DE102018128686A1

DE102018128686A1 - Device for measuring an electro-mechanical activation of a muscle

Info

Publication number: DE102018128686A1
Application number: DE102018128686.4A
Authority: DE
Inventors: Robert Patejdl; Uwe Walter
Original assignee: Universitaet Rostock
Current assignee: Universitaet Rostock
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2020-05-20
Also published as: WO2020099358A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zur Messung einer elektro-mechanischen Aktivierung eines Muskels (2) mit einer Einrichtung (3) zur Messung einer elektrischen Aktivierung des Muskels (2), die mindestens eine indifferente Elektrode (4) zur Anordnung in einem Bereich einer Sehne oder eines Gelenks (5) des Muskels (2) und mindestens eine differente Elektrode (6) zur Anordnung in einem Bereich des Muskels (2) aufweist, angegeben.Dabei soll eine technisch einfache und im klinischen Betrieb leicht einsetzbare Vorrichtung (1) zur Messung einer elektro-mechanischen Aktivierung des Muskels (2) bereitgestellt werden.Dies wird dadurch erreicht, dass die Vorrichtung (1) eine Ultraschall-Dopplersonde (7) zur Messung einer mechanischen Aktivierung des Muskels (2) aufweist, die mit der differenten Elektrode (6) ko-lokalisiert ist.The invention relates to a device (1) for measuring an electro-mechanical activation of a muscle (2) with a device (3) for measuring an electrical activation of the muscle (2), which has at least one indifferent electrode (4) for arrangement in a region of a Tendon or a joint (5) of the muscle (2) and at least one different electrode (6) to be arranged in an area of the muscle (2), whereby a technically simple device (1) which is easy to use in clinical operation is intended for Measurement of an electro-mechanical activation of the muscle (2) can be provided. This is achieved in that the device (1) has an ultrasound Doppler probe (7) for measuring a mechanical activation of the muscle (2), which is connected to the different electrode ( 6) is co-localized.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer elektro-mechanischen Aktivierung eines Muskels mit einer Einrichtung zur Messung einer elektrischen Aktivierung des Muskels, die mindestens eine indifferente Elektrode zur Anordnung in einem Bereich einer Sehne oder eines Gelenks des Muskels und mindestens eine differente Elektrode zur Anordnung in einem Bereich des Muskels aufweist.The present invention relates to a device for measuring an electro-mechanical activation of a muscle with a device for measuring an electrical activation of the muscle, the at least one indifferent electrode for arrangement in a region of a tendon or a joint of the muscle and at least one different electrode for arrangement in one area of the muscle.

Stand der TechnikState of the art

Derartige Vorrichtungen sind bekannt. Sie dienen der Beurteilung der Muskelfunktion. Ihre Anwendungsmöglichkeiten liegen im Bereich der Neurologie, der Rehabilitationsmedizin und des Freizeit- und Leistungssports.Such devices are known. They are used to assess muscle function. They can be used in the fields of neurology, rehabilitation medicine and leisure and competitive sports.

Die Messung der normalen und der pathologisch veränderten Muskelfunktion erfolgt technisch entweder direkt über eine Messung der vom Muskel erzeugten Kraft beziehungsweise der Bewegung oder aber indirekt durch eine Messung und Darstellung der elektrischen Erregung des Muskels (sogenanntes „Muskelsummenaktionspotenzial“), die der mechanischen Erregung des Muskels vorausgeht.Technically, normal and pathologically altered muscle function is measured either directly by measuring the force or movement generated by the muscle, or indirectly by measuring and displaying the electrical excitation of the muscle (so-called “muscle accumulation action potential”), that of mechanical excitation of the muscle precedes.

Die Verwendung einer indifferenten Elektrode zur Anordnung in einem Bereich einer Sehne oder eines Gelenks des Muskels und einer differenten Elektrode zur Anordnung in einem Bereich des Muskels sind dabei in herkömmlichen elektrophysiologischen Verfahren (Elektroneurografie (ENG), Elektromyografie (EMG)) bekannt. Sie ermöglichen eine Darstellung der elektrischen Begleitphänomene der Muskeltätigkeit. Derartige Verfahren dominieren daher auch gegenwärtig die apparative Beurteilung der Muskelfunktion. Sie werden darüber hinaus aber auch in der Sportmedizin zur Analyse von Bewegungsabläufen eingesetzt. Die indifferente Elektrode und die differente Elektrode können als Oberflächenelektroden oder - in einem invasiven Verfahren - als Nadelelektroden ausgebildet sein. Im ersten Fall werden die Elektroden auf der Haut über dem Muskel befestigt; im zweiten Fall werden sie in den Muskel eingestochen.The use of an indifferent electrode for arrangement in a region of a tendon or a joint of the muscle and a different electrode for arrangement in a region of the muscle are known in conventional electrophysiological processes (electroneurography (ENG), electromyography (EMG)). They enable a representation of the accompanying electrical phenomena of muscle activity. Such methods therefore currently dominate the apparatus assessment of muscle function. They are also used in sports medicine to analyze movement sequences. The indifferent electrode and the different electrode can be designed as surface electrodes or - in an invasive method - as needle electrodes. In the first case, the electrodes are attached to the skin over the muscle; in the second case, they are inserted into the muscle.

Auch sind im Stand der Technik darüber hinaus bildgebende Verfahren zur Beurteilung einer Muskelfunktion bekannt. Darunter fallen zum Beispiel Magnetresonanztomografie und Sonografie. Beide Verfahren ermöglichen grundsätzlich die nicht-invasive serielle Erfassung von Schnittbildern des Muskels und deren nachfolgende Verarbeitung in einer Bewegungsanalyse. Hierdurch kann die Kontraktion des Muskels prinzipiell dargestellt werden. Allerdings ist die maximale zeitliche Auflösung dieser Verfahren gegenwärtig nicht hinreichend für die Erfassung des im Bereich einiger Millisekunden liegenden elektro-mechanischen Kopplungsintervalls („electromechanical coupling delay“; EMD).Imaging methods for assessing muscle function are also known in the prior art. These include, for example, magnetic resonance imaging and sonography. Both methods basically enable the non-invasive serial acquisition of sectional images of the muscle and their subsequent processing in a movement analysis. In this way, the contraction of the muscle can be represented in principle. However, the maximum temporal resolution of these methods is currently not sufficient to detect the electromechanical coupling delay (EMD), which is in the range of a few milliseconds.

Nun sind die dynamische Bewegung und die Kraftentwicklung eines Muskels aber die entscheidenden Parameter zur Bewertung der Muskelfunktion als normal oder gestört.However, the dynamic movement and strength development of a muscle are the decisive parameters for evaluating muscle function as normal or disturbed.

Allerdings wird die Aussagekraft zu diesen Parametern bei der Verwendung der existierenden und beschriebenen Verfahren durch systemimmanente methodische Einschränkungen limitiert:

Eine Beurteilung der mechanischen Funktion des untersuchten Muskels ist mittels elektrophysiologischer Verfahren per definitionem nicht möglich. Der Zusammenhang zwischen dem elektrophysiologischen Befund und wichtigen Parametern der Muskelfunktion ist dabei allenfalls semiquantitativ abschätzbar.

