筋電図検査

針電極を挿入する前の最初のステップは、皮膚の準備です。これは通常、アルコールパッドで皮膚を拭くだけの簡単な作業です。

針電極の実際の配置は難しく、特定の筋肉の選択やその筋肉の大きさなど、多くの要因に依存します。適切な針EMG配置は、対象となる筋肉を正確に表現するために非常に重要ですが、EMGは表層筋の活動電位を迂回して深層筋を検出することができないため、表層筋に対してより効果的です。また、体脂肪が多いほど、EMG信号は弱くなります。EMGセンサーを配置する際の理想的な位置は、筋肉の腹部、つまり縦方向の正中線です。筋肉の腹部は、筋肉の運動点（中央）と腱付着点の間の位置と考えることもできます。

心臓ペースメーカーや植込み型除細動器（ICD）は臨床現場でますます広く使用されるようになっており、これらの機器を装着した患者に対して日常的に電気診断検査を実施することが安全上の危険をもたらすという証拠は存在しない。しかし、神経伝導検査（NCS）の電気刺激が機器によって誤って感知され、意図しない出力の抑制やトリガー、あるいは機器の再プログラミングにつながる可能性があるという理論的な懸念がある。一般的に、刺激部位がペースメーカーやペースメーカーリードに近いほど、ペースメーカーを抑制するのに十分な振幅の電圧を誘発する可能性が高くなる。このような懸念にもかかわらず、日常的なNCSによる即時的または遅発性の有害事象は報告されていない。

妊娠中の患者に針筋電図検査や神経伝導検査を行うことに対する既知の禁忌はありません。さらに、これらの検査による合併症は文献で報告されていません。同様に、誘発電位検査も妊娠中に実施しても問題を引き起こすという報告はありません。^{[ 11 ]}

リンパ浮腫患者またはリンパ浮腫のリスクのある患者は、リンパ浮腫や蜂窩織炎の発症または悪化を防ぐため、患肢への経皮的処置、すなわち静脈穿刺を避けるよう日常的に注意喚起されています。潜在的なリスクがあるにもかかわらず、静脈穿刺後のこのような合併症に関するエビデンスは限られています。リンパ浮腫またはリンパ節郭清の既往がある状況で実施された筋電図検査に関連した蜂窩織炎、感染症、またはその他の合併症に関する発表された報告はありません。しかし、リンパ浮腫患者における蜂窩織炎のリスクは不明であるため、合併症を避けるために、リンパ浮腫部位での針検査の実施には十分な注意を払う必要があります。著しい浮腫と皮膚の緊張がある患者では、針電極による皮膚穿刺により、漿液の慢性的な滲出が生じる可能性があります。このような漿液の潜在的な細菌培地と皮膚の完全性の侵害は、蜂窩織炎のリスクを高める可能性があります。医師は、検査を実施する前に、得られる情報の必要性と検査を実施する潜在的なリスクを比較検討する必要があります。^{[ 11 ]}

筋電図（EMG）には、表面筋電図（sEMG）と筋内筋電図（in-muscle-emeg）の2種類があります。表面筋電図は、皮膚上の筋肉表面から筋活動を記録することで、筋肉の機能を評価します。表面筋電図は、一対の電極、または複数の電極からなるより複雑なアレイによって記録できます。筋電図の記録には、2つの電極間の電位差（電圧差）が表示されるため、複数の電極が必要です。この方法の限界は、表面電極による記録は表層筋に限定されること、記録部位の皮下組織の深さの影響を受けること（皮下組織の深さは患者の体重によって大きく変動する）、そして隣接する筋肉の放電を確実に区別できないことです。このリスクを最小限に抑え、信頼性の高い検査を実現するために、特定の電極配置と機能検査が開発されています。

