Acquisizione e analisi semi-automatizzata dell'elettromiografia della superficie del muscolo respiratorio

Qui, descriviamo un protocollo per registrare e analizzare i segnali dell'elettromiografia respiratoria (EMG). Include i riferimenti anatomici per posizionare gli elettrodi EMG su diversi muscoli respiratori, rimuovere il rumore elettrocardiografico dai segnali EMG e acquisire il valore quadratico medio (RMS) dell'EMG e i tempi di inizio dell'attività.

La valutazione dell'unità respiratoria presenta sfide a causa dell'invadenza e dell'impraticabilità dei metodi attuali come la risonanza magnetica funzionale (fMRI). L'elettromiografia (EMG) offre una misura surrogata dell'impulso respiratorio ai muscoli, consentendo di determinare sia l'entità che la tempistica dell'attivazione muscolare. L'entità riflette il livello di attivazione muscolare, mentre la tempistica indica l'inizio e l'offset dell'attività muscolare rispetto a eventi specifici, come il flusso inspiratorio e l'attivazione di altri muscoli. Queste metriche sono fondamentali per comprendere la coordinazione e il controllo respiratorio, soprattutto in presenza di carichi variabili o in presenza di fisiopatologia respiratoria. Questo studio delinea un protocollo per l'acquisizione e l'analisi dei segnali EMG dei muscoli respiratori in adulti sani e pazienti con condizioni di salute respiratoria. È stata ottenuta l'approvazione etica per gli studi, che includevano la preparazione dei partecipanti, il posizionamento degli elettrodi, l'acquisizione del segnale, la pre-elaborazione e la post-elaborazione. I passaggi chiave riguardano la pulizia della pelle, la localizzazione dei muscoli tramite palpazione ed ultrasuoni e l'applicazione di elettrodi per ridurre al minimo la contaminazione dell'elettrocardiogramma (ECG). I dati vengono acquisiti con un'elevata frequenza di campionamento e guadagno, con registrazioni sincronizzate dell'ECG e del flusso respiratorio. La pre-elaborazione include il filtraggio e la trasformazione del segnale EMG, mentre la post-elaborazione comporta il calcolo delle differenze di insorgenza e offset rispetto al flusso inspiratorio. I dati rappresentativi di un partecipante maschio sano che ha eseguito il carico incrementale della soglia inspiratoria (ITL) illustrano l'applicazione del protocollo. I risultati hanno mostrato un'attivazione precoce e una durata prolungata dei muscoli extradiaframmatici sotto carichi più elevati, correlata con un aumento dell'entità dell'EMG. Questo protocollo facilita una valutazione dettagliata dell'attivazione dei muscoli respiratori, fornendo informazioni sulle strategie di controllo motorio sia normali che fisiopatologiche.

L'impulso respiratorio (cioè l'output dei centri respiratori ai muscoli respiratori) è difficile da valutare a causa della natura invadente e spesso impraticabile dei metodi valutativi come la risonanza magnetica funzionale (fMRI). Inoltre, le piccole dimensioni dei centri respiratori situati nel tronco encefalico sono difficili da localizzare ed è sensibile alle alterazioni dovute al rumore fisiologico ^1,2. Le misurazioni dell'impulso respiratorio sono importanti a causa della loro associazione con importanti esiti clinici come la dispnea, un'indicazione di distress respiratorio. L'elettromiografia (EMG) è un surrogato dell'impulso respiratorio ai muscoli respiratori³. L'EMG dei muscoli respiratori consente di determinare l'attività muscolare e la sua intensità attraverso la radice quadrata media (RMS) del segnale EMG. Inoltre, la tempistica dell'attivazione muscolare può essere valutata identificando l'insorgenza e l'offset della loro attività (EMG, insorgenza ed EMG, offset, rispettivamente)1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11.

L'entità del segnale EMG si riferisce al potenziale elettrico generato dalle cellule muscolari quando si contraggono, indicando il loro livello di attivazione muscolare¹². L'entità del segnale EMG può variare a seconda di fattori quali l'intensità della contrazione muscolare, il numero di unità motorie reclutate, il posizionamento degli elettrodi, il movimento del muscolo e dei tessuti sottocutanei e le caratteristiche specifiche del muscolo misurato¹².