However, the significance of these parameters when using the existing and described methods is limited by systemic methodological restrictions:

An assessment of the mechanical function of the examined muscle is by definition not possible using electrophysiological methods. The relationship between the electrophysiological findings and important parameters of muscle function can only be estimated semi-quantitatively.

Die mit den indifferenten Elektroden und den differenten Elektroden ableitbaren Muskelsummenaktionspotenziale sind beispielsweise bei Patienten mit peripheren Ödemen oder Adipositas permagna deutlich reduziert oder können gänzlich fehlen. In diesen Fällen kann zum Zwecke einer eingeschränkten Beurteilung der neuromuskulären Funktion mit der erwähnten invasiven Nadelmyografie gearbeitet werden. Allerdings können dann Gerinnungsstörungen oder therapeutisch notwendige Blutverdünnung Kontraindikationen für diese Nadelmyografie darstellen. Die Untersuchung ist zudem zeitaufwendig und mit dem Risiko von Infektionen für Patient und untersuchende Person verbunden. Dies führt letztlich dazu, dass diese ohnehin nur eingeschränkt aussagefähige Technik oft nicht eingesetzt werden kann.The muscle total action potentials that can be derived with the indifferent electrodes and the different electrodes are significantly reduced, for example, in patients with peripheral edema or obesity permagna, or may be completely absent. In these cases, the invasive needle myography mentioned can be used for the purpose of a restricted assessment of the neuromuscular function. However, coagulation disorders or therapeutically necessary blood thinning can be contraindications for this needle myography. The examination is also time-consuming and associated with the risk of infections for the patient and the examining person. Ultimately, this means that this technology, which is of limited use anyway, can often not be used.

Zusammenfassend sind die existierenden Verfahren in der klinischen Routinediagnostik nicht geeignet, die zeitliche Dynamik der Umsetzung elektrischer Signale in eine mechanische Bewegung des Muskels darzustellen. Somit wird eine wesentliche Komponente zur Beurteilung einer normalen oder gestörten Muskelfunktion bislang nicht dargestellt.In summary, the existing methods in routine clinical diagnostics are not suitable for representing the temporal dynamics of the conversion of electrical signals into a mechanical movement of the muscle. Thus, an essential component for assessing normal or impaired muscle function has not yet been presented.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine technisch einfache und im klinischen Betrieb leicht einsetzbare Vorrichtung zur Messung einer elektro-mechanischen Aktivierung eines Muskels bereitzustellen.The object of the device according to the invention is therefore to provide a device for measuring an electro-mechanical activation of a muscle that is technically simple and easy to use in clinical operation.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine Ultraschall-Dopplersonde zur Messung einer mechanischen Aktivierung des Muskels aufweist, die mit der differenten Elektrode ko-lokalisiert ist.The object of the invention is achieved in that the device has an ultrasound Doppler probe for measuring a mechanical activation of the muscle, which is co-localized with the different electrode.

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat folgende Vorteile.
Die Erfassung der elektrischen Aktivierung des Muskels erfolgt durch die Ableitung eines Elektromyogramms mittels der Einrichtung zur Messung einer elektrischen Aktivierung des Muskels, bei der die differente Elektrode auf dem Muskel platziert wird. Zur Registrierung des Muskelsummenaktionspotenzials wird die differente Elektrode gemäß einer bekannten Belly-Tendon-Montage gegen die am Muskel-Sehnen-Übergang lokalisierte indifferente Elektrode an einem Differenzverstärker gemessen.
Zugleich wird mittels der Ultraschall-Dopplersonde Ultraschall in den Muskel emittiert. Der an dem Muskel reflektierte Ultraschall wird durch die Ultraschall-Dopplersonde wieder detektiert und in ein elektrisches Messsignal umgewandelt. Dieses wird sodann mit dem bei der Emission des Ultraschalls genutzten elektrischen Signal verglichen. Es ergibt sich ein zeitlich variantes Differenzsignal (das sogenannte Dopplersignal). Falls keine Bewegung des Muskels besteht, ist das Differenzsignal Null. Besteht jedoch eine Bewegung des Muskels, kommt es zu einem Frequenzversatz, welcher der Bewegungsgeschwindigkeit des Muskels proportional ist. Das Differenzsignal kann dann als zeitlich variante Spannungsoszillation mit der jeweiligen Frequenz bildgebend ausgegeben werden.
Die Verzögerung zwischen dem Beginn des elektrischen „Befehls“ (Muskelsummenaktionspotenzial (MSAP)) und dem Beginn der „Ausführung“ (Muskelbewegung, die eine Ultraschallfrequenzänderung induziert; Dopplersignal) kann ebenso wie weitere Parameter (unter anderem Anstiegssteilheit und Dauer des Dopplersignals in Relation zum Muskelsummenaktionspotenzial) direkt ausgelesen werden.
Damit wird also durch Ko-Lokalisierung der differenten Elektrode und der Ultraschall-Dopplersonde an demselben Ort die exakte Ermittlung der zeitlichen Verzögerung zwischen elektrischer und mechanischer Aktivierung jedes elektrisch stimulierbaren Muskels durch die Erfassung von lediglich zwei analogen Messsignalen möglich. Die räumlich fixierte, ko-lokalisierte Ableitung der elektrischen Muskelsummenaktionspotenziale wird apparativ mit der analogen dopplersonografischen Bewegungsmessung in einer einzigen Vorrichtung verknüpft.
Es kann also ein für die Muskelfunktion essentieller Funktionsparameter dargestellt werden, der exakt den Schritt zwischen elektrischem Signal und mechanischer Aktion in dem Muskel dokumentiert. Er kann mithin einen Beitrag zur Erkennung von Muskelerkrankungen leisten, bei denen mechanische Prozesse oder Eigenschaften der Muskulatur unabhängig von der elektrischen Erregbarkeit betroffen sind. Von besonderem Interesse ist die bessere Abbildung der Erregungs-Kontraktions-Kopplung für die Beurteilung von Patienten, deren Willkürmotorik nicht beurteilbar ist, so beispielsweise bei schwer kranken langzeitsedierten Patienten auf der Intensivstation. Ferner ist die Vorrichtung ebenso zur Beurteilung des Trainingserfolgs in der Sport- und Rehabilitationsmedizin geeignet.The device according to the invention has the following advantages.
The electrical activation of the muscle is recorded by deriving an electromyogram using the device for measuring electrical activation of the muscle, in which the different electrode is placed on the muscle. To register the muscle sum action potential, the different electrode is measured in accordance with a known Belly-Tendon assembly against the indifferent electrode located at the muscle-tendon junction on a differential amplifier.
At the same time, ultrasound is emitted into the muscle using the ultrasound Doppler probe. The ultrasound reflected on the muscle is detected again by the ultrasound Doppler probe and converted into an electrical measurement signal. This is then compared with the electrical signal used in the emission of the ultrasound. The result is a time-varying difference signal (the so-called Doppler signal). If there is no movement of the muscle, the difference signal is zero. However, if there is movement of the muscle, there is a frequency offset that is proportional to the speed of movement of the muscle. The difference signal can then be output as a time-variant voltage oscillation with the respective frequency.
The delay between the start of the electrical "command" (muscle sum action potential (MSAP)) and the start of the "execution" (muscle movement that induces an ultrasound frequency change; Doppler signal) can be as well as other parameters (among other things, steepness of rise and duration of the Doppler signal in relation to the muscle sum action potential ) can be read out directly.
Thus, by co-localizing the different electrode and the ultrasound Doppler probe at the same location, the exact determination of the time delay between electrical and mechanical activation of each electrically stimulable muscle is possible by detecting only two analog measurement signals. The spatially fixed, co-localized derivation of the electrical muscle action potentials is linked to the analog Doppler sonographic movement measurement in a single device.
A functional parameter that is essential for muscle function can therefore be represented, which precisely documents the step between the electrical signal and mechanical action in the muscle. It can therefore contribute to the detection of muscle diseases in which mechanical processes or properties of the muscles are affected, regardless of electrical excitability. Of particular interest is the better mapping of the excitation-contraction coupling for the assessment of patients whose voluntary motor skills cannot be assessed, for example in the ICU of seriously ill, long-term sedated patients. Furthermore, the device is also suitable for assessing the success of training in sports and rehabilitation medicine.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims and described in the description.

