CMAP Scan MUNE (MScan) - um método de estimativa (MUNE) número de romance da unidade do Motor

Resumo

Este protocolo descreve um novo método para calcular o número de funcionamento de unidades motoras em um músculo, por um modelo de uma curva de estímulo-resposta detalhada do potencial de ação muscular composto de encaixe. É rápido e fácil de executar e analisar e tem excelente reprodutibilidade.

Resumo

Como outros métodos para a estimativa de número de unidade motora (MUNE), composto muscular potencial de ação (CMAP) scan MUNE (MScan) é um método eletrofisiológico invasivo para estimar o número de funcionamento de unidades motoras em um músculo. MUNE é uma importante ferramenta para a avaliação de neuropatias e neuronopathies. Ao contrário da maioria dos métodos MUNE em uso, MScan avalia todas as unidades motoras em um músculo, por um modelo de uma curva de estímulo-resposta detalhada de encaixe, ou digitalizar CMAP. Assim, evita o viés inerente em todos os métodos MUNE baseados na extrapolação de uma pequena amostra das unidades. Como 'Bayesian MUNE,' trabalhos de análise MScan encaixando um modelo, composta de unidades motoras com diferentes amplitudes, limites e variabilidades de limite, mas o método de montagem é bem diferente e concluído dentro de cinco minutos, ao invés de várias horas. A análise off-line MScan funciona em duas etapas: primeiro, um modelo preliminar é gerado com base na inclinação e variação dos pontos de verificação, e em segundo lugar, este modelo é refinado, ajustando todos os parâmetros para melhorar o ajuste entre a imagem original e exames gerados pelo modelo.

Este novo método foi testado para a reprodutibilidade e tempo em 22 pacientes de esclerose lateral amiotrófica (ela) e 20 controles saudáveis, com cada teste de gravação repetida duas vezes por dois médicos cegos. MScan mostrou intra e inter rater reprodutibilidade excelente com valores de ICC de > 0,98 e um coeficiente de variação média de 12,3 ± 1,6%. Não houve diferença na reprodutibilidade intra-avaliador entre os dois observadores. Tempo de gravação média foi de 6,27 ± 0,27 min.

Este protocolo descreve como gravar uma varredura CMAP e como usar o software MScan para derivar uma estimativa do número e tamanhos das unidades de funcionamento motor. MScan é um método rápido, conveniente e reprodutível, que pode ser úteis no diagnóstico e monitorização progressão da doença em doenças neuromusculares.

Introdução

Movimento do sistema motor é dependente sobre o motor, que se refere a uma fibra de nervo motor individual juntamente com as fibras musculares, ativa, e é o número de células do Corno anterior ou axônios que inervam um único músculo¹unidade do motor. Durante os processos de denervação e reinervação, axônios saudáveis assumir o papel de axônios que são perdidos por brotação colateral. Portanto, a amplitude do potencial de ação (CMAP) composto de músculo não dá as informações necessárias sobre o grau de perda da unidade do motor. Amplitude CMAP só pode começar a cair quando perdem-se mais de 50% das unidades motoras. Da mesma forma, a magnitude da atividade espontânea anormal ou alterações de potencial (MUP) unidade do motor não está correlacionada com o grau de denervação.

Em geral, não existe eletrofisiológica técnica que permite medições simples, diretas do número da unidade do motor. Em vez disso, uma estimativa do número de unidade motora (MUNE) é usada para avaliação de perda de neurônio motor inferior². Foram desenvolvidos vários métodos MUNE desde a implementação do primeiro método, estimulação incremental MUNE, que foi introduzida em 1971 por McComas³. A maioria dos métodos foram baseados na medição vários potenciais de unidade motora de superfície gravada (sMUP) e dividindo o CMAP máximo pela amplitude média sMUP. Tais métodos incluem estimulação incremental⁴, vários ponto de estimulação (MPS)⁵e acionadas por espiga média⁶. Outros métodos MUNE utilizaram-se técnicas estatísticas baseadas na natureza probabilística da demissão de uma unidade de motor em resposta a um estímulo^7,8,9,10. Esta variabilidade significa que disparar diferentes combinações de unidades motoras leva à variabilidade no tamanho das respostas CMAP. Índice de número de unidade motora (Munix) é que uma forma mais recentemente introduziu o método, que utiliza os padrões de interferência de superfície gravados durante as contrações voluntárias para estimar o tamanho médio da sMUP^11,12.

