विद्युत प्रतिबाधा मायोग्राफी

विद्युत प्रतिबाधा मायोग्राफी, या ईआईएम, मांसपेशियों के स्वास्थ्य के आकलन के लिए गैर संक्रामक तकनीक होती है जो वैयक्तिक मांसपेशियों या उनके समूह की विद्युत प्रतिबाधा विशेषताओं के माप पर आधारित होती है। इस तकनीक का उपयोग न्यूरोमस्कुलर रोगों के मूल्यांकन के लिए उनके निदान और उनकी प्रगति के चल रहे मूल्यांकन या चिकित्सीय हस्तक्षेप दोनों के लिए किया गया है। मांसपेशियों की संरचना और सूक्ष्म संरचना रोग के साथ परिवर्तित होती है, और ईआईएम रोग विकृति के परिणामस्वरूप होने वाले प्रतिबाधा में परिवर्तन को मापता है। ईआईएम को विशेष रूप से एएलएस जैवचिह्न (जैविक सहसंबंध या सरोगेट समापन बिंदु के रूप में भी जाना जाता है) के रूप में प्राइज4लाइफ द्वारा मान्यता दी गई है, जो एक 501(c)(3) मे गैर-लाभकारी संगठन जो एएलएस के उपचार और इलाज की खोज में तेजी लाने के लिए समर्पित है। $1M एएलएस जैवचिह्न चुनौति ने बायोमार्कर की पहचान करने पर ध्यान केंद्रित किया, जो दूसरे चरण के दवा परीक्षणों को आधा करने के लिए त्रुटिहीन और विश्वसनीय था। ईआईएम की तकनीक विकसित करने और एएलएस के लिए इसके विशिष्ट अनुप्रयोग में उनके काम के लिए पुरस्कार दिया गया। 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। 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 विभिन्न न्यूरोमस्कुलर स्थितियों में रोग की स्थिति के प्रति संवेदनशीलता दिखाई है, जिसमे रेडिकुलोपैथी इंफ्लेमेटरी मायोपैथी, ड्यूकेन मस्कुलर डिस्ट्रॉफी, और स्पाइनल मस्कुलर एट्रोफी सहित सम्मिलित है।

न्यूरोमस्कुलर रोग के मूल्यांकन के अतिरिक्त, ईआईएम में मांसपेशियों की स्थिति के एक सुविधाजनक और संवेदनशील उपाय के रूप में भी काम करने की संभावना है। उम्रदराज़ आबादी और आर्थोपेडिक चोटों वाले व्यक्तियों में काम इंगित करता है कि ईआईएम मांसपेशी शोष और अनुपयोगी के प्रति बहुत संवेदनशील है  और इसके विपरीत संभवतः मांसपेशी अनुकूलन और अतिवृद्धि के प्रति संवेदनशील होते है। अंतिम अंतरिक्ष शटल मिशन (एसटीएस-135) पर चूहों के अध्ययन सहित चुहिया और चूहों के नमूने पर, 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 प्राथमिक परिपथ की परिकल्पना की थी। वैज्ञानिकों ने 1940 तक इस मॉडल पर विविधताओं के साथ प्रयोग किया, जब केनेथ स्टीवर्ट कोल ने परिपथ मॉडल विकसित किया जो कोशिका झिल्ली और अंतःकोशिकी तरल पदार्थ 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 संधारित्र प्रभावों के लिए श्रेय देता है। व्यक्तिगत कोशिका झिल्लियों की ऊतक प्रतिबाधा पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है, इसलिए, रोग की प्रगति ऊतक के क्षरण को मापने के लिए मांसपेशियों की प्रतिबाधा का उपयोग किया जा सकता है। न्यूरोमस्कुलर रोग में, विभिन्न प्रकार के कारक मांसपेशियों के संरचनात्मक और सूक्ष्म संरचनात्मक पहलुओं को प्रभावित कर सकते हैं,जिनमें सबसे उल्लेखनीय रूप से मांसपेशी फाइबर एट्रोफी, वसा और संयोजी ऊतकों का जमाव, जैसा कि मांसपेशी डिस्ट्रोफी में होता है, और सूजन की उपस्थिति, कई अन्य विकृतियों के बीच होती है। ईआईएम ऊतक में इन परिवर्तनों को समग्र रूप से कई आवृत्तियों पर और मांसपेशियों फाइबर के सापेक्ष कई कोणों पर इसकी प्रतिबाधाओ को मापता है।

