文摘

本研究的目的是评估的评分者间信和intrarater可靠性电阻抗myography (EIM)使用手持大小不同的传感器。肱二头肌肌肉的电阻抗myography二十健康个体是由两个大型和小型传感器评级机构使用。程序也重复5到8天之后第一个录音。重复性的电阻、电抗和相位角在两个不同的电流频率(50和100 kHz)评估了组内相关系数(ICC)。大型传感器的可以高于intrarater和评分者间信小传感器的可靠性。高频电流倾向于提高国际刑事法庭的小型传感器。这些结果表明合理的重复性EIM手持电极阵列的测量。研究结果表明,电极阵列的选择应根据测试肌肉的大小适当。

1。介绍

电阻抗myography (EIM)是一种非侵入性和bioimpedance-based技术评估肌肉健康通过应用非常低烈度(通常几毫安级),高频电流通过一个局部区域的组织。它测量与传感电极在皮肤上产生的电压1]。有三种最常用的EIM参数(2),包括电阻(R)、电抗(X)和相位角(θ),计算θ=反正切(X / R)。电阻抗myography可以用作生物标记的神经肌肉疾病,病理变化(如肌肉萎缩,肌肉纤维去神经/神经移植的发展增加肌内脂肪和结缔组织,等等)将共同影响正常的阻抗特征(3]。据报道量化肌肉的变化在不同的神经肌肉疾病,如肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS),脊髓性肌萎缩(SMA),杜氏肌肉营养不良症(DMD) [4- - - - - -6]。它也被用于评估局部麻痹的神经损伤后肌肉的变化(7- - - - - -9]。

电压的线性EIM涉及放置电极沿着一条线在感兴趣的区域,和电流注入远离该地区。先前的研究采用的方法手动放置两对电极的皮肤表面测试肌肉,肌肉成分改变与神经肌肉疾病(4,5]。这种方法代表了EIM和展示了良好的早期阶段两次试验法的再现性在50千赫10,11]。手持电极阵列(头脑)最近开发提供本地化的电极电压和电流测量EIM和展示了很高的两次试验法的再现性与多频分析(12]。多频EIM是线性的扩展EIM技术提供交流电,而不是单一频率的频率范围。多频EIM报道更敏感比单频EIM(50千赫)跟踪疾病进展(13,14因为多频电流可以帮助提取阳性属性(例如,各向异性)15从频率相关肌肉的评估。

定量测量领域的差距存在于肌肉,组成质量和收缩质量(16),特别是由于缺乏可靠的设备,很容易和迅速应用于临床设置。EIM评估过程包括将电极放置在皮肤表面。皮肤电极界面或接触的影响敏感性bioimpedance结果一直是一个主题感兴趣的(17- - - - - -19]。健壮的EIM测量只能获得通过一个接口,允许轻微运动没有失去联系;皮肤需要滋润和导电。评级机构之间的接触水平的变化可能导致接触区域的差异,这将降低可靠性。几何因素也可以显著影响测量的可靠性,特别是对各向异性组织如骨骼肌。这是相关之间的相对方向电流发生器电极和底层肌肉纤维取向。例如,Shiffman发现肌肉阻抗影响电极的几何形状安排。这种纠缠的后果往往取决于频率,使得它难以提取的属性组织如果有电极方向不同评分者之间的差异(20.]。特别是,有不同大小的传感器测量EIM,从而影响电极的相对几何安排检查肌肉。皮肤和皮下组织的相对效应对EIM参数也与传感器大小(21]。此外,传感器电极之间的距离也会影响EIM结果。有差距在文献中评估如果大型或小型传感器是足够可靠的临床应用,或者如果他们的可靠性可能不同测量单个肌肉组织,在不同的时间不同的速率。克拉克等人认为,最近的一项审查仍然是缺乏证据支持EIM评估骨骼肌功能的临床应用(22]。这些问题必须解决,促进EIM的临床应用。因此,它是至关重要的对EIM测量的可靠性进行评估,确定的因素可能会影响EIM通过评估结果天intrarater和天之间评分者间信度使用不同大小的多频分析的传感器。出于这个理由,当前的研究评估两个手持电极阵列传感器设备的可靠性。组内相关系数进行了分析比较EIM结果(R,X,θ)的两个手持电极阵列传感器,根据获得的几天被相同的和不同的评级机构。这个研究的发现有助于我们理解vivo EIM测量的可靠性。

