Am 8. November 2026 arbeiten Forschende in Dresden und Freiberg an einer Manschette, die Muskelschäden nach Sportunfällen schneller sichtbar machen soll. Im Projekt „iSi-Care“ haben das Freiberger Institut für Leder und Kunststoffbahnen (FILK) und die TU Dresden einen dehnbaren Prototypen entwickelt. Zunächst ist er für Knieverletzungen gedacht, später könnte die Manschette auch bei Schulter- und Hüftverletzungen eingesetzt werden.

Rund 30 Prozent aller Sportverletzungen betreffen nach Angaben der Projektpartner die Muskeln. Knochenbrüche und Sehnenrisse lassen sich meist zuverlässig mit Röntgen, Ultraschall oder MRT erkennen. Funktionelle Muskelschäden und Mikrorisse sind deutlich kniffliger. Selbst hochauflösende MRT-Aufnahmen erfassen sie nicht vollständig – und die Untersuchung ist vergleichsweise teuer.

Wenn Bewegungstests nicht reichen

In der Praxis beurteilt medizinisches Personal Muskelverletzungen deshalb häufig anhand von Beweglichkeits- und Krafttests. Das Ergebnis hängt allerdings von der Einschätzung der Untersuchenden und von der Mitarbeit der Patientinnen und Patienten ab. Die Elektromyographie, kurz EMG, kann elektrische Muskelsignale messen. Bisher ist das Verfahren jedoch aufwendig, weil viele Elektroden präzise positioniert werden müssen.

Genau hier setzt iSi-Care an. Ziel ist, die Messung elektrischer Muskelaktivität für die klinische Anwendung einfacher zu machen und Muskelfunktionsstörungen sowie Muskelrisse nach Sportunfällen früher zu erkennen. Die Messwerte sollen individuelle Therapieentscheidungen unterstützen – zunächst bei akuten Knieverletzungen, außerdem in der Rehabilitation und bei physiotherapeutischen Verlaufskontrollen.

Das FILK entwickelte dafür eine Silikon-Polymermatrix und bedruckte sie mit Elektroden aus leitfähiger Tinte, die Kohlenstoff-Nanoröhrchen, sogenannte CNTs, enthält. Die Elektroden verlaufen geschwungen und mäanderförmig. Dadurch lassen sie sich dehnen und sollen auch bei Bewegungen, etwa am Knie, zuverlässig elektrische Signale übertragen.

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Die Kerninnovation ist ein skalierbares, hochdehnbares Elektroden-Array. Es erfasst neuromuskuläre Aktivitätsmuster der gelenkumgebenden Muskulatur großflächig. Untersucht wurden unter anderem leitfähige Silikonmaterialien, realistische Dehnungsanforderungen am Knie und Prüfstände zur reproduzierbaren Charakterisierung flexibler Elektroden.

KI wertet Muskelsignale in Echtzeit aus

Das Institut für Biomedizinische Technik der TU Dresden entwickelte die Elektronik. Die TU-Forschenden trainierten eine Diagnose-KI mit biomechanischen Modellen und integrierten sie in die Manschette. Sie soll die gemessenen Muskelsignale in Echtzeit auswerten und objektive Hinweise für die Diagnose liefern.

Perspektivisch könnten die EMG-Daten funktionelle Auffälligkeiten, Kompensationsmuster und Unterschiede in der muskulären Aktivierung objektiver abbilden. Dafür entstanden erste KI-Pipelines zur automatisierten Auswertung von EMG-Signalen. Die Ergebnisse ergeben außerdem einen technologischen Baukasten für kleine und mittlere Unternehmen aus Medizintechnik, Sensorik, Funktionsmaterialien, Wearables und smarten Textilien.

Vorgestellt wurde das IGF-Projekt am 11. Juni 2026 beim Innovationstag Mittelstand 2026 in Berlin-Pankow. Rund 300 Ausstellerinnen und Aussteller zeigten dort Forschungs- und Entwicklungsprojekte. Andreas Heinke vom IBMT und Dr. Martin Heise vom FILK präsentierten einen 3D-Druckprozess für eine EMG-Manschette sowie eine KI-basierte Signalverarbeitung zur Unterstützung der Diagnostik akuter Gelenkverletzungen.

Eine Live-Demonstration fand mit Unterstützung der Schubert & Braun Prothesenwerk GmbH an einer Armprothese statt. Die funktionalisierten Carbon-Silikon-Elektroden lieferten dabei auch ohne Elektrolytgel eine gute Signalqualität. Das ist praktisch, denn Gel auf der Haut gehört zu den Dingen, die im Labor niemand vermisst, sobald es wegfällt.

Bei Gesprächen mit Besucherinnen und Besuchern kamen weitere Ideen auf: die Messung muskulärer Aktivität beim nächtlichen Zähneknirschen, Steuersignale für Arm- und Beinprothesen, Anwendungen in der Elektrostimulation und zusätzliche Drucksensoren.