筋内EMGは、さまざまな種類の記録電極を使用して実施できます。最も単純な方法は、単極針電極です。これは、表面電極を基準として筋肉に挿入された細いワイヤー、または互いに基準となる2本の細いワイヤーを筋肉に挿入したものです。細いワイヤーによる記録は、研究や運動学の研究で最も一般的に使用されます。診断用の単極EMG電極は通常、絶縁されており、皮膚を貫通できるほど硬く、表面電極を基準として使用して先端のみが露出しています。治療用のボツリヌス毒素やフェノールを注射するための針は通常、表面基準を使用する単極電極ですが、この場合、先端のみが露出するように絶縁された皮下注射針の金属軸が、信号の記録と注射の両方に使用されます。設計がやや複雑なのは、同心円状針電極です。これらの針は、皮下注射針の筒を満たす絶縁層に埋め込まれた細いワイヤーを持ち、露出した軸があり、軸が基準電極として機能します。細いワイヤーの露出した先端がアクティブ電極として機能します。この構成の結果、同心円電極から記録された信号は単極電極から記録された信号よりも小さくなる傾向があり、組織からの電気的アーチファクトに対する耐性が高く、測定の信頼性がやや高くなります。ただし、シャフトが全長にわたって露出しているため、表層の筋肉活動が深層の筋肉の記録を汚染する可能性があります。単線維EMG針電極は、非常に小さな記録領域を持つように設計されており、個々の筋線維の放電を識別できます。

筋内EMG検査を行うには、通常、単極または同心円状の針電極を皮膚を通して筋肉組織に挿入します。次に、針を弛緩した筋肉内の複数の箇所に移動させて、挿入時の活動と筋肉の静止時の活動の両方を評価します。正常な筋肉は、針の動きによって刺激されると、筋線維の活動が短時間バースト状に起こりますが、これは100msを超えることはめったにありません。筋肉の静止時の活動で最も一般的な2つの病理学的タイプは、線維束性収縮電位と線維性収縮電位です。線維束性収縮電位は、筋肉内の運動単位の不随意的な活性化であり、筋肉のぴくつきとして肉眼で見える場合や、表面電極で確認できる場合があります。一方、線維性収縮は針EMGでのみ検出され、通常は神経疾患または筋疾患の結果として、個々の筋線維の孤立した活性化を表します。多くの場合、線維性収縮は針の動き（挿入時の活動）によって誘発され、動きが止まった後も数秒以上持続します。

安静時および挿入時の活動を評価した後、筋電図検査技師は随意収縮時の筋肉の活動を評価します。結果として生じる電気信号の形状、サイズ、および周波数が判断されます。次に、電極を数ミリメートル引き抜き、再び活動を分析します。これを繰り返し、運動単位の機能に関する結論を導き出すために、10～20個の運動単位のデータが収集されるまで繰り返すことがあります。各電極トラックは、筋肉全体の活動のごく局所的な像しか提供しません。骨格筋は内部構造が異なるため、正確な研究を行うには、電極をさまざまな場所に配置する必要があります。EMG研究の解釈には、検査対象の筋肉運動単位のパラメータを評価することが重要です。このプロセスは、適切なソフトウェアを使用して部分的に自動化することができます。^{[ 12 ]}

単線維筋電図検査は、運動単位内の個々の筋線維の収縮間の遅延を評価する検査であり、薬物、毒物、または重症筋無力症などの疾患によって引き起こされる神経筋接合部の機能障害を検出する感度の高い検査法です。この検査法は複雑であり、通常は高度な専門訓練を受けた者のみが実施します。

表面筋電図はさまざまな場面で使用されています。たとえば、理学療法クリニックでは、表面筋電図を使用して筋活動をモニタリングし、患者は筋肉を活性化しているときに聴覚または視覚刺激を受けます（バイオフィードバック）。2008 年に発表された表面筋電図に関する文献のレビューでは、表面筋電図は神経筋疾患の存在を検出するのに役立つ可能性がある（レベル C の評価、クラス III データ）が、神経障害と筋障害の状態を区別したり、特定の神経筋疾患を診断したりするのにその有用性を支持するデータは不十分であると結論付けられています。筋電図は、ポリオ後症候群に関連する疲労や筋強直性ジストロフィーの電気機械的機能の追加研究に役立つ可能性があります（レベル C の評価、クラス III データ）。^{[ 11 ]}最近、スポーツにおけるテクノロジーの台頭により、sEMG は、軟部組織損傷の発生率を減らし、選手のパフォーマンスを向上させるためにコーチが注目する分野となっています。