2。材料和方法

2.1。主题

健康个体是从学生和员工招募主持人研究所的人口通过内部公告。包括主题没有报道神经肌肉疾病的历史。没有上肢无力或功能障碍之前或数据收集期间。委员会批准的这项研究是保护人类受试者(CPHS)的德州大学健康科学中心在休斯顿和TIRR赫尔曼纪念医院(美国休斯顿,德克萨斯州)。严格遵守赫尔辛基宣言。所有的受试者提供参与者信息表并鼓励问关于学习的问题。通知书面同意之前就获得所有的科目报名学习。

2.2。设备

阻抗测量记录的肱二头肌肌肉支配肢体头脑系统(EIM1103 Skulpt Inc .,波士顿,MA,美国),这是用于我们的先前的研究[23,24)的低强度的电流频率从1千赫至10 MHz应用在离散对数的步骤。由此产生的表面电压测量。两个不同大小的传感器阵列(模型20 - 00036,小的传感器,和模型20 - 0045,大型传感器)被用于序列重复测量。在每个测量,传感器阵列的中心放在肱二头肌肌腹部肌肉纤维在纵向方向。每个传感器包含一对电极电流电极和电压酒吧。为大型传感器,对当前电极之间的距离(3.9厘米;0.4厘米宽)是6.8厘米,一双电压条形电极之间的距离(1.3厘米;1.7厘米宽0.4厘米)。图1(一)显示了大型传感器的配置。小的传感器,对当前电极之间的距离(2.6厘米;0.2厘米宽)是3.4厘米,一双电压条形电极之间的距离(0.8厘米;0.8厘米宽0.3厘米)。图1 (b)显示了小传感器的配置。从广泛的纵向配置参数记录测量沿纵向方向进行了分析。

2.3。程序

受试者坐在椅子上调节高度。他们占主导地位的手臂休息在90°弯曲,肩膀在45°绑架。所有数据收集发生在同一个实验室。保持恒定的温度约为22°C是所有数据收集会话期间在实验室。中央空调系统也有效地维护一个稳定的湿度,尽管湿度没有测量。恒定的温度和湿度将确保为每个测试会话相似的物理环境。每个主题都从办公室招募工作状态参与这项研究。他们被要求不参加体育活动的前一天数据收集和有足够的时间来适应测试环境在到达实验室。

皮肤电极接触的面积被无菌生理盐水湿巾(Hygea PDI Inc .,汉密尔顿,纽约,美国)之前执行阻抗测量。头脑被放置在肌肉,直到绿色“开始测试”信号显示在电脑屏幕上。这表明良好的皮肤接触,确保最佳的测量。然后,数据记录就开始了。在录制期间,设备一直到结果显示在屏幕上。该软件还绘制电阻和电抗的频率范围。

两种不同尺寸的传感器被用于每个评定等级的随机序列。两个阵列传感器的位置是在皮肤上尽量减少混杂因子与网站之间的识别测量。intrarater可靠性测试,第一个评定等级进行了两次重复测量5到8天。收集评分者间信度的测量第一个评定等级的完成测量后的第二次访问。

评估员收到了4小时的培训从高级技师他系统的标准操作程序。其次是两个小时的无监督实践。相关的软件用于视觉检查在三试验数据,以确保一致性。

2.4。参数

电阻的参数(R)、电抗(X)和阶段(θ)从纵向电流电极记录进行了分析。所有参数得到50 kHz的频率和100千赫。这两个频率选择,因为他们在最佳范围内记录EIM反应,在以前的研究中最常用的频率(10,11]。

