iSi-Care: Mit künstlicher Intelligenz und silikonbasiertem Elektroden-Array zur differenzierten Versorgung bei akuten Gelenksverletzungen

AUFGABENSTELLUNG | MOTIVATION

Ob Freizeit- oder Profisport, wo mit ganzem Einsatz um den Sieg gekämpft wird, bleiben Verletzungen nicht aus. 30 % aller Verletzungen im Sport betreffen die Muskeln. Bei einem Muskel­faser­riss oder Abriss des Muskels ist der Weg zum Kranken­haus oft obli­ga­torisch. Vor allem an Gelenken in Schulter, Hüfte und Knie laufen viele Muskeln und Bänder zusammen, sodass komplexe und schmerz­hafte Verletzungen resul­tieren. Für die Diag­nostik derar­tiger Ver­letzungen ist klar zwischen (1) struktu­rellen Schäden (bspw. Knochen­bruch, Sehnen­riss) und (2) funktio­nellen Schäden (bspw. Muskel­zerrung) zu unter­scheiden. Im Fall von (1) gehören bei Knie­ver­letzungen Röntgen, Ultra­schall und Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) zur Routine­diag­nostik. Mit Ausnahme von offenen Verletzungen wird in 60 – 80 % der Fälle ein MRT zur Diagnose durch­ge­führt. Bei funktio­nellen Schäden (2) stellen Muskel­zerrungen einen tückischen und häufig vor­kommenden Fall dar. Deren Bedeu­tung wird oft unter­schätzt und bild­gebende Verfahren können diese nur mittels sehr hoch­auf­lösendem MRT identi­fi­zieren. Üblicher­weise werden funktio­nelle Tests in Form von Beweg­lich­keits- und Kraft­prüfungen durch­ge­führt und unter­liegen der subjek­tiven Bewer­tung des Arztes sowie der willent­lichen Bewegungs­aus­führung des Patienten. Ein muskel­spezi­fischer Befund ist nicht möglich. Wenig Beachtung in der Diag­nostik findet bisher die Elektro­myo­graphie. Sie ist ein hoch­wertiges diagnos­tisches Instrument zur funktio­nellen Befund­erhebung der Musku­latur in Ruhe und in Bewegung. Das Elektro­myogramm (EMG) misst den Verlauf elek­trischer Erregung der Muskulatur. Zu langsam, zu aufwändig – diese zwei Faktoren verhindern bisher die breite Einführung der Elektro­myographie in der klini­schen Diag­nostik. Je zwei EMG-Elektroden müssen bisher sehr präzise auf allen Muskeln platziert werden, um die Akti­vierung reprodu­zierbar zu messen. Eine lang­wierige Prozedur.

PROJEKTZIEL | ARBEITSHYPOTHESE

Diesen Problemen nimmt sich das Forschungs­vorhaben an. Ziel sind Schlüssel­techno­logien für ein diagnos­tisches Werkzeug auf Basis des EMGs zu schaffen, mit dem der Arzt bei einer trauma­tischen Verletzung des Knies in Folge eines Unfalls oder direkt nach einem chirur­gischen Eingriff eine musku­läre Funktions­diagnose schnell und einfach vornehmen kann. Lösungs­ansatz ist ein flexibles Elektroden­array, das alle Elektroden sowie Ableitungs­kabel in einer elas­tischen Polymer­matrix vereint und mit einem Hand­griff appli­ziert werden kann. Die flächige EMG-Messung mit vielen kleinen Einzel­elek­troden bietet den Vorteil, dass die exakte Palpation einzelner Muskeln entfällt und der gesamte Muskel­apparat in einer Messung aufge­nommen werden kann. Zur Auswertung der vielen anfallenden Mess­signale wird eine KI entwickelt, die eine Signal-Zuordnung und Vorinter­pre­tation ermög­licht. Im Ergebnis entsteht ein Diagnostik-System.

NUTZEN | AUSBLICK

Bei Erfolg wird das System mobil wie ein Ultra­schall­gerät, ist im Gegen­satz zum Röntgen risiko­frei beliebig oft anwendbar und bleibt bei den Anwendungs­kosten unter dem MRT. Die Messung wird nicht länger dauern als eine konventio­nelle manuelle Unter­suchung, erfasst dabei aber parallel objektive Kenn­ziffern zu jedem einzelnen Muskel.