Elektr impedansi miografiyasi - Electrical impedance myography

Elektr impedansi miografiyasi
Maqsadmushaklarning sog'lig'ini baholash (invaziv bo'lmagan)

Elektr impedansi miografiyasi, yoki EIM, mushaklarning sog'lig'ini baholash uchun invaziv bo'lmagan usul bo'lib, bu o'lchovga asoslangan elektr impedansi individual mushaklarning yoki mushak guruhlarining xususiyatlari. Texnikadan baholash maqsadida foydalanilgan asab-mushak kasalliklari ularning diagnostikasi uchun ham, rivojlanishni doimiy baholash uchun yoki terapevtik aralashuv bilan. Mushaklar tarkibi va mikroskopik tuzilishi kasallik bilan o'zgaradi va EIM kasallik patologiyasi natijasida yuzaga keladigan impedans o'zgarishini o'lchaydi.[1][2] EIM o'zining potentsiali bilan maxsus tan olingan ALS biyomarker (shuningdek, biologik korrelyatsiya yoki surrogat so'nggi nuqta deb ham ataladi) ALS uchun davolash va davolash usullarini kashf etishni tezlashtirishga bag'ishlangan 501 (c) (3) notijorat tashkiloti Prize4Life tomonidan. 1 million dollarlik ALS Biomarker Challenge II bosqich dori-darmonlarni sinovlarini yarmiga qisqartirish uchun etarlicha aniq va ishonchli biomarkerni aniqlashga qaratilgan.[3] Ushbu mukofot Bet-Isroil Deakonessasi Tibbiy Markazining Nevrologiya kafedrasi asab-mushak kasalliklari bo'limi boshlig'i, doktor Seward Rutkovega EIM texnikasini ishlab chiqish va uning o'ziga xos qo'llanilishidagi ishi uchun topshirildi. ALSga. Umid qilamizki, EIM biomarker sifatida ALS uchun yangi davolash usullarini tezroq va samarali aniqlashga olib keladi. EIM kasallik holatiga sezgirligini turli xil nerv-mushak sharoitlarida, shu jumladan ko'rsatdi radikulopatiya,[4] yallig'lanish miyopati,[5] Duxenne mushak distrofiyasi,[6] va o'murtqa mushak atrofiyasi.[7]

Asab-mushak kasalliklarini baholashdan tashqari, EIM ham mushaklarning holatini qulay va sezgir o'lchov sifatida xizmat qilish istiqbollariga ega. Qarish populyatsiyalarida ishlash[8] va ortopedik jarohatlar olgan shaxslar[9] EIM mushak atrofiligiga juda sezgir ekanligini va ishlatilmasligini va aksincha mushaklarning konditsionerligi va gipertrofiyasiga sezgirligini ko'rsatadi.[10] Sichqoncha va kalamush modellarida ishlash, shu jumladan, Space Shuttle missiyasining so'nggi missiyasida sichqonlarni o'rganish (STS-135 ),[11] ushbu potentsial qiymatni tasdiqlashga yordam berdi.

Asosiy tushunchalar

Elektr impedansiga bo'lgan qiziqish 20-asrning boshlarida, fiziolog Lui Lapikk nerv hujayralari membranalarini modellashtirish uchun elementar sxemani o'rnatgan paytdan boshlanadi. Olimlar ushbu modeldagi o'zgarishlarni 1940 yilgacha, shu vaqtgacha sinab ko'rishdi Kennet Koul ikkala hujayra membranalari va hujayra ichidagi suyuqlikning impedans xususiyatlarini hisobga oladigan elektron modelini ishlab chiqdi.[12]