Esses métodos MUNE que todos sofrem de uma ou mais limitações, tais como a presença da subjetividade, dependência absoluta amplitude CMAP, viés na seleção de unidades, o tempo necessário para amostra suficiente unidades ou o tempo necessário para analisar os resultados. Um novo método MUNE recentemente desenvolveu-se, 'CMAP scan MUNE' (MScan), para superar essas limitações,¹³. Este método evita os problemas inerentes a seleção da unidade, tendo em conta a contribuição de todas as unidades para o CMAP, medido em uma curva de estímulo-resposta detalhada ou CMAP varredura^14,15. Ele também evita o tempo de análise estendida de um método similar, modelo-encaixe^9,10, usando novos algoritmos¹⁶. Em um estudo recente, a reprodutibilidade do MScan em estimar o número de unidades motoras foi melhor do que os dois métodos mais tradicionais, MPS MUNE e Munix¹³. Além disso, MScan poderia mostrar a perda da unidade do motor em estágios iniciais de esclerose Lateral amiotrófica (ALS) que MPS MUNE e Munix. MScan foi mais rápido do que o MPS MUNE e tão rápido quanto Munix¹³.

Este documento descreve a metodologia de MScan detalhadamente. Ele também resume a relatado anteriormente intra e inter rater reprodutibilidade do MScan em pacientes com ALS e controle saudável temas¹³, que pode permitir que o leitor julgar se o método seria apropriado para um estudo planejado.

Protocolo

Todas as disciplinas devem dar seu consentimento por escrito antes do exame, e o protocolo de gravação deve ser aprovado pelas placas de revisão ética local apropriado. Todos os métodos descritos aqui foram aprovados pelo Comité científico Regional ético e Agência Dinamarquesa de proteção de dados.

Nota: As gravações são feitas com o protocolo de gravação 'TRONDNF '' , que é uma parte do software (consulte a tabela de materiais). Outro equipamento usado é um estimulador bipolar, um eliminador de ruído de 50 Hz, um amplificador e um analógico-digital (A/D) placa (também recomendado é um amplificador de áudio para o gabarito da atividade de eletromiografia (EMG), e um bloqueio de caixa para cortar o som durante estimulação elétrica). Motor de número de unidade estimativa pelo método MScan envolve três etapas: 1) preparação do assunto (como para estudos de excitabilidade nervosa), 2) gravando o scan CMAP e 3) analisando os resultados com o software MScan. O procedimento de gravação descrito abaixo é específico para o software e os instrumentos que usamos (consulte a Tabela de materiais); Estas precisará ser adaptado para outros software e hardware.

1. preparação do assunto

1. Tela os sujeitos para garantir que eles não têm antecedentes de distúrbios do sistema nervoso (particularmente neuropatia e síndrome do túnel do carpo), além do grupo de doenças que será investigado.
2. Instrua o assunto em detalhes sobre os exames e o pedido de consentimento por escrito.
   1. Informe o assunto que, quando a gravação começa, o poder será gradualmente aumentado para um máximo, seguido por uma diminuição gradual, e os exames levará cerca de 5-6 min.
   2. Explica que o assunto vai experimentar uma sensação de cócegas na mão e dedos.
   3. Informe o assunto que o poder pode ser desligado imediatamente a qualquer momento durante a gravação, se o sujeito se sente muito desconforto.
3. Limpe o objecto's mão e antebraço com pele prep gel e álcool.
4. Coloque o eletrodo ativo gravação sobre o músculo abdutor brevis e o eletrodo de referência sobre a articulação metatarsofalângica do polegar (Figura 1).
5. Coloque um eléctrodo de terra sobre o dorso da mão.
6. Conecte esses eletrodos para o pré-amplificador (Figura 1).
7. Tape os dedos juntos para eliminar o ruído e artefatos devido a movimento voluntário (Figura 1).
8. Manter a temperatura entre 32 ° C e 36 ° C com uma lâmpada de aquecimento.