2.5。数据分析和统计

使用SPSS统计分析23日(美国纽约阿蒙克的IBM公司)。显著性水平是设定在 。进行了描述性的分析来描述样本的人口。ICC模型2,k3,k采用评估相对两分和intrarater可靠性,分别。ICC的解释如下:≥0.90 =可靠性高,0.80 - -0.89 =良好的可靠性,0.70 - -0.79 =公平可靠性和可靠性差(≤0.69 =25]。绝对的可靠性指标的标准误差测量(SEM),最小的区别(阶跃恢复二极管),Bland-Altman 95%协议计算的局限性。

3所示。结果

20个健康受试者招募(平均年龄32.9±8.2;12男8女)。摘要天之间,天纵二头肌EIM测量如表所示1和2。记录的所有参数可以在50千赫和100 kHz范围在0.90到0.98之间的大型传感器和在0.44和0.97之间小的传感器。特别是,我们注意到,国际刑事法庭的价值50千赫电抗小传感器为0.440,这表明可靠性较差。大的可以传感器高于小传感器天之间的所有参数评分者间信测量和天测量。国际刑事法庭记录的值小的传感器在100 kHz始终高于记录在所有参数的50 kHz,除了电抗,天之间,天测量。也观察到类似的ICC值测量记录50千赫和100 kHz的大型传感器。这些结果表明,小型传感器的可靠性是容易受采样频率。表3和4现在天之间的刑事法庭分析的结果和天测量记录下每一个传感器。数据2和3目前国际刑事法庭块纵向二头肌大的传感器和测量记录的小型传感器由两个不同的评级机构和同样的评定等级在不同天,分别。

SEM和阶跃恢复二极管由大型传感器记录小于由小型传感器测量,记录表明更高的变异在“真正”的分数,更大的变化是需要被视为真正的改变。Bland-Altman 95%贷款记录表明更大的测量值之间的误差范围的小型传感器比大型传感器。表3和4现在天之间的绝对可靠性指标的结果由两个评估使用记录和天测量传感器。

4所示。讨论

本研究旨在评估天intrarater可靠性和天评分者间信度的两个difference-sized阵列传感器记录肌肉阻抗。本研究的结果表明,大型传感器一直更可靠的比小的传感器在所有测试条件。高可以符合先前的可靠性评估的局部EIM应用在健康的胫骨前肌12),以及在DMD (6,26]。Rutkove等人报道线性EIM肱二头肌上执行两次试验法的可靠性高,股四头肌、胫骨前肌和(ICC = 0.970、0.971和0.938,分别),250天除了在50千赫10]。

的可能因素之一,导致较低的小型传感器的可靠性是皮下脂肪的影响在一个较小的电极之间的距离。Jafarpoor等人应用有限元模型来模拟人体上臂肌肉和发现电极距离显著影响EIM输出(27]。所有的组织下电压电极在理论上可能导致阻抗测量,包括皮下脂肪和骨头。肌肉固有电阻率低于皮下脂肪和骨头(28]。因此,电流会通过肌肉。然而,唱等人认为,当电流通过组织下面的电压测量电极,相当大比例的电流通过了脂肪在最近的点的电压被记录(29日]。皮下脂肪层之间的显著相关性被发现(同声传译)厚度和电阻和相位在健康受试者腓肠肌内侧肌肉。Jafarpoor等人也报告说,同声传译的股四头肌肌肉的厚度并导致电阻和电抗27]。因此,电极距离更短(小传感器)更可能是同声传译的影响比更大的电极距离(大型传感器)20.]。此外,bioimpedance分析不仅影响程度的脂肪量也由electrode-skin接口(19]。电极面积和距离的影响已经在线性EIM评估。Rutkove等人发现的一小部分效应相关的电化学性能electrode-skin-fat-layer复杂,其贡献是成反比的电极面积(11]。因此,EIM小传感器的输出更容易受electrode-skin-fat-layer比更大的传感器。这反过来会影响小传感器的可靠性。本研究的发现表明EIM应该记录下测量电极正确的尺寸和空间的。测量记录的一个相对较小的传感器应考虑与谨慎。

