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Projekt: sEMG Biofeedback in der Dysphagietherapie

Anwendung und Validierung von sEMG-gestützten Biofeedbackprotokollen in der Therapie von Dysphagien unterschiedlicher Genese

 

In einer Studienserie untersuchen wir die die Anwendbarkeit und Effektivität kraft- vs. koordinationsbasierter visueller Biofeedbackprotokolle bei Patienten mit Dysphagie unterschiedlicher Genese. Die verwendeten Biofeedbackprotokoll berücksichtigen bekannte Prinzipien des motorischen Lernens (wie z.B. Übungsintensität, Feedbackmodalitäten) und verwenden die Oberflächen-Elektromyographie (sEMG) als Biofeedbackmethode. Hierbei wird die Aktivität der Zungenmuskulatur (Amplitude (mV) und zeitlicher Verlauf (sek.)) in der oropharyngealen Transportphase mithilfe von kutan angebrachten Klebeelektroden erfasst und mit einer speziellen Software als dynamische ‚Plotline’ auf einem Bildschirm sichtbar gemacht. Der Patient kann nun selbst Veränderungen, die er durch Muskelaktivität hervorruft, zeitlich simultan erkennen und die Plotline entsprechend der therapeutischen Zielsetzung verändern.

Die Effektivität von kraftorientierten sEMG Biofeedback Protokollen ('strength training') in der Dysphagietherapie ist bereits in mehreren Studien beschrieben (z.B. Crary 1995, Huckabee & Cannito 1999). Neuere Studien diskutieren, ob ein koordinationsorientiertes Biofeedback Training ('skill training') eine höhere Effektivität für den Transfer der traininerten Bewegungsabläufe in die funktionelle Schluckfähigkeit haben könnte (Huckabee & Macrae, 2014). Anders als beim kraftorientieren Training stehen hierbei Aspekte der zeitlichen Koordination zusammen mit einer präzisen Bewegungsauslenkung und Kraftdosierung im Vordergrund.

Ziel unserer Fallserienstudie ist es, die Anwendbarkeit und Effektivität von kraftorientierten vs. koordinationsbasierten Interventionsprotokollen zu vergleichen. Der Erfolg der angewendeten Therapie wird dabei nicht nur anhand von Übungseffekten in den Therapieaufgaben gemessen, sondern es werden primär Transfereffekte auf die Alltagskompetenz und Teilhabe untersucht.



Schluckstörungen bei HNO-Tumorpatienten: Eine Einzelfallstudie zur Dysphagietherapie mithilfe des sEMG-Biofeedback Verfahrens

Bachelorarbeit Linda Weiland

Ziel: Biofeedback Verfahren, wie z.B. Oberflächenelektromyographie (sEMG), können die Dysphagietherapie bei neurologischen Patienten effektiv unterstützen (Athukorala et al. 2014, Steele et al. 2012), für Patienten mit Z.n. HNO Tumorbehandlung liegt bisher wenig Evidenz vor. In dieser Studie wurden therapiespezifische Effekte beim sEMG-Biofeedback gestützten Erlernen der Schlucktechnik ‚kräftiges Schlucken’ bei einer HNO-Tumorpatientin untersucht.

Methoden: Bei der Oberflächenelektromyographie (sEMG) wird mithilfe von Klebeelektroden die (suprahyoidale) Muskelaktivität erfasst und auf einem Bildschirm für den Patienten sichtbar gemacht. Dieser kann nun seine Muskelaktivität erkennen und verändern. In einem ABA-Studiendesign wurde bei einer 63jährigen Patientin untersucht, ob mithilfe einer sEMG gestützten Therapie eine Erhöhung der maximalen Schluckkraft und des Amplitudenanstiegs beim normalen und beim kräftigen Schlucken erreicht werden kann. Außerdem wurden Generalisierungseffekte auf ungeübte Konsistenzen und funktionelle Generalisierungen auf Trink- und Essfunktionen (Timed Water Swallow Test –TWST, Hughes & Wiles 1996; Test of Mastication and Swallowing of Solids – TOMASS, Huckabee et al. 2014), sowie in den Bereichen Aktivität und Partizipation (SWAL-QoL, McHorney et al. 2000) überprüft.