米国の一部の州では、医師以外の者が針筋電図検査を行うことを制限している。ニュージャージー州では、医師助手への委任は認められないと宣言している。^{[ 13 ] [ 14 ]}ミシガン州では、針筋電図検査は医療行為であるとする法律が可決されている。^{[ 15 ]}神経内科、臨床神経生理学、神経筋医学、理学療法およびリハビリテーションのレジデンシーおよびフェローシッププログラムでのみ、筋電図検査による疾患診断に関する特別な訓練が義務付けられている。耳鼻咽喉科には、喉頭筋の筋電図検査を行うための選択的訓練を受けた専門医がおり、泌尿器科、産婦人科には、腸および膀胱機能を制御する筋肉の筋電図検査を行うための選択的訓練を受けた専門医がいる。

EMGの基本的な機能の1つは、筋肉がどれだけ活性化できるかを確認することです。最も一般的な方法は、テスト対象の筋肉の最大随意収縮（MVC）を行うことです。 ^{[ 16 ]}筋肉群の種類ごとに特性が異なり、MVCの位置も筋肉群の種類によって異なります。そのため、研究者は被験者からより大きな筋肉活動レベルを引き出すために、MVCの位置の種類を選択する際に非常に注意する必要があります。^{[ 17 ]}

MVCポジションの種類は、体幹筋、下肢筋など、考慮する特定の筋肉群に応じて、筋肉の種類によって異なる可能性があります。^{[ 18 ] [ 19 ]}

機械的に測定される筋力は、一般的に筋電図（EMG）による筋活動の測定値と高い相関関係を示します。これは通常、表面電極を用いて評価されますが、これらの電極は通常、表面に近い筋線維からの信号しか記録しないという点に注意が必要です。

用途に応じて、筋活動を決定するためのいくつかの分析方法が一般的に使用されています。平均EMG活動またはピーク収縮値の使用は議論の的となっています。ほとんどの研究では、最大随意収縮をピーク力とターゲット筋によって生成される力を分析する手段として一般的に使用しています。「ピークおよび平均整流EMG測定：コアトレーニングエクササイズを評価するためにどのデータ削減方法を使用すべきか？」^{[ 20 ]}の記事によると、「平均整流EMGデータ（ARV）は、ピークEMG変数と比較して、コア筋群の筋活動を測定する際に変動が著しく少ない」と結論付けられています。したがって、これらの研究者は、「コアエクササイズを評価する際には、ピークEMG測定値とともにARV EMGデータを記録すべきである」と提案しています。読者に両方のデータセットを提供することで、研究の妥当性が向上し、研究内の矛盾を解消できる可能性があります。^{[ 21 ] [ 22 ]}

EMGは筋肉の疲労度を示すためにも使用できます。EMG信号の以下の変化は筋肉疲労を示す可能性があります。信号の平均絶対値の増加、筋活動電位の振幅と持続時間の増加、および全体的な低周波数へのシフト。さまざまな周波数変化の変化を監視することは、EMGを使用して疲労レベルを判断する最も一般的な方法です。伝導速度が低いと、遅い運動ニューロンが活動状態を維持できます。^{[ 23 ]}

運動単位とは、1つの運動ニューロンと、それが支配するすべての筋線維のことです。運動単位が発火すると、インパルス（活動電位と呼ばれる）が運動ニューロンを通って筋肉に伝わります。神経が筋肉に接触する部分は、神経筋接合部、または運動終板と呼ばれます。活動電位が神経筋接合部を横切って伝達されると、その運動単位の支配するすべての筋線維に活動電位が発生します。このすべての電気活動の総和は、運動単位活動電位（MUAP）として知られています。複数の運動単位からのこの電気生理学的活動は、通常、筋電図（EMG）で評価される信号です。運動単位の構成、運動単位あたりの筋線維数、筋線維の代謝型、その他多くの要因が、筋電図における運動単位電位の形状に影響を与えます。

神経伝導検査は、神経疾患の診断のためにEMGと同時に行われることもよくあります。^{[ 24 ]}

患者によっては、この処置を多少痛みを伴うと感じる場合もありますが、針を挿入する際にわずかな不快感を感じるだけの患者もいます。検査対象の筋肉は、処置後1～2日間、わずかに痛むことがあります。^{[ 25 ]}

