विद्युत प्रतिबाधा मायोग्राफी

विद्युत प्रतिबाधा मायोग्राफी, या ईआईएम, मांसपेशियों के स्वास्थ्य के आकलन के लिए गैर-इनवेसिव तकनीक है जो व्यक्तिगत मांसपेशियों या मांसपेशियों के समूह की विद्युत प्रतिबाधा विशेषताओं के माप पर आधारित है। तकनीक का उपयोग उनके निदान और प्रगति के लिए चल रहे मूल्यांकन या चिकित्सीय हस्तक्षेप दोनों के लिए न्यूरोमस्कुलर रोगों के मूल्यांकन के उद्देश्य से किया गया है। मांसपेशियों की संरचना और सूक्ष्म संरचना रोग के साथ बदलती है, और ईआईएम प्रतिबाधा में परिवर्तन को मापता है जो रोग विकृति के परिणामस्वरूप होता है। ईआईएम को Prize4Life द्वारा एएलएस जैवचिह्न (जैविक सहसंबंध या सरोगेट समापन बिंदु के रूप में भी जाना जाता है) के रूप में इसकी क्षमता के लिए विशेष रूप से मान्यता दी गई है। एक 501(c)(3) गैर-लाभकारी संगठन जो एएलएस के उपचार और इलाज की खोज में तेजी लाने के लिए समर्पित है। $1M एएलएस जैवचिह्न चुनौति ने एक बायोमार्कर की पहचान करने पर ध्यान केंद्रित किया, जो दूसरे चरण के दवा परीक्षणों को आधा करने के लिए त्रुटिहीन और विश्वसनीय था। यह पुरस्कार बेथ इज़राइल डेकोनेस मेडिकल सेंटर में न्यूरोलॉजी विभाग में न्यूरोमस्कुलर रोग विभाग के प्रमुख और हार्वर्ड मेडिकल स्कूल में न्यूरोलॉजी के प्रोफेसर डॉ. सेवार्ड रुटकोव को प्रदान किया गया। ईआईएम की तकनीक विकसित करने और एएलएस के लिए इसके विशिष्ट अनुप्रयोग में उनके काम के लिए पुरस्कार दिया गया। यह आशा की जाती है कि जैवचिह्न के रूप में ईआईएम एएलएस के लिए नए उपचारों की अधिक तीव्र और कुशल पहचान में परिणत होगा। ईआईएम ने रेडिकुलोपैथी निर्दिष्ट पेशीविकृति, ड्यूकेन मस्कुलर डिस्ट्रॉफी, और स्पाइनल मस्कुलर एट्रोफी सहित विभिन्न प्रकार की न्यूरोमस्कुलर स्थितियों में रोग की स्थिति के प्रति संवेदनशीलता दिखाई है।

न्यूरोमस्कुलर रोग के आकलन के अतिरिक्त, ईआईएम में मांसपेशियों की स्थिति के सुविधाजनक और संवेदनशील उपाय के रूप में सेवा करने की भी संभावना है। उम्र बढ़ने वाली आबादी में काम करें और आर्थोपेडिक चोटों वाले व्यक्ति इंगित करते हैं कि ईआईएम मांसपेशियों के शोष और अनुपयोग के प्रति बहुत संवेदनशील है और इसके विपरीत मांसपेशियों की अनुकूलन और अतिवृद्धि के प्रति संवेदनशील होने की संभावना है। अंतिम अंतरिक्ष शटल मिशन (STS-135) पर चूहों के अध्ययन सहित चुहिया और चूहों के नमूने पर काम, ने इस संभावित मूल्य की पुष्टि करने में मदद की है।

अंतर्निहित अवधारणाएँ
विद्युत प्रतिबाधा में रुचि 20वीं शताब्दी के अंत में प्रारंभ हुई, जब फिजियोलॉजिस्ट लुइस लैपिक ने तंत्रिका कोशिकाओं के मॉडल झिल्लियों के लिए एक प्राथमिक परिपथ की परिकल्पना की। वैज्ञानिकों ने 1940 तक इस मॉडल पर विविधताओं के साथ प्रयोग किया, जब केनेथ स्टीवर्ट कोल ने एक परिपथ मॉडल विकसित किया जो कोशिका झिल्ली और इंट्रासेल्युलर द्रव दोनों के प्रतिबाधा गुणों के लिए जिम्मेदार था।