Gefördert wurde das IGF-Vorhaben 22708 BR „iSi-Care“ der Forschungsvereinigung FILK Freiberg Institute gGmbH über die AiF im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung. Die Förderung erfolgte durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages.

Was beim EMG eigentlich gemessen wird

Elektromyografie ist ein elektrophysiologisches Verfahren der neurologischen Diagnostik. Gemessen wird elektrische Muskelaktivität, die als Elektromyogramm aufgezeichnet wird. Bei vollständiger Entspannung eines gesunden Skelettmuskels erreichen ihn keine Nervenaktionspotentiale; die Muskelfasern behalten ihr konstantes Membranpotential. Auf dem EMG erscheint dann eine gerade, unausgelenkte Linie.

Mit konzentrischen Nadelelektroden lassen sich Potentialschwankungen einzelner motorischer Einheiten erfassen. Spezialnadeln ermöglichen die Einzelfasermyografie. Oberflächenelektroden messen dagegen Potentialänderungen auf der Haut. Sie sind weniger präzise, weil sie Summenaktionspotentiale ganzer Muskeln oder Muskelgruppen aufnehmen und einzelne motorische Einheiten nicht abbilden können.

Für diagnostische Routineuntersuchungen werden meist konzentrische Nadelelektroden verwendet: ein zentraler Leiter mit Isolationsschicht, eine äußere metallische Hülle, eine schräg angeschliffene Spitze. Gemessen wird die Spannung zwischen Mittelleiter und Metallhülle. Typisch sind 50 Millimeter Länge und 0,45 Millimeter Außendurchmesser; erfasst werden vor allem Potentialänderungen in einem Abstand von 1 bis 2 Millimetern. Bei der Einzelfasermyografie beträgt der erfasste Halbradius etwa 0,2 bis 0,3 Millimeter.

Für spezielle Anwendungen gibt es monopolare Elektroden. Sie besitzen eine isolierte Nadel mit freiliegender Spitze; die Spannung wird gegen eine separate Referenzelektrode gemessen. Intramuskuläre Elektroden werden durch die Haut in das Muskelgewebe eingeführt. Je nach Elektrodengröße sind Aussagen über einzelne Muskelfasern oder ganze Muskelgruppen möglich.

Das EMG hilft vor allem dabei, Myopathien, also Muskelerkrankungen, von Neuropathien, also Nervenerkrankungen, zu unterscheiden – unter anderem vor Eingriffen am peripheren Nervensystem. Erfasst werden die elektrische Aktivität im ruhenden Muskel und Muskelaktionspotentiale bei unterschiedlich starker willkürlicher Kontraktion. In der Biomechanik lassen sich Frequenzen und Amplituden der Signale mit der Muskelkraft in Beziehung setzen, etwa zur Optimierung sportlicher Bewegungen. Die Aufzeichnung von Nervenaktionspotentialen heißt Elektroneurografie, kurz ENG, und wird häufig unter dem Oberbegriff Elektromyografie geführt.

Das Signal entsteht am Membranpotential der Muskelzelle. Im Ruhezustand liegt es bei etwa −70 Millivolt im Zellinneren gegenüber außen. Bei einer Erregung öffnen sich Ionenkanäle; für ungefähr 1 Millisekunde kehrt sich das Membranpotential lokal um. Wie groß die gemessene Potentialdifferenz ausfällt, hängt unter anderem vom Abstand der Elektrode zur Signalquelle, von Anzahl und Art der aktiven Muskelfasern, der räumlichen Anordnung leitender und isolierender Gewebe sowie den elektrischen Eigenschaften von Blut, Fett und anderem Gewebe ab. Auch kapazitive und ohmsche Widerstände spielen hinein. Die Signalstärke nimmt mit der dritten Potenz des Abstands von der Signalquelle ab.

Typische neurologische EMG-Messungen erfassen Potentiale von etwa 50 Mikrovolt bis zu einigen Millivolt. Entladungen einzelner motorischer Einheiten dauern ungefähr 10 Millisekunden und enthalten Frequenzanteile bis zu einigen Kilohertz. Dafür werden rauscharme, potentialfreie Instrumentenverstärker mit hohem Eingangswiderstand eingesetzt – typische Werte sind eine Eingangsimpedanz von etwa 200 Megaohm, ein Rauschpegel von etwa 0,7 Mikrovolt RMS und eine Gleichtaktunterdrückung von über 100 Dezibel.

Vom Nadelstich bis zur tragbaren Manschette

Unter krankhaften Bedingungen kann Spontanaktivität auftreten: Muskelfasern entwickeln Eigenaktivität, obwohl kein erregender Nervenimpuls vorliegt. Fibrillationspotentiale und positive scharfe Wellen entstehen in einzelnen Muskelzellen und weisen auf fehlende Innervation, also