Nach Bestimmung der Tagestrainingsschwelle in jeder der 12 Therapieeinheiten, sollte der Maximalwert der folgenden Trainingsschlucke diese überschreiten. Die Therapie enthielt 4 Phasen, die sich mit der Erhöhung des benötigten Kraftaufwandes steigerten (normales bzw. kräftiges Schlucken mit prozentualem Auf- oder Abschlag).

Ergebnisse: In der Bedingung ‚normales Schlucken’ zeigte sich keine signifikante Verbesserung der maximalen Schluckkraft (p= .594) jedoch eine signifikante Erhöhung des Amplitudenanstiegs (p= .038). Bei der geübten Konsistenz Smoothie zeigte sich eine leichte Verbesserung der maximalen Kraft (Übungseffekt), außerdem eine Generalisierung auf ungeübte Konsistenzen (Wasser und Croissant).

Beim ‚kräftigen Schlucken’  stiegen die maximale Schluckkraft (p= .015) und der Amplitudenanstieg (p= .015) signifikant. Es zeigten sich ein deutlicher Übungseffekt auf Smoothie, Generalisierungseffekte auf ungeübte Konsistenzen, sowie funktionelle Generalisierungseffekte (s. Methoden). Die Messung des Kieferöffnungswinkels (Range of Motion Scaleâ) diente als Kontrollaufgabe und wies keine Veränderungen auf, sodass von einem therapiespezifischen Effekt ausgegangen werden kann.

Schlussfolgerung: Es konnten therapiespezifische Effekte einer sEMG gestützten Dysphagietherapie auf die maximale Schluckkraft und auf die Bewegungsamplitude beim normalen und kräftigen Schlucken gezeigt werden. Verbesserungen der motorischen Fähigkeiten in der Dysphagietherapie sind vor allem bei hochfrequenter Therapie mit einer möglichst hohen Eigenaktivität des Patienten zu erwarten. Die sEMG-gestützte Biofeedbacktherapie ist auch bei HNO –Tumor Patienten gut geeignet, da das Verfahren die Dysphagietherapie effektiv unterstützen kann.

Publikation:  Weiland, L., Netzebandt, J., & Frank, U. (2016). Schluckstörungen bei HNO-Tumorpatienten: Eine Einzelfallstudie zur Dysphagietherapie mithilfe des sEMG-Biofeedback Verfahrens. In A. Adelt, C. Otto, T. Fritzsche, & C. Magister (Eds.), Spektrum Patholinguistik 9 (pp. 219-234).

Referenzen:

  1. Athukorala RP, Jones RD, Sella O, Huckabee M-L. (2014): Skill training for swallowing rehabilitation in patients with Parkinson’s Disease. Arch Phys Med Rehabil. 95:1374-1382.
  2. Steele CM, Bennett JW, Chapman-Jay S, Cliffe Polacco R, Molfenter SM, Oshalla M (2012): Electromyography as a biofeedback tool for rehabilitating swallowing muscle function. In: C Steele. Applications of EMG in clinical and sports medicine. InTech; 311-328.
  3. Hughes TAT, Wiles CM (1996): Clinical measurement of swallowing in health and in neurogenic dysphagia. Q J Med., 89:109-116.
  4. Huckabee M-L, McIntosh T, Apperley O (2014). Quantitative assessment of oral phase efficiency: TOMASS norms and preliminary validation. Dysphagia, 29, 763.
  5. McHorney CA, Bricker DE, Kramer AE, Rosenbek J, Robbins J, Chignell KA, Clarke C. (2000): The SWAL-QOL Outcomes Tool for Oropharyngeal Dysphagia in Adults: I. Conceptual Foundation and Item Development. Dysphagia, 15:115-121.