2. gravando o Scan CMAP

Nota: Todas as ações de software descritas abaixo são específicas para o software e os instrumentos que usamos (consulte a Tabela de materiais); Estas precisará ser adaptado para outros software e hardware.

1. Inicie o sistema informatizado semi-automático.
2. Selecione protocolo de gravação '' MScan-R do formulário 'Seleccione o protocolo de gravação'.
3. Aceite as configurações padrão para o pré-amplificador e o estimulador.
4. No formulário 'Selecionar parâmetros de gravação', digite na caixa 'Arquivo de saída' um prefixo de operador de 2 ou 3 letras e, em seguida, clique no botão OK' '.
5. Quando o programa exibe a entrada de EMG Raw, selecione qualquer parâmetros de 'MScan' (etapa de digitalização, intervalo de interstimulus e largura de estímulo) manualmente, ou aceitar os parâmetros padrão: largura de estímulo de 0.2ms, etapa de verificação de 0,2% e interstimulus intervalo de 0,5 s. clique em ' 'Okey" ou pressione a tecla de Escape '' 'para continuar.
   Nota: Os parâmetros padrão foram aceites neste estudo. Configurações de filtro foram 3 Hz-3 kHz.
6. Coloque um eletrodo de estimulação bipolar reposicionável no nervo mediano no pulso para encontrar o site do limiar mais baixo. Clique em ' 'Okey' para começar a estimulação.
7. A próxima exibição mostra o estímulo (inicialmente 15% máximo saída) e a resposta de EMG; ajuste a posição do eletrodo para encontrar o site do limiar mais baixo (ou seja, maior resposta). Ajuste a posição dos eléctrodos de gravação se necessário para garantir que a forma do CMAP é diphasic com um único pico, se possível. Se necessário, ajustar a força do estímulo com o Insert' 'e '' de excluir as chaves. Em seguida, clique em '' de Okey continuar.
8. Resposta 'Modificada' aparece, com 'janela', em que a resposta é medida, indicada pela linha horizontal de magenta. Certifique-se de que a linha verde curta antes que a janela (indica a linha de base) é uma linha plana entre artefato de estímulo e resposta. Se necessário, definir o início da janela pressionando o botão direito do mouse, arraste o cursor para a direita e depois solte o botão para o final da janela.
   Nota: Altura do pico CMAP é medida a partir da linha de base até ao pico ascendente dentro da janela e é indicada pela linha azul vertical.
   Okey clique '' para continuar.
9. Substituir o eletrodo repositionable com um adesivo não-polarizadas estimulando eletrodo cátodo e coloque um ânodo 2 cm proximalmente ao longo do nervo mediano; rastreamento de fundo agora mostra EMG de alto ganho. Incentive o assunto para encontrar a posição mais relaxada para a sua mão minimizar a atividade espontânea. Okey clique '' para continuar.
10. Aumentar a intensidade do estímulo manualmente, pressionando a tecla Insert" "até o estímulo atual é acima do nível para a amplitude máxima do CMAP; em primeiro lugar, aumente as etapas de 3% na intensidade do estímulo e em seguida para ajustes finos uso passos de 1%.
11. Verifique a janela e pico de medição antes de clicar no botão para começar a varredura CMAP Okey" ".
12. Observe que, após as respostas a 20 supramaximal estímulos (pré-exames) foram registadas, a intensidade do estímulo automaticamente é reduzida em pequenos passos, da estimulação supramaximal até que já não há uma resposta motora discernível e, em seguida, um conjunto adicional de 20 CMAPs (pós-exames) é registrado.
    Nota: Os dados são plotados como uma varredura de 'CMAP', ou uma curva de resposta de estímulo detalhada com a amplitude da resposta motor sobre o eixo y e o estímulo de intensidade no eixo x. Em indivíduos saudáveis, isso cria uma curva em forma de S, Considerando que em pacientes com reduzido número de unidades motoras, como ALS, a curva se desenvolve uma aparência escalonada (Figura 2).
13. Observe que além do feedback alcançado de emudecimento-caixa, é possível verificar no painel do meio do lado esquerdo, se o assunto é relaxado. Olha o CMAP (modificado) no painel superior esquerdo e no painel inferior esquerdo, a diminuição da intensidade do estímulo (limiar). Siga o CMAP Scan no lado direito.
14. Termine a gravação, clicando sobre o 'Okey" botão no canto inferior direito a menos que uma varredura de repetição é necessária e salvar os dados.
    Nota: Quando concluir o 'Lendas e dimensionamento' formulário é necessário substituir todos os pontos de interrogação.

