Quantitative Schnittbildanalyse der mimischen Muskulatur

Welche mimischen Muskeln können durch klinische Ultraschallgeräte reproduzierbar erfasst und vermessen werden? Der M. mentalis, M. depressor anguli oris, M. depressor labii inferioris, M. zygomaticus major, M. orbicularis oris, M. orbicularis oculi, M. procerus, M. nasalis und der M. frontalis sowie der Kaumuskeln M. temporalis und M. masseter sind reproduzierbar darstellbar. Damit sind 9 von 23 mimischen Muskeln immer, und mit dem M. corrugator supercilii, M. levator labii superioris, M. levator labii superioris alaeque nasi, M. buccinator, M. zygomaticus minor und M. risorius 15 von 23 mimischen Muskeln in den meisten Fällen per Sonographie darstellbar. Welche quantitativen Daten lassen sich erfassen und wie hoch ist deren Reliabilität? Die besten Inter-Oberserver-Reliabilitäten zeigten sich bei den Querschnittflächen des M. mentalis, M. depressor anguli oris, M. depressor labii inferioris und M. zygomaticus (ICC in Ruhe ? 0,965) sowie der maximale Durchmesser des M. orbicularis oris, M. orbicularis oculi, und der M. frontalis sowie dem maximalen Durchmesser der Kaumuskeln M. temporalis, M. masseter (ICC in Ruhe ? 0,815). Wie groß sind die darstellbaren mimischen Muskeln? Gibt es Geschlechts- und Altersunterschiede? Gibt es Zusammenhänge mit der Körpergröße, oder dem -gewicht? An Referenzwerte von 140 Freiwilligen im Alter zwischen 21 und 93 Jahren konnte gezeigt werden, dass es keine relevanten Seitenunterschiede bei der mimischen Muskulatur gibt. Es zeigte sich jedoch eine Korrelation zwischen dem Körpergewicht und der Muskelgröße. Im Gegensatz dazu hatte das Alter keinen relevanten Effekt auf die mimischen Muskeln, obwohl bei Hals- und Kaumuskeln eine Abnahme der Muskelgröße im Laufe des Lebens bekannt ist. Ist die Methode geeignet, pathologische Veränderungen der mimischen Muskulatur zu detektieren? Wenn es zu keiner Reinervation kam, zweite sich die deutlichste Abnahme der Querschnittsflächen und Durchmesser um den 3. bis 7. Monat nach Beginn der Fazialisparese. Nach Reinnervation kam es nicht nur zu einer Zunahme der zuvor atrophierten Muskulatur bis zur Angleichung an die gesunde Gegenseite, sondern teilweise deutlich darüber hinaus. Diese Hypertrophie scheint das sonoanatomische Korrelat des klinischen Phänomens des Hyperkinesie bzw. der Synkinesie bei Defektheilung nach axonaler Schädigung und fehlgeleiteter bzw. überschießender Reinnervation des N. fazialis zu sein. Sind 3D-Ultraschall-Aufnahmen der mimischen Muskulatur möglich und enthalten Ihre Daten neue Erkenntnisse, die 2D-Ulraschall-Aufnahmen nicht hätten liefern können? Der M. frontalis, M. orbicularis oculi, M. depressor anguli oris, M. depressor labii inferioris und M. mentalis können erfasst werden und so Volumeninformationen, die sonst nur MRT und CT vorbehalten waren, gewonnen werden. Zukünftige sollte es durch z. B. Freihand-Aufnahmen unter Navigations-Kontrolle möglich sein, noch mehr Muskeln zu vermessen und so die 3D-Sonographie eine echte Alternative zur MRT darstellen. Können auch in MRT-Datensätze die mimischen Muskeln reproduzierbar identifiziert und segmentiert werden? Wenn ja, was ist dafür ein sinnvolles Vorgehen? Ähnlich wie beim Ultraschall, sind auch beim MRT zu dünne oder schlecht abgegrenzte Muskeln nicht zu erfassen. In allen Regionen des Gesichts sind aber ausreichend gut identifizierbare Muskeln vorhanden: Einer im Internet veröffentlichen Anleitung folgend sind der M. frontalis, M. procerus, M. risorius, M. corrugator supercilii, M. orbiculairs oculi, M. nasalis, M. zygomaticus major, M. zygomaticus minor, M. levator labii superior, M. orbicularis oris, M. depressor anguli oris, M. depressor labii inferioris und M. mentalis, sowie die beiden Kaumuskeln M. masseter und M. temporalis reproduzierbar segmentierbar (ICC = 0,82). Korrelieren die in den Bildgebungen gesehenen Veränderungen mit elektrophysiologischen Untersuchungsergebnissen? Wie ergänzen sich diese Methoden? In der klinisch definierten Denervierungsphase zeigten sich Korrelationen zwischen den Ultraschalluntersuchungen des Muskels und den Nadel-EMG-Ergebnissen: Vermehrte Einstichaktivität, das Fehlen von pathologischer Spontanaktivität, vermehrte Willküraktivität und normale Morphologie der Muskelaktionspotentiale korrelierte mit einer höheren Muskelgröße. Mit Blick auf die klinischen Parameter zeigte sich eine negative Korrelation zwischen dem Stennert Parese Index in Ruhe und der Muskeldicke in Ruhe. Nach Schaffung von Referenzwerte bei unterschiedlichen Krankheitsverläufen könnte die Sonographie zukünftige ungünstige Verläufe bereits in den ersten Tagen der Erkrankung erkennen und damit die Therapie beeinflussen

