Elektromiografia powierzchniowa w stomatologii: system EMG 8 Bluetooth

Transkrypt

1 Krzysztof Woźniak, Mariusz Lipski, Damian Lichota, Jadwiga Buczkowska-Radlińska Elektromiografia powierzchniowa w stomatologii: system EMG 8 Bluetooth Surface electromyography in dentistry: EMG 8 Bluetooth Streszczenie Elektromiografia (EMG) jest zapisem i analizą czynności elektrycznej mięśni. Elektromiografia powierzchniowa jest nieinwazyjną techniką zapisu potencjałów czynnościowych mięśni, odbieranych z powierzchni skóry. W stomatologii badanie EMG służy do opisu aktywności mięśni w różnych pozycjach ciała, podczas wykonywania ruchów czynnościowych, pracy oraz w trakcie stosowania różnych metod leczenia i rehabilitacji. Summary Electromyography (EMG) records and analysis myoelectric signals. Surface electromyography is non-invasive technique recording muscle action potentials within their detection zone from the skin surface. In dentistry EMG is used to describe neuromuscular activation of muscles within postural tasks, functional movement, work conditions, different treatment techniques and rehabilitation. Zakład Stomatologii Zachowawczej KSZiP PAM w Szczecinie Kierownik: dr hab. n. med. Jadwiga Buczkowska-Radlińska, prof. ndzw. Hasła indeksowe stomatologia, elektromiografia, elektromiografia globalna 52 Key words dentistry, electromyography, surface electromyography Elektromiografia jest badaniem czynności elektrycznej mięśni. Ze względu na sposób rejestracji sygnałów i jakość otrzymywanych wyników rozróżnia się: elektromiografię ilościową wykorzystującą elektrody igłowe i umożliwiającą ocenę czynności elektrycznej pojedynczych jednostek ruchowych elektromiografię globalną wykorzystującą elektrody powierzchniowe i umożliwiającą ogólną ocenę wielu włókien mięśniowych. Zaletą elektromiografii ilościowej (elementarnej) jest wysoka selektywność umożliwiająca ilościową ocenę parametrów pojedynczych potencjałów jednostki ruchowej. Ponadto zastosowanie elektrod igłowych, dzięki ich małej impedancji pozwala na rejestrację mniejszych amplitud oraz lepszy stosunek sygnału do szumu. Rezultatem jest efektywne definiowanie komponentów potencjałów o amplitudzie zaledwie 0,1 μv. Wadą elektromiografii ilościowej jest konieczność wprowadzania w obszar badanych mięśni elektrod igłowych, co nie pozostaje aspektem obojętnym dla pacjenta. Ryc. 1. Przetwornik analogowo-cyfrowy urządzenia EMG 8 Bluetooth (Zebris Medical GmbH, Niemcy). Zaletą elektromiografii powierzchniowej jest wykorzystanie elektrod powierzchniowych, których zastosowanie nie wiąże się z naruszeniem ciągłości powłok skórnych i dolegliwościami bólowymi, a tym samym determinuje nieinwazyjny charakter tego badania. Użycie elektrod powierzchniowych ogranicza jednak możliwości wykorzystania tej metody do badania jedynie mięśni umiejscowionych powierzchownie, a więc takich które nie są przykryte innymi mięśniami lub tkanką kostną (1, 2, 3, 4). Kolejnym niezwykle ważnym elementem wpływającym na specyfikę elektromiografii globalnej i stawiającym niezwykle wysokie wymagania co do ostrożnej i właściwej interpretacji otrzymywanych wyników jest wysoka i zmienna impedancja układu pomiarowego. Zgodnie bowiem z prawem Ohma głównym czynnikiem wpływającym na odczyt czynności elektrycznej mięśni (zmian potencjałów) jest impedancja tkanek. Wadą wynikającą z wykorzystania elektrod powierzchniowych w porównaniu z elektrodami igłowymi jest ich wysoka impedancja