3. MScan análises

Nota: Todas as ações de software descritas abaixo são específicas para o software e os instrumentos que usamos (consulte a Tabela de materiais); Estas precisará ser adaptado para outros software e hardware.

1. Montagem de um modelo para a verificação do CMAP
   1. Para analisar o início de gravação off-line, o programa de análise e clique em "" de OK para selecionar a última gravação para análise.
   2. Clique sobre o "select 'arquivo caber MScan QZD' 'MScanFit '' no menu.
      Nota: Um em vez disso pode selecionar "Fit MScan no arquivo MEM ''. É possível selecionar ' 'MScan caber no arquivo dat de (mA mV)' no caso do CMAP Scan foi gravado com equipamento diferente daquele usado aqui alo. Veja abaixo como criar um arquivo DAT.
   3. Observe que o programa primeiro gera um modelo preliminar e depois passa para otimizar o ajuste. Nenhuma intervenção do usuário é necessária até que a barra de progresso multicoloridos na caixa 'Otimização' é completa e o botão de ' 'Stop" é acinzentado.
   4. O modelo preliminar fornece um primeiro palpite de um modelo, derivado a inclinação e a variância sobre partes sucessivas da varredura. Observe que a imagem original (em preto) e um scan gerado a partir do modelo (em magenta) podem ser plotados ao lado. Siga o modelo e melhorias no modelo sobre a exibição de texto e exibe alternativas.
      Nota: Exibe alternativas pode ser selecionada em qualquer tempo de acordo com as opções em 'Dados para plotar', 'Trama amplitudes como' e 'Plot tipo' caixas.
   5. Execute a otimização para melhorar o ajuste para o CMAP gravada fazendo ajustes seriais para minimizar a diferença entre o simulado e gravado CMAP varreduras¹⁶.
      Nota: Isto é executado várias otimizações em sucessão, começando com o modelo preliminar, conforme descrito em detalhe¹⁵. Se a otimização aumenta o número de unidades, então, a próxima tentativa de encaixe a varredura começa gerando um modelo com mais unidades, considerando-se a primeira otimização reduziu o número de unidades, a segunda tentativa começa com um modelo com poucas unidades. Se tudo funciona bem, o procedimento de otimização identifica o melhor número de unidades para caber o scan.
   6. Observe que ao executar o procedimento de otimização, o painel de otimização também mostra uma barra de progresso multi-coloridas.
   7. Use diferentes opções de plotagem na caixa de tipo '' 'Plotar, i.e., parcelas contornos, unidades de v N de erro, unidades do modelo, amplitude cumulativa para acompanhar o processo de otimização.
      Nota: As alterações no modelo durante o procedimento de otimização são continuamente atualizadas de acordo com o modelo mais recente e as melhorias no modelo podem ser seguidas por diferentes opções de plotagem e na tela de texto.
      1. Mapas de contorno
         1. Utilize mapas de contorno para avaliar a precisão do modelo, obscurecendo os pontos e gerando uma pontuação de erro baseada na diferença da x-y distribuições¹⁵. ' Diff ' selecione ' '' e "mapa de contorno" exibe para ver as diferenças entre o modelo e gravado CMAP examina como um mapa de contorno. São essas diferenças que o processo de otimização tenta minimizar.
            Nota: 'Mapas de contorno' permite que a densidade de probabilidade de se obter uma determinada resposta com um determinado estímulo. O resultado de erro depende da diferença entre o mapa de contorno original e modelado, e isto pode ser visualizado, selecionando o painel de '' diff '' opção na parte superior e o enredo de contorno' 'no painel tipo de enredo. As linhas vermelhas indicam que houve uma maior densidade de pontos no scan original, e as linhas verdes indicam mais pontos no scan modelado. O enredo de diferença na parte superior indica as intensidades de estímulo em que os maiores erros são encontrados.
      2. Unidades de v N de erro
         1. Siga o procedimento de otimização selecionando o 'enredo de unidades' do erro v N log-log. Cada etapa do processo de otimização é plotada em uma cor diferente, correspondente às barras no painel de otimização' '.
      3. Unidades do modelo
         1. Use isto para ver como a média amplitude CMAP é composta pelo recrutamento de axônios diferentes no modelo; a parte superior mostra o pico amplitudes e distribuições de limiar das unidades motoras individuais.
      4. Amplitude cumulativa
         1. Observe que as unidades são plotadas em ordem crescente de tamanho, ao invés de limiar. A curva preta plota o número cumulativo de unidade, enquanto a curva vermelha mostra a amplitude cumulativa.
2. Quando o processo de otimização é completo, exibir os resultados da análise sobre a exibição de texto' MScanFit'. O parâmetros MScan disponíveis, ou seja, número de unidades, amplitude mediana, maior tamanho da unidade são mostrados na tela de texto.
3. Clique sobre o ' 'Okey' na caixa 'Salvar ajuste para arquivo MEM' para salvar o modelo no arquivo MEM para novas análises.