ईआईएम में, प्रतिबाधा को विद्युत प्रतिरोध और विद्युत प्रतिघात, इसके वास्तविक और काल्पनिक घटकों में विभाजित किया जाता है। इससे, कोई मांसपेशियों के चरण की गणना की जा सकती है, जो समय-बदलाव का प्रतिनिधित्व करता है जो मांसपेशियों से निकलते समय साइनसॉइड से निकलता है। किसी दिए गए प्रतिरोध (R) और प्रतिक्रिया (X) के लिए, चरण (θ) की गणना की जा सकती है। धारा कार्य में, तीनों पैरामीटर महत्वपूर्ण भूमिका निभाते प्रतीत होते है, 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 है जो प्रभाव को काफी हद तक कम कर सकते है और इस प्रकार अभी भी प्राथमिक मांसपेशियों डेटा प्रदान करते है। इसके अतिरिक्त, बहु-आवृत्ति मापन का उपयोग वसा के प्रभावों को मांसपेशियों के प्रभावों से 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।

बहुआवृत्ति माप
प्रतिरोध और प्रतिक्रिया दोनों संकेत की इनपुट आवृत्ति पर निर्भर करते है। क्योंकि आवृत्ति में परिवर्तन प्रतिरोध (द्रव) और प्रतिबाधा (झिल्ली) के सापेक्ष योगदान को प्रतिबाधा में बदल देता है, बहु-आवृत्ति 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 आलेखित किया जा सकता है। रोगग्रस्त मांसपेशियां बढ़ती आवृत्ति के साथ प्रतिक्रिया और चरण में वृद्धि प्रदर्शित करती है, जबकि स्वस्थ मांसपेशियों की प्रतिक्रिया और चरण मान आवृत्ति के साथ 50-100 kHz तक बढ़ जाते है, जिस बिंदु पर वे आवृत्ति के कार्य के रूप में घटने लगते है। किसी मांसपेशियों के लिए आवृत्ति स्पेक्ट्रम निर्धारित करने के लिए 500 हर्ट्ज से लेकर 2 मेगाहर्ट्ज तक की आवृत्तियों का उपयोग किया जाता है।

मांसपेशी अनिसोट्रॉपी
मांसपेशियों के ऊतकों की विद्युत प्रतिबाधा एनिस्ट्रोपिक है, मांसपेशियों तंतुओं के समानांतर प्रवाहित होने वाली धारा तंतुओं में लंबवत रूप से प्रवाहित होने वाली धारा से अलग प्रवाहित होती है। मांसपेशियों 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 मांसपेशियों के अनिसोट्रॉपी को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। अनिसोट्रॉपी या तो ग्राफ आलेखितिं 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 होता है।

न्यूरोमस्कुलर रोग के साथ स्नायु अनिसोट्रॉपी भी बदल जाती है। ईआईएम ने न्यूरोमस्कुलर रोग रोगियों और स्वस्थ नियंत्रणों के अनिसोट्रॉपी रूपरेखा 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 असमानुवर्तन होते है। मायोपैथिक रोग की विशेषता अनिसोट्रॉपी में कमी होती है। न्युरोपटी रोग कम अनुमानित अनिसोट्रॉपी उत्पन्न करता है। निम्नतम चरण के कोण को समानांतर स्थिति से स्थानांतरित किया जा सकता है, और अनिसोट्रॉपी अधिकांशतः स्वस्थ नियंत्रण से अधिक होता है।