La temporizzazione del segnale EMG si riferisce a quando l'attività elettrica si verifica in relazione a un evento o un'azione specifica (ad esempio, in relazione al flusso inspiratorio per la respirazione)¹³. Il tempo di insorgenza indica quando inizia l'attivazione muscolare, mentre il tempo di offset indica quando l'attività muscolare diminuisce, cessa o è nella fase di rilassamento¹³. La tempistica tra l'attivazione di diversi muscoli respiratori faciliterà la comprensione dei meccanismi di coordinazione e controllo durante la respirazione. La valutazione della coerenza o della variabilità dei modelli temporali nel tempo o negli individui può aiutare a identificare le strategie di controllo motorio fisiologiche e fisiopatologiche associate all'insufficienza ventilatoria acuta o cronica.

Sia l'entità che la tempistica dell'EMG del muscolo respiratorio sono state associate a importanti esiti clinici 12,13,14. Il diaframma genera la maggior parte della ventilazione a riposo¹⁵. Quando la domanda respiratoria aumenta, ad esempio durante l'esercizio fisico o l'aumento del carico inspiratorio associato a malattie polmonari (ad esempio, broncopneumopatia cronica ostruttiva, malattia polmonare interstiziale o sindrome da distress respiratorio acuto), i muscoli respiratori extradiaframmatici aumentano la ventilazione, che può aumentare o compensare i requisiti contrattili del diaframma¹⁵. Pertanto, oltre all'aumento dell'entità dell'EMG del diaframma, aumenterà anche l'entità dell'EMG del muscolo extradiaframmatico.

L'attivazione dei muscoli respiratori extradiaframmatici può proteggere il diaframma dallo sviluppo di affaticamento¹⁶. Tuttavia, l'attivazione precoce (esordio) e l'attivazione prolungata sono state associate a insufficienza ventilatoria acuta e cronica 14,17,18. L'obiettivo qui è quello di descrivere un protocollo per acquisire e analizzare sia la tempistica che l'entità dei segnali EMG dei muscoli respiratori sia in adulti sani che in pazienti con fisiopatologia respiratoria sospetta o confermata. Questo protocollo include passaggi precedentemente convalidati dall'acquisizione dei dati per quantificare la tempistica e l'entità dell'attività EMG^13,19.

Gli studi che impiegano questa tecnica hanno ricevuto l'approvazione etica dall'Università di Toronto e dal St. Michael's Hospital di Toronto, in Canada, e dall'University Hospital Gasthuisberg, Leuven, in Belgio. Qui viene descritto un protocollo specifico. Discussioni generali su diversi approcci alternativi all'EMG di superficie (sEMG) sono state proposte per i muscoli respiratori e sono riportate altrove¹².