So ist es vorteilhaft, dass die Vorrichtung ein Einhausungselement aufweist, das die differente Elektrode und die Ultraschall-Dopplersonde zumindest teilweise einhaust und in ihrer Position relativ zueinander fixiert.It is therefore advantageous that the device has a housing element which at least partially houses the different electrode and the ultrasound Doppler probe and fixes their position relative to one another.

Hierdurch wird die dauerhafte Ko-Lokalisierung von Ultraschall-Dopplersonde und differenter Elektrode auf einfache Weise erreicht. Die differente Elektrode dient dabei der Ableitung der elektrischen Muskelaktivierung (Muskelsummenaktionspotenzial) auf dem Muskel. Sie kann, wie auch die indifferente Elektrode, als Oberflächenelektrode ausgebildet sein. Die gemeinsame Montage von differenter Elektrode und Ultraschall-Dopplersonde stellt dabei die räumliche Verbindung zwischen diesen beiden Bauelementen her und dauerhaft sicher. Damit kann eine Inkongruenz zwischen den neben der Ultraschall-Dopplersonde gemessenen Muskelsummenaktionspotenzialen und den Koordinaten der bildgebend mit der Ultraschall-Dopplersonde erfassten Muskelgewebeanteile weitgehend vermieden werden. Der durch eine derartige Inkongruenz entstehende schwer abschätzbare systematische Fehler in der Bestimmung des elektro-mechanischen Kopplungsintervalls kann ebenso minimiert werden.As a result, the permanent co-localization of the ultrasound Doppler probe and the different electrode is achieved in a simple manner. The different electrode is used to derive the electrical muscle activation (muscle total action potential) on the muscle. Like the indifferent electrode, it can be designed as a surface electrode. The joint assembly of different electrodes and ultrasound Doppler probe ensures the spatial connection between these two components and permanently. In this way, an incongruity between the muscle muscle action potentials measured in addition to the ultrasound Doppler probe and the coordinates of the muscle tissue portions recorded with the ultrasound Doppler probe can be largely avoided. The systematic error in the determination of the electro-mechanical coupling interval, which arises due to such an incongruity, can also be minimized.

Dabei ist bevorzugt, dass die Ultraschall-Dopplersonde als eine Doppler-Stiftsonde ausgebildet ist, die einen Messkopf aufweist, der in einer Aussparung des Einhausungselements angeordnet ist und plan mit einer axialen Endfläche des Einhausungselements abschließt.
Die Ultraschall-Stiftsonde wird von einem Ultraschallgenerator gespeist. Die Ultraschall-Stiftsonde weist eine Ultraschallquelle und einen Ultraschallempfänger auf. Diese sind in dem Messkopf angeordnet, der sich in dem Einhausungselement befindet. Der Messkopf schließt dabei plan mit einer axialen Endfläche des Einhausungselements ab. So kann das Einhausungselement mit dem darin befindlichen Messkopf auf die Körperoberfläche in dem Bereich des Muskels aufgesetzt werden. Die Messleitung der Doppler-Stiftsonde wird an einem dem Messkopf abgewandten Ende der Doppler-Stiftsonde abgeführt.
Insgesamt kann so die Vorrichtung zur Messung der elektro-mechanischen Aktivierung des Muskels technisch einfach realisiert werden. Es ist ein platzsparender, kleiner Aufbau der Vorrichtung möglich, die daher flexibel und mobil eingesetzt werden kann. Die kompakte Ausführung mittels des Einhausungselements ermöglicht die weitgehende Kongruenz von sonografisch und elektrisch erfasstem Muskelgewebe. Die Messung kann selbst von unerfahrenen Anwendern schnell durchgeführt werden und liefert unmittelbar auslesbare Ergebnisse.It is preferred that the ultrasound Doppler probe is designed as a Doppler pin probe, which has a measuring head, which is arranged in a recess in the housing element and ends flush with an axial end face of the housing element.
The ultrasonic pen probe is fed by an ultrasonic generator. The ultrasound pen probe has an ultrasound source and an ultrasound receiver. These are arranged in the measuring head, which is located in the housing element. The measuring head ends flush with an axial end face of the housing element. In this way, the housing element with the measuring head located therein can be placed on the body surface in the area of the muscle. The measuring line of the Doppler pin probe is led away at an end of the Doppler pin probe facing away from the measuring head.
Overall, the device for measuring the electro-mechanical activation of the muscle can thus be implemented in a technically simple manner. A space-saving, small structure of the device is possible, which can therefore be used flexibly and mobile. The compact design by means of the housing element enables the extensive congruence of sonographically and electrically recorded muscle tissue. The measurement can be carried out quickly even by inexperienced users and provides results that can be read out immediately.