सभी प्रतिबाधा-आधारित विधियों की तरह, ईआईएम आरसी परिपथ के रूप में मांसपेशियों के ऊतकों के सरलीकृत मॉडल पर निर्भर करता है। यह मॉडल के प्रतिरोधी घटक को बाह्यकोशिकीय और अंतःकोशिकीय तरल पदार्थों के प्रतिरोध और सेल झिल्ली के कैपेसिटिव प्रभाव के लिए प्रतिक्रियाशील घटक का श्रेय देता है। है। व्यक्तिगत कोशिका झिल्लियों की अखंडता का ऊतक के प्रतिबाधा पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है; इसलिए, रोग की प्रगति में ऊतक की गिरावट को मापने के लिए एक मांसपेशी प्रतिबाधा का उपयोग किया जा सकता है। न्यूरोमस्क्यूलर बीमारी में, कई कारक मांसपेशियों के रचनात्मक और सूक्ष्म संरचनात्मक पहलुओं को प्रभावित कर सकते हैं, जिनमें सबसे विशेष रूप से मांसपेशी फाइबर एट्रोफी और असंगठन, वसा और संयोजी ऊतकों का जमाव सम्मलित होते है, जैसा कि मांसपेशियों के डिस्ट्रोफी में होता है, सूजन की उपस्थिति, कई अन्य विकृतियों के बीच होती है। ईआईएम ऊतक में इन परिवर्तनों को समग्र रूप से कई आवृत्तियों पर और प्रमुख मांसपेशी फाइबर दिशा के सापेक्ष कई कोणों पर इसकी प्रतिबाधा विशेषताओं को मापता है।

ईआईएम में, प्रतिबाधा को विद्युत प्रतिरोध और विद्युत प्रतिघात, इसके वास्तविक और काल्पनिक घटकों में विभाजित किया जाता है। इससे, कोई मांसपेशी के चरण की गणना की जा सकती है, जो समय-बदलाव का प्रतिनिधित्व करता है जो मांसपेशियों से निकलते समय एक साइनसॉइड से निकलता है।  किसी दिए गए प्रतिरोध (R) और प्रतिक्रिया (X) के लिए, चरण (θ) की गणना की जा सकती है। वर्तमान कार्य में, तीनों पैरामीटर महत्वपूर्ण भूमिका निभाते प्रतीत होते हैं, जो वास्तव में इस बात पर निर्भर करता है कि किन रोगों का अध्ययन किया जा रहा है और प्रौद्योगिकी को कैसे लागू किया जा रहा है।।

ईआईएम त्वचा की मोटाई और मांसपेशियों के क्षेत्र पर निर्भर चमड़े के नीचे की वसा से भी प्रभावित हो सकता है। चूँकि, निकलता डिज़ाइन बनाए जा सकते हैं जो प्रभाव को काफी हद तक कम कर सकते हैं और इस प्रकार अभी भी प्राथमिक मांसपेशी डेटा प्रदान करते हैं। इसके अतिरिक्त, मल्टीफ्रीक्वेंसी मापन का उपयोग मांसपेशियों के वसा के प्रभाव को अलग करने की इस प्रक्रिया में भी सहायता कर सकता है। इस जानकारी से, किसी दिए गए क्षेत्र में मांसपेशियों के ऊपर वसा की अनुमानित मात्रा का अनुमान लगाना/गणना करना भी संभव हो जाता है।

मल्टीफ्रीक्वेंसी माप
प्रतिरोध और प्रतिक्रिया दोनों सिग्नल की इनपुट आवृत्ति पर निर्भर करते हैं। क्योंकि आवृत्ति में परिवर्तन प्रतिरोध (द्रव) और प्रतिबाधा (झिल्ली) के सापेक्ष योगदान को प्रतिबाधा में बदल देता है, मल्टीफ्रीक्वेंसी ईआईएम रोग के अधिक व्यापक मूल्यांकन की अनुमति दे सकता है। स्वस्थ और रोगग्रस्त समूहों के बीच आवृत्ति निर्भरता में अंतर प्रदर्शित करने के लिए प्रतिरोध, प्रतिक्रिया, या चरण को आवृत्ति के कार्य के रूप में प्लॉट किया जा सकता है। रोगग्रस्त मांसपेशियां बढ़ती आवृत्ति के साथ प्रतिक्रिया और चरण में वृद्धि प्रदर्शित करती हैं, जबकि स्वस्थ मांसपेशियों की प्रतिक्रिया और चरण मान आवृत्ति के साथ 50-100 kHz तक बढ़ जाते हैं, जिस बिंदु पर वे आवृत्ति के कार्य के रूप में घटने लगते हैं। किसी पेशी के लिए आवृत्ति स्पेक्ट्रम निर्धारित करने के लिए 500 हर्ट्ज से लेकर 2 मेगाहर्ट्ज तक की आवृत्तियों का उपयोग किया जाता है।