1. Preparazione e posizionamento degli elettrodi sEMG da parte dei partecipanti

1. Per garantire un'adeguata visualizzazione, chiedi ai maschi di non indossare una maglietta e alle femmine di indossare un reggiseno sportivo o una canottiera. Utilizzare un camice da ospedale con un'apertura frontale per fornire un accesso adeguato e mantenere la modestia.
2. Se il partecipante ha i capelli lunghi, falli legare all'indietro e appuntarli fuori posto in modo che lo scaleno e lo sternocleidomastoideo possano essere valutati.
3. Posizionare il partecipante in posizione seduta o semisdraiata.
4. Se si riscontrano peli eccessivi sul torace o sul collo, radere l'area per il posizionamento degli elettrodi per la sEMG.
5. Per ridurre l'impedenza cutanea, pulire la pelle dall'olio e dalla pelle morta.
   1. Fallo strofinando con una salvietta imbevuta di alcol e lasciando evaporare l'alcol (cioè asciugarlo all'aria) prima di applicare l'elettrodo.
   2. Se la pelle è più chiara, può apparire leggermente rossa, ma soprattutto, assicurati che non siano evidenti sporco, olio o pelle secca dove verranno posizionati gli elettrodi. Tuttavia, evitare uno sfregamento eccessivo per evitare danni alla pelle. Evitare l'applicazione di elettrodi su aree di pelle rotta o altre lesioni cutanee.
6. Localizzare i muscoli di interesse mediante landmarking, palpazione e/o ecografia.
   NOTA: Gli ultrasuoni possono essere utili per contrassegnare il diaframma costale²⁰. La Figura 1 mostra esempi di posizioni in cui è possibile posizionare gli elettrodi per la sEMG dei muscoli respiratori.
7. Posizionare gli elettrodi sEMG sul lato destro del torace, più lontano dal cuore, per ridurre l'ampiezza del segnale ECG e minimizzarne la contaminazione.
8. Applicare elettrodi EMG accoppiati con una distanza tra gli elettrodi di 2 cm al centro del ventre muscolare lungo l'allineamento longitudinale delle fibre muscolari.
   1. Per il diaframma costale/intercostali, marcare la linea ascellare anteriore e la linea medioclavicolare e posizionare gli elettrodi accoppiati verticalmente tra queste due linee a livello del settimo o ottavo spazio intercostale.
   2. Per lo scaleno, segnare il triangolo posteriore del collo e posizionare gli elettrodi accoppiati lungo l'asse longitudinale del muscolo a livello del processo cricoideo.
   3. Per gli intercostali parasternali, posizionare il secondo spazio intercostale a 1-2 cm lateralmente al lato destro dello sterno e posizionare gli elettrodi accoppiati lungo l'asse longitudinale del muscolo.
   4. Per lo sternocleidomastoideo, evidenziare l'incisura soprasternale e il processo mastoideo. Accentuare il ventre del muscolo sternocleidomastoideo destro posizionando la mano dell'operatore sul lato sinistro del mento del partecipante e chiedendo al partecipante di eseguire delicatamente la rotazione isometrica sinistra contro la mano. Posizionare gli elettrodi accoppiati nel punto medio del ventre muscolare lungo il suo asse longitudinale.
9. Alcuni sistemi EMG possono richiedere un sensore di terra. Se necessario, posizionare il sensore a terra su una struttura ossea vicino ai muscoli respiratori (ad es. clavicola, processo spinoso cervicale C7).
10. Collegare le clip del sensore EMG agli elettrodi EMG. Assicurarsi che i cavi dei sensori EMG di due muscoli diversi (anche se wireless) non si sovrappongano e non contaminino o forniscano diafonia tra i due muscoli.
    NOTA: I fili dello stesso sensore possono sovrapporsi, ma i cavi di due sensori diversi non dovrebbero.
11. Applicare un'ulteriore fissazione di elettrodi e sensori EMG utilizzando nastri biadesivi che fissano la parte inferiore del sensore alla pelle.
12. Applicare del nastro ipoallergenico di grado medico sulla parte superiore dei sensori per fissare ulteriormente ciascun sensore alla pelle. Evitare di applicare una pressione eccessiva e, come accennato in precedenza, assicurarsi che i fili di sensori diversi non si sovrappongano.

2. Acquisizione del segnale

1. Selezionare il modello preimpostato sul software di acquisizione dati e premere Apri. Il modello avrà i seguenti parametri preimpostati: Un filtro passa-alto (0,5-20 Hz) nel segnale EMG per ridurre gli artefatti a bassa frequenza e facilitare la visualizzazione in tempo reale.
2. Impostare la frequenza di campionamento del segnale EMG di almeno 1 kHz.
3. Impostare il guadagno del segnale EMG su 1000.
4. Impostare il modello per acquisire una registrazione sincronizzata dell'ECG e del flusso respiratorio.
5. Acquisire dati sEMG ed ECG secondo il protocollo, ad esempio durante una prova di respirazione spontanea in un paziente con ventilazione meccanica.
6. Al termine del protocollo, interrompere la registrazione e salvare il file di dati.
   NOTA: La Figura 2 mostra le schermate del software che mostrano il filtro applicato.