Let's Get the FACS Straight -- Reconstructing Obstructed Facial Features

The human face is one of the most crucial parts in interhuman communication. Even when parts of the face are hidden or obstructed the underlying facial movements can be understood. Machine learning approaches often fail in that regard due to the complexity of the facial structures. To alleviate this problem a common approach is to fine-tune a model for such a specific application. However, this is computational intensive and might have to be repeated for each desired analysis task. In this paper, we propose to reconstruct obstructed facial parts to avoid the task of repeated fine-tuning. As a result, existing facial analysis methods can be used without further changes with respect to the data. In our approach, the restoration of facial features is interpreted as a style transfer task between different recording setups. By using the CycleGAN architecture the requirement of matched pairs, which is often hard to fullfill, can be eliminated. To proof the viability of our approach, we compare our reconstructions with real unobstructed recordings. We created a novel data set in which 36 test subjects were recorded both with and without 62 surface electromyography sensors attached to their faces. In our evaluation, we feature typical facial analysis tasks, like the computation of Facial Action Units and the detection of emotions. To further assess the quality of the restoration, we also compare perceptional distances. We can show, that scores similar to the videos without obstructing sensors can be achieved.Comment: VISAPP 2023 pape

Feasibility of acoustic print head monitoring for binder jetting processes with artificial neural networks

The clogging of piezoelectric nozzles is a typical problem in various additive binder jetting processes, such as the manufacturing of casting molds. This work aims at print head monitoring in these binder jetting processes. The structure-born noise of piezoelectric print modules is analyzed with an Artificial Neural Network to classify whether the nozzles are functional or clogged. The acoustic data are studied in the frequency domain and utilized as input for an Artificial Neural Network. We found that it is possible to successfully classify individual nozzles well enough to implement a print head monitoring, which automatically determines whether the print head needs maintenance

Machine-Learning-Based Detecting of Eyelid Closure and Smiling Using Surface Electromyography of Auricular Muscles in Patients with Postparalytic Facial Synkinesis: A Feasibility Study

Surface electromyography (EMG) allows reliable detection of muscle activity in all nine intrinsic and extrinsic ear muscles during facial muscle movements. The ear muscles are affected by synkinetic EMG activity in patients with postparalytic facial synkinesis (PFS). The aim of the present work was to establish a machine-learning-based algorithm to detect eyelid closure and smiling in patients with PFS by recording sEMG using surface electromyography of the auricular muscles. Sixteen patients (10 female, 6 male) with PFS were included. EMG acquisition of the anterior auricular muscle, superior auricular muscle, posterior auricular muscle, tragicus muscle, orbicularis oculi muscle, and orbicularis oris muscle was performed on both sides of the face during standardized eye closure and smiling tasks. Machine-learning EMG classification with a support vector machine allowed for the reliable detection of eye closure or smiling from the ear muscle recordings with clear distinction to other mimic expressions. These results show that the EMG of the auricular muscles in patients with PFS may contain enough information to detect facial expressions to trigger a future implant in a closed-loop system for electrostimulation to improve insufficient eye closure and smiling in patients with PFS

Functional outcome and quality of life after hypoglossal-facial jump nerve suture