4. CMAP digitalizar usando MUNE. Arquivos DAT

Nota: Uma versão alternativa e gratuita do software permite a análise de CMAP Scans gravada por outros equipamentos.

1. Gere arquivo de a.DAT contendo o scan CMAP para ser analisado.
   Nota: Isto deve ser um arquivo de texto em um formato padrão de 2-coluna, com a intensidade do estímulo em mA em uma única coluna e amplitude CMAP em mV em outra coluna.
2. Gere um adequado. Arquivo DAT copiando duas colunas de um arquivo de planilha para um software de edição de texto, e em seguida designando a extensão como. DAT em vez. TXT.
   1. Executar todas as outras etapas da análise MScan conforme descrito anteriormente, depois de iniciar o programa stand-alone e selecionar o. Arquivo DAT.
3. Encontrar os dados de amostra, manual e programa freeware no site da University College London FTP (Host: 144.82.46.62, nome de usuário: QtracW, senha: Hg32wK5e).

Resultados

Os seguintes resultados foram obtidos em um estudo recente, em que o método MScan foi comparado com duas técnicas estabelecidas: vários ponto de estimulação MUNE (MPS) e a unidade do motor número de índice (Munix)¹³. Os resultados mostram que com a técnica descrita no presente protocolo, resultados consistentes com excelente reprodutibilidade podem ser alcançados. O método pode diferenciar pacientes ALS controles saudáveis em uma fase anterior da doença...

Discussão

Passos críticos dentro do protocolo: MScan é um procedimento altamente automatizado, mas como com todos os métodos de EMG, deve ter cuidado para obter resultados consistentes. Na fase de preparação, é importante alcançar o relaxamento, uma vez que artefatos de movimento ou atividade espontâneos durante a verificação CMAP apresentar variação espúria no CMAP e confundem a geração do modelo preliminar.

Modificações e solução de problemas: Nós ...

Materiais

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