Auch ist darin vorteilhaft, dass die differente Elektrode als eine Ringelektrode ausgebildet ist, wobei die Ringelektrode und der Messkopf der Doppler-Stiftsonde in der Aussparung des Einhausungselements konzentrisch angeordnet sind und die Ringelektrode plan mit der axialen Endfläche des Einhausungselements abschließt.
Die Ringelektrode wird hier konzentrisch mit der Doppler-Stiftsonde in der Aussparung in dem Einhausungselement angeordnet. Dabei kann die Ringelektrode beispielsweise eine zentrale Bohrung aufweisen, deren lichte Weite derjenigen der Doppler-Stiftsonde entspricht. Die Doppler-Stiftsonde ist konzentrisch innerhalb der Ringelektrode angeordnet. Auch schließt die Ringelektrode plan mit der axialen Endfläche des Einhausungselements ab. So kann das Einhausungselement mit der darin befindlichen Ringelektrode auf die Körperoberfläche in dem Bereich des Muskels aufgesetzt werden. Die Versorgungs- und Messleitung/-en der Ringelektrode wird/werden an einem der axialen Endfläche abgewandten Ende abgeführt.
Insgesamt kann so die Vorrichtung zur Messung der elektro-mechanischen Aktivierung des Muskels technisch einfach realisiert werden. Es ist ein platzsparender, kleiner Aufbau der Vorrichtung möglich, die daher flexibel und mobil eingesetzt werden kann. Die kompakte Ausführung mittels des Einhausungselements ermöglicht die weitgehende Kongruenz von sonografisch und elektrisch erfasstem Muskelgewebe. Die Messung kann selbst von unerfahrenen Anwendern schnell durchgeführt werden und liefert unmittelbar auslesbare Ergebnisse.It is also advantageous that the different electrode is designed as a ring electrode, the ring electrode and the measuring head of the Doppler pin probe being arranged concentrically in the recess of the housing element and the ring electrode being flush with the axial end face of the housing element.
The ring electrode is arranged concentrically with the Doppler pin probe in the recess in the housing element. The ring electrode can have, for example, a central bore, the clear width of which corresponds to that of the Doppler pin probe. The Doppler pin probe is arranged concentrically within the ring electrode. The ring electrode also ends flush with the axial end face of the housing element. The housing element with the ring electrode located therein can be placed on the body surface in the area of the muscle. The supply and measurement line / s of the ring electrode is / are led away at an end facing away from the axial end face.
Overall, the device for measuring the electro-mechanical activation of the muscle can thus be implemented in a technically simple manner. A space-saving, small structure of the device is possible, which can therefore be used flexibly and mobile. The compact design by means of the housing element enables the extensive congruence of sonographically and electrically recorded muscle tissue. The measurement can be carried out quickly even by inexperienced users and provides results that can be read out immediately.

Ebenso ist bevorzugt, dass der Messkopf der Doppler-Stiftsonde eine Ultraschallquelle zur Emission eines kontinuierlichen Ultraschallsignals, vorzugsweise mit einer Frequenz im Megahertz-Bereich, besonders bevorzugt 8 Megahertz, aufweist.
Die Doppler-Stiftsonde emittiert und empfängt kontinuierlich Ultraschallsignale im Megahertz-Bereich. Hierdurch erfolgt eine zeitlich und räumlich nahezu lückenlose Erfassung sämtlicher Bewegungen im den Ultraschall reflektierenden Muskelgewebe. Die für die Messung des elektro-mechanischen Kopplungsintervalls entscheidende zeitliche Auflösungsfähigkeit liegt bei einer Trägerfrequenz des emittierten Ultraschalls im Megahertz-Bereich, insbesondere bei 8 Megahertz, weit unter einer Mikrosekunde. Sie wird lediglich aufgrund der analogen Verarbeitung des Dopplersignals durch die Abtastrate des eingesetzten Analog-Digital-Wandlers beschränkt.It is also preferred that the measuring head of the Doppler pin probe has an ultrasound source for emitting a continuous ultrasound signal, preferably with a frequency in the megahertz range, particularly preferably 8 megahertz.
The Doppler pin probe continuously emits and receives ultrasound signals in the megahertz range. As a result, all movements in the muscle tissue reflecting the ultrasound are recorded almost completely in terms of time and space. The temporal resolution capability, which is decisive for the measurement of the electro-mechanical coupling interval, is far below one microsecond for a carrier frequency of the emitted ultrasound in the megahertz range, in particular 8 megahertz. It is only limited due to the analog processing of the Doppler signal by the sampling rate of the analog-digital converter used.

Bei all dem ist vorteilhaft, dass die Vorrichtung eine bipolare Stimulationselektrode zur transkutanen elektrischen Stimulation eines Nervs des Muskels aufweist, wobei die Stimulationselektrode räumlich von der Ultraschall-Dopplersonde zur Anordnung in einem Bereich eines Nervs des Muskels beabstandet ist.
Im Rahmen einer Untersuchung des Muskels wird zunächst ausgehend von einem ruhenden Muskel sequentiell eine Reizung eines Nervs des Muskels durchgeführt. Hierzu wird in einiger räumlicher Entfernung zum sono-elektrischen Messpunkt der Vorrichtung die bipolare Stimulationselektrode über dem Nerv aufgesetzt, um transkutan den muskelversorgenden Nerv elektrisch zu reizen. Das Nervenaktionspotenzial erreicht nach wenigen Millisekunden die intramuskulären Endverzweigungen der motorischen Nervenfasern und bewirkt eine Neurotransmission des Signals an der motorischen Endplatte. Hierdurch wird dann zunächst das Muskelsummenaktionspotenzial ausgelöst, welches dann in dem muskelspezifischen elektro-mechanischen Kopplungsintervall von wenigen Millisekunden eine Kontraktion des Muskels auslöst. Diese Kontraktion besteht in einer Verkürzung des Muskels in Richtung seiner Längsachse und einer gleichzeitigen Querschnittszunahme des Muskels. Diese Kontraktion des Muskels ist mittels der Ultraschall-Dopplersonde erfassbar.In all of this, it is advantageous that the device has a bipolar stimulation electrode for the transcutaneous electrical stimulation of a nerve of the muscle, the stimulation electrode being spatially spaced from the ultrasound Doppler probe for arrangement in a region of a nerve of the muscle.
As part of an examination of the muscle, stimulation of a nerve of the muscle is first carried out sequentially, starting from a resting muscle. For this purpose, the bipolar stimulation electrode is placed over the nerve at a spatial distance from the sono-electrical measuring point of the device in order to electrically excite the muscle-supplying nerve transcutaneously. The nerve action potential reaches the intramuscular end branches of the motor nerve fibers after a few milliseconds and causes a neurotransmission of the signal at the motor end plate. This then triggers the muscle total action potential, which then triggers a contraction of the muscle in the muscle-specific electro-mechanical coupling interval of a few milliseconds. This contraction consists in a shortening of the muscle in the direction of its longitudinal axis and a simultaneous increase in cross-section of the muscle. This contraction of the muscle can be detected using the ultrasound Doppler probe.

