慢性腰痛患者の横隔膜機能に関する研究内容 3|健康コラム|日本カイロプラクティックドクター専門学院

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健康コラム

慢性腰痛患者の横隔膜機能に関する研究内容 3

Data Acquisition

健常群:open Siemens MRI, 0.23 T with NUMARIS/4 sygno MRI 2004A software sequence; 18 s, 77 images, projection plane; sagittal, 33 mm
true FISP dynamic sequence; 1 NSA, matrix
240×256 pixels, TR 4.48 ms, TE 2.24 ms, FA
90, TSE1, FOV 328 mm

異常群:GE SIGNA HDx MRI, 1.5 T with 14-M5A
software
sequence;22.2s,60images, projection plane;
sagittal, 15 mm
GE FIESTA Cine dynamic sequence; 1NSA,
matrix 256×256 pixels, TR 3.1 ms, TE 1.3
ms, FA 55, FOV 420 mm

3個のシリンジ(20mlの水入り)を各被験者の右側皮膚上に置いた;1.鎖骨中心線上頸静脈切痕部、2.第10肋骨下部
前面、3.背面胸腰椎境界部(例:Fig.1)

photo3


MRI processing

 横隔膜活動を調べるためにすべての画像のdifferential curve(dif-curve)を算出した。最初に、横隔膜最下部と実際の位置(t-th)とのスペースをdifferential area (at)とした(Fig.1)。横隔膜最下部を含む画像をbackground pictureと呼ぶ。
次に、撮像時間によるatをmm2として計測し、それをdif-curveとした。従って、dif-curveは肺活量計測と同様な積分量であり、横隔膜の可動として捉えられる。
atの算出法をFig.2A-Cに示す。また、典型的なdif-curveをFig.3,4に示す。


Extraction of respiratory and postural movements from
the dif-curve

photo4


 デジタル収集された信号を、振幅、フェイズ調和振動数の平均として表した。
典型的dif-curveスペクトルをFig.3に示す。
スペクトルの各ピークは一つの調和要素である。
横隔膜がある一定量での呼吸のみに作用するならば、呼吸頻度に相当する単純なスペクトルが形成されるであろう。横隔膜の運動はより複雑で呼吸外の動きがしばしば含まれる。
しかし、この呼吸時の調和性はdif-curveには有用的である。

 我々は、横隔膜の呼吸時と呼吸外の運動を2 曲線で表すこととした。
これらの曲線はフーリエ変換により抽出された(Fig.3A,B)。
original dif-curveを実線で示した。呼吸モデルをrespiratory curve(res-curve)と呼び、呼吸外モデルをpostural curve (pos-curve)と呼ぶ。
res-curveは呼吸時の運動を反映し、pos-curveは姿位における運動範囲を反映する(Fig.3)。
Fig. 3A,Cに通常の呼吸運動をする被験者のdif-curveと呼吸との関連を示す。対応するグラフでは一つの顕著なピーク
(red dot)があり、それは被験者の呼吸を示す。
呼吸時の横隔膜の動きは他の動きによっても影響を受け、呼吸ピークの他により小さなピークを発生させる。

photo5


それらの小さなピークが横隔膜の運動を示している。Fig.3B,Dに非日常的な呼吸時の複雑化したdif-curveを示す。Fig.3Dでは呼吸による明瞭なピーク(red dot)が存在し、同様に、他の小さなピークは横隔膜の運動を示している。

しかし、このグラフでは、より大きな横隔膜運動ピークが観察される。
3つの典型的なdif-curveと対応する呼吸、姿勢モデルのS1,S2両条件をFig.4に示す。グラフでは、被験者#11の明瞭な呼吸機能(A)と姿位による大きな動き(B,S2)が観察される。被験者#25(in E,F)は、撮像時最初の6秒間無呼吸状態で、その後徐々に通常呼吸に戻った。
被験者#24(C,D)ではS2条件下で殆ど無呼吸状態であったため、この被験者のデータは統計解析から除外した。

MR Parameters Extraction

MR画像における横隔膜活動を基に2セットのパラメータを検出した:dif-curveを基準としたDynamic parameter。

Dynamic parameter検出の目的は、横隔膜運動のどの部分が呼吸と関連し、また、呼吸外運動の有意性を調べることである。

・res-curveのfrequency:fr, amplitude: ar
・pos-curveのamplitude:ap
・res-curve, pos-curveのamplitude ratio:rpr = ap/ar
・横隔膜運動範囲の計測:3点での計測(mm)(rg1,2,3 in Fig 5)
・エネルギー比率:3点の最大スペクトルライン;p3.
・dif-curveのSD:δDC,傾き及び尖度:γDC及びβDC.
Static parameterは、横隔膜の形状と位置を示し、横隔膜の解剖学的特徴を抽出するために下記の項目を検出した。
・矢状面における横隔膜の傾斜
・傾斜と平行な横隔膜輪郭の重複している部位の高さ
・上下間隔にはrg3とシリンジを使用した。このパラメータは胸腔内横隔膜の高さを意味する(Fig.8)。

つづく