Barcha impedansga asoslangan usullar singari, EIM mushak to'qimalarining soddalashtirilgan modeli bilan bog'liq RC davri. Ushbu model kontaktlarning zanglashiga olib boruvchi komponentini hujayradan tashqari va hujayra ichidagi suyuqliklarning qarshiligiga, reaktiv komponent esa hujayra membranalarining sig'imli ta'siriga bog'laydi.[13] Ayrim hujayra membranalarining yaxlitligi to'qimalarning impedansiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi; shuning uchun mushaklarning impedansi kasallikning rivojlanishida to'qimalarning degradatsiyasini o'lchash uchun ishlatilishi mumkin. Nerv-mushak kasalliklarida mushaklarning tarkibiy va mikro tuzilish tomonlariga, shu jumladan mushak tolasiga turli omillar ta'sir qilishi mumkin. atrofiya mushaklarning distrofiyasida yuzaga keladigan disorganizatsiya, yog 'va biriktiruvchi to'qimalarning cho'kishi va boshqa ko'plab patologiyalar qatorida yallig'lanish mavjudligi. EIM to'qima tarkibidagi bu o'zgarishlarni impedans xususiyatlarini bir nechta chastotalar va asosiy mushak tolasi yo'nalishiga nisbatan ko'p burchak ostida o'lchash yo'li bilan ushlaydi.[2]

EIMda impedans ajratiladi qarshilik va reaktivlik, uning haqiqiy va xayoliy tarkibiy qismlari. Bundan kelib chiqadigan bo'lsak, mushaklarning fazasini hisoblash mumkin, bu esa sinusoid mushak orqali o'tayotganda vaqt o'zgarishini anglatadi.[13] Berilgan qarshilik (R) va reaktivlik (X) uchun fazani (θ) hisoblash mumkin. Hozirgi ishda uchta parametr aniq qaysi kasalliklar o'rganilayotganiga va texnologiya qanday qo'llanilayotganiga qarab muhim rol o'ynaydi.[1]

EIM-ga terining qalinligi va mushak mintaqasi ustidagi teri osti yog'i ta'sir qilishi mumkin.[14] Shu bilan birga, ta'sirni katta darajada chetlab o'tadigan va shu bilan birga mushaklarning asosiy ma'lumotlarini ta'minlaydigan elektrod konstruktsiyalari yaratilishi mumkin.[15] Bundan tashqari, ko'p chastotali o'lchovlarni qo'llash, mushaklarning yog 'ta'sirini yo'qotish jarayoniga yordam beradi.[16] Ushbu ma'lumotdan ma'lum bir mintaqada mushak ustidagi yog'ning taxminiy miqdorini aniqlash / hisoblash mumkin bo'ladi.

Ko'p chastotali o'lchovlar

Ham qarshilik, ham reaktans signalning kirish chastotasiga bog'liq. Chastotadagi o'zgarishlar qarshilik (suyuqlik) va reaktivlik (membrana) ning impedansga nisbiy ulushini o'zgartirganligi sababli, ko'p chastotali EIM kasallikni har tomonlama baholashga imkon beradi.[17] Sog'lom va kasal guruhlar o'rtasidagi chastotaga bog'liqlik farqlarini namoyish qilish uchun qarshilik, reaktivlik yoki fazani chastota funktsiyasi sifatida belgilash mumkin. Kasal mushaklar chastotasi ortib borishi bilan reaktivlik va fazaning o'sishini namoyon qiladi, sog'lom mushaklarning reaktivligi va faza qiymatlari chastotada 50-100 kHz gacha ko'tariladi va shu vaqtda ular chastota funktsiyasi sifatida kamayishni boshlaydi.[18] Muayyan mushak uchun chastota spektrini aniqlash uchun 500 Hz dan 2 MGts gacha bo'lgan chastotalar qo'llaniladi.

