Corinna Schultheiss

• Schlucken ist ein lebensnotwendiger Prozess, dessen Diagnose und Therapie eine enorme Herausforderung bedeutet. Die Erkennung und Beurteilung von Schlucken und Schluckstörungen erfordert den Einsatz von technisch aufwendigen Verfahren, wie Videofluoroskopie (VFSS) und fiberoptisch-endoskopische Schluckuntersuchung (FEES), die eine hohe Belastung für die Patienten darstellen. Beide Verfahren werden als Goldstandard in der Diagnostik von Schluckstörungen eingesetzt. Die Durchführung obliegt in der Regel ärztlichem Personal. Darüber hinaus erfordert die Auswertung des Bildmaterials der Diagnostik eine ausreichend hohe Erfahrung. In der Therapie findet neben den klassischen Therapiemethoden, wie z.B. diätetische Modifikationen und Schluckmanöver, auch zunehmend die funktionelle Elektrostimulation Anwendung. Ziel der vorliegenden Dissertationsschrift ist die Evaluation eines im Verbundprojekt BigDysPro entwickelten Bioimpedanz (BI)- und Elektromyographie (EMG)-Messsystems. Es wurde geprüft, ob sich das BI- und EMG-Messsystem eignet, sowohlSchlucken ist ein lebensnotwendiger Prozess, dessen Diagnose und Therapie eine enorme Herausforderung bedeutet. Die Erkennung und Beurteilung von Schlucken und Schluckstörungen erfordert den Einsatz von technisch aufwendigen Verfahren, wie Videofluoroskopie (VFSS) und fiberoptisch-endoskopische Schluckuntersuchung (FEES), die eine hohe Belastung für die Patienten darstellen. Beide Verfahren werden als Goldstandard in der Diagnostik von Schluckstörungen eingesetzt. Die Durchführung obliegt in der Regel ärztlichem Personal. Darüber hinaus erfordert die Auswertung des Bildmaterials der Diagnostik eine ausreichend hohe Erfahrung. In der Therapie findet neben den klassischen Therapiemethoden, wie z.B. diätetische Modifikationen und Schluckmanöver, auch zunehmend die funktionelle Elektrostimulation Anwendung. Ziel der vorliegenden Dissertationsschrift ist die Evaluation eines im Verbundprojekt BigDysPro entwickelten Bioimpedanz (BI)- und Elektromyographie (EMG)-Messsystems. Es wurde geprüft, ob sich das BI- und EMG-Messsystem eignet, sowohl in der Diagnostik als auch in der Therapie als eigenständiges Messsystem und im Rahmen einer Schluckneuroprothese eingesetzt zu werden. In verschiedenen Studien wurden gesunde Probanden für die Überprüfung der Reproduzierbarkeit (Intra-und Interrater-Reliabilität), der Unterscheidbarkeit von Schluck- und Kopfbewegungen und der Beeinflussung der Biosignale (BI, EMG) durch verschiedene Faktoren (Geschlecht der Probanden, Leitfähigkeit, Konsistenz und Menge der Nahrung) untersucht. Durch zusätzliche Untersuchungen mit Patienten wurde einerseits der Einfluss der Elektrodenart geprüft. Andererseits wurden parallel zur BI- und EMG-Messung auch endoskopische (FEES) und radiologische Schluckuntersuchungen (VFSS) durchgeführt, um die Korrelation der Biosignale mit der Bewegung anatomischer Strukturen (VFSS) und mit der Schluckqualität (FEES) zu prüfen. Es wurden 31 gesunde Probanden mit 1819 Schlucken und 60 Patienten mit 715 Schlucken untersucht. Die Messkurven zeigten einen typischen, reproduzierbaren Signalverlauf, der mit anatomischen und funktionellen Änderungen während der pharyngalen Schluckphase in der VFSS korrelierte (r > 0,7). Aus dem Bioimpedanzsignal konnten Merkmale extrahiert werden, die mit physiologischen Merkmalen eines Schluckes, wie verzögerter laryngealer Verschluss und Kehlkopfhebung, korrelierten und eine Einschätzung der Schluckqualität in Übereinstimmung mit der FEES ermöglichten. In den Signalverläufen der Biosignale konnten signifikante Unterschiede zwischen Schluck- und Kopfbewegungen und den Nahrungsmengen und -konsistenzen nachgewiesen werden. Im Gegensatz zur Nahrungsmenge und -konsistenz zeigte die Leitfähigkeit der zu schluckenden Nahrung, das Geschlecht der Probanden und die Art der Elektroden keinen signifikanten Einfluss auf die Messsignale. Mit den Ergebnissen der Evaluation konnte gezeigt werden, dass mit dem BI- und EMG-Messsystem ein neuartiges und nicht-invasives Verfahren zur Verfügung steht, das eine reproduzierbare Darstellung der pharyngalen Schluckphase und ihrer Veränderungen ermöglicht. Daraus ergeben sich vielseitige Einsatzmöglichkeiten in der Diagnostik, z.B. Langzeitmessung zur Schluckfrequenz und Einschätzung der Schluckqualität, und in der Therapie, z.B. der Einsatz in einer Schluckneuroprothese oder als Biofeedback zur Darstellung des Schluckes, von Schluckstörungen.…
