Charakterisierung unwillkürlicher spontaner fokaler Muskelaktivität mittels bewegungs-sensitiver Magnetresonanz-Bildgebung und automatisierter Datennachverarbeitung

• Antragsteller: Professor Dr. Fritz Schick; Professor Dr. Ludger Schöls; Professor Dr.-Ing. Bin Yang
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 337721085

In Einzelbildern von Serien diffusionsempfindlicher Single-Shot-Magnetresonanz-Aufnahmen von ruhender Skelettmuskulatur treten häufig deutliche regional begrenzte Signalauslöschungen auf. Diese Signalauslöschungen zeigen im Verlauf einer Messreihe unterschiedliche Geometrie und Lokalisation, wobei manche Muskelgruppen häufiger betroffen sind als andere. Die in den Magnetresonanz-Aufnahmen sichtbaren Signalauslöschungen weisen eine hohe Korrelation zu schwachen elektrischen Aktivitäten in der simultan abgeleiteten Oberflächen-Elektromyographie (sEMG) auf. Als Ursache der Signalauslöschungen werden kurze unwillkürliche fokale Kontraktionen angenommen, die mikroskopisch nicht alle Muskelfasern gleichmäßig betreffen und folglich zu inkohärenten Bewegungsmustern führen. Die Relativbewegungen im mikroskopischen Maßstab bewirken eine Dephasierung der Signalanteile der Pixel (ähnlich echten Diffusionsbewegungen) und führen zu den beobachteten Signalauslöschungen in diffusionsempfindlichen Aufnahmen. Das Muster der Signalauslöschungen deutet auf Spontanaktivitäten mit einzelnen Aktivierungen von Motoneuronen hin. Dieses Forschungsvorhaben zielt darauf ab, das Phänomen der spontanen Muskelaktivitäten, aufbauend auf den Erkenntnissen des geförderten DFG-Erstantrags, nun in verschiedenen Alters- und Geschlechtsgruppen von gesunden Probanden und bei spezifischen Patientengruppen weiter aufzuklären. Durch den parallelen Einsatz von Oberflächen-Elektromyographie (sEMG) und der sEMG-Triggerung bei der Aufnahme von MRT-Bildern soll der Verlauf der mechanischen Reaktion, der im Vergleich zur elektrischen Aktivität verzögert abläuft, genauer charakterisiert werden. Darüber hinaus soll die Wertigkeit des neuen Verfahrens im Vergleich zu klinisch etablierten, diagnostischen Verfahren untersucht werden. In der neurologischen Diagnostik zur Untersuchung spontaner Muskelbewegungen (Faszikulationen) stehen bisher sonographische Methoden, die tiefere Muskelschichten nur schwer erfassen können sowie elektromyographische Untersuchungen mit Nadelelektroden zur Verfügung. Letztere Methode ist zwar etwas invasiv, kann aber spezifische Änderungen bei Erkrankungen der Motoneuronen aufzeigen. In der ersten Projektphase werden die MRT-Sequenzen und Auswerteverfahren auf die relevanten Muskelbereiche angepasst und optimiert. Eine Weiterentwicklung der kombinierten sEMG-MRT-Untersuchung im Hinblick auf die Robustheit der Detektionsalgorithmen bei prospektiven Aufnahmen soll einen detaillierten Einblick in die Zusammenhänge der elektrischen und mechanischen Aktivitäten geben. In der zweiten Projektphase werden systematische Untersuchungen mit verschiedenen klinisch etablierten Verfahren (Muskelsonographie und Nadel-Elektromyographie) an gesunden Probanden und spezifischen Patientengruppen vorgenommen. Dies ermöglicht eine bessere Einordnung der Ergebnisse der MRT-Methode durch eine Evaluation ihrer Stärken und Schwächen im Vergleich zu etablierten Verfahren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen