Забродін Костянтин Юрійович, Аспірант
Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, kostiantyn.zabrodin@nure.ua
Гелетка Олександр Олександрович, к.м.н., лікар вищої категорії Медичний центр “Life Park”, Харків, geletka77@gmail.com
Анотація
У статті розглядаються основні методи визначення тривалості потенціалу рухової одиниці (ПРО) в електроміографії. Аналізуються різні алгоритми, такі як метод Турку 1, метод Турку 2, метод Столберга та метод Нандедкара, які використовуються для визначення меж ПРО. Описані переваги та недоліки кожного підходу, а також їхня практична застосовність у клінічній та науковій електроміографії.
Ключові слова:
Потенціал рухової одиниці, електроміографія, алгоритми аналізу, метод Турку, метод Столберга, метод Нандедкара, штучний інтелект, вейвлет-перетворення, діагностика нейром’язових захворювань.
До основних діагностично важливих параметрів ПРО відносять довжину та амплітуду потенціалу рухової одиниці, та якщо амплітуду визначити достатньо легко, – це різниця між мінімальною позитивною та максимальною негативною точками, то до вимірювання довжини ПРО існує декілька підходів.
При автоматичному визначенні тривалості ПРО рекомендовано наступний комп’ютерний алгоритм: початком відхилення потенціалу від нульової лінії вважається негативне зміщення на 20 мкВ на ділянці в 0,6 мс; критерієм закінчення ПРО є повернення до нульової лінії із позитивним відхиленням не більше 4 мкВ на ділянці в 1,6 мс (R.G.Lee and D.E.White, 1973) [1]. Але нестабільність ізолінії за рахунок наявності шумів погіршує умови визначення початку та закінчення ПРО. Усереднення 3-5 потенціалів однієї ПРО під час реєстрації дозволяє знизити шуми та “вирівняти” умовну ізолінію. Даний алгоритм є рекомендованим але надто чутливим до умов реєстрації ПРО тому також використовуються інші алгоритми.
Метод Турку 1. Згідно з цим алгоритмом сигнал аналізується за наступними кроками.
Реєстрація сигналу та попередня обробка.
Знаходження максимального піку (визначається найбільше значення амплітуди моторної одиниці).
Встановлення порогового значення – обирається певний відсоток (зазвичай 20% від пікової амплітуди), що буде використовуватися для визначення початку та кінця ПРО.
Визначення початку та кінця ПРО (знаходиться перша та остання точка у сигналі, коли значення амплітуди перевищує встановлений поріг).
Обчислення тривалості ПРО (тривалість потенціалу рухової одиниці визначається як різниця між моментом завершення та моментом початку).
Метод Турку 2. Цей метод використовує похідну сигналу для більш точного визначення меж ПРО.
Реєстрація сигналу та попередня обробка.
Обчислення похідної сигналу (використовується перша похідна сигналу для оцінки швидкості зміни амплітуди, що дозволяє знайти точки найшвидшого зростання і спаду сигналу).
Визначення початку ПРО (початок ПРО визначається як перша точка, де градієнт сигналу перевищує певний поріг, цей поріг може бути адаптивним, наприклад, 5–10% від максимальної зміни амплітуди).
Визначення кінця ПРО (кінець ПРО – це точка, де градієнт сигналу починає зменшуватись до базового рівня, в цьому випадку використовується друга похідна або пошук стабілізації сигналу).
Обчислення тривалості ПРО.
Метод Столберга. Найбільш використовуваний підхід у електроміографії для вимірювання тривалості потенціалу рухової одиниці. Він базується на аналізі форми хвилі ПРО і визначенні моментів, коли сигнал відхиляється від базового рівня та повертається до нього.
Реєстрація сигналу та попередня обробка.
Визначення базового рівня шуму (розраховується середньоквадратичне відхилення (СКВ) під час запису в спокої).
Визначення початку ПРО (мітка початку визначається як перша точка, коли сигнал перевищує базовий рівень на певний відсоток (зазвичай 2-3 стандартних відхилення шуму)).
Визначення кінця ПРО (кінцева мітка визначається як остання точка, коли амплітуда ПРО повертається до рівня базової активності).
Обчислення тривалості ПРО.
Метод Нандедкара. Використовує порогові значення, розраховані відносно максимальної амплітуди ПРО.
Реєстрація сигналу та попередня обробка.
Визначення максимальної амплітуди ПРО та порогових значень (зазвичай 2-5 % від максимальної амплітуди).
Визначення початку ПРО (перша мітка визначається як точка, коли сигнал піднімається вище порогового рівня).
Визначення кінця ПРО (мітка кінця визначається як перша точка, коли сигнал спускається нижче порогового рівня).
Обчислення тривалості ПРО.
Кожен із цих методів має свої переваги та недоліки, що визначають їхню застосовність у клінічній та науковій електроміографії. Турку 1 є найпростішим у реалізації, Турку 2 забезпечує кращу точність, метод Столберга є найбільш універсальним, а метод Нандедкара забезпечує стабільність результатів навіть при різних рівнях амплітуди [2].
На сьогоднішній день тривають активні дослідження в області вдосконалення методів аналізу ПРО, зокрема шляхом використання вейвлет-перетворення та штучного інтелекту. Такі підходи дозволять автоматизувати аналіз ЕМГ-сигналів, підвищити точність діагностики нейром’язових захворювань та забезпечити більш ефективне використання електроміографії в клінічній практиці.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
Команцев В. Н. Методические основы клинической электронейромиографии, Санкт-Петерург, 2006 р, – С. 78 – 84.
Ignacio Rodríguez-Carreño, Luis Gila-Useros and Armando Malanda-Trigueros, Motor Unit Action Potential Duration: Measurement and Significance, стаття dx.doi.org/10.5772/50265
Kimura Jun, Electrodiagnosis in desiases of nerve and muscle principles and practice Oxford Univercity Press, 2020р. – С. 313-327.