मापन दृष्टिकोण
सामान्यतः, तकनीक को लागू करने के लिए, ब्याज की मांसपेशियों पर कम से कम चार सतह निकलता रखे जाते है। बाहरी दो निकलता पर किरणपुंजमिनट की प्रत्यावर्ती धारा लागू की जाती है, और आंतरिक निकलता द्वारा वोल्टेज संकेतों को रिकॉर्ड किया जाता है। लागू धारा की आवृत्ति और प्रमुख मांसपेशियों फाइबर दिशा में निकलता सरणी के संबंध विविध है जिससे की मांसपेशियों का पूर्ण बहु-आवृत्ति और बहु-दिशात्मक मूल्यांकन प्राप्त किया जा सके।

ईआईएम को कई अलग-अलग प्रतिबाधा विश्लेषण उपकरणों के साथ प्रदर्शित किया जाता 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 जांच कि जा सकती है। सतह निकलता से वोल्टेज रिकॉर्ड करने के लिए उपयुक्त प्रतिबाधा विश्लेषक संकेत उत्पन्न करने के लिए अभिबंधन प्रवर्धक का उपयोग करके और टेक्ट्रोनिक्स पी 6243 जैसे निम्न - धारिता जांच का उपयोग करके नियम बनाया जा सकता है।

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

चूंकि वह प्रारंभिक प्रणाली बनाई गई थी, अन्य हैडहेल्ड वाणिज्यिक प्रणालियां विकसित की जा रही है, 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। इसके बाद के मूल्य का उद्देश्य ऊतक के किसी दिए गए अंतः वर्ग क्षेत्र के लिए मांसपेशियों की सापेक्ष ऊर्जा -उत्पादन क्षमता का अनुमानित मूल्यांकन प्रदान करना होता है। मांसपेशियों की गुणवत्ता, उदाहरण के लिए, सार्कोपीनिया के मूल्यांकन में उपयोग किया जाने वाला उपाय है।

मानक जैवविद्युत प्रतिबाधा विश्लेषण के साथ तुलना
ईआईएम की तरह मानक जैवविद्युत प्रतिबाधा विश्लेषण (बीआईए) भी मानव शरीर की विशेषताओं को मापने के लिए एक कमजोर, उच्च आवृत्ति विद्युत प्रवाह का उपयोग करता है। मानक बीआईए में, ईआईएम के विपरीत, हाथों और पैरों पर रखे विद्युतद्वार के बीच विद्युत प्रवाह पारित किया जाता है, और पूरे धारा  पथ की प्रतिबाधा विशेषताओं को मापा जाता है। इस प्रकार, मापी गई प्रतिबाधा विशेषताएँ अपेक्षाकृत निरर्थक होती है क्योंकि वे हाथ-पैर, छाती, पेट और श्रोणि की पूरी लंबाई सहित शरीर के अधिकांश हिस्से को कवर करती हैं; तदनुसार, दुबले शरीर के द्रव्यमान और % वसा का केवल सारांश संपूर्ण शरीर माप ही प्रस्तुत किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, बीआईए में, धारा कम से कम प्रतिरोध के पथ पर चलता है, और इस प्रकार कोई भी कारक जो धारा पथ को डेटा में परिवर्तनशीलता के  कारण होता है। उदाहरण के लिए, बढ़ते जलयोजन के साथ बड़े जहाजों (जैसे, नसों) का विस्तार कम-प्रतिरोध पथ को प्रस्तुत करता है, और इस प्रकार परिणामी डेटा को विकृत करता है। इसके अतिरिक्त, उदर मांसपेशीयों में परिवर्तित डेटा को बदल देता है। शरीर की स्थिति का भी पर्याप्त प्रभाव हो सकता है, संयुक्त स्थिति डेटा में भिन्नता में योगदान करती है। इसके विपरीत, ईआईएम व्यक्तिगत पेशियों के सतही पहलुओं को मापता है और शरीर या अंग की स्थिति या जलयोजन स्थिति से अपेक्षाकृत अप्रभावित रहता है। एमियोट्रोफिक लेटरल स्क्लेरोसिस (एएलएस) के अध्ययन में ईआईएम और बीआईए के बीच अंतर का उदाहरण दिया गया था, जिसमें पता चलता है कि ईआईएम 60 एएलएस रोगियों में प्रगति ट्रैक करने में प्रभावी रूप से सक्षम था जबकि बीआईए सक्षम नहीं था।