3. Pre-elaborazione dopo l'acquisizione dei dati

1. Aprire il software e confermare i parametri da utilizzare per l'analisi del segnale EMG (un filtro passa-alto bidirezionale di 5 Hz, il filtro adattivo LMS (Least Mean Square) per rimuovere la contaminazione ECG, la trasformata quadratica media con una finestra mobile per 0,02 s) e premere Continua.
2. Selezionare il file da analizzare e premere OK.
3. Definire l'intervallo di tempo da analizzare (se la durata totale del file deve essere analizzata, sarà da 0 s al tempo massimo), premere Seleziona l'intervallo e continua, quindi premere Condizionamento.
4. Premere il pulsante Analizza per applicare i parametri preselezionati (vedere il passaggio 3.1). Visualizza il segnale EMG analizzato. Premere il pulsante Riscalato su 1 per visualizzare il segnale EMG normalizzato del suo valore massimo durante il periodo registrato.
5. Premere il pulsante Continua a calcolare On Off . In base alla funzione derivata del segnale EMG, rileverà la tempistica di insorgenza dell'attività EMG. Premere i pulsanti On e Off .
6. Selezionare il segnale EMG dal muscolo che deve essere visualizzato. La visualizzazione può essere alternata tra i muscoli per consentire l'ispezione visiva di tutti i segnali EMG registrati. Premere il pulsante INTERROMPI ricerca e Vai al salvataggio . Premere Salvataggio.
7. Selezionare i dati da salvare. È possibile ridurre i segnali prima di salvarli (ad esempio, da 1000Hz a 100Hz). Premere Salva dati elaborati, selezionare la cartella del computer in cui salvare il file e assegnargli un nome. Premere nuovamente Salva per confermare.

4. Post-elaborazione

1. Apri il file salvato utilizzando un software che offre la possibilità di calcolare i calcoli (ad esempio, Excel, R, Phyton, Matlab). Determinare ogni respiro in base al tempo di accensione e spegnimento del segnale di flusso e calcolare l'RMS di picco EMG e l'RMS medio EMG per ogni respiro.
2. Per l'insorgenza dell'EMG, calcolare la differenza assoluta (in millisecondi) tra l'insorgenza dell'EMG e l'insorgenza del flusso inspiratorio (INSP, insorgenza):
   
3. Per l'offset EMG, calcolare la differenza assoluta (in millisecondi) tra l'offset EMG e la fine del flusso inspiratorio (INSP,offset)
   
4. Per l'insorgenza dell'EMG rispetto alla durata del tempo inspiratorio, calcolare la differenza relativa (rispetto alla durata del Ti) tra l'insorgenza dell'EMG e l'insp, esordio:
   
5. Per l'offset EMG relativo alla durata del tempo inspiratorio, calcolare la differenza relativa (rispetto alla durata di Ti) tra l'offset EMG e l'INSP, offset:
   
   dove dP è la differenza di tempo tra l'EMG, l'insorgenza e l'insorgenza del flusso inspiratorio (INSP, insorgenza) o tra l'EMG, l'offset e l'offset del flusso inspiratorio (INSP, offset).

I dati sono forniti per un partecipante di sesso maschile (22 anni; peso: 100 kg; altezza: 185 cm; BMI: 29 kg/m²) con spirometria e forza muscolare inspiratoria normali (FEV₁: 4,89 L/s [97% del previsto]; pressione inspiratoria massima: 151 cmH₂O [136% del previsto]). Ha eseguito un carico incrementale della soglia inspiratoria (ITL) fino al fallimento del compito utilizzando un protocollo precedentemente descritto 21,22,23. Una panoramica del sistema di acquisizione dati è illustrata nella Figura 1. Il partecipante si è seduto comodamente su una sedia con clip per il naso, gli avambracci appoggiati su una scrivania regolabile e la testa appoggiata in modo neutro su un poggiatesta e mento. Il partecipante ha respirato attraverso un boccaglio collegato a una valvola di non respirazione a due vie, che era collegata a uno pneumotaco riscaldato e a un dispositivo ITL. Questo dispositivo ITL imponeva un carico durante l'inspirazione ma nessuno durante l'espirazione. Il test ITL è iniziato con un carico di riscaldamento (-12 cmH₂O), seguito da incrementi di carico dello stantuffo di 50 g ogni 2 minuti fino al fallimento dell'attività. Il fallimento del compito è stato definito come il punto in cui il partecipante ha tolto la bocca dal boccaglio o quando non è più riuscito a generare una pressione inspiratoria sufficiente per sollevare lo stantuffo in tre respiri consecutivi. Per questo partecipante, il fallimento del compito è stato raggiunto a -120 cmH₂O.