oraz podatność do niekontrolowanej zmiany oporności zespolonej na wskutek zmian wilgotności i temperatury powłok skórnych. Kolejnym czynnikiem o dużej zmienności, wpływającym na impedancję układu jest różna odległość elektrod powierzchniowych od mięśni stanowiących źródło potencjałów. Rejestrowana amplituda potencjałów w przewodniku objętościowym jest bowiem odwrotnie proporcjonalna do kwadratu tej odległości. Przykładem urządzenia wykorzystywanego w elektromiografii powierzchniowej jest system pomiarowy EMG 8 Bluetooth (Zebris Medical GmbH, Niemcy). Urządzenie zbudowane jest w technologii bezprzewodowej komunikacji krótkiego zasięgu Bluetooth Standard v1.2 w paśmie ISM 2,4GHz. Urządzenie składa się z jednostki centralnej wyposażonej w samodzielne zasilanie, przewodów do elektrod, elektrod jednorazowych

2 Implantoprotetyka Ryc. 2. Zdjęcie czołowe pacjenta z ośmioma odprowadzeniami dwubiegunowymi w obrębie twarzy i szyi oraz jedną elektrodą referencyjną. Ryc. 3. Zdjęcie lewego profilu pacjenta z umiejscowionymi czterema elektrodami dwubiegunowymi nad obszarem włókien przednich mięśnia skroniowego, brzuścem części powierzchownej mięśnia żwacza, brzuścem przednim mięśnia dwubrzuścowego, mięśniem mostkowo-obojczykowo-sutkowym oraz jednego odprowadzenia dla elektrody referencyjnej umieszczonej na wyrostku sutkowatym. oraz przenośnego komputera osobistego PC. Wraz z urządzeniem dostarczane jest oprogramowanie Win Jaw EMG-Bluetooth pracujące w środowisku systemu operacyjnego Microsoft Windows. Główny elementem urządzenia jest 8-kanałowy przetwornik analogowo-cyfrowy służący do zamiany sygnału analogowego na sygnał cyfrowy (ryc. 1). Na wejściu układu próbkującego zastosowano filtry górno- i dolnoprzepustowe celem ograniczenia częstotliwości rejestrowanego sygnału w zakresie Hz. Ustalenie 1000 Hz częstotliwości próbkowania na kanał pozwoliło na wiarygodne odwzorowanie sygnału z uniknięciem zjawiska aliasingu. Ponadto dwunastobitowa rozdzielczość przetwornika określająca liczbę dyskretnych wartości, umożliwia osiągnięcie 4096 poziomów kwantyzacji. System pomiarowy wyposażono w aktywne przewody do elektrod o długości 1,45 m z przedwzmacniaczami z wejściem symetrycznym (różnicowym) o regulowanym poziomie wzmocnienia 1000, 2500 i 5000 razy. Wyposażenie przewodów w przedwzmacniacze umieszczone blisko źródła sygnału zmniejszyło wrażliwość na zakłócenia spowodowane ich przemieszczaniem w trakcie dynamicznych testów (ryc. 2). Zastosowanie dwóch elektrod o podobnej impedancji pozwoliło na osiągnięcie dużego współczynnika dyskryminacji sygnałów synfazowych (ang. common mode rejection ratio CMMR) wynoszącego 110 db. Końcówki przewodów zaopatrzono w wygodne automatyczne zaciski do jednorazowych elektrod. System EMG 8 Bluetooth zaprojektowany jest w bipolarnej konfiguracji elektrod. W badaniach wykorzystuje się odprowadzenia dwubiegunowe, gdzie obie elektrody są czynne (elektrody bipolarne) oraz jednego odprowadzenia z dodatkową elektrodą odniesienia (referencyjną). Konfiguracja bipolarna charakteryzuje się dużą dyskryminacją aktywności elektrycznej pochodzącej z odległych źródeł. Pamiętać należy, że wzmacniacz symetryczny stosowany we wzmacnianiu sygnałów mierzonych w oparciu o konfigurację bipolarną nie rozróżnia, która z elektrod pozostaje czynna. Producent zaleca korzystanie z jednorazowych, podwójnych, samoprzylepnych chlorosrebrowych (Ag/AgCl) elektrod powierzchniowych Noraxon Dual Electrode (Noraxon, USA). Elektrody fabrycznie pokryto gąbką nasączoną wilgotnym hypoalergicznym żelem przewodzącym. Zastosowanie podczas badań podwójnych elektrod pozwala na zachowanie optymalnego 20 mm rozstawu elektrod, zalecanego przez autorów projektu SENIAM (Surface Electromyography for the Non- Invasive Assessment of Muscle) prowadzonego w ramach projektu BIOMED II (Biomedical Health and Research Program) w Unii Europejskiej. 53