EMG信号は基本的に、複数の運動単位からの運動単位活動電位（MUAP）が重なり合って構成されています。詳細な分析を行うには、測定されたEMG信号を構成要素であるMUAPに分解することができます。異なる運動単位からのMUAPは特徴的な形状が異なる傾向がありますが、同じ電極で同じ運動単位から記録されたMUAPは通常類似しています。特に、MUAPのサイズと形状は、電極が線維に対してどの位置にあるかによって決まるため、電極の位置が移動すると異なって見えることがあります。EMGの分解は容易ではありませんが、多くの方法が提案されています。^{[ 26 ]}

整流とは、生の EMG 信号を、通常は正の単一極性の信号に変換することです。信号を整流する目的は、生の EMG 信号には正と負の成分があるため、信号の平均がゼロにならないようにすることです。整流には、全波整流と半波整流の 2 種類があります。^{[ 27 ]}全波整流は、ベースラインより下の EMG 信号をベースラインより上の信号に加算して、すべて正の調整済み信号を作成します。ベースラインがゼロの場合、これは信号の絶対値を取ることと同じです。 ^{[ 28 ] [ 29 ]}これは、分析のために信号エネルギーをすべて保存するため、好ましい整流方法です。半波整流は、ベースラインより下の EMG 信号の部分を破棄します。そうすることで、データの平均はもはやゼロではなくなるため、統計分析に使用できます。

臨床現場で使用される針筋電図は、疾患の発見に役立つなど実用的な用途があります。しかし、針筋電図には限界があり、筋肉の随意的な活性化を伴うため、協力したがらない、または協力できない患者、子供や乳幼児、麻痺のある人では情報量が少なくなります。表面筋電図は、表面筋電図に固有の問題があるため、用途が限られる場合があります。脂肪組織は筋電図の記録に影響を与える可能性があります。研究によると、脂肪組織が増加すると、表面直下の活動筋が減少します。脂肪組織が増加すると、活動筋の中心の真上の表面筋電図信号の振幅が減少します。筋電図信号の記録は、高齢者と比較して、体脂肪が少なく、皮膚の柔軟性が高い人（例えば、若者）の方が一般的に正確です。筋クロストークは、ある筋肉からの筋電図信号が別の筋肉からの筋電図信号と干渉するときに発生し、検査対象の筋肉の信号の信頼性を低下させます。表面筋電図は、深部筋の信頼性が低いため制限されます。深部筋の筋電図信号を取得するには、侵襲的で痛みを伴う筋内ワイヤーが必要です。表面筋電図では表層筋しか測定できず、それでも信号を単一の筋肉に絞り込むのは難しい。^{[ 30 ]}

電気源は、約-90 mVの筋膜電位 である。^{[ 31 ]}測定されたEMG電位は、観察対象の筋肉に応じて、50 μV未満 から30 mVまでの範囲である。 

Typical repetition rate of muscle motor unit firing is about 7–20 Hz, depending on the size of the muscle (eye muscles versus seat (gluteal) muscles), previous axonal damage and other factors. Damage to motor units can be expected at ranges between 450 and 780 mV.^[32]

Muscle tissue at rest is normally electrically inactive. After the electrical activity caused by the irritation of needle insertion subsides, the electromyograph should detect no abnormal spontaneous activity (i.e., a muscle at rest should be electrically silent, with the exception of the area of the neuromuscular junction, which is, under normal circumstances, very spontaneously active). When the muscle is voluntarily contracted, action potentials begin to appear. As the strength of the muscle contraction is increased, more and more muscle fibers produce action potentials. When the muscle is fully contracted, there should appear a disorderly group of action potentials of varying rates and amplitudes (a complete recruitment); this can be described as an interference pattern.^[33][34]

EMG findings vary with the type of disorder, the duration of the problem, the age of the patient, the degree to which the patient can be cooperative, the type of needle electrode used to study the patient, and sampling error in terms of the number of areas studied within a single muscle and the number of muscles studied overall. Interpreting EMG findings is usually best done by an individual informed by a focused history and physical examination of the patient, and in conjunction with the results of other relevant diagnostic studies performed including most importantly, nerve conduction studies, but also, where appropriate, imaging studies such as MRI and ultrasound, muscle and nerve biopsy, muscle enzymes, and serologic studies.

Abnormal results may be caused by the following medical conditions (please note this is not an exhaustive list of conditions that can result in abnormal EMG studies):