollice (Figura 1).
5. Posizionare un elettrodo a terra sul dorsum della mano.
6. Collegare questi elettrodi per il pre-amplificatore (Figura 1).
7. Nastro dita per eliminare il rumore e artefatti a causa di movimento volontario (Figura 1).
8. Mantenere la temperatura della pelle tra 32 ° C e 36 ° C con una lampada di riscaldamento.

2. registrazione della scansione CMAP

Nota: Tutte le azioni di software descritte di seguito sono specifiche per il software e gli strumenti che utilizziamo (Vedi la Tabella materiali); questi dovranno essere adattati per altri software e hardware.

1. Avviare il sistema semi-automatico computerizzato.
2. Selezionare il protocollo di registrazione 'MScan-R' dal modulo 'Selezionare il protocollo di registrazione'.
3. Accettare le impostazioni predefinite per il pre-amplificatore e lo stimolatore.
4. Il modulo 'Seleziona i parametri di registrazione', immettere nella casella 'File di Output' un prefisso operatore 2 o 3 lettere, quindi fare clic sul pulsante o. k." ".
5. Quando il programma Visualizza l'input Raw EMG, selezionare entrambi i parametri di 'MScan' (passo di scansione, intervallo di interstimulus e larghezza di stimolo) manualmente, o accettare i parametri di default: larghezza di stimolo di 0.2 ms, passo di scansione dello 0,2% e interstimulus intervallo di 0,5 s. Clicca su " "" OK o premere il tasto di Escape" "" per continuare.
   Nota: I parametri di default sono stati accettati in questo studio. Impostazioni del filtro sono stati 3 Hz-3 kHz.
6. Posto un elettrodo stimolante bipolare riposizionabile sul nervo mediano al polso per trovare il sito della soglia minima. Fare clic su " "" di OK per iniziare la stimolazione.
7. La schermata successiva mostra lo stimolo (inizialmente 15% di potenza massima) e la risposta di EMG; regolare la posizione dell'elettrodo per trovare il sito della soglia minima (cioè più grande risposta). Regolare la posizione degli elettrodi di registrazione se necessario per garantire che la forma del CMAP è difasica con un singolo picco, se possibile. Se necessario, regolare la forza di stimolo con l'inserto' 'e '' Elimina chiavi. Quindi, fare clic su " "OK" per continuare.
8. Viene visualizzata la finestra di risposta 'Modificata', con 'finestra', in cui la risposta è misurata, indicato dalla linea orizzontale magenta. Assicurarsi che la linea verde corta prima della finestra (indica la linea di base) è una linea piatta tra elemento di stimolo e risposta. Se necessario, impostare l'inizio finestra premendo il pulsante destro del mouse, trascinare il cursore verso destra e quindi rilasciare il pulsante per la fine della finestra.
   Nota: Altezza del picco CMAP è misurata dalla linea di base al picco verso l'alto all'interno della finestra ed è indicata dalla linea blu verticale.
   Fare clic su " "OK" " per continuare.
9. Sostituire l'elettrodo riposizionabile con un adesivo non polarizzabile stimolando elettrodo catodo e posizionare un anodo 2 cm prossimalmente lungo il nervo mediano; traccia di fondo Mostra ora ad alto guadagno EMG. Incoraggiare il soggetto a trovare la posizione più rilassata per loro mano per ridurre l'attività spontanea. Fare clic su " "OK" " per continuare.
10. Aumentare l'intensità dello stimolo manualmente premendo il tasto Insert" "fino a quando lo stimolo attuale è superiore al livello per la massima ampiezza di CMAP; in primo luogo, aumentare di passaggi del 3% in intensità dello stimolo e quindi per le regolazioni fini usare passi dell'1%.
11. Controllare la misura di finestra e picco prima di cliccare sul pulsante OK" "per avviare la scansione CMAP.
12. Si noti che, dopo le risposte agli stimoli di 20 sopramassimale (pre-scansioni) sono state registrate, l'intensità dello stimolo viene automaticamente ridotta a piccoli passi, da stimolazione sopramassimale fino a quando non c'è più una risposta motoria distinguibile, quindi un ulteriore insieme di 20 CMAPs (post-scansioni) viene registrata.
    Nota: I dati vengono tracciati come una scansione di 'CMAP', o una curva di risposta dettagliata stimolo con l'ampiezza della risposta motore sull'asse y e stimolo intensità sull'asse x. In soggetti sani, questo crea una curva a forma di S, mentre nei pazienti con riduzione del numero delle unità motorie, come in ALS, la curva si sviluppa un aspetto con gradino (Figura 2).
13. Si noti che oltre al feedback ottenuto dalla casella di muting, è possibile controllare nel pannello centrale sul lato sinistro, se il soggetto è rilassato. Guardate il CMAP (modificato) sul pannello superiore sinistro e sul pannello in basso a sinistra, la diminuzione nell'intensità di stimolo (soglia). Seguire la scansione di CMAP sul lato destro.
14. Finire la registrazione cliccando sulla "OK" in basso a destra a meno che un'esplorazione di ripetizione è necessaria e salvare i dati.
    Nota: Al momento di compilare il 'Leggende e ridimensionamento' forma è necessario sostituire tutti i punti interrogativi.