स्नायु अनिसोट्रॉपी
मांसपेशियों के ऊतकों की विद्युत प्रतिबाधा एनिस्ट्रोपिक है; पेशी तंतुओं के समानांतर प्रवाहित होने वाली धारा तंतुओं में लंबवत रूप से प्रवाहित होने वाली धारा से अलग प्रवाहित होती है। एक मांसपेशी में ओर्थोगोनली प्रवाहित होने वाली धारा अधिक कोशिका झिल्लियों का सामना करती है, इस प्रकार प्रतिरोध, प्रतिक्रिया और चरण मूल्यों में वृद्धि होती है। मांसपेशियों के तंतुओं के संबंध में विभिन्न कोणों पर माप लेकर, ईआईएम का उपयोग किसी दिए गए मांसपेशी के अनिसोट्रॉपी को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। अनिसोट्रॉपी या तो ग्राफ प्लॉटिंग प्रतिरोध, प्रतिक्रिया, या चरण के रूप में मांसपेशियों के तंतुओं की दिशा के संबंध में कोण के कार्य के रूप में या अनुदैर्ध्य माप (मांसपेशियों के तंतुओं के समानांतर) के अनुप्रस्थ (तंतु के लंबवत) माप के अनुपात के रूप में दिखाया जाता है। किसी दिए गए प्रतिबाधा कारक का। न्यूरोमस्कुलर रोग के साथ स्नायु अनिसोट्रॉपी भी बदल जाती है। ईआईएम ने न्यूरोमस्कुलर रोग रोगियों और स्वस्थ नियंत्रणों के अनिसोट्रॉपी प्रोफाइल के बीच अंतर दिखाया है। इसके अतिरिक्त, ईआईएम मायोपैथिक और न्यूरोजेनिक रोग के बीच भेदभाव करने के लिए अनिसोट्रॉपी का उपयोग कर सकता है। न्यूरोमस्कुलर रोग के विभिन्न रूपों में अद्वितीय अनिसोट्रॉपी होते हैं। मायोपैथिक रोग की विशेषता अनिसोट्रॉपी में कमी है।  न्युरोपटी  रोग एक कम अनुमानित अनिसोट्रॉपी पैदा करता है। निम्नतम चरण के कोण को समानांतर स्थिति से स्थानांतरित किया जा सकता है, और एक पूरे के रूप में अनिसोट्रॉपी अक्सर एक स्वस्थ नियंत्रण से अधिक होता है।

माप दृष्टिकोण
सामान्य तौर पर, तकनीक को लागू करने के लिए, ब्याज की मांसपेशियों पर कम से कम चार सतह निकलता रखे जाते हैं। बाहरी दो निकलता  पर एक मिनट की प्रत्यावर्ती धारा लागू की जाती है, और आंतरिक निकलता  द्वारा वोल्टेज संकेतों को रिकॉर्ड किया जाता है। लागू वर्तमान की आवृत्ति और प्रमुख मांसपेशी फाइबर दिशा में निकलता  सरणी के संबंध विविध हैं ताकि मांसपेशियों का एक पूर्ण बहु-आवृत्ति और बहु-दिशात्मक मूल्यांकन प्राप्त किया जा सके।

ईआईएम को कई अलग-अलग प्रतिबाधा विश्लेषण उपकरणों के साथ प्रदर्शित किया गया है। जैवविद्युत प्रतिबाधा विश्लेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले व्यावसायिक रूप से उपलब्ध प्रणालियों को अलग-अलग मांसपेशियों की प्रतिबाधा को मापने के लिए कैलिब्रेट किया जा सकता है। सतह निकलता से वोल्टेज रिकॉर्ड करने के लिए एक उपयुक्त प्रतिबाधा विश्लेषक सिग्नल उत्पन्न करने के लिए लॉक-इन एम्पलीफायर का उपयोग करके और टेक्ट्रोनिक्स पी 6243 जैसे कम-कैपेसिटेंस जांच का उपयोग करके कस्टम बनाया जा सकता है।