Auch ist dann bevorzugt, dass das Einhausungselement aus einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise einem Kunststoff, gebildet ist und die Ultraschall-Dopplersonde zumindest teilweise zur Führung von elektrischen Versorgungs- und Messleitungen freilässt.
Die Verwendung eines elektrisch isolierenden Materials ist vorteilhaft, um die differente Elektrode elektrisch gegen ihre Umgebung abzuschirmen und so Störeinflüsse zu vermeiden.
Die elektrischen Versorgungs- und Messleitungen können so von der axialen Endfläche des Einhausungselements platzsparend weggeführt werden. Sie behindern folglich eine Handhabung der Vorrichtung durch einen Benutzer nicht weiter. Insgesamt kann so die Vorrichtung zur Messung der elektro-mechanischen Aktivierung des Muskels technisch einfach realisiert werden. Es ist ein platzsparender, kleiner Aufbau der Vorrichtung möglich, die daher flexibel und mobil eingesetzt werden kann.It is then also preferred that the housing element is formed from an electrically insulating material, preferably a plastic, and at least partially leaves the ultrasound Doppler probe free for guiding electrical supply and measurement lines.
The use of an electrically insulating material is advantageous in order to electrically shield the different electrode from its surroundings and thus to avoid interference.
The electrical supply and measuring lines can thus be led away from the axial end face of the housing element in a space-saving manner. Consequently, they do not further impede the handling of the device by a user. Overall, the device for measuring the electro-mechanical activation of the muscle can thus be implemented in a technically simple manner. A space-saving, small structure of the device is possible, which can therefore be used flexibly and mobile.

Schließlich ist von Vorteil, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur synchronisierten Messsignalakquisition aufweist, die eingerichtet ist, um ein Messsignal der Ultraschall-Dopplersonde und ein Messsignal der differenten Elektrode synchron zu verarbeiten.
Die erhaltenen Messsignale geben unmittelbar Aufschluss über die Kontraktion des Muskels und deren zeitlichen Verlauf. Es kann direkt die Latenz zwischen dem Einsetzen des Muskelsummenaktionspotenzials und des Dopplersignals abgelesen werden. Diese Latenz entspricht dem elektro-mechanischen Kopplungsintervall. Die Dopplermessung wird über das elektro-mechanische Kopplungsintervall hinaus fortgesetzt. Es ergeben sich dabei weitere Dopplerverschiebungen, die der Phase der maximalen Beschleunigung, einer kurzen Phase der Ruhe und einer sich anschließenden erneuten Bewegung (Relaxation) des Muskels entsprechen. Auch ist dabei das zeitliche Profil dieser Phasen unmittelbar ersichtlich und es kann entsprechend in die Beurteilung der Muskelfunktion einbezogen werden.Finally, it is advantageous that the device has a device for synchronized measurement signal acquisition, which is set up to process a measurement signal from the ultrasound Doppler probe and a measurement signal from the different electrode in synchronism.
The measurement signals received provide immediate information about the contraction of the muscle and its temporal course. It can directly change the latency between the onset of the Muscle muscle action potential and the Doppler signal can be read. This latency corresponds to the electro-mechanical coupling interval. The Doppler measurement continues beyond the electro-mechanical coupling interval. This results in further Doppler shifts, which correspond to the phase of maximum acceleration, a short phase of rest and a subsequent renewed movement (relaxation) of the muscle. The temporal profile of these phases is also immediately apparent and can be included accordingly in the assessment of muscle function.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Vorrichtung zur Messung einer elektro-mechanischen Aktivierung eines Muskels;
2 eine Detailansicht der Vorrichtung zur Messung einer elektro-mechanischen Aktivierung eines Muskels;
3 eine um 90 Grad gedrehte Ansicht der Detailansicht der 2;
4 eine Ansicht der Vorrichtung zur elektro-mechanischen Aktivierung eines Muskels vor einer elektro-mechanischen Aktivierung eines Muskels;
5 die Ansicht der 4 zum Zeitpunkt einer elektrischen Stimulation eines Nervs des Muskels;
6 die Ansicht der 5 zum Zeitpunkt einer elektrischen Aktivierung des Muskels;
7 die Ansicht der 6 zum Zeitpunkt einer mechanischen Aktivierung des Muskels;
8 eine Ansicht eines Messsignals einer differenten Elektrode und eines Messsignals einer Ultraschall-Dopplersonde;
9 eine weitere Ansicht des Messsignals einer differenten Elektrode und eines Messsignals einer Ultraschall-Dopplersonde.

Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing and the description below. Show it:

1 a device for measuring an electro-mechanical activation of a muscle;
2nd a detailed view of the device for measuring an electro-mechanical activation of a muscle;
3rd a view rotated by 90 degrees of the detailed view of the 2nd ;
4th a view of the device for electro-mechanical activation of a muscle before an electro-mechanical activation of a muscle;
5 the view of the 4th at the time of electrical stimulation of a nerve of the muscle;
6 the view of the 5 at the time of electrical activation of the muscle;
7 the view of the 6 at the time of a mechanical activation of the muscle;
8th a view of a measurement signal of a different electrode and a measurement signal of an ultrasonic Doppler probe;
9 a further view of the measurement signal of a different electrode and a measurement signal of an ultrasonic Doppler probe.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Messung einer elektro-mechanischen Aktivierung eines Muskels 2 gezeigt. Die Vorrichtung 1 weist dabei eine Einrichtung 3 zur Messung einer elektrischen Aktivierung des Muskels 2 auf. Die Einrichtung 3 umfasst eine indifferente Elektrode 4, die in einem Bereich einer Sehne oder eines Gelenks 5 des Muskels 2 angeordnet ist. Sie umfasst ebenso eine differente Elektrode 6, die in einem Bereich des Muskels 2 angeordnet ist.In the 1 is a device 1 for measuring an electro-mechanical activation of a muscle 2nd shown. The device 1 has a facility 3rd for measuring an electrical activation of the muscle 2nd on. The facility 3rd comprises an indifferent electrode 4th that are in an area of a tendon or joint 5 of the muscle 2nd is arranged. It also includes a different electrode 6 that are in an area of the muscle 2nd is arranged.

Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 eine Ultraschall-Dopplersonde 7, die in der vorliegenden Ausführungsform als eine Doppler-Stiftsonde ausgebildet ist. Ein axiales Ende der Ultraschall-Dopplersonde 7 ist zusammen mit der differenten Elektrode 6 in einem Einhausungselement 8 angeordnet. Die Ultraschall-Dopplersonde 7 erzeugt mittels eines Ultraschallgenerators 9 ein Ultraschallsignal 10, das in den Muskel 2 emittiert wird.The device further comprises 1 an ultrasound Doppler probe 7 , which is designed in the present embodiment as a Doppler pin probe. One axial end of the ultrasound Doppler probe 7 is together with the different electrode 6 in a housing element 8th arranged. The ultrasound Doppler probe 7 generated by means of an ultrasonic generator 9 an ultrasound signal 10th that in the muscle 2nd is emitted.

Auch ist in 1 sodann ein Stimulator 11 gezeigt. Der Stimulator 11 umfasst eine bipolare Stimulationselektrode 12 zur transkutanen Stimulation eines Nervs 13 des Muskels 2.Is also in 1 then a stimulator 11 shown. The stimulator 11 includes a bipolar stimulation electrode 12 for transcutaneous stimulation of a nerve 13 of the muscle 2nd .