3. MScan analisi

Nota: Tutte le azioni di software descritte di seguito sono specifiche per il software e gli strumenti che utilizziamo (Vedi la Tabella materiali); questi dovranno essere adattati per altri software e hardware.

1. Misura un modello per la scansione CMAP
   1. Per analizzare l'avvio di registrazione non in linea, il programma di analisi e clicca su " "o. k." per selezionare il l'ultima registrazione per analisi.
   2. Fare clic sulla "selezionare 'file Fit MScan QZD" dal menu "MScanFit" .
      Nota: Uno può selezionare invece " "Fit MScan su file MEM". È possibile selezionare " "Fit MScan il file dat (mA mV)" nel caso in cui la scansione di CMAP è stato registrato con equipaggiamento diverso da quello utilizzato qui alo. Vedere di seguito come creare un file DAT.
   3. Osservare che il programma genera prima un modello preliminare e poi va per ottimizzare la calzata. Fino a quando la barra di avanzamento multicolori nella casella 'Ottimizzazione' è completa e il pulsante di " "" Stop è disattivato, è necessario alcun intervento utente.
   4. Il modello preliminare fornisce una prima ipotesi di un modello, derivato dal pendio e varianza sopra parti successive della scansione. Si noti che la scansione originale (in nero) e una scansione generate dal modello (in magenta) possono essere tracciate fianco a fianco. Seguire il modello e miglioramenti nel modello sul display di testo e altri tipi di visualizzazione.
      Nota: Il display alternativi possono essere selezionate in qualsiasi tempo secondo le opzioni nei 'Dati per tracciare,' caselle 'Plot tipo' e 'Ampiezze di trama come'.
   5. Eseguire l'ottimizzazione per migliorare la vestibilità per il CMAP registrato regolando seriale per ridurre al minimo la differenza tra il simulato e registrato CMAP scansioni¹⁶.
      Nota: Questo viene eseguito diverse ottimizzazioni in successione, a partire con il modello preliminare, come precedentemente descritto in dettaglio¹⁵. Se l'ottimizzazione aumenta il numero di unità, quindi il tentativo successivo di montaggio la scansione inizia generando un modello con più unità, mentre se l'ottimizzazione prima ridotto il numero di unità, il secondo tentativo comincia con un modello con meno unità. Se tutto funziona bene, la procedura di ottimizzazione zeri sul miglior numero di unità per adattare la scansione.
   6. Si noti che, quando si esegue la procedura di ottimizzazione, il pannello di ottimizzazione Mostra anche un indicatore di stato multi-colored.
   7. Utilizzare diverse opzioni di stampa presso la casella di tipo "" "trama, cioè, curve di livello, errore v N unità, unità del modello, ampiezza cumulativo per seguire il processo di ottimizzazione.
      Nota: Le modifiche nel modello durante la procedura di ottimizzazione vengono continuamente aggiornate secondo l'ultimo modello e i miglioramenti nel modello possono essere seguiti da diverse opzioni di stampa e la visualizzazione del testo.
      1. Mappe di contorno
         1. Utilizzare mappe di contorno per valutare la precisione del modello sfocando i punti e generando un punteggio di errore sulla base della differenza nel x-y distribuzioni¹⁵. Diff di selezionare "" e "contorno mappa" display per vedere le differenze tra il modello e registrato CMAP analizza come una mappa del contorno. Sono queste differenze che tenta di ridurre al minimo il processo di ottimizzazione.
            Nota: 'Mappe' consente la densità di probabilità di ottenere una risposta data con un dato stimolo. Il Punteggio di errore dipende dalla differenza tra la mappa di contorno originale e modellata, e questo può essere visualizzato selezionando il pannello di 'Diff' opzione nella parte superiore e la trama di contorno' 'nel riquadro tipo di trama. Le linee rosse indicano che c'era una maggior densità di punti nella scansione originale, e le linee verdi indicano più punti nella scansione modellata. La trama di differenza nella parte superiore indica le intensità di stimolo in cui si trovano i più grandi errori.
      2. Unità v N errore
         1. Seguire la procedura di ottimizzazione selezionando il registro-registro 'trama di errore v N unità' . Ogni fase della procedura di ottimizzazione è rappresentato graficamente in un colore diverso, corrispondenti alle barre nel pannello ottimizzazione' '.
      3. Unità del modello
         1. Utilizzare questo per vedere come la media ampiezza CMAP si compone con l'assunzione di diversi assoni nel modello; la parte superiore mostra le ampiezze di picco e distribuzioni di soglia delle singole unità motorie.
      4. Cumulativo ampiezza
         1. Si noti che le unità vengono tracciate in ordine crescente di dimensioni, piuttosto che di soglia. La curva nera viene tracciato il numero cumulativo di unità, mentre la curva rossa Mostra ampiezza cumulativo.
2. Una volta completato il processo di ottimizzazione, è possibile visualizzare i risultati dell'analisi sul 'MScanFit testo display'. Parametri disponibili MScan, cioè, numero di unità, ampiezza mediana, più grandi dimensioni dell'unità sono mostrati sul display di testo.
3. Fare clic sulla "" OK nella casella 'Salva fit per file MEM' per salvare il modello nel file MEM per ulteriori analisi.