Mushak anizotropiyasi

Mushak to'qimalarining elektr impedansi anizotrop; mushak tolalariga parallel ravishda oqadigan oqim, tolalar bo'ylab ortogonal ravishda oqadigan oqimdan farq qiladi.[19] Mushak bo'ylab ortogonal ravishda oqadigan oqim ko'proq hujayra membranalarini uchratadi, shu bilan qarshilik, reaktivlik va faza qiymatlari ortadi. Mushak tolalariga nisbatan har xil burchak ostida o'lchovlarni olib, EIM yordamida ma'lum bir mushak anizotropiyasini aniqlash mumkin. Anizotropiya qarshilik, reaktivlik yoki fazani chizish chizig'i sifatida mushak tolalari yo'nalishi bo'yicha burchak funktsiyasi sifatida yoki ko'ndalang (tolalarga perpendikulyar) o'lchovning bo'ylama o'lchov (mushak tolalariga parallel) nisbati sifatida ko'rsatiladi. berilgan impedans omilining.[20]

Muskul anizotropiyasi ham nerv-mushak kasalligi bilan o'zgaradi. EIM asab-mushak kasalliklari bilan kasallangan bemorlarning anizotropiya profillari va sog'lom boshqaruv o'rtasidagi farqni ko'rsatdi. Bundan tashqari, EIM miyopatik va neyrogen kasalliklarni ajratish uchun anizotropiyadan foydalanishi mumkin.[2] Nerv-mushak kasalliklarining turli shakllari noyob anizotropiyalarga ega. Miyopatik kasallik anizotropiyaning pasayishi bilan tavsiflanadi. Neyrogen kasallik kamroq prognoz qilinadigan anizotropiyani keltirib chiqaradi. Eng past fazaning burchagi parallel holatdan siljishi mumkin va umuman anizotropiya sog'lom nazoratdan kattaroqdir.

O'lchov yondashuvlari

Umuman olganda, texnikani qo'llash uchun, qiziqtiradigan mushak ustiga kamida to'rtta sirt elektrodlari joylashtirilgan. Bir daqiqa o'zgaruvchan tok tashqi ikkita elektrod bo'ylab qo'llaniladi va kuchlanish signallari ichki elektrodlar tomonidan qayd etiladi. Qo'llaniladigan tokning chastotasi va elektrod massivining asosiy mushak tolasining yo'nalishi bilan bog'liqligi o'zgarib turadi, shunda mushakning to'liq ko'p chastotali va ko'p yo'nalishli baholanishiga erishish mumkin.[5]

EIM bir qator turli xil impedanslarni tahlil qilish moslamalari bilan amalga oshirildi. Uchun ishlatiladigan savdo tizimlari mavjud bioimpedansni tahlil qilish, individual mushaklarning impedansiyasini o'lchash uchun kalibrlash mumkin. Tegishli impedans analizatorini signalni ishlab chiqarish uchun qulflangan kuchaytirgich va Tektronix P6243 kabi past sig'imli prob yordamida sirt elektrodlaridan kuchlanishni qayd etish uchun maxsus qurish mumkin.[2]

Biroq, bunday usullar elektrodlarni qiziqish uyg'otadigan mushak ustiga ehtiyotkorlik bilan joylashtirish zarurati va elektrodlarning noto'g'riligi va noaniqlik ehtimoli hisobga olingan holda sekin va bemalol qo'llaniladi. Shunga ko'ra, dastlabki kasal tizim to'g'ridan-to'g'ri bemorga joylashtirilishi mumkin bo'lgan elektrod boshi bilan bir nechta komponentlardan foydalangan holda qurilgan.[21] Qurilmada elektrod plitalari qatori mavjud bo'lib, ular ixtiyoriy yo'nalishlarda impedans o'lchovlarini bajarish uchun tanlab faollashtirilishi mumkin edi.[22] Osiloskoplar sinusoidli birikma signalini ishlab chiqarish uchun dasturlashtirilgan bo'lib, u tezkor Furye konvertatsiyasi orqali bir vaqtning o'zida bir nechta chastotadagi impedansni o'lchash uchun ishlatilishi mumkin edi.