• Swallowing is a vital process. Its diagnosis and therapy represent enourmous medical challenges. The detection and assessment of swallows and swallowing disorders require elaborate techniques such as videofluoroscopy (VFSS) and fiberoptic endoscopic evaluation of swallowing (FEES), which entail a high burden for the patient. Both methods are currently used as a goldstandard in the diagnosis and therapy of swallowing disorders. The measurements must, in general, be performed and evaluated by experienced medical personnel. In therapy, dietary modifications and swallowing maneuvers are common methods. But also functional electrical stimulation (FES) is increasingly used. The goal of this doctoral thesis was the evaluation of the combined bioimpedance (BI) and electromyography (EMG) measurement system that was developed within the research project BigDysPro. In particular, it should be examined whether the system can be used in the diagnosis and therapy of swallowing disorders as an independent measurement system and in the context of aSwallowing is a vital process. Its diagnosis and therapy represent enourmous medical challenges. The detection and assessment of swallows and swallowing disorders require elaborate techniques such as videofluoroscopy (VFSS) and fiberoptic endoscopic evaluation of swallowing (FEES), which entail a high burden for the patient. Both methods are currently used as a goldstandard in the diagnosis and therapy of swallowing disorders. The measurements must, in general, be performed and evaluated by experienced medical personnel. In therapy, dietary modifications and swallowing maneuvers are common methods. But also functional electrical stimulation (FES) is increasingly used. The goal of this doctoral thesis was the evaluation of the combined bioimpedance (BI) and electromyography (EMG) measurement system that was developed within the research project BigDysPro. In particular, it should be examined whether the system can be used in the diagnosis and therapy of swallowing disorders as an independent measurement system and in the context of a swallowing neuroprosthesis. Several studies were conducted with healthy subjects to assess the reproducibility of the measurements, the distinction of swallowing from head movements, and the influence of different factors (i.e. the subject's gender as well as amount, consistency, and conductivity of the food) on the bioimpedance and electromyography. In additional experiments with patients, the influence of the electrode type, i.e. surface vs. needle electrodes, was examined. Furthermore, patients were examined with FEES and VFSS in parallel measurements with the new system. Thereby, the correlation of the BI and EMG signals with movements of anatomical structures (VFSS) and with the swallowing quality (FEES) was assessed. In these studies, 31 healthy subjects with 1819 swallows and 60 patients with 715 swallows were examined. The measured signals show a typical, reproducable run of the curve, that correlates with the anatomical and functional alterations observed by videofluoroscopy during the pharyngeal phase of swallowing (r > 0, 7). From the curve of the bioimpedance, features were extracted to assess the quality of swallowing. These features were demonstrated to correlate with physiological phenomena, such as delayed laryngeal closure and larynx elevation. Therefore, they were used to assess the swallow quality in accordance with fiberoptic endoscopic examination of swallowing. Significant differences were found in the measurement signals of swallows and head movements, as well as in the signals from different food amounts and consistencies. In contrast, the conductivity of the food, the gender of the subjects, and the type of electrodes had no significant effect on the curve of the bioimpedance and the electromyography. From the results of the evaluation, it is concluded that the combined bioimpedance and electromyography measurement system represents a novel, non-invasive tool. It enables the reproducible assessment of the pharyngeal phase of swallowing. In diagnosis, the system might be used, e.g., in long-time measurements for the assessment of swallowing frequency and quality. In therapy, the method can be implemented in a swallowing neuroprosthesis or might be used in a biofeedback system.…