 


SEE-DT - Entwicklung eines Screenings für die Evaluation sEMG-gestützter Dysphagietherapie Untersuchung der Retest-Reliabilität

 Bachelorarbeit Lisa Krusche

Ziel: In der Dysphagietherapie wird die Oberflächenelektromyographie (sEMG) wirksam eingesetzt [1]. Die Muskelaktivität beim Schlucken kann so zuverlässig gemessen werden und mittels visuellen Feedbacks autonome Regulierungsprozesse beim Patienten in Gang setzen [2]. Eine simultane Atemstrommessung ist dabei hilfreich um Schluckereignisse zu verifizieren [3]. In dieser Studie wurde ein Screeningbogen zur Evaluation und Identifikation relevanter Parameter des Schluckvorgangs in der sEMG gestützten Therapie entwickelt und anhand einer ersten Stichprobe auf Durchführbarkeit und Retest-Reliabilität untersucht.

Methode: Das Screening umfasst acht Aufgaben, die spontanes und instruiertes Schlucken von Speichel, Wasser und Brei beinhalten. Zudem wird die Atem-Schluck-Koordination, die Spontanschluckrate und das mittlere Bolusvolumen für die Wasserschlucke erfasst. Messparameter in den einzelnen Bedingungen sind Schluckfrequenz, Muskelaktivität (mV), Latenz zwischen Aufforderung und Schluck, Bolusvolumen und Atem-Schluck-Koordination. Es nahmen 20 gesunde Probanden (15 w, 5 m., Alter M = 24,8 Jahre; SD = 4,32) an der Studie teil. Alle Probanden wurden an zwei Terminen innerhalb einer Woche untersucht. Die Retest-Reliabilität wurde mittels Ergebniskorrelationen für die oben genannten Parameter (Spearman Rho, bzw. Pearsson) berechnet.

Ergebnisse: Es zeigten sich keine (r =.16, p>.05) bis starke Korrelationen (r =.76, p<.05) für die Anzahl der korrekten Schlucke nach Aufforderung. Dagegen korrelierten die aufgenommenen Wassermengen stark (spontan: r=.75, p<.05) bis sehr stark (r=.92, p<.05), die Spontanschluckrate niedrig (r =.57, p<.05) miteinander. Für die Muskelaktivität ergaben sich mittlere (r = .653, p<.05) bis sehr starke (r = .901, p<.05) Korrelationen und damit ein fluktuierendes Ergebnis. Es ergaben sich erhebliche Unterschiede zwischen den Probanden für Faktoren wie Anzahl der erfolgreichen Schlucke nach Aufforderung für Speichel (M =4,375; SD =0,599) und Brei (M =4,725; SD =0,952), Schluckvolumen für Wasser für spontane (M = 19,579; SD = 5,937) und willkürliche Schlucke (M = 19,038; SD = 5,630), sowie Spontanschluckrate von Speichel in fünf Minuten (M =4,5; SD = 2,660).

Fazit: Für für 6/14 untersuchten Kriterien konnte eine ausreichende Retest-Reliabilität (r = .80) gefunden werden. Es korrellierten 12/14 Variablen mindestens signifikant miteinander. Im nächsten Schritt sollte nun die Untersuchung einer größeren Probandenzahl, sowie weiterer Testgütekriterien folgen, um die Qualität des Screenings zu gewährleisten [4]. Das Screening eignet sich zusammenfassend vor allem für Verlaufsmessungen bei einem Probanden, weniger jedoch zum Vergleich zwischen Probanden. Ein Aufgabenteil, der das konsekutive Schlucken erfasst, wurde ergänzt.

Publikation: Krusche, L., Netzebandt, J., & Frank, U. (2016). SEE-DT: Screening für die Evaluation sEMG -gestützter Dysphagietherapie. Entwicklung und Untersuchung der Retest-Reliabilität. In A. Adelt, C. Otto, T. Fritzsche, & C. Magister (Eds.), Spektrum Patholinguistik 9 (pp. 259-269).

Referenzen:

[1] Huckabee, M.L. & Cannito, M.P. (1999). Outcomes of swallowing rehabilitation in chronic brainstem dysphagia: a retrospective evaluation. Dysphagia, 14, 93-109.

 

[2] Ding, R., Larson, C., Logemann, J. &Rademaker, A. (2002). Surface Electromyographic and Electroglottographic Studies in: Normal Subjects under Two Swallow Conditions: Normal and During the Mendelsohn Maneuver. Dysphagia, 17, 1-12.