Ushbu dastlabki tizim yaratilganligi sababli, boshqa qo'lda ishlaydigan tijorat tizimlari ishlab chiqilmoqda, masalan Haykaltaroshlik, ikkala nerv-mushak kasalliklarini baholashda foydalanish uchun[23] va mushaklarning sifati (yoki MQ) qiymatini hisoblashni o'z ichiga olgan fitnessni kuzatish uchun.[24] Ushbu so'nggi qiymat to'qimalarning ma'lum bir tasavvurlar maydoni uchun mushaklarning nisbatan kuch hosil qilish qobiliyatini taxminiy baholashni ta'minlashga qaratilgan. Masalan, mushaklarning sifati - bu baholashda ishlatiladigan o'lchovdir sarkopeniya.

Standart bioelektrik impedans tahlili bilan taqqoslash

Standart bioelektrik impedansni tahlil qilish (BIA), EIM singari, shuningdek, inson tanasining xususiyatlarini o'lchash uchun zaif, yuqori chastotali elektr tokini ishlatadi. Standart BIA-da, EIMdan farqli o'laroq, elektr toki qo'llar va oyoqlarga joylashtirilgan elektrodlar orasidan o'tkaziladi va butun oqim yo'lining impedans xususiyatlari o'lchanadi. Shunday qilib, o'lchangan impedans xususiyatlari nisbatan o'ziga xos emas, chunki ular tananing ko'p qismini, shu jumladan ekstremitalarning butun uzunligini, ko'krak, qorin va tos suyagini qamrab oladi; Shunga ko'ra, faqat ozg'in tana massasi va% yog 'bo'yicha butun tanadagi o'lchovlarni taklif qilish mumkin. Bundan tashqari, BIA-da oqim eng kam qarshilik yo'lidan o'tadi va shu bilan oqim yo'lini o'zgartiradigan har qanday omillar ma'lumotlarda o'zgaruvchanlikni keltirib chiqaradi. Masalan, gidratatsiyani ko'payishi bilan katta tomirlarning kengayishi (masalan, tomirlar) past qarshilik yo'lini taklif qiladi va natijada olingan ma'lumotlarni buzadi. Bundan tashqari, qorin tarkibidagi o'zgarishlar ham ma'lumotni o'zgartiradi. Tana holati ham sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin, bunda qo'shma pozitsiya ma'lumotlarning o'zgarishiga yordam beradi. EIM, aksincha, faqat individual mushaklarning yuzaki tomonlarini o'lchaydi va tana yoki oyoq-qo'llarning holati yoki hidratsiya holatiga nisbatan ta'sir qilmaydi.[25] EIM va standart BIA o'rtasidagi farqlar amyotrofik lateral skleroz (ALS) bo'yicha bir tadqiqotda ko'rsatildi, bu EIMning 60 ALS kasalligida rivojlanishni samarali nazorat qilish imkoniyatiga ega ekanligini ko'rsatdi, ammo BIA yo'q edi.[26]

