Klinische Neurophysiologie 2025; 56(02): 72-79
DOI: 10.1055/a-2549-6216
Originalarbeit

Maschinelles Lernen zur Detektion pathologischer Spontanaktivität in der Elektromyografie anhand von Audiosignalen

Machine learning for detection of pathological spontaneous activity in electromyography based on audio signals
Korbinian Holzapfel
1   Klinik für Neurologie und Klinische Neurophysiologie, Universitätsklinikum Augsburg, Augsburg, Germany
,
Thorsten Schöler
2   Fakultät für Informatik, Forschungsgruppe AI and Robotics (THA_air), Technische Hochschule Augsburg (THA), Augsburg, Germany
,
Markus Naumann
1   Klinik für Neurologie und Klinische Neurophysiologie, Universitätsklinikum Augsburg, Augsburg, Germany
,
Lisa De Rijke
2   Fakultät für Informatik, Forschungsgruppe AI and Robotics (THA_air), Technische Hochschule Augsburg (THA), Augsburg, Germany
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Zusammenfassung

Ziel

Die Erkennung pathologischer Spontanaktivität in der Elektromyografie (EMG) ist entscheidend für die Diagnostik neuromuskulärer Erkrankungen. Die vorliegende Studie untersuchte den automatisierten Einsatz von maschinellem Lernen zur Identifikation pathologischer Spontanaktivität aus EMG-Audiodaten.

Methodik

Anonymisierte Audiodaten von 40 Patienten mit Willkür- oder pathologischer Spontanaktivität wurden extrahiert und in kurze Segmente aufgeteilt. Verschiedene Algorithmen wie Random Forest, K-Nearest Neighbors (KNN), Support Vector Classifier (SVC), ein Feedforward-Netzwerk und ein Autoencoder-Netzwerk wurden trainiert und verglichen.

Ergebnisse

Der Random-Forest-Klassifikator erzielte eine Genauigkeit von 0,89. KNN zeigte einen hohen Recall von 1,0 bei 0,72 Genauigkeit, was auf zuverlässige Erkennung hinweist. Gradient-Boosting wies ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Precision (0,70) und Recall (0,88) auf. Klassische Methoden lieferten je nach Datenqualität variable Ergebnisse, wobei Gradient Boosting insgesamt am besten abschnitt. Das Feedforward-Netzwerk erreichte in segmentierten 3-Sekunden-Abschnitten eine Precision und einen Recall von 1,0 und zeigte somit die höchste Leistung.

Schlussfolgerung

Maschinelles Lernen kann pathologische Spontanaktivität in EMG-Audiodaten effektiv von Willküraktivität unterscheiden. Insbesondere neuronale Netze bieten großes Potenzial zur Unterstützung von Klinikern in der EMG-Diagnostik bei weiterer Optimierung.

Abstract

Objective

Detecting pathological spontaneous activity in electromyography (EMG) is crucial for diagnosing neuromuscular diseases. This study investigated the automated use of machine learning to identify pathological spontaneous activity from EMG audio data.

Methodology

Anonymized audio data from 40 patients with voluntary or pathological spontaneous activity were extracted and divided into short segments. Various algorithms, including Random Forest, K-Nearest Neighbors (KNN), Support Vector Classifier (SVC), a feedforward network, and an autoencoder network, were trained and compared.

Results

The Random Forest classifier achieved an accuracy of 0.89. KNN demonstrated a high recall of 1.0 with an accuracy of 0.72, indicating reliable detection. Gradient boosting showed a balanced ratio between precision (0.70) and recall (0.88). Classical methods produced variable results depending on data quality, with gradient boosting performing the best overall. The feedforward network achieved a precision and recall of 1.0 in segmented 3-second intervals, demonstrating the highest performance among all algorithms tested.

Conclusion

Machine learning can effectively distinguish pathological spontaneous activity in EMG audio data from voluntary activity. In particular, neural nletworks have significant potential to support clinicians in EMG diagnostics with further optimization.



Publication History

Article published online:
04 June 2025

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