 

[3] Leow, L., Huckabee, M.-L., Sharma, S. &Tooley, T. (2007). The Influence of Taste on Swallowing Apnea, Oral Preparation Time, and Duration and Amplitude of Submental Muscle Contraction. Chemical Senses, 32, 119-128.

[4] Bortz, J. & Döring, N. (2006). Testen. In: J. Bortz & N. Döring (Hrsg.), Forschungsmethoden und Evaluation für Human- & Sozialwissenschaftler (189-235). Heidelberg: Springer.

 

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Skill-Training in der Dysphagietherapie: Möglichkeiten eines patientenorientierten Vorgehens mittels sEMG-Biofeedback

Bachelorarbeit Anna Loppnow

Zusammenfassung: In meiner Bachelorarbeit beschäftige ich  mich mit der Effektivität des Einsatzes von sEMG-Biofeedback in der Dysphagietherapie. Durch die visuelle Rückmeldung über seine Schluckleistung  können dem Patienten Schluckprozesse, die sonst ganz unbewusst ablaufen, bewusst gemacht werden. Auf diese Weise soll es dem Patienten ermöglicht werden, die am Schlucken beteiligte Muskulatur direkter und bewusster anzusteuern. Dafür führe ich eine dreiwöchige Intensivtherapie mit einem Patienten durch. In dieser Therapie wird die Betaversion einer neuen Software (BiSSkiT; ©University of Canterbury Rose Centre for Stroke Recovery and Research) zu biofeedbackgestützter Therapie getestet. Dafür nimmt der Patient viermal wöchentlich an den Sitzungen teil. Es soll erfasst werden, ob sich bei einem Patienten mit Störungen der Schluckkoordination diese durch die Therapie verbessert. 

Publikation: Loppnow, A., Netzebandt, J., Frank, U., & Huckabee, M.-L. (2016). Skill-Training in der Dysphagietherapie: Möglichkeiten eines patientenorientierten Vorgehens mittels sEMG Biofeedback. In A. Adelt, C. Otto, T. Fritzsche, & C. Magister (Eds.), Spektrum Patholinguistik 9 (pp. 241-256).


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Funktionelle Dysphagietherapie mittels Oberflächen-Elektromyographie Biofeedback (sEMG) – Eine Einzelfallstudie

Bachelorarbeit M. Thonicke

Fragestellung: Biofeedbackverfahren, die mit Hilfe von Oberflächen-Elektromyographie (sEMG) die Muskelaktivität visualisieren, können zur Verbesserung der Muskelkraft bei Patienten mit chronischen Dysphagien beitragen (z.B. Huckabee & Cannito 1999). Wir untersuchten die Effektivität einer sEMG-gestützten Therapie zur Verbesserung der Schluckinitiierung und der Zungenretraktionskraft mit einem strukturierten Behandlungsprotokoll (Steele et al. 2012) bei einem Patienten mit chronischer Dysphagie

Methoden: Der teilnehmende Proband war ein 64-jähriger Patient mit leichter Dysphagie, Aphasie und schwerer Sprechapraxie infolge eines Mediainfarkts (12 mon. post-onset). Der Aufnahmebefund ergab Hinweise auf sporadische Aspirationsereignisse bei Flüssigkeiten und Schwierigkeiten in der willkürlichen Schluckinitiierung. Die insgesamt 8 Therapiesitzungen (zwei- bis dreimal wöchentlich über einen Zeitraum von drei Wochen) hatten folgenden Ablauf (nach Steele et al. 2012):