La Figura 3 mostra i segnali EMG del diaframma grezzo e filtrato oltre all'ECG e ai segnali di flusso inspiratorio durante l'ITL. In particolare, gli artefatti ECG raffigurati nell'EMG grezzo del diaframma (tracciato più in alto) non sono presenti (o meno presenti) nell'EMG filtrato dal diaframma (tracciato più basso). Inoltre, la linea di base vagante che può essere notata nell'EMG grezzo del diaframma non appare dopo l'applicazione del filtraggio.

La Figura 4 mostra i tempi di insorgenza dell'EMG del muscolo respiratorio a carichi bassi e alti. A basso carico, solo l'attività intercostale scalenica e parasternale viene rilevata prima dell'inizio del flusso inspiratorio, mentre l'attività del diaframma e dello sternocleidomastoideo è stata rilevata dopo l'inizio del flusso inspiratorio. Tuttavia, durante la respirazione per superare carichi più elevati durante l'ITL, si osserva un'attivazione precoce (rispetto al flusso) del diaframma, dell'intercostale parasternale, dello scaleno e dello sternocleidomastoideo.

La Figura 5 mostra il tempo di durata dell'attività EMG dei muscoli respiratori a carichi bassi e alti. La durata dell'attività EMG del diaframma, dell'intercostale parasternale e dello scaleno è simile a carichi bassi e alti. Tuttavia, la durata dell'attività sternocleidomastoidea era più lunga al carico elevato rispetto al carico basso.

La Figura 6 mostra l'EMG RMS del diaframma, dell'intercostale parasternale, dello scaleno e dello sternocleidomastoideo. A carichi elevati, l'EMG RMS di tutti questi muscoli era più alto rispetto ai carichi bassi, rappresentando la maggiore attività muscolare necessaria per superare i carichi aumentati.

Figura 1: Schema della configurazione dei partecipanti che mostra una panoramica dell'acquisizione dei dati. Esempi di posizionamento degli elettrodi sono mostrati per l'elettromiografia di superficie (EMG; punti blu) dei muscoli respiratori e l'elettrocardiogramma (ECG; punti gialli). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Esempio di schermate di lavoro del software che mostrano il filtraggio applicato. (A) Schermata iniziale che mostra i segnali registrati e i parametri di filtraggio. (B) Schermata che mostra l'RMS dell'EMG dopo l'applicazione dei filtri (tracciamento verde). Il flusso è mostrato in bianco. Le linee orizzontali hanno dimostrato l'inizio dell'attività EMG (gialla), l'inizio del flusso inspiratorio (linea verde), l'offset dell'attività EMG (linea gialla tratteggiata) e la fine del flusso inspiratorio (linea rossa). Abbreviazioni: SCM: sternocleidomastoideo. RMS: radice quadrata media. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: EMG della superficie del diaframma grezzo e filtrato. Dall'alto verso il basso, i pannelli mostrano il segnale EMG grezzo del diaframma, il segnale dell'elettrocardiogramma (ECG), il segnale del flusso inspiratorio e il segnale EMG filtrato del diaframma. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Tempo di insorgenza del segnale EMG del muscolo respiratorio durante carichi bassi (-12 cmH₂O) rispetto a carichi elevati (-120 cmH₂O) durante il carico incrementale della soglia inspiratoria fino al fallimento dell'attività. I dati provengono da un partecipante maschile. Gli assi Y rappresentano la differenza di tempo tra il tempo di insorgenza dell'EMG di superficie e il flusso inspiratorio in secondi, dove zero è l'inizio del flusso inspiratorio. I valori negativi indicano che l'insorgenza dell'EMG è avvenuta prima dell'inizio del flusso inspiratorio, mentre i valori positivi indicano che l'insorgenza dell'EMG si è verificata dopo l'inizio del flusso inspiratorio. I pannelli mostrano il tempo di insorgenza dell'attività EMG del muscolo respiratorio del (A) diaframma, (B) intercostale parasternale, (C) scaleni e (D) sternocleidomastoideo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Tempo di durata del segnale EMG del muscolo respiratorio durante carichi bassi (-12 cmH₂O) rispetto a carichi elevati (-120 cmH₂O) durante un carico incrementale della soglia inspiratoria fino al fallimento del compito. I dati provengono da un partecipante maschile. Gli assi Y rappresentano la durata dell'attività EMG (dall'inizio dell'EMG all'offset) in secondi. I pannelli mostrano la durata dell'attività EMG del muscolo respiratorio del (A) diaframma, (B) intercostale parasternale, (C) scaleni e (D) sternocleidomastoideo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6: RMS del segnale EMG del muscolo respiratorio durante carichi bassi (-12 cmH₂O) rispetto a carichi elevati (-120 cmH₂O) durante un carico incrementale della soglia inspiratoria fino al fallimento del compito. I dati provengono da un partecipante maschile. Gli assi Y rappresentano l'EMG RMS in microvolt. I pannelli mostrano l'EMG RMS del (A) diaframma, (B) intercostale parasternale, (C) scaleni e (D) sternocleidomastoideo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

