Motor ünite aksiyon potansiyellerinde gözlenen değişikliklerinin nicel ifadesi
Quantification of shape changes observed in motor unit action potentials
Yazar: KAMİL SAVAŞ
Danışman: PROF. DR. NAZMİ YARAŞ
Akdeniz Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyofizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Biyofizik = Biophysics ; Fizyoloji = Physiology ; Nöroloji = Neurology
Dizin: Algoritmalar = Algorithms ; Elektronöromiyografi = Electroneuromyography ; Kas lifleri = Muscle fibers ; Kaslar = Muscles ; Motor beceri testleri = Motor skills tests ; Motor beceriler = Motor skills ; Nöromusküler hastalıklar = Neuromuscular diseases

Özet:
Amaç: Klinikte nöromusküler patolojilerin teşhis ve takibinde ek parametre olarak kullanılabilecek, ardışık motor ünite potansiyellerinde (MÜP) gözlenen sallantı (jiggle) olarak ifade edilen şekil değişikliklerini nicel olarak ifade etmek için etkili bir metot geliştirilmesi ve bu şekil değişikliklerine sebep olan etkenlerin incelenmesi amaçlanmıştır.
Yöntem: Jiggle terimini ifade etmek için kullanılan CAD ve CCC değerlerinin hesaplanması amacıyla MÜP medyan optimizasyonu kullanılarak otomatik analiz penceresi seçme algoritması geliştirildi. Jiggle değerinin arka plan gürültüsünden ve artefaktlardan etkilenmemesi için kayan pencereler metodu kullanılarak gürültü düzeltme algoritması geliştirildi. Geliştirilen metodun test edilmesi için klinikte ALS teşhisi konmuş hastalardan (n=190) ve herhangi bir nöromusküler patoloji bulgusu bulunmayan sağlıklı bireylerden (n=221) kaydedilen ardışık MÜP'ler kullanılmıştır. Jiggle değerini etkileyen nöromusküler faktörleri ortaya çıkarmak için hacim iletkeni metodu ile MÜP simülasyonu yapıldı.
Bulgular: Geliştirilen algoritma ile motor ünite dalga süresi, ikincil motor ünitelerden kaynaklanan artefaktların şiddeti ve gürültü seviyesi otomatik olarak saptanmaktadır. Modifiye metot % 5 eşik değer (CAD: 0,216 ± 0,008) ve manuel analiz penceresi (CAD: 0,218 ± 0,006) ile elde edilen jiggle değerleri ALS grubu için istatistiksel olarak anlamlıdır. ALS ve Kontrol grupları MÜP dalgaları %98,47 duyarlılık ve % 98,64 özgüllük ile ayırt edilmektedir. Artan kas lifleri arasındaki jitter süresi, reinervasyona uğramış kas lifi yüzdesi ve kas lifi bloklanma yüzdesi jiggle değerinde anlamlı bir artışa sebep olmaktadır. Motor son plak dağılımı genişlemesi MÜP dalga süresinde istatistiksel bir artışa sebep olmakta ancak jiggle değerini etkilememektedir.
Sonuç: Yapılan modifikasyonlar ile değişen dalga süresi ve gürültü seviyesinden etkilenmeden nöromusküler jiggle hesaplaması yapılabilmektedir. Bir motor ünitenin durumunu nicel olarak ifade eden bu jiggle değeri klinikte nöromusküler patolojilerin teşhisi ve takibi için bir parametre olma potansiyeli taşımaktadır.

Abstract:
Objective: It was aimed to develop an effective method for quantification of the shape variability (expressed as jiggle) observed in consecutive motor unit potentials (MUP), which can be used as an additional parameter in diagnosis and follow-up of neuromuscular pathologies in the clinic, and to examine the factors that cause these shape changes.
Method: In order to calculate the CAD and CCC values used to quantify the jiggle term, an automatic analysis window selection algorithm was developed using the MUP median optimization. A noise correction algorithm has been developed using the sliding windows method to avoid the jiggle value from being affected by background noise and artifacts. To test the developed method, MUPs recorded from patients diagnosed with ALS (n = 190) and healthy individuals (n = 221) without any signs of neuromuscular pathology were used. In order to reveal neuromuscular factors affecting the jiggle term, MUP simulation was performed with the volume conductor model.
Results: With the developed algorithm, MUP wave duration, the noise level and the intensity of the artifacts are automatically determined. The jiggle values obtained with the Modified method 5 % threshold value (CAD: 0.216 ± 0.008) and the Manual analysis window (CAD: 0.218 ± 0.006) are statistically significant for the ALS group. ALS and Control groups MUP waves are distinguished with 98.47% sensitivity and 98.64% specificity. Increased jitter time, the percentage of re-innervation and blocking cause a significant increase in jiggle value. The expansion of the motor endplate distribution causes a statistical increase in the MUP wave duration but does not affect the jiggle value.
Conclusion: With the modifications proposed, neuromuscular jiggle can be quantified without being affected by wave duration and noise level. The jiggle value, which quantitatively expresses the state of a motor unit, has the potential to be a parameter for the diagnosis and follow-up of neuromuscular pathologies in the clinic.