In 2 und 3 ist eine Detailansicht der Vorrichtung 1 zur Messung einer elektro-mechanischen Aktivierung des Muskels 2 gezeigt. Die Ultraschall-Dopplersonde 7 ist dabei als eine Doppler-Stiftsonde ausgeführt. Diese wird durch den Ultraschallgenerator 9 gespeist und weist in einem Messkopf 14 eine Ultraschallquelle und einen Ultraschallempfänger auf, der hier in einem zylinderförmigen Gehäuse untergebracht ist. Ein Ende des Einhausungselements 8 weist dabei eine axiale Endfläche 15 auf. Der Messkopf 14 ist in einer Aussparung des Einhausungselements 8 angeordnet und schließt plan mit der axialen Endfläche 15 des Einhausungselements 8 ab. Die axiale Endfläche 15 wird auf eine Körperoberfläche aufgesetzt, wobei der Messkopf 14 der Emission und Detektion des Ultraschallsignals 10 dient.In 2nd and 3rd is a detailed view of the device 1 for measuring an electro-mechanical activation of the muscle 2nd shown. The ultrasound Doppler probe 7 is designed as a Doppler pin probe. This is done by the ultrasonic generator 9 fed and points in a measuring head 14 an ultrasound source and an ultrasound receiver, which is housed here in a cylindrical housing. One end of the housing element 8th has an axial end face 15 on. The measuring head 14 is in a recess of the housing element 8th arranged and closes flat with the axial end surface 15 of the housing element 8th from. The axial end face 15 is placed on a body surface, with the measuring head 14 the emission and detection of the ultrasound signal 10th serves.

Die Ultraschall-Dopplersonde 7 erzeugt und empfängt kontinuierliche Ultraschallsignale 10. Die Frequenz dieser Ultraschallsignale 10 liegt vorzugsweise im Bereich einiger Megahertz, besonders bevorzugt bei 8 Megahertz. Hierdurch erfolgt eine zeitlich und räumlich nahezu lückenlose Erfassung sämtlicher Bewegungen im Gewebe des reflektierenden Muskels 2. Die für die Messung eines elektro-mechanischen Kopplungsintervalls 20 (vgl. 8) entscheidende zeitliche Auflösungsfähigkeit liegt bei einer Frequenz des Ultraschallsignals 10 im Bereich von einigen Megahertz theoretisch im Bereich von weit unter einer Mikrosekunde.The ultrasound Doppler probe 7 generates and receives continuous ultrasound signals 10th . The frequency of these ultrasonic signals 10th is preferably in the range of a few megahertz, particularly preferably 8 megahertz. As a result, all movements in the tissue of the reflecting muscle are recorded almost completely in terms of time and space 2nd . The one for measuring an electro-mechanical coupling interval 20th (see. 8th ) The decisive temporal resolution capability lies at a frequency of the ultrasound signal 10th in the range of a few megahertz theoretically in the range of well under a microsecond.

Zugleich ist die differente Elektrode 6 als eine Ringelektrode ausgebildet, wobei die Ringelektrode und der Messkopf 14 der Ultraschall-Dopplersonde 7 in der Aussparung des Einhausungselements 8 konzentrisch angeordnet sind und die Ringelektrode plan mit der axialen Endfläche 15 des Einhausungselements 8 abschließt. Damit sind der Messkopf 14 der Ultraschall-Dopplersonde 7 und die differente Elektrode 6 ko-lokalisiert innerhalb des Einhausungselements 8 angeordnet. Das Einhausungselement 8 kann dabei aus Kunststoff gebildet sein und nimmt in einer zentral angeordneten Aussparung die Ultraschall-Dopplersonde 7 auf. Konzentrisch zu der zentral angeordneten Aussparung ist um den Messkopf 14 der Ultraschall-Dopplersonde 7 die differente Elektrode 6 angeordnet. Die differente Elektrode 6 und der Messkopf 14 werden durch das Einhausungselement 8 in ihrer relativen Position zueinander fixiert. Das Einhausungselement 8 lässt dabei die Ultraschall-Dopplersonde 7 zumindest teilweise zur Führung von elektrischen Versorgungs- und Messleitungen 16, 17 frei. Die elektrischen Versorgungs- und Messleitungen 16, 17 können so von der axialen Endfläche 15 des Einhausungselements 8 platzsparend weggeführt werden. Sie behindern folglich eine Handhabung der Vorrichtung 1 durch einen Benutzer nicht weiter. Insgesamt kann so die Vorrichtung 1 zur Messung der elektro-mechanischen Aktivierung des Muskels 2 technisch einfach realisiert werden. Es ist ein platzsparender, kleiner Aufbau der Vorrichtung 1 möglich, die daher flexibel und mobil eingesetzt werden kann.At the same time is the different electrode 6 formed as a ring electrode, the ring electrode and the measuring head 14 the ultrasonic Doppler probe 7 in the recess of the housing element 8th are arranged concentrically and the ring electrode is flat with the axial end face 15 of the housing element 8th completes. So that is the measuring head 14 the ultrasonic Doppler probe 7 and the different electrode 6 co-located within the enclosure element 8th arranged. The housing element 8th can be made of plastic and takes the ultrasonic Doppler probe in a centrally arranged recess 7 on. Concentric to the a centrally arranged recess is around the measuring head 14 the ultrasonic Doppler probe 7 the different electrode 6 arranged. The different electrode 6 and the measuring head 14 are through the housing element 8th fixed in their relative position to each other. The housing element 8th leaves the ultrasonic Doppler probe 7 at least partially for routing electrical supply and measuring lines 16 , 17th free. The electrical supply and measuring lines 16 , 17th can from the axial end face 15 of the housing element 8th can be carried away to save space. They therefore hinder handling of the device 1 by a user. Overall, the device can 1 for measuring the electro-mechanical activation of the muscle 2nd technically simple. It is a space-saving, small structure of the device 1 possible, which can therefore be used flexibly and mobile.

In den 4 bis 7 ist das Funktionsprinzip der Vorrichtung 1 zur Messung der elektro-mechanischen Aktivierung des Muskels 2 gezeigt.In the 4th to 7 is the functional principle of the device 1 for measuring the electro-mechanical activation of the muscle 2nd shown.

4 zeigt dabei den Muskel 2 zunächst in einer ruhenden Position. Die Ultraschall-Dopplersonde 7 emittiert und empfängt Ultraschallsignale 10. Der Frequenzversatz zwischen den emittierten und empfangenen Ultraschallsignalen 10 ist dabei Null, da eine Bewegung des Muskels 2, der die Ultraschallsignale 10 reflektiert, nicht gegeben ist. 4th shows the muscle 2nd initially in a resting position. The ultrasound Doppler probe 7 emits and receives ultrasonic signals 10th . The frequency offset between the emitted and received ultrasound signals 10th is zero because there is a movement of the muscle 2nd that the ultrasonic signals 10th reflected, is not given.

