Computergestützte Analyse des Elektromyogramms zur Anwendung in der klinischen Routine

Summary

A computerized EMG analysis system implemented on an MS-DOS computer was developed explicitly for clinical routine usage. It incorporates analysis of interference pattern as well as of motor unit action potentials (MUAPs). Key features of MUAP analysis are the automatic segmentation and parameterization of the EMG signal and the automatic assignment of MUAPs to motor units. Determination of muscle activity is based on threshold detection of the signal's first derivative, leading to the definition of a MUAPs central component. Its parameters (length, amplitude, maximal steepness, area between curve and base-line, area between first derivative and base-line, number of turns etc.) are used when comparing MUAPs. The automatic assignment of MUAPs to motor units was implemented as an iterative procedure. MUAPs are compared to a reference MUAP and eventually assigned to it if their parameters are sufficiently similar. For such a group of MUAPs the most representative MUAP is determined which is then used as new reference MUAP in the next iteration step. Most important for clinical routine usage are simple handling, speed and the clearly arranged presentation of results. The system allows for interactive modification of MUAP assignment as well as start and end points of every MUAP. Analysis results may be displayed on the screen and printed, giving the user a quick impression of the muscle under study. Thus this method meets basic requirements for computer assisted decision making in differential diagnosis.

Zusammenfassung

Es wird ein Verfahren zur rechnergestützten EMG-Analyse vorgestellt, welches explizit für die Unterstützung der myographischen Untersuchung im Rahmen der klinischen Routine entwickelt wurde. Es beinhaltet die Auswertungen von Interferenzmustern sowie von Einzelpotentialen und wurde auf einem MS-DOS-Rechner implementiert. Wesentliche Elemente der Einzelpotential-Analyse sind die automatische Segmentierung und Parametrisierung des EMG-Signals sowie die automatische Zuordnung von Einzelpotentialen zu motorischen Einheiten. Die Erkennung von Aktivitätsmustern basiert auf Schwellwertüberpüfung der ersten Ableitung des Signals und führt zur Abgrenzung der zentralen Komponente der Einzelpotentiale. Deren verschiedene Parameter wie Länge, Amplitude, maximale Steilheit, diverse Flächenmaße, Anzahl der Umkehrpunkte etc. werden verwendet, um Einzelpotentiale miteinander zu vergleichen. Die automatische Zuordnung von Einzelpotentialen zu motorischen Einheiten wurde als iteratives Verfahren realisiert. Dabei werden alle Einzelpotentiale mit einem Muster-Einzelpotential verglichen und gegebenenfalls diesem zugeordnet. Für eine solche Gruppe von Einzelpotentialen wird dann das repräsentativste Einzelpotential ermittelt, welches im nächsten Iterationsschritt als neues Muster-Einzelpotential dient. Von wesentlicher Bedeutung für den Einsatz in der klinischen Routine sind eine einfache Bedienung, Schnelligkeit sowie die übersichtliche Darstellung der Analyse-Ergebnisse. Das System erlaubt eine interaktive Modifikation der Zuordnungsergebnisse wie auch der Anfangs- und Endpunkte aller Einzelpotentiale. Die Analyse-Ergebnisse können in unterschiedlichem Umfang auf dem Bildschirm dargestellt und ausgedruckt werden und ermöglichen dem Arzt einen raschen Überblick über den untersuchten Muskel. Mit diesem Verfahren ist eine Grundvoraussetzung für eine rechnergestützte differentialdiagnostische Entscheidungsfindung bei myographischen Routine-Untersuchungen realisiert.

Key words

Electromyogram - Signal analysis - Automatic MUAP classification - Clinical routine usage - Computer-program