3 Ryc. 4. Aplikacja pomiarowa Relaxation Test: A okno analizy; B okno raportu. Ryc. 6. Aplikacja pomiarowa Firing Pattern: A okno analizy; B okno raportu. Ryc. 5. Aplikacja pomiarowa Bite Test: A okno analizy; B okno raportu. Ryc. 7. Aplikacja pomiarowa Fatigue Test: A okno analizy; B okno raportu. Rozszerzona konfiguracja pomiarowa w obrębie mięśni twarzy i szyi składała się z ośmiu odprowadzeń bipolarnych (rozmieszczonych symetrycznie po lewej i prawej stronie), umiejscowionych nad trzema grupami mięśni: grupą mięśni żucia, grupą powierzchowną mięśni szyi oraz grupą środkową mięśni szyi mięśniami nadgnykowymi (ryc. 3). Pomiar rejestrowanych sygnałów wykonywany jest automatycznie zgodnie z algorytmem programu Win Jaw EMG-Bluetooth. Oprogramowanie Win Jaw EMG-Bluetooth stanowiące integralną część systemu złożone jest z czterech podstawowych aplikacji pomiarowych: 1. Relaxation Test umożliwiającej badanie czynności elektrycznej mięśni w spoczynku (ryc. 4), 2. Bite Test umożliwiającej badanie czynności elektrycznej mięśni podczas maksymalnego skurczu dowolnego (ryc. 5), 3. Firing Pattern umożliwiającej określenie wzorca rekrutacji podczas wykonywanych zadań ruchowych (ryc. 6), 4. Fatigue Test umożliwiającej badanie czynności elektrycznej mięśni w próbie wysiłkowej (ryc. 7). Każda z wymienionych aplikacji składa się z trzech części: pomiarowej, analizy oraz raportu. Rodzaj mierzonych zmiennych, zdeterminowany jest wyborem przed przystąpieniem do badania, jednej z czterech aplikacji pomiarowych. 54 Rozpoznawanie i denotację, a więc wskazanie właściwego sygnału lub tylko jego części do dalszej analizy pomiarowej wykonuje elektormiografista już po zakończeniu badania w oknie analizy (ryc. 4, 5, 6, 7). Weryfikacja sygnałów do dalszej analizy możliwa jest dzięki narzędziom umieszczonym w tej części aplikacji. Przydatność tych narzędzi nabiera szczególnego znaczenia przy dokładnym określaniu początku potencjału rejestrowanego sygnału. Użycie elektrod powierzchniowych wpływa bowiem na niewielkie nachylenie krzywej potencjału w początkowej fazie skurczu w stosunku do linii izoelektrycznej, co znacznie zwiększa trudność w określeniu początku tej fazy. Wyniki analizy ilościowej mierzonych parametrów przedstawiane są w oknie raportu każdej aplikacji (ryc. 4, 5, 6, 7). Wyniki prezentowane są w postaci wykresów słupkowych, rozdzielnie dla mięśni strony prawej i lewej z etykietą wartości oczekiwanej mierzonego parametru dla każdego mięśnia. Jednocześnie algorytm obliczeniowy raportu przedstawia graficzny zapis uśrednionego sygnału dla każdego kanału pomiarowego. Ocena czynności elektrycznej mięśni w elektromiografii powierzchniowej. Zapis interferencyjny związany jest ze specyfiką odbioru sygnałów elektrycznych przez relatywnie mało selektywne elektrody powierzchniowe. Elektrody powierzchniowe odbierają bowiem sygnał z wielu jednostek ruchowych na raz. Efektem sumowania w czasie i przestrzeni sygnałów pocho-