本研究观察到较小的SEM和阶跃恢复二极管由小型传感器记录在100 kHz比50 kHz,表明仪器的可靠性受到记录频率的影响。几项研究表明,多频措施可能更敏感的疾病状态,随着时间的进展13,14]。通过改变注入电流的频率,它可以改变电阻的相对权重(液体)和反应(膜)对总阻抗的贡献(即。细胞膜,就像一个电容器在电路,这样一个非常高的频率使几乎没有电抗对阻抗的贡献)30.]。在低频段,传感器和皮肤之间的接触阻抗较高,从而导致不可靠的数据。休森等人研究了使用多频electrode-skin界面的阻抗(1 - 16384 Hz),发现大水平的个体差异在低频阻抗(31日]。本研究的结果表明,更高频率(即。,higher than 50 kHz) should be considered when using the small sensor to record impedance properties.

电抗值最低的可靠性指标在三个EIM参数记录通过传感器。可能的低电抗可靠性因素可能是当前应用的角度和角度测量相对于肌肉纤维方向,和皮肤的接触压力。可能会有小的变化电极位置和角度相对于肱二头肌每次电极放置在皮肤表面的评定等级。电极位置和角度的变化相对于肱二头肌可能影响EIM参数。Tarulli等人报道,电抗是最敏感的角度目前的应用和角度测量相对于牛骨骼肌肌纤维方向(32]。敏感性可能与肌肉组织的各向异性,因为各向异性代表肌肉内的固有肌肉纤维几何,和电流流更容易穿过肌肉纤维比他们(33]。因此,任何改变电极的角度影响肌肉注入电流的方向,反过来,它有助于电抗测量的变化。此外,电抗与振荡电荷积累的倾向对肌肉细胞膜的电容器(2]。电阻电容模型electrode-skin-fat层界面的显示接口导致漂移在EIM结果称为“分压器效应”,这取决于阻抗测量仪器的输入特征,该地区,electrode-skin界面的条件(11]。它可以减少通过增加仪器的输入阻抗和通过使用活跃,低电容探针。因为测量电抗本身被建模为一个“电容器”,它是容易接触电极和接口,这反过来会导致低电抗的可靠性。

应该承认,这项研究的局限性。尽管当前研究的结果与健康人群提供有用信息的可靠性大大小小的EIM传感器,临床的人口是不包括在这项研究中,重要的是进一步扩展的可靠性调查不同临床人群EIM在哪里可以找到最重要的应用程序。目前的研究只调查了肱二头肌肌肉,虽然不同类型的肌肉应该进一步检查。此外,同样的EIM实验由两家评级机构(即之一。,the same data set) was used for both the between-days intrarater reliability and within-day interrater reliability investigations. The protocol can be further improved by having both raters take measurements on both days. According to the literature, the variation of muscle size can affect resistance and reactance measurement [29日]。例如,减少肌肉的大小可能会增加测量R和X。然而,相位角(θ)将影响程度较低,因为它的计算可能会抵消简单测量肌肉体积的影响(29日,30.]。目前的研究调查大型和小型传感器的性能在肱二头肌肌肉。仍然是未来研究的进一步检查EIM参数不同的肌肉是怎样变化的。

5。结论

EIM测量肱二头肌的肌肉由大型传感器记录了高天之间intrarater和天所有三个参数的评分者间信度。小传感器显示可怜的高可靠性和重复测量不像大型传感器一致。由小电抗记录传感器是最不可靠的参数。小传感器的可靠性是容易受测量频率。本研究的结果表明,电极尺寸和电极间的距离应选择适当按照测试肌肉的大小来实现所需的EIM再现性测量。

数据可用性

生成的数据集和分析在当前研究可从相应的作者以合理的要求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

Huijing胡锦涛和围梁安布罗斯瞧了同样的工作。

确认

这部分工作是支持广州科技项目(201704030039和201704030039),中国国家自然科学基金(81702227,81702227,81702227,81971124),和山东省自然科学基金(ZR2020KF012)。