La rimozione degli artefatti dell'attività cardiaca dal segnale EMG è complessa a causa dei loro spettri di larghezza di banda sovrapposti. La maggior parte dello spettro di frequenza EMG è compresa tra 20 e 250 Hz, mentre lo spettro di frequenza ECG è compreso tra 0 Hz e 100 Hz. Per alcune analisi (ad esempio, la temporizzazione), è essenziale derivare il segnale EMG senza contaminazione ECG per ottenere l'accuratezza e l'interpretabilità dell'entità e della tempistica dell'EMG. Il filtro adattivo del minimo quadrato medio (LMS) utilizzando le frequenze, è un algoritmo che riconosce un modello. In questo caso, l'algoritmo rimuove il contenuto della frequenza ECG dal segnale combinato ECG-EMG. È stato determinato che una lunghezza del filtro di 70 e una dimensione del passo di 0,01 sono coefficienti ottimali che forniscono il minor errore e i migliori risultati complessivi²⁴. L'ECG registrato in modo sincrono con l'EMG viene utilizzato per regolare continuamente i coefficienti del filtro FIR (Finite Impulse Response). Pertanto, la rimozione è molto precisa e può adattarsi a un ritmo cardiaco variabile, che può verificarsi durante il test. L'algoritmo di filtraggio ECG è preimpostato e il canale ECG viene riconosciuto automaticamente. Il filtraggio bidirezionale riduce al minimo lo spostamento temporale al rilevamento del tempo di insorgenza del segnale EMG. Viene utilizzato per eliminare la distorsione di fase, che può essere comune con i metodi di filtraggio standard (unidirezionali).

Viene calcolata la funzione derivata prima di ciascun muscolo EMG RMS. Una derivata positiva o negativa indica rispettivamente un RMS EMG in aumento o in diminuzione. L'applicazione della funzione derivata per determinare le fasi crescenti e decrescenti dell'EMG RMS consente all'algoritmo di funzionare in modo accurato nonostante le variazioni delle "linee di base" che non tornano a zero. A causa della variabilità della linea di base tra i burst di attivazione, un algoritmo che utilizza i valori assoluti RMS EMG non è in grado di identificare in modo coerente gli inizi e gli offset EMG.

