Faziale Magnetomyographie zur Messung der Gesichtsmuskelaktivität mittels optisch gepumpter Magnetometer

Background: The measurement of muscular activity in the face is a central component in the diagnosis of patients with facial nerve palsy. Magnetomyography (MMG) is a method for contactless measurement of magnetic muscle potentials. This study investigated whether non-invasive MMG using optically pumped magnetometers (OPM) is a feasible instrument for visualizing facial muscle activity. Methods: An anatomically shaped mask with an assembly of eleven OPM was arranged to the right side of the face of five healthy subjects to measure MMG of facial muscles while repetitively performing twelve different standardized facial expressions. The root-mean-square (RMS) average of each facial expression-trial per OPM and individual subject was calculated, color-scaled, and mapped to the individual face per facial expression. In addition, the maximum average muscle activity and signal-to-noise ratio (SNR) per facial expression were investigated. Results: Facial muscle activity could be mapped individually per facial expression, but the positioning of the OPM revealed to be a crucial factor for mapping accurately muscle activity. The SNR ranged from 1 to 8, the maximal observed average muscle activity reached almost 25pT in one subject and was on average 1±0.57pT. Conclusions: Imaging specific facial activity via MMG with an array of OPM is possible, but precise sensor positioning is mandatory. In comparison to other skeletal muscles, the signal amplitude of facial muscles is low and the interindividual anatomical variability makes the setup challenging. As imaging of facial MMG is feasible, this study paves the way for future studies for using quantum sensors diagnostics, monitoring and rehabilitation of facial muscle and facial nerve disorders.

Hintergrund: Die Messung muskulärer Aktivität im Gesicht ist ein zentraler Bestandteil in der Diagnostik bei Patientinnen und Patienten mit Fazialisparese. In der vorliegenden Machbarkeitsstudie wurde untersucht, ob die kontaktlose, nicht-invasive Magnetomyographie (MMG) mittels optisch gepumpter Magnetometer (OPM) ein praktikables Instrument zur Darstellung der Gesichtsmuskelaktivität ist. Methoden: Eine individuell geformte Maske mit elf anatomisch angeordneten OPM wurde über der rechten Gesichtshälfte von fünf gesunden Versuchspersonen angebracht und die magnetische Muskelaktivität gemessen, während die Versuchspersonen konsekutiv zwölf standardisierte Gesichtsausdrücke ausübten. Die mittlere Amplitude (RMS) pro Sequenz, OPM und Versuchsperson wurde berechnet, farblich skaliert und dem individuellen Gesicht und Gesichtsausdruck zugeordnet. Darüber hinaus wurden maximale Muskelaktivität und Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) untersucht. Ergebnisse: Die Gesichtsmuskelaktivität konnte individuell pro Gesichtsausdruck abgebildet werden. Die Positionierung der OPM erwies sich als entscheidend für die Messqualität. Der SNR reichte von eins bis acht, die maximal beobachtete durchschnittliche Muskelaktivität erreichte bei einem Probanden fast 25pT und betrug im Durchschnitt 1±0,57pT. Schlussfolgerungen: Die Abbildung spezifischer Gesichtsmuskelaktivität mittels MMG ist möglich, aber eine präzise Sensorpositionierung ist obligatorisch. Im Vergleich zu anderen Muskeln ist die Signalamplitude der Gesichtsmuskulatur gering und die interindividuelle anatomische Variabilität macht den Untersuchungsaufbau komplex. Diese Studie ebnet den Weg für künftige Studien zur Verwendung von Quantensensoren in der Diagnostik, Verlaufsbeurteilung und Rehabilitation von Gesichtsnervenerkrankungen.

Die Autorinnen/Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.