Nun wird sequentiell die elektrische Reizung des Nervs 13 mittels des Stimulators 11 bzw. der bipolaren Stimulationselektrode 12 durchgeführt. Hierzu wird in einiger Entfernung zum sono-elektrischen Messpunkt des Messkopfes 14 die bipolare Stimulationselektrode 12 über dem Nerv 13 aufgesetzt (vgl. 1), um transkutan den muskelversorgenden Nerv 13 elektrisch zu reizen. Diese Reizung wird mittels des Pfeils 18 in der 5 symbolisiert.Now the electrical stimulation of the nerve becomes sequential 13 by means of the stimulator 11 or the bipolar stimulation electrode 12 carried out. This is done at a distance from the sono-electrical measuring point of the measuring head 14 the bipolar stimulation electrode 12 over the nerve 13 put on (cf. 1 ) to transcutaneously the muscle supplying nerve 13 to irritate electrically. This irritation is indicated by the arrow 18th in the 5 symbolizes.

Das Nervenaktionspotenzial erreicht dann nach wenigen Millisekunden die intramuskuläre Endverzweigung der motorischen Nervenfasern und bewirkt eine Neurotransmission des Signals an der motorischen Endplatte. Hierdurch wird zunächst, wie in 6 dargestellt, ein Muskelsummenaktionspotenzial (symbolisiert durch Pfeile 19) ausgelöst. Dieses Muskelsummenaktionspotenzial löst dann wiederum mit einer muskelspezifischen Verzögerung (dem elektro-mechanischen Kopplungsintervall 20) von wenigen Millisekunden eine Kontraktion des Muskels 2 aus.The nerve action potential then reaches the intramuscular end branching of the motor nerve fibers after a few milliseconds and causes a neurotransmission of the signal at the motor end plate. This will initially, as in 6 shown, a muscle total action potential (symbolized by arrows 19th ) triggered. This muscle action potential is then released with a muscle-specific delay (the electro-mechanical coupling interval) 20th ) a contraction of the muscle of a few milliseconds 2nd out.

Diese Kontraktion des Muskels 2 besteht in einer Verkürzung in Richtung seiner Längsachse und einer zeitgleichen Querschnittszunahme des Muskels 2, wie in 7 zu erkennen ist. Diese Bewegung ist umso ausgeprägter, je weniger der Muskel 2 durch die Stellung des Gelenks 5 in seiner Länge fixiert wird. Sie kann jedoch selbst bei fixierten Gelenk 5 („isometrische Kontraktion“) durch elastische Formänderung des Muskels 2 selbst oder seiner Sehne noch in geringem Umfang beobachtet werden.This contraction of the muscle 2nd consists in a shortening in the direction of its longitudinal axis and a simultaneous increase in cross-section of the muscle 2nd , as in 7 can be seen. This movement is more pronounced the less the muscle 2nd by the position of the joint 5 is fixed in its length. However, it can even with a fixed joint 5 ("Isometric contraction") due to elastic change in the shape of the muscle 2nd himself or his tendon can still be observed to a small extent.

Es besteht nun eine Bewegung des Muskels 2. Damit ändert sich auch die Frequenz des am Muskel 2 reflektierten Ultraschallsignals 10. Es kommt zu einem Frequenzversatz zwischen einlaufendem und auslaufendem Ultraschallsignal 10, der der Geschwindigkeit der Muskelbewegung proportional ist. Das Signal dieses zeitlichen Frequenzversatzes wird als zeitliche Spannungsoszillation mit der jeweiligen Frequenz ausgegeben. Die Verzögerung zwischen dem Beginn des elektrischen „Befehls“ (Muskelsummenaktionspotenzial) und dem Beginn der „Ausführung“ (Bewegung des Muskels 2 und einhergehender Frequenzversatz im Ultraschallsignal 10) kann direkt ausgelesen werden.There is now a movement of the muscle 2nd . This also changes the frequency of the muscle 2nd reflected ultrasound signal 10th . There is a frequency offset between incoming and outgoing ultrasound signals 10th which is proportional to the speed of muscle movement. The signal of this temporal frequency offset is output as a voltage oscillation with the respective frequency. The delay between the start of the electrical "command" (muscle sum action potential) and the start of the "execution" (movement of the muscle 2nd and associated frequency offset in the ultrasound signal 10th ) can be read out directly.

Es werden hier insgesamt also zwei Messsignale 21, 22 erhalten. Dies ist in 8 und 9 dargestellt. Zum einen ist dies das Messsignal 21 der Ultraschall-Dopplersonde 7 zur mechanischen Aktivierung des Muskels 2; zum anderen ist dies das Messsignal 22 der differenten Elektrode 6 zur elektrischen Aktivierung des Muskels 2 (Muskelsummenaktionspotenzial). Die erhaltenen Messsignale 21, 22 geben unmittelbaren Aufschluss über die Kontraktion des Muskels 2 und ihren zeitlichen Verlauf. Es kann direkt eine Latenz zwischen dem Einsetzen des Muskelsummenaktionspotenzials im Messsignal 22 und der Dopplerverschiebung im Messsignal 21 abgelesen werden. Diese Latenz entspricht dem elektro-mechanischen Kopplungsintervall 20. In dem gezeigten Beispiel der 8 beträgt das elektro-mechanische Kopplungsintervall 20 ca. 5 Millisekunden. Es ist aus dem fortgesetzten zeitlichen Verlauf der Messung der 8, wie er in 9 ersichtlich ist, zu erkennen, dass sich ferner weitere Dopplerverschiebungen ergeben. Diese entsprechen einer Phase der maximalen Beschleunigung, einer kurzen Phase der Ruhe und einer anschließenden erneuten Bewegung (Relaxation). Auch das zeitliche Profil dieser Phasen ist unmittelbar ersichtlich und kann in die Beurteilung der Funktion des Muskels 2 einfließen.So there are a total of two measurement signals 21st , 22 receive. This is in 8th and 9 shown. On the one hand, this is the measurement signal 21st the ultrasonic Doppler probe 7 for mechanical activation of the muscle 2nd ; on the other hand, this is the measurement signal 22 the different electrode 6 for electrical activation of the muscle 2nd (Muscle muscle action potential). The measurement signals received 21st , 22 provide immediate information about the contraction of the muscle 2nd and their timing. There can be a direct latency between the onset of muscle muscle action potential in the measurement signal 22 and the Doppler shift in the measurement signal 21st be read. This latency corresponds to the electro-mechanical coupling interval 20th . In the example shown the 8th is the electro-mechanical coupling interval 20th about 5 milliseconds. It is from the continued timing of the measurement of the 8th as he is in 9 it can be seen that further Doppler shifts also result. These correspond to a phase of maximum acceleration, a short phase of rest and a subsequent renewed movement (relaxation). The temporal profile of these phases is also immediately apparent and can be used to assess the function of the muscle 2nd flow in.

