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HSR-EMG

High Spatial Resolution Electromyography

Räumlich hochauflösendes EMG

 

Hintergrund

 

Die kleinste erregbare Einheit eines Muskels besteht aus einem Motorneuron und einer bestimmten Anzahl an innervierten Muskelfasern. Die Aktivität dieser Einheiten enthält  detaillierte Informationen über die strukturellen und funktionellen Eigenschaften der Muskulatur. So unterscheidet sich das Aktivierungsmuster bei neuromuskulären Erkrankungen deutlich von dem gesunder Muskeln.

Abb.1: Motorische Einheit

Konventionelle Messverfahren zur Erfassung der Aktivität motorischer Einheiten sind entweder invasiv und damit schmerzhaft oder besitzen als nichtinvasive Anwendung eine zu geringe Auflösung um die Aktivität einzelner Einheiten darzustellen.

Die am Helmholtz-Institut entwickelte Methode der räumlich hochauflösenden Elektromyographie (HSR-EMG) erlaubt die nicht-invasive Erfassung der Aktivität motorischer Einheiten.

 

Methode

 

Das Verfahren beruht auf der 2-dimensionalen Anordnung der Messelektroden. Durch den geringen Abstand zwischen den Elektroden werden Signalanteile der entfernten motorischen Einheiten im Muskel gefiltert, so dass nur noch die Information über die Aktivität der nahe unter der Haut gelegenen Einheiten gemessen wird.

Abb.2: Elektrodenarray mit 16 Elektroden

Die Anwendung eines räumlichen Filters auf das gemessene Signal verstärkt diesen Effekt weiter. Verwendet wird ein Laplace-Filter.   

 

Abb.3: zwei-dimensionaler Laplace-Filter

Das Ergebnis des gefilterten Signals ist die Information über die Aktivität einzelner motorischer Einheiten.

Abb.4: elektrische Aktivität des Muskels

Nichtinvasive Diagnostik

 

Der Verlauf verschiedener neuromuskulärer Erkrankungen kann mithilfe der HSR-EMG leicht gemessen werden. Das Verfahren ist nichtinvasiv und somit auch gut bei Kindern einsetzbar.

Bei Patienten mit Plexusläsion wurden während der Geburt Teile des Plexus brachialis, einem Netzwerk von Nervenfasern, die in die Hauptnerven der oberen Extremitäten enden, beschädigt. Dies führt zu einer Lähmung verschiedener Muskeln des betroffenen Arms. In seltenen Fällen wird eine operative Versorgung der Verletzung nötig. Eine objektive Überprüfung der Notwendigkeit einer Operation kann mithilfe des HSR-EMG durchgeführt werden. Die Unterschiede in den Aktivitätsmustern zwischen Gesunden und Betroffenen sind deutlich sichtbar. Außerdem sind Abstufungen im Grad der Lähmung erkennbar.

Abb.5: Verlauf der Lähmung bei Plexusläsion

Neben der Plexusläsion sind die Auswirkungen weiterer neuromuskulärer Erkrankungen untersucht worden. Die möglichst frühe Diagnose einer neuromuskulären Krankheit ist wichtig, damit schon früh geeignete Maßnahmen zur Therapie ergriffen werden können. Die konventionelle Überprüfung der Aktivität muskulärer Einheiten ist invasiv und gerade bei Kindern nicht leicht anwendbar. Mithilfe des HSR-EMG können Patienten mit spinaler Muskelatrophie, Patienten mit Muskeldystrophie und Gesunde voneinander unterscheiden werden.

Abb.6: Unterschiede in der Aktivität bei gesundem Muskel, neuronaler Erkrankung und muskulärer Erkrankung

Schlussfolgerung

 

Die am Helmholtz-Institut entwickelte Methode des HSR-EMG erlaubt die nicht-invasive und damit schmerzfreie Erfassung der Aktivität der kleinsten motorischen Einheiten der Muskulatur. So können wertvolle Informationen zu Diagnostik und Therapiekontrolle neuromuskulärer Erkrankungen gesammelt werden.

Projektleitung