Adabiyotlar

  1. ^ a b Rutkove, Seward (2009). "Elektr impedansi miografiyasi: kelib chiqishi, hozirgi holati va istiqbollari". Mushak asab. 40 (6): 936–946. doi:10.1002 / mus.21362. PMC  2824130. PMID  19768754.
  2. ^ a b v d Garmirian, LP; Chin AB; Rutkove SB (2008). "Miyopatik kasallikdan neyrogen ta'sirchanligini mushak anizotropiyasini o'lchash orqali ajratish". Mushak va asab. 39 (1): 16–24. doi:10.1002 / mus.21115. PMC  2719295. PMID  19058193.
  3. ^ "Prize4Life - mukofot modeli - biomarker mukofoti". Olingan 13 yanvar 2016.
  4. ^ Rutkove SB, Esper GJ, Li KS, Aaron R, Shiffman CA (2005). "Radikulopatiyani aniqlashda elektr impedansi miografiyasi". Mushak va asab. 32 (3): 335–41. doi:10.1002 / mus.20377. PMID  15948202. S2CID  37562321.
  5. ^ a b Tarulli, AW; Esper GJ; Li KS; Aaron R; Shiffman CA; Rutkove SB (2005). "Yallig'lanish miyopatiyasini yotoq yonida baholashda elektr impedansi miografiyasi". Nevrologiya. 65 (3): 451–2. doi:10.1212 / 01.wnl.0000172338.95064.cb. PMID  16087913. S2CID  19732371.
  6. ^ Rutkove SB, Geisbush TR, Mijaylovic A, Shklyar I, Pasternak A, Visyak N, Wu JS, Zaidman C, Darras BT (Iyul 2014). "Klinik sinov sharoitida Dyuxen mushaklari distrofiyasini baholash uchun elektr impedansi miografiyasini va miqdoriy ultratovushini kesma baholash". Pediatr Neurol. 51 (1): 88–92. doi:10.1016 / j.pediatrneurol.2014.02.015. PMC  4063877. PMID  24814059.
  7. ^ Rutkove SB, Gregas MC, Darras BT (may 2012). "Orqa miya mushaklari atrofiyasidagi elektr impedansi miografiyasi: bo'ylama o'rganish". Mushak asab. 45 (5): 642–7. doi:10.1002 / mus.22323. PMID  22499089. S2CID  2615976.
  8. ^ Kortman HG, Wilder SC, Geisbush TR, Narayanaswami P, Rutkove SB (2013). "Suyak mushaklarining elektr impedansi qiymatlarining yoshi va jinsi bilan bog'liq farqlari". Fiziol o'lchovlari. 34 (12): 1611–22. Bibcode:2013 yil PhyM ... 34.1611K. doi:10.1088/0967-3334/34/12/1611. PMC  3895401. PMID  24165434.
  9. ^ Tarulli AW, Duggal N, Esper GJ, Garmirian LP, Fogerson PM, Lin CH, Rutkove SB (oktyabr 2009). "Ishlatilmaydigan atrofiyani baholashda elektr impedansi miografiyasi". Arch Phys Med Reabilitatsiya. 90 (10): 1806–10. doi:10.1016 / j.apmr.2009.04.007. PMC  2829834. PMID  19801075.
  10. ^ Lungu C, Tarulli AW, Tarsy D, Mongiovi P, Vanderhorst VG, Rutkove SB (2011). "Servikal distoniyadagi mushaklarning nosimmetrikligini elektr impedansi bilan aniqlash: dastlabki baholash". Neyrofiziol klinikasi. 122 (5): 1027–31. doi:10.1016 / j.clinph.2010.09.013. PMC  3044213. PMID  20943436.
  11. ^ Sung M, Li J, Spieker AJ, Spatz J, Ellman R, Fergyuson VL, Bateman TA, Rozen GD, Bokseyn M, Rutkove SB (2013 yil dekabr). "Kosmik parvoz va orqa oyoq-qo'llarni tushirish sichqonning gastroknemiyus mushagining elektr impedansi xususiyatlarida shunga o'xshash o'zgarishlarni keltirib chiqaradi". J mushaklar-skeletlari topildi neyronlarning o'zaro ta'siri. 13 (4): 405–11. PMC  4653813. PMID  24292610.
  12. ^ McAdams, ET; Jossinet J (1995). "To'qimalarning impedansi: tarixiy obzor". Fiziologik o'lchov. 16 (3 ta qo'shimcha A): A1-A13. doi:10.1088 / 0967-3334 / 16 / 3A / 001. PMID  8528108.