4 dzących z różnych jednostek ruchowych jest zapis interferencyjny. Rekrutacja przestrzenna oznacza rekrutację nowych jednostek ruchowych wraz ze wzrostem siły skurczu mięśnia. Rekrutacja czasowa równoznaczna z modulacją frekwencji oznacza zwiększanie częstości wyładowań jednostek ruchowych wraz ze wzrostem siły skurczu mięśnia. Tym samym w zapisie interferencyjnym nie można wyróżnić pojedynczych potencjałów czynnościowych pochodzących z określonych jednostek ruchowych (5, 6, 7, 8, 9). Wynik badania elektromiograficznego ze względu na swój sumaryczny charakter może więc służyć jedynie ogólnej ocenie działania mięśnia, współdziałania różnych mięśni, ocenie napięcia mięśniowego, ośrodkowej kontroli pracy mięśnia oraz zmian czynności elektrycznej mięśnia w czasie (10, 11, 12, 13, 14). Implantoprotetyka 14. Sgobbi de Faria C.R., Berzin F. Electromyographic study of the temporal, masseter and suprahyoid muscles in the mandibular rest position. J. Oral Rehabil., 1998, 25, Piśmiennictwo 1. Acosta-Ortiz R., Schulte J.K., Sparks B., Marsh W. Prediction of different mandibular activities by EMG signal levels. J. Oral Rehabil., 2004, 31, Tsuruyama K., Scott G., Widmer C.G., Lund J.P. Evidence for Functional Partitioning of the Rabbit Digastric Muscle. Cells Tissues Organs, 2002, 170, Yamada Y., Yamamura K., Inoue M. Coordination of cranial motoneurons during mastication. Respir. Physiol. Neurobiol., 2005, 147, Sommerich C.M., Joines S.M.B., Hermans V., Moon S.D. Use of surface electromyography to estimate neck muscle activity. J. Electromyogr. Kinesiol., 2000, 10, Kerstein R. Combining technologies: A computerized occlusal analysis system synchronized with a computerized electromyography system. Cranio., 2004, 22, Tosello D.O., Vitti M., Berzin F. EMG activity of the orbicularis oris and mentalis muscles in children with malocclusion, incompetent lips and atypical swallowing part II. J. Oral Rehabil., 1999, 26, Tosello D.O., Vitti M., Berzin F. EMG activity of the orbicularis oris and mentalis muscles in children with malocclusion, incompetent lips and atypical swallowing part I. J. Oral Rehabil., 1998, 25, Schievano D., Rontani R.M., Berzin F. Influence of myofunctional therapy on the perioral muscles. Clinical and electromyographic evaluations. J. Oral. Rehabil., 1999, 26, Zwijnenburg A.J., Lobbezoo F., Kroon G.W., Naeije M. Mandibular movements in response to electrical stimulation of superfcial and deep parts of the human masseter muscle at different jaw positions. Arch. Oral Biol., 1999, 44, Machida N., Yamada K., i Takata Y., Yamada Y. Relationship between facial asymmetry and masseter reflex activity. J. Oral Maxillofac. Surg., 2003, 61, Ioi H., Kawakatsu M., Nakata S., Nakasima A., Counts A.L. Mechanomyogram and electromyogram analyses for investigating human masseter muscle fatigue. Orthod. Wave., 2006, 65, Selms M.K.A i wsp. Effects of masticatory muscle fatigue without and with experimental pain on jaw-stretch reflexes in healthy men and women. Clin. Neurophysiol., 2005, 116, Buzinelli R.V., Berzin F. Electromyographic analysis of fatigue in temporalis and masseter muscles during continuous chewing. J. Oral Rehabil., 2001, 28, Artykuł nadesłano: 20 czerwca 2008 Artykuł przyjęto do druku: 3 sierpnia 2008 Adres do korespondencji: Zakładu Stomatologii Zachowawczej KSZiP PAM w Szczecinie Szczecin, Al. Powstańców Wlkp. 72, bl