Per rilevare l'insorgenza dell'EMG, l'inizio della fase inspiratoria di ciascun respiro viene determinato con una precisione di ±1 millisecondo dal segnale di flusso (INSP, insorgenza). In primo luogo, l'aumento massimo dell'EMG RMS respiro per respiro viene determinato come riferimento per rilevare il tempo di insorgenza dell'attività EMG (EMG,onset). Al fine di tenere conto della linea di base EMG variabile, l'insorgenza dell'EMG è definita come il punto temporale in cui raggiunge il 5% della sua ampiezza massima (±1 ms). La considerazione di questa soglia del 5% evita di identificare inavvertitamente la variabilità RMS EMG basale come attivazioni. Il filtraggio EMG simultaneo e il rilevamento EMG dell'insorgenza vengono applicati a diversi muscoli. La Figura 2B mostra l'EMG, rilevamento dell'insorgenza dello sternocleidomastoideo in un respiro rappresentativo.

Il software consente la modifica dei parametri preimpostati. È possibile utilizzare diversi livelli di filtri passa-alto o passa-basso e, se necessario, applicare la levigatura. L'aumento del segnale EMG per rilevare l'insorgenza dell'EMG è preimpostato al 5%, ma questo valore di soglia può anche essere modificato. Quando si valuta il carico ventilatorio, la pressione della bocca può essere misurata anche come indice di carico. Allo stesso modo, la CO₂ di fine espirazione può essere monitorata cercando di mantenerla vicino all'intervallo normale istruendo il partecipante a regolare il proprio livello di ventilazione o alterando la CO₂ inspirata.

Il protocollo descritto segue le raccomandazioni internazionali per l'acquisizione e l'elaborazione del segnale e l'algoritmo sviluppato per il filtraggio è stato convalidato²⁵. Tuttavia, è necessaria un'attenta ispezione visiva del segnale EMG durante ogni fase per garantire che vengano analizzati solo segnali di buona qualità. Altri approcci sono stati utilizzati in letteratura per filtrare gli artefatti ECG dai segnali EMG, inclusi i filtri passa-alto con alte frequenze di taglio (ad esempio, fino a 200 Hz), il gating e il denoising wavelet. I filtri passa-alto con alte frequenze di taglio elimineranno anche gran parte del segnale EMG, modificandone lo spettro di frequenza e l'ampiezza²⁶. Il gating rileva forti artefatti ECG ed elimina il segnale EMG contaminato e i segnali EMG circostanti, causando la perdita di informazioni temporali e influenzando il rilevamento della temporizzazione EMG (ad esempio, insorgenza e offset)^27,28. Il denoising wavelet è ben bilanciato tra complessità e prestazioni; tuttavia, può interrompere le grandi attività EMG burst²⁹. In questo caso è stato utilizzato un filtro adattivo ai minimi quadrati medi nel dominio della frequenza, che rimuove solo le frequenze del segnale associate all'ECG ^13,19 del paziente. Sebbene consenta misurazioni affidabili del tempo e dell'ampiezza dell'EMG, richiede registrazioni ECG continue e simultanee.

Ad oggi, questo approccio può essere applicato solo nell'analisi dei dati offline. L'ulteriore sviluppo del software e l'istituzione di una comunicazione in tempo reale dei sistemi EMG disponibili con il software fornirebbero la visualizzazione e l'analisi in tempo reale dell'EMG dei muscoli respiratori. Ciò offrirebbe il potenziale per l'utilizzo dell'EMG dei muscoli respiratori per supportare il processo decisionale clinico in tempo reale.

L'EMG dei muscoli respiratori può fornire informazioni sull'attività muscolare e sull'impulso respiratorio. Si tratta di una tecnica relativamente complessa che comprende diversi passaggi per garantire una buona qualità del segnale. Questo protocollo descrive i passaggi per garantire una buona preparazione della pelle, l'acquisizione e l'elaborazione del segnale e fornisce informazioni relative sia all'entità che alla tempistica dell'attività dei muscoli respiratori, che sono stati entrambi associati agli esiti clinici. Questo protocollo ha ricevuto l'autorizzazione all'etica della ricerca da diverse istituzioni a livello internazionale.

Gli autori dichiarano di non avere alcun conflitto di interessi da divulgare.

AR è supportato da una borsa di studio del Canadian Institutes of Health Research (CIHR) (#187900) e UM è stato finanziato da Mitacs (IT178-9 -FR101644).