इस तरह के तरीके, चूँकि, ब्याज की मांसपेशियों पर सावधानीपूर्वक निकलता स्थिति की आवश्यकता और निकलता  के मिसलिग्न्मेंट और अशुद्धि की संभावना को देखते हुए लागू करने के लिए धीमे और अनाड़ी हैं। तदनुसार, एक निकलता  हेड के साथ कई घटकों का उपयोग करके एक प्रारंभिक हाथ से चलने वाली प्रणाली का निर्माण किया गया था जिसे सीधे रोगी पर रखा जा सकता था। डिवाइस में निकलता  प्लेटों की एक सरणी होती है, जो मनमाना झुकाव में प्रतिबाधा माप करने के लिए चुनिंदा रूप से सक्रिय हो सकती है। ऑसिलोस्कोप को एक यौगिक साइनसॉइड सिग्नल उत्पन्न करने के लिए प्रोग्राम किया गया था, जिसका उपयोग फास्ट फूरियर रूपांतरण के माध्यम से एक साथ कई आवृत्तियों पर प्रतिबाधा को मापने के लिए किया जा सकता है।

चूंकि वह प्रारंभिक प्रणाली बनाई गई थी, अन्य हैंडहेल्ड वाणिज्यिक प्रणालियां विकसित की जा रही हैं, जैसे मूर्ति, दोनों न्यूरोमस्कुलर रोग मूल्यांकन में उपयोग के लिए और फिटनेस निगरानी के लिए, जिसमें मांसपेशियों की गुणवत्ता (या एमक्यू) मूल्य की गणना सम्मलित  है। इस बाद के मूल्य का उद्देश्य ऊतक के किसी दिए गए क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र के लिए मांसपेशियों की सापेक्ष बल-उत्पादन क्षमता का अनुमानित मूल्यांकन प्रदान करना है। मांसपेशियों की गुणवत्ता, उदाहरण के लिए,  सार्कोपीनिया  के मूल्यांकन में उपयोग किया जाने वाला एक उपाय है।

मानक बायोइलेक्ट्रिकल प्रतिबाधा विश्लेषण के साथ तुलना
मानक बायोइलेक्ट्रिकल प्रतिबाधा विश्लेषण (BIA), ईआईएम की तरह, मानव शरीर की विशेषताओं को मापने के लिए एक कमजोर, उच्च आवृत्ति वाले विद्युत प्रवाह को भी नियोजित करता है। मानक बीआईए में, ईआईएम के विपरीत, हाथों और पैरों पर रखे निकलता  के बीच विद्युत प्रवाह पारित किया जाता है, और पूरे वर्तमान पथ की प्रतिबाधा विशेषताओं को मापा जाता है। इस प्रकार, मापी गई प्रतिबाधा विशेषताएँ अपेक्षाकृत निरर्थक होती हैं क्योंकि वे हाथ-पैरों की पूरी लंबाई, छाती, पेट और श्रोणि सहित शरीर के अधिकांश हिस्से को घेर लेती हैं; तदनुसार, दुबला शरीर द्रव्यमान और% वसा के केवल सारांश पूरे शरीर के उपायों की पेशकश की जा सकती है। इसके अतिरिक्त, बीआईए में, वर्तमान कम से कम प्रतिरोध का मार्ग यात्रा करता है, और इस प्रकार कोई भी कारक जो वर्तमान पथ को बदलता है, डेटा में परिवर्तनशीलता का कारण होगा। उदाहरण के लिए, बढ़ते जलयोजन के साथ बड़े जहाजों (जैसे, नसों) का विस्तार एक कम-प्रतिरोध पथ की पेशकश करेगा, और इस प्रकार परिणामी डेटा को विकृत करेगा। इसके अतिरिक्त, पेट की सामग्री में परिवर्तन इसी तरह डेटा को बदल देगा। शरीर की स्थिति का भी पर्याप्त प्रभाव हो सकता है, संयुक्त स्थिति डेटा में भिन्नता में योगदान करती है। इसके विपरीत, ईआईएम व्यक्तिगत मांसपेशियों के केवल सतही पहलुओं को मापता है और शरीर या अंग की स्थिति या जलयोजन स्थिति से अपेक्षाकृत अप्रभावित रहता है। एमियोट्रोफिक लेटरल स्क्लेरोसिस (एएलएस) में एक अध्ययन में ईआईएम और मानक बीआईए के बीच के अंतरों का उदाहरण दिया गया था, जिसमें दिखाया गया था कि ईआईएम प्रभावी रूप से 60 एएलएस रोगियों में प्रगति को ट्रैक करने में सक्षम था जबकि बीआईए नहीं था।