Background: To evaluate the face-specific quality of life after hypoglossal-facial jump nerve suture for patients with long-term facial paralysis. Methods: A single-center retrospective cohort study was performed. Forty-one adults (46% women; median age: 55 years) received a hypoglossal-facial jump nerve suture. Sunnybrook and eFACE grading was performed before surgery and at a median time of 42 months after surgery. The Facial Clinimetric Evaluation (FaCE) survey and the Facial Disability Index (FDI) were used to quantify face-specific quality of life after surgery. Results: Hypoglossal-facial jump nerve suture was successful in all cases without tongue dysfunction. After surgery, the median FaCE Total score was 60 and the median FDI Total score was 76.3. Most Sunnybrook and eFACE grading subscores improved significantly after surgery. Younger age was the only consistent independent predictor for better FaCE outcome. Additional upper eyelid weight loading further improved the FaCE Eye comfort subscore. Sunnybrook grading showed a better correlation to FaCE assessment than the eFACE. Neither Sunnybrook nor eFACE grading correlated to the FDI assessment. Conclusion: The hypoglossal-facial jump nerve suture is a good option for nerve transfer to reanimate the facial muscles to improve facial motor function and face-specific quality of life

Gamma ray astronomy and baryonic dark matter

Recently, Dixon et al. have re-analyzed the EGRET data, finding a statistically significant diffuse $\gamma$-ray emission from the galactic halo. We show that this emission can naturally be explained within a previously-proposed model for baryonic dark matter, in which $\gamma$-rays are produced through the interaction of high-energy cosmic-ray protons with cold $H_2$ clouds clumped into dark clusters - these dark clusters supposedly populate the outer galactic halo and can show up in microlensing observations. Our estimate for the halo $\gamma$-ray flux turns out to be in remarkably good agreement with the discovery by Dixon et al. We also address future prospects to test our predictions.Comment: 9 pages, 1 figure included, to appear in ApJ 510, L103 (1999

Electron-hole crossover in gate-controlled bilayer graphene quantum dots

Electron and hole Bloch states in gapped bilayer graphene exhibit topological orbital magnetic moments with opposite signs near the band edges, which allows for tunable valley-polarization in an out-of-plane magnetic field. This intrinsic property makes electron and hole quantum dots (QDs) in bilayer graphene interesting for valley and spin-valley qubits. Here we show measurements of the electron-hole crossover in a bilayer graphene QD, demonstrating the opposite sign of the orbital magnetic moments associated with the Berry curvature. Using three layers of metallic top gates, we independently control the tunneling barriers of the QD while tuning the occupation from the few-hole regime to the few-electron regime, crossing the displacement-field controlled band gap. The band gap is around 25 meV, while the charging energies of the electron and hole dots are between 3-5 meV. The extracted valley g-factor is around 17 and leads to opposite valley polarization for electron and hole states at moderate B-fields. Our measurements agree well with tight-binding calculations for our device

A laryngealis electromyographia szerepe a hangszalag-mozgászavarok diagnosztikájában és az alkalmazott kezelés kiválasztásában = The role of laryngeal electromyography in the diagnosis of vocal cord movement disorders

Absztrakt: A hangszalag-immobilitást okozó kórképek terápiás lehetőségeinek fejlődése megkövetelte a diagnosztikai módszerek párhuzamos megújulását is. Az utóbbi években ez a tendencia vezetett a már 70 éve ismert laryngealis electromyographia újrafelfedezéséhez. A nemzetközi irodalom áttekintésével és saját tapasztalataik alapján a szerzők bemutatják az eljárás alkalmazásának indikációját, technikai követelményeit és módszertanát, különös tekintettel az eredmények értékelésére. A laryngealis electromyographia lehetővé teszi a beidegzési zavarból és a mechanikus fixációból adódó hangszalag-immobilitás elkülönítését. Hangszalagbénulás esetén továbbá segítséget nyújt az idegsérülés fokának objektív megbecsülésében, a betegség prognózisának felállításában, az esetleges hangréstágító beavatkozás indikációjában és pontos típusának meghatározásában. A dinamikus rehabilitációs beavatkozások várható egyre szélesebb elterjedése sem képzelhető el az eljárás rutinszerű alkalmazása nélkül. Ezek a lehetőségek mindenképpen szükségessé teszik a laryngealis electromyographia bevezetését a gégészeti centrumokban. Orv Hetil. 2018; 159(8): 303–311. | Abstract: The development of the therapeutic possibilities of vocal cord immobility necessitated the parallel renewal of diagnostic methods. In the last years, laryngeal electromyography, which was first introduced more than 70 years ago, has been re-discovered. After reviewing the international literature and their own experience, the authors present the indications, technical requirements, method and, particularly, the evaluation of the results of this procedure. Laryngeal electromyography makes the differentiation between mechanical fixation and immobility with neurological origin of the vocal folds possible. In case of laryngeal paralysis/paresis it also evaluates objectively the severity of neural injury, the prognosis of the disease and the necessity of any glottis-widening procedure. The widespread application of dynamic rehabilitation interventions is not conceivable without the routine application of laryngeal electromyography, so this sensitive diagnostic tool has to be introduced in all laryngological centers. Orv Hetil. 2018; 159(8): 303–311