Das Messsignal 21 der Ultraschall-Dopplersonde 7 entspricht im Fall einer Positionierung der Ultraschall-Dopplersonde 7 in einem Winkel von 90 Grad zur Längsachse des untersuchten Muskels 2 der Geschwindigkeit der Querschnittszunahme des Muskels 2 im Rahmen einer Einzelzuckung. Bei anderen Winkeln bildet das Messsignal 21 sowohl die Geschwindigkeit der Längsverkürzung als auch der Querschnittszunahme des Muskels 2 ab. Aufgrund der komplexen Faserarchitektur und der Fiederung menschlicher Muskeln 2 ist praktisch stets der letztgenannte Fall zu erwarten. Da beide Bewegungen stets gleichzeitig beginnen und Ausdruck ein und derselben elektrisch induzierten mechanischen Zuckung des Muskels 2 sind, ist die unvermeidliche Erfassung von beiden Komponenten von Vorteil, da sie die Robustheit des Verfahrens gegenüber anatomischen Varianten und Unterschieden in der Handhabung der Vorrichtung 1 durch verschiedene Benutzer steigert.The measurement signal 21st the ultrasonic Doppler probe 7 corresponds to the positioning of the ultrasonic Doppler probe 7 at an angle of 90 degrees to the longitudinal axis of the muscle examined 2nd the speed of the increase in cross-section of the muscle 2nd in a single twitch. The measurement signal forms at other angles 21st both the speed of the longitudinal shortening and the increase in cross-section of the muscle 2nd from. Because of the complex fiber architecture and the feathering of human muscles 2nd the latter case is practically always to be expected. Because both movements always start simultaneously and express one and the same electrically induced mechanical twitching of the muscle 2nd are, the inevitable detection of both components is advantageous because it makes the method more robust compared to anatomical variants and differences in the handling of the device 1 increased by different users.

Zusammenfassend wird hier die exakte Ermittlung der zeitlichen Verzögerung zwischen elektrischer und mechanischer Aktivierung jedes elektrisch stimulierbaren Muskels 2 durch die Erfassung von zwei analogen Messsignalen 21, 22 ermöglicht. Dabei wird apparativ die elektrische Nervenstimulation mit einer räumlich fixierten, ko-lokalisierten Ableitung der elektrischen Muskelsummenaktionspotenziale sowie der analogen dopplersonografischen Bewegungsmessung mit einer einzigen leicht handhabbaren Vorrichtung 1 verknüpft.In summary, the exact determination of the time delay between electrical and mechanical activation of each electrically stimulable muscle is shown here 2nd through the acquisition of two analog measurement signals 21st , 22 enables. The electrical nerve stimulation with a spatially fixed, co-localized derivation of the electrical muscle action potential as well as the analog Dopplersonographic movement measurement with a single easy-to-use device 1 connected.

Es lässt sich die Muskelfunktion als essentieller Funktionsparameter darstellen. Dieser Parameter dokumentiert exakt den Schritt zwischen elektrischem Signal und mechanischer Aktion des Muskels 2 und kann daher einen Beitrag zur leichten Erkennung von Muskelerkrankungen leisten, bei welchen mechanische Prozesse oder Eigenschaften der Muskulatur unabhängig von der elektrischen Erregbarkeit betroffen sind. Von besonderen Interesse ist die bessere Abbildung der Erregungs-Kontraktions-Kopplung für die Beurteilung von Patienten, deren Willkürmotorik nicht beurteilbar ist, so zum Beispiel bei schwer kranken langzeitsedierten Patienten auf der Intensivstation. Ferner eignet sich die Vorrichtung 1 zur Beurteilung des Trainingserfolgs in der Sport- und Rehabilitationsmedizin.Muscle function can be represented as an essential function parameter. This parameter precisely documents the step between the electrical signal and the mechanical action of the muscle 2nd and can therefore contribute to the easy detection of muscle diseases, in which mechanical processes or properties of the muscles are affected, regardless of electrical excitability. Of particular interest is the better mapping of the excitation-contraction coupling for the assessment of patients whose voluntary motor skills cannot be assessed, for example in the ICU of critically ill, long-term sedated patients. The device is also suitable 1 to assess the success of training in sports and rehabilitation medicine.

Schließlich kann die Vorrichtung 1 aufgrund ihres einfachen technischen Aufbaus sehr klein gestaltet werden und ist daher flexibel und mobil einsetzbar. Die technische Reduktion der Größe der Vorrichtung 1 ermöglicht die Ausführung eines sehr kleinen Messkopfs 14, wodurch weitgehende Kongruenz von sonografisch und elektrisch erfasstem Gewebe des Muskels 2 sichergestellt ist. Mittels der Vorrichtung 1 kann selbst von unerfahrenen Anwendern in wenigen Sekunden eine Messung durchgeführt werden und sie liefert unmittelbar auslesbare Ergebnisse.Finally, the device 1 can be made very small due to their simple technical structure and can therefore be used flexibly and mobile. The technical reduction in the size of the device 1 enables the execution of a very small measuring head 14 , which largely congruent sonographically and electrically recorded muscle tissue 2nd is ensured. By means of the device 1 Even inexperienced users can carry out a measurement in a few seconds and it delivers immediately readable results.

Claims

Device (1) for measuring an electro-mechanical activation of a muscle (2) with a device (3) for measuring an electrical activation of the muscle (2), the at least one indifferent electrode (4) for arrangement in a region of a tendon or a Joint (5) of the muscle (2) and at least one different electrode (6) for arrangement in a region of the muscle (2), characterized in that the device (1) has an ultrasound Doppler probe (7) for measuring a mechanical activation of the muscle (2), which is co-localized with the different electrode (6).

Device (1) after Claim 1 , characterized in that the device (1) has a housing element (8) which at least partially encloses the different electrode (6) and the ultrasonic Doppler probe (7) and fixes their position relative to one another.

Device (1) after Claim 2 , characterized in that the ultrasonic Doppler probe (7) is designed as a Doppler pin probe which has a measuring head (14) which is arranged in a recess in the housing element (8) and is flat with an axial end face (15) of the housing element (8) completes.

Device (1) after Claim 3 , characterized in that the different electrode (6) is designed as a ring electrode, the ring electrode and the measuring head (14) of the Doppler pin probe being arranged concentrically in the recess of the housing element (8) and the ring electrode being flat with the axial end face ( 15) of the housing element (8).

Device (1) according to one of the Claims 3 or 4th , characterized in that the measuring head (14) of the Doppler pin probe has an ultrasound source for the emission of a continuous ultrasound signal (10), preferably with a frequency in the megahertz range, particularly preferably 8 megahertz.

Device (1) according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the device (1) has a bipolar stimulation electrode (12) for the transcutaneous electrical stimulation of a nerve (13) of the muscle (2), the stimulation electrode (12) being arranged spatially from the ultrasound Doppler probe (7) in an area of the nerve (13) of the muscle (2) is spaced apart.

Device (1) according to one of the Claims 2 to 6 , characterized in that the housing element (8) is formed from an electrically insulating material, preferably a plastic, and at least partially leaves the ultrasound Doppler probe (7) free for guiding electrical supply and measuring lines (16, 17).

Device (1) according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the device (1) has a device for synchronized measurement signal acquisition, which is set up to receive a measurement signal (21) from the ultrasound Doppler probe (7) and a Process the measurement signal (22) of the different electrode (6) synchronously.