1.     Vorbereiten der sEMG-Messung, Habituationsphase

2.     Baselinemessung: 5 Schlucke mit normalem Kraftaufwand

3.     Ermittlung Referenzrahmen für die Trainingseinheit (max. Baselineamplitude (µV) minus Ruhepotential)

4.     Therapieaufgabe 1 - normales Schlucken: 3 Durchgänge á 5 Schlucke mit Referenzrahmen 100%

5.     Therapieaufgabe 2 - kräftiges Schlucken: 3 Durchgänge á 5 Schlucke –mit Referenzrahmen 110%

Alle Trainingschlucke waren Speichelschlucke, zwischendurch konnte der Proband nach Bedarf  kleine Mengen Wasser trinken. Zeitpunkt und max. Amplitude aller Schlucke wurden mit dem Kay Pentax Swallowing Signals Lab (Modell 7120) gemessen. Zur Abgrenzung gültiger Schlucke von Bewegungsartefakten wurde eine simultane Atemstrommessung durchgeführt (Verifikation anhand des On-/Offset der Schluckapnoephase, vgl. Martin-Harris 2008). Zur Überprüfung therapiespezifischer Befunde wurden vor und nach der Therapie zwei Kontrollaufgaben zur Artikulation (Lauer & Birner-Janusch, 2010) und zur orofazialen Beweglichkeit (Kölner Befundsystem für Schluckstörungen, Birkmann, 2007) durchgeführt.

Ergebnisse: Es zeigte sich insgesamt ein signifikanter Anstieg der Zungenmuskelkraft von durchschnittlich 21.5 µV (SD= 6.85) in der ersten Therapieeinheit auf 36.8.0 µV (SD= 10.21) in Therapieeinheit acht (t(18) = -5.97, p< .001, t-Test einseitig, d= 1.81), dieses Ergebnis bestätigt sich in beiden Einzelbedingungen: normales Schlucken: vorher 21.8 µV (SD= 6.3) nachher 39.0 µV (SD= 11.16) (t(12) = -4.91, p< .001, t-Test einseitig, d = 1.98), kräftiges Schlucken: vorher 20.9 µV (SD= 8.51), nachher 32.9 µV (SD= 7.98) t(5) = -3.39, p= .010, t-Test, einseitig, d= 1.59). Die Anzahl gültiger willkürlich initiierbarer Schlucke erhöhte sich von 24 auf 55 Schlucke/Therapieeinheit (jeweils 24 Minuten effektive Therapiezeit). Die Leistungen in den Kontrolltests waren nach der Therapie unverändert (Artikulation Wortebene χ²(1) = 14.61, p>.05, McNemar; Wortlänge/Silbenkomplexität, χ²(1) < 0.001, p >.05, McNemar); Orofaziale Beweglichkeit p> 05, Rand-Homogenitäts Test), so dass die gezeigten Veränderungen wahrscheinlich einen therapiespezifischen Effekt widerspiegeln.

Schlussfolgerung: Die Zungenretraktionskraft des Patienten und seine Fähigkeit zur willkürlichen Schluckaktivierung konnten durch die Therapie kontinuierlich gesteigert werden und es zeigte sich eine zunehmende Motivation und Eigenaktivität. Das verwendete sEMG Biofeedbackverfahren mit dem Behandlungsprotokoll nach Steele et al. 2012 ist für den therapeutischen Alltag gut geeignet, da mit relativ wenig Zeit – und Materialaufwand deutliche und messbare spezifische Verbesserungen erzielt werden können.

 

Publikation: Frank, U., Thonicke, M., & Netzebandt, J. (2016). Einzelfallstudie: Anwendung eines sEMG-Biofeedbackprotokolls in der Dysphagietherapie. LOGOS Interdisziplinär, in Druck.

Literatur:

  1. Huckabee M.- L., & Cannito M. P. (1999). Outcomes of swallowing rehabilitation in chronic brainstem dysphagia: a retrospective evaluation. Dysphagia, 14, 93-109.
  2. Steele, C. M., Bennett, J. W., Chapman-Jay, S., Cliffe Polacco, R., Molfenter, S. M., Oshalla, M. (2012) Electromyography as a biofeedback tool for rehabilitating swallowing muscle function. InTech, 311-328, DOI: 10.5772/26443
  3. Martin-Harris, B (2008). Clinical implications of respiratory-swallowing interactions. Current Opinion in Otolaryngology & Head and Neck Surgery,16, 194-199.
  4. Lauer, N. & Birner-Janusch, B. (2010) Sprechapraxie im Kindes- und Erwachsenenalter. Thieme: Stuttgart.
  5. Birkmann, U. (2007). Kölner Befundsystem für Schluckstörungen - Kö.Be.S. Köln: Verlag ProLog Therapie- und Lernmittel.