4. CMAP scansione MUNE utilizzando. File DAT

Nota: Una versione alternativa e gratuita del software permette l'analisi di CMAP scansioni registrate da altri apparecchi.

1. Generare il file a.DAT contenente la scansione CMAP per essere analizzati.
   Nota: Questo deve essere un file di testo in un formato standard 2-colonna, con l'intensità di stimolo in mA in una sola colonna e ampiezza CMAP in mV in un'altra colonna.
2. Generare un adatto. File DAT copiando due colonne da un file di foglio di calcolo in un software di editing di testo, e quindi che designa l'estensione come. DAT anziché. TXT.
   1. Eseguire tutti i passaggi dell'analisi MScan come descritto in precedenza, dopo l'avvio del programma stand-alone e selezionando il. File DAT.
3. Trovare i dati di programma, manuale e campione di freeware sul sito FTP di University College London (Host: 144.82.46.62, nome utente: QtracW, Password: Hg32wK5e).

Risultati

I seguenti risultati sono stati ottenuti in uno studio recente, in cui il metodo MScan è stato confrontato con due tecniche: più punto di stimolazione MUNE (MPS) e gruppo motore numero indice (Kristal)¹³. I risultati mostrano che con la tecnica descritta in questo protocollo, si possono conseguire risultati coerenti con eccellente riproducibilità. Il metodo può differenziare i pazienti di ALS dai comandi sani nelle fasi iniziali della malattia a CMAP ed è faci...

Discussione

Fasi critiche all'interno del protocollo: MScan è una procedura altamente automatizzata, ma come con tutti i metodi di EMG, si dovrebbe prestare attenzione per ottenere risultati coerenti. Nella fase di preparazione, è importante raggiungere un rilassamento, poiché manufatti di attività o movimento spontanei durante la scansione CMAP introducono spuria varianza nel CMAP e confondono la generazione del modello preliminare.

Modifiche e la risoluzione dei problemi:

Materiali

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