5 Indie smak egzotyki Firma Denon Dental zaprasza w październiku na wycieczkę do fascynujących i malowniczych Indii miejsca narodzin wielkich religii świata: hinduizmu, buddyzmu i sikhizmu. Podczas tej pełnej wrażeń podróży zobaczą Państwo kraj 18 języków, którego historia sięga III wieku p.n.e. i liczne zabytki światowego dziedzictwa kultury. Patronat honorowy nad wyjazdem objęła Ambasada Indii w Warszawie. W ciągu 12 dni odwiedzicie Państwo wiele magicznych miejsc: świątynię, w której lat temu przyszedł na świat Kryszna; ghat Wisram i Wieżę Sati (Sati Burdz), upamiętniającą samospalenie Mehari Mai (podczas rejsu łodzią po rzece Jamuna); jeden z 7 cudów świata Tadż Mahal (mauzoleum z białego marmuru wzniesione w XVII w. przez cesarza Szachdżahana z dynastii Wielkich Mogołów jako pomnik i grobowiec ukochanej żony Mumtaz Mahal); Czerwony Fort (Lal Kila), którego najbardziej imponującą częścią jest Dawane-e-Khas ze słynnym cesarskim Pawim tronem ; Fatehpur Sikri monumentalne, opuszczone miasto wybudowane z rozkazu Akbara Wielkiego, potężnego cesarza z dynastii Mogołów z jedną z największych bram na świecie bramą zwycięstwa (Buland Darwaza); otoczone 6-metrowym murem Jaipur ( Różowe miasto ) z największym, liczącym 400 lat obserwatorium astrologicznym władcy Dżaj Singha i Pałacem Wiatrów (Hawa Mahal) ozdobionym niezliczoną ilością okien, przez które kobiety zamknięte w haremie królewskim mogły obserwować codzienne życie mieszkańców oraz kompleksem pałacowym City Palace, będącym siedzibą obecnego maharadży i Fortem Amber, wzniesionym na trudnodostępnym wzgórzu; Kuchaman City z niezwykłym XIV-wiecznym fortem, położonym na wysokości ponad 350 m n.p.m.; Bikaner z ogromnym Fort Junagarh, wybudowanym w 1550 r., kolorową Świątynią Dżinijską z XVI w. (religia dżinijska ma lat) i Świątynią Mata (tylko dla ludzi o mocnych nerwach, bo mieszkają tam od wieków setki świętych szczurów) oraz zespołem haveli imponujących domostw z piaskowca wznoszonych w XVIII w. przez bogatych kupców; Sekhawati miasteczko Mandawa zwane galerią pod gołym niebem, niegdyś ważny ośrodek handlowy na jedwabnym szlaku karawan podążających do Azji centralnej; Sariska park narodowy (rezerwat tygrysów); Delhi z: reprezentacyjną drogą królewską (Radżpath); pałacem prezydenckim (Rasztrpati Bhawan); gmachem parlamentu (Sansad Bhawan) oraz Bramami Indii i świątyniami: Birla, Gurudwara i największym w Indiach meczetem Dzama Maszid (wybudowany z czerwonego piaskowca i marmuru, zwieńczony monumentalnymi kopułami), ze szczytu jednego z czterech 40-metrowych minaretów można podziwiać panramę Delhi. Na trasie będzie się Państwem opiekował pilot przewodnik, a o Wasze samopoczucie w autokarze zadbają stewardzi, serwując bez ograniczeń nie tylko wodę mineralną, ale również gin, whisky, rum i wspaniałe zimne piwo. Będą Państwo podróżować samolotem, autokarem z klimatyzacją, jeepami, rikszami i bryczkami. Czeka Was też jazda na słoniach i wielbłądach. W programie przewidziano również przerwy na wypoczynek i różne atrakcje dodatkowe: teatrzyk lalek, wieczór indyjski, wizyta w pustynnej wiosce Thar (pokaz tańców ludowych), odwiedziny w sklepach z ręcznie tkanymi dywanami z jedwabiu, wyrobami z marmuru, obejrzenie tkalni i warsztatu szlifierskiego (obróbka kamieni szlachetnych) oraz liczne spotkania integracyjne grupy przy basenie. Całkowity koszt wyjazdu zł należność płatna w 2 ratach. Szczegółowych informacji udziela organizator wyjazdu. Kontakt: Denon Dental Sp. z o.o. ul. Kolejowa 49, Konstancin-Jeziorna Halina Królikowska tel info@dental.pl 56