Quantifizierung des Crosstalk-Anteils in Oberflächen-Elektromyogrammen

Meinecke, Lars; Rau, Günter

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-17589

Quantifizierung des Crosstalk-Anteils in Oberflächen-Elektromyogrammen = Quantification of the crosstalk ratio in surface electromyograms

Meinecke, Lars

2006 & 2007

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Lars Meinecke

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2006

UmfangXIV, 173 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2006

Prüfungsjahr: 2006. - Publikationsjahr: 2007

Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter
Rau, Günter (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2006-10-30

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-17589
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/52648/files/Meinecke_Lars.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik (600000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Elektromyographie (Genormte SW) ; Bewegungsanalyse (Genormte SW) ; Bewegungsanalyse <Technik> (Genormte SW) ; Bewegungskoordination (Genormte SW) ; Nichtinvasive Diagnostik (Genormte SW) ; Diagnostik (Genormte SW) ; Motodiagnostik (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Skelettmuskulatur (frei) ; Skelettmuskel (frei) ; Muskelkrankheit (frei) ; Fuzzy-Logik (frei) ; electromyographie (frei) ; diagnosis (frei) ; myopathy (frei) ; non-invasive (frei) ; fuzzy logic (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die muskuläre Koordination – das Zusammenspiel einzelner Muskeln oder Muskelgruppen unter zeitlichen Gesichtspunkten – stellt die Grundlage einer jeden aktiv ausgeführten Bewegung dar. Wird das normale muskuläre Koordinationsmuster, welches zur Durchführung einer bestimmten Bewegungsaufgabe notwendig ist, durch Pathologien gestört, so führt dies zu Einschränkungen der persönlichen Bewegungsfreiheit, die von Betroffenen als ein entscheidender Verlust an Lebensqualität empfunden wird. Die klinische Diagnose der ursächlichen Dysfunktionen der muskulären Aktivierung erfolgt heute durch die visuelle Interpretation bipolar abgeleiteter Oberflächen-EMG-Signale seitens des Arztes. Dabei kann jedoch nicht sicher zwischen tatsächlich vorliegender muskulärer Aktivität und einem vielfach durch Crosstalk benachbarter Muskeln hervorgerufenen, verfälschten Aktivitätsmuster, unterschieden werden. Die Aussagekraft des verwendeten Verfahrens ist aus diesem Grunde für eine klinische Anwendung oft nicht ausreichend. Thema der vorgestellten Arbeit ist daher die Entwicklung einer Methodik zur Quantifizierung des Crosstalk-Anteils in konventionell abgeleiteten Oberflächen-Elektromyogrammen. Es wird zunächst ein auf feldtheoretischen Aspekten beruhendes Konzept erarbeitet. Anschließend werden Signalverarbeitungsverfahren entwickelt und die einzelnen Schritte zur Signalerfassung, Signalverarbeitung und Signalinterpretation implementiert. Dazu gehören die Erfassung der Elektromyogramme über eine geeignet ausgelegte Messkette, die Signalverarbeitung durch unterschiedliche nachrichtentechnische Verfahren zur Parameterextraktion sowie die Signalinterpretation mittels entsprechend entwickelter Algorithmen unter Verwendung von Expertenwissen im Rahmen unscharfer Verfahren. Die entwickelte Methodik wird zunächst theoretisch modellbasiert validiert, da die bei der Ableitung des Elektromyogramms auftretenden Effekte ausschließlich modellhaft separierbar sind und ein umkehrbar eindeutiger Rückschluss von der Feldverteilung auf deren Quellen bzw. Senken, auch unter Zuhilfenahme von apriori-Informationen, räumlich wie zeitlich nicht möglich ist. Zum Zwecke der modellhaften Überprüfung wird ein entsprechendes Modell erarbeitet und die entwickelte Methodik in einem nächsten Schritt modellgestützt validiert. Im Rahmen einer abschließend durchgeführten klinischen Validierung wird anhand realer Messungen an Patienten und Probanden die Leistungsfähigkeit der Methodik gezeigt und in den gewählten klinischen Anwendungsbeispielen ihr praktischer medizinischer Nutzen belegt.

Muscular co-ordination – the interaction of single muscles or groups of muscles under temporal criteria – represents the basis of each actively implemented movement. If the normal muscular co-ordination pattern that is necessary for the execution of a certain movement task is disturbed by pathologies, then this leads to restrictions in the personal freedom of movement, which is felt as a crucial loss of quality of life by the affected person. The clinical diagnosis of the causal dysfunctions of the muscular activation is carried out today by a physician and his visual interpretation of the derived bipolar surface EMG signals. Regarding the derived EMG signals, however, it is not possible to surely differentiate between actual muscular activity and a muscular coordination pattern falsified by the frequently occurring crosstalk phenomenon evoked by neighbouring muscles in the vicinity of the muscles of interest. For this reason the significance of the applied procedure is often not sufficient for a clinical application. Topic of the presented thesis is therefore the development of a methodology for the quantification of the crosstalk ratio in conventionally derived surface electromyograms. First a concept which is based on field-theoretical aspects is compiled. Subsequently, signal processing procedures are developed and the single steps required for signal recording, signal processing and signal interpretation are implemented. These include the recording of the electromyogram by a suitably designed measurement chain, the signal processing by numerous communications-engineering procedures for parameter extraction as well as the signal interpretation by means of adequately developed algorithms utilising expert knowledge in the context of fuzzy methods. The developed methodology is first validated theoretically by an appropriate model, because the effects that occur during the derivation of surface electromyograms are separatable only by modelling and a reversibly unique conclusion from field distribution to its sources and drains, even when using apriori information, is neither spatially nor temporally possible. For the purpose of the theoretical validation an appropriate model is compiled. In a next step the developed methodology is validated utilising the implemented model. Finally a clinical validation is accomplished on the basis of actual measurements performed with healthy as well as affected subjects. By this means the efficiency of the developed methodology is demonstrated and its practical medical usefulness is documented in the clinical sample applications selected.

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