  13. ^ a b Rutkove, SB; Aaron R; Shiffman CA (2002). "Asab-mushak kasalliklarini baholashda lokalize bioimpedans tahlillari". Mushak va asab. 25 (3): 390–7. doi:10.1002 / mus.10048. PMID  11870716. S2CID  26960323.
  14. ^ Sung M, Spieker AJ, Narayanaswami P, Rutkove SB (2013). "Qo'lda ishlatiladigan elektrodlar massividan foydalanganda teri osti yog'ining elektr impedans miyografiyasiga ta'siri: reaktivlikni o'lchash uchun ish". Neyrofiziol klinikasi. 124 (2): 400–4. doi:10.1016 / j.clinph.2012.07.013. PMC  3543755. PMID  22917581.
  15. ^ Jafarpoor M, Li J, Oq JK, Rutkove SB (2013). "Muskulning elektr empedansini o'lchash uchun elektrod konfiguratsiyasini cheklangan element usuli yordamida optimallashtirish" (PDF). IEEE Trans Biomed Eng. 60 (5): 1446–52. doi:10.1109 / TBME.2012.2237030. PMC  3984469. PMID  23314763.
  16. ^ "DEFINE_ME_WA". Olingan 13 yanvar 2016.
  17. ^ Shiffman, Kaliforniya; Kashuri H; Aaron R (2008). "2 MGts gacha bo'lgan chastotalarda elektr impedansi miografiyasi". Fiziologik o'lchov. 29 (6): S345-63. Bibcode:2008 yil PhyM ... 29S.345S. doi:10.1088 / 0967-3334 / 29/6 / S29. PMID  18544820.
  18. ^ Esper GJ, Shiffman CA, Aaron R, Li KS, Rutkove SB (2006). "Ko'p chastotali elektr impedansli miografiya bilan asab-mushak kasalliklarini baholash". Mushak asab. 34 (5): 595–602. doi:10.1002 / mus.20626. PMID  16881067. S2CID  22989701.CS1 maint: bir nechta ism: mualliflar ro'yxati (havola)
  19. ^ Tarulli, AW; Chin AB; Partida RA; Rutkove SB (2006). "Nevrologik kasalliklarni o'rganish uchun namuna sifatida qoramol skelet mushaklaridagi elektr impedansi". Fiziologik o'lchov. 27 (12): 1269–79. Bibcode:2006 yil PhyM ... 27.1269T. doi:10.1088/0967-3334/27/12/002. PMID  17135699.
  20. ^ Chin, AB; Garmirian LP; Nie R; Rutkove SB (2008). "Mushaklarning elektr anizotropiyasini o'lchashni optimallashtirish". Mushak va asab. 37 (5): 560–5. doi:10.1002 / mus.20981. PMC  2742672. PMID  18404614.
  21. ^ Ogunnika, OT; Sharfstien M; Cooper RC; Ma H; Douson JL; Rutkove SB (2008). "Nerv-mushak kasalliklarini baholash uchun qo'lda ishlatiladigan elektr impedansli miografiya tekshiruvi". Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2008: 3566–9. doi:10.1109 / IEMBS.2008.4649976. ISBN  978-1-4244-1814-5. PMC  2706091. PMID  19163479.
  22. ^ "Muskulni kuzatish". MIT Technology Review. Olingan 13 yanvar 2016.
  23. ^ "Skulpt salomatligi". Arxivlandi asl nusxasi 2016 yil 19-yanvarda. Olingan 13 yanvar 2016.
  24. ^ "Skulpt - tana yog 'ulushi va mushak sifatini o'lchash". Boshsuyagi. Olingan 13 yanvar 2016.
  25. ^ Jia, Li; Sanches, B .; Rutkove, S. B. (2014). "Xato". IEEE tibbiyot va biologiya jamiyatidagi muhandislik yillik xalqaro konferentsiyasi. IEEE tibbiyot va biologiya jamiyatidagi muhandislik. Yillik xalqaro konferentsiya. 2014: 514–7. doi:10.1109 / EMBC.2014.6943641. PMC  4287983. PMID  25570009.
  26. ^ Rutkove SB, Caress JB, Cartwright MS, Berns TM, Warder J, David WS, Goyal N, Maragakis NJ, Clawson L, Benatar M, Usher S, Sharma KR, Gautam S, Narayanaswami P, Raynor EM, Watson ML, Shefner JM (2012). "ALS rivojlanishini baholash uchun biomarker sifatida elektr impedansli miografiya". Amyotrof Lateral Skler. 13 (5): 439–45. doi:10.3109/17482968.2012.688837. PMC  3422377. PMID  22670883.