Eletromiografia Superfície e suas Aplicações em Cinesiologia e Biomecânica

Transcrição

1 Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - Universidade de São Paulo Dep. de Biomecânica, Medicina e Reabilitação do Aparelho Locomotor Eletromiografia Superfície e suas Aplicações em Cinesiologia e Biomecânica

2 FÓRUM 1. Qual aspecto da instrumentação você acredita ser o mais crítico para obtenção dos dados eletromiográficos de superfície utilizados para estudar o movimento humano? Nos textos que você consultou, esse aspecto foi descritos de maneira apropriada? Todas as etapas são importantes (Marcia R Motta) Origem do sinal Standards for Reporting EMG Data vs SENIAM

3 FÓRUM 2. As análises dos sinais semg brutos podem ser realizadas no domínio do tempo e da frequência. Nos textos que você separou para participar desse fórum, que domínio foi analisado? qual a(s) variável(is)? as interpretações dos resultados obtidos estão adequadamente dimensionadas de acordo com o que a semg avalia? Como identificar o domínio da análise? Quais as variáveis? Como avaliar se a interpretação está de acordo com o que a semg avalia?

4 FÓRUM Usar o SENIAM ou artigos específicos para determinar a posição dos eletrodos? (Bruno Bedo e Marcela) Nenhum tipo de análise permite inferir características morfológicas ou bioquímicas do músculo Envoltório linear, RMS móvel ou RMS para contrações dinâmicas? APDF (Amplitude Probability Distribution Function) - Função de Distribuição de Probabilidade de Amplitude (Marcela)

5 FÓRUM Comumente vejo o filtro do tipo Butterworth, não conhecia nenhum outro até ler os exemplos do "standards", quais as principais diferenças, vantagens e desvantagens? Em relação aos diferentes tipos de retificação do sinal, qual usar para cada situação (exercícios dinâmicos e isométricos por exemplo?

6 PROCESSAMENTO DO SINAL ELETROMIOGRÁFICO

7 ELETROMIOGRAFIA - De sua análise derivam os padrões de ativação muscular, a amplitude elétrica de ativação e as freqüências características do registro bruto -

8 Soderberg GL, Cook TM. Electromyography in biomechanics. Phys Ther Dec;64(12): EMG é de fácil uso técnico e instrumental, mas o processo desde a coleta até a análise dos dados é complexo, devendo ser sistematizado para que os dados possam ter algum valor de aplicação

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10 Sinal semg Bruto (Raw Signal) em desuso visualização direta (artefatos) qualidade de gravação dos dados é importante (número de bits) qualificação da intensidade da contração (músculo ativo ou não)

11 Finsterer J. EMG-interference pattern analysis. J Electromyogr Kinesiol Aug;11(4): Sinal Bruto ou Padrão de Interferência de PAUMs Atividade espontânea 0% da CVM PAUM 1 a 9% da CVM Padrão de interferência % da CVM ou mais.

12 Finsterer J. EMG-interference pattern analysis. J Electromyogr Kinesiol Aug;11(4):231-46

13 Sinal semg Não-Processado Artefato de Movimento 10-12Hz

14 Sinal semg Não-Processado Artefato de Movimento 10-12Hz

15 Sinal semg Não-Processado Sinal semg Bruto (Raw Signal)

16 Sinal semg Não-Processado Sinal semg Bruto (Raw Signal)

17 Sinal semg Não-Processado Sinal semg Bruto (Raw Signal)

18 Que análises são possíveis a partir do sinal semg? Domínio do tempo análises temporais Domínio da freqüência análises espectrais

19 Sinal semg Processado - Temporal Determinação do início da atividade DP = 2X Onset DP = x

20 Sinal semg Processado - Temporal Como apresentar os dados de Início da Atividade semg? Tempo de Latência Tempo de Retardo Porcentagem de Disparo

21 Sinal semg Processado - Temporal Determinação do início da atividade Controle sem DFP Voluntário com DFP

22 Sinal semg Processado - Temporal e l e t r o m i o g r a f i a Ng GY. Patellar taping does not affect the onset of activities of vastus medialis obliquus and vastus lateralis before and after muscle fatigue. Am J Phys Med Rehabil Feb;84(2): Controle sem DFP O início da atividade foi marcado no instante em que a atividade EMG excedeu a média do sinal de repouso em 3 desvios-padrões por 25ms Voluntário com DFP

23 Sinal semg Processado - Temporal e l e t r o m i o g r a f i a Cowan SM, Schache AG, Brukner P, Bennell KL, Hodges PW, Coburn P, Crossley KM. Delayed onset of transversus abdominus in long-standing groin pain. Med Sci Sports Exerc Dec;36(12): Controle sem DFP O início da atividade foi marcado determinado visualmente Voluntário com DFP

24 Sinal semg Processado - Temporal Merlo A, Farina D, Merletti R. A fast and reliable technique for muscle activity detection from surface EMG signals. IEEE Trans Biomed Eng Mar;50(3): Controle sem DFP Voluntário com DFP

25 Sinal semg Processado - Temporal Determinação do início da atividade

26 Erros de registro que prejudicam a análise de início da atividade Sinal limpo Com crosstalk ECG Freqüência cardíaca detectada

27 Erros de registro que prejudicam a análise de início da atividade Com interferência de rede 60 Hz Com DC-offset Linha de base não é zero

28 Erros de registro que prejudicam a análise de início da atividade Com artefato de movimento Eletrodos saltitantes Com saturação de amplificação (+/ 0.5 V) Sinal preso +/ 0.5 V

29 Sinal semg Processado - Temporal Envoltório Linear Um processamento que permite a obtenção do padrão de ativação dos músculos alo longo do tempo e a obtenção da amplitude de atividade eletromiográfica em registros dinâmicos

30 Sinal semg Processado - Temporal Etapas do Processamento do Envoltório Linear Retificação (processamento matemático) Alisamento (smoothing) supressão das altas flutuações de amplitude do sinal (filtragem ou média móvel) - ENVELOPE- LINEAR Normalização de amplitude e tempo de registro Integração = milivolts x segundos mvs ou Vs

31 Sinal semg Processado - Temporal Retificação do Sinal SEMG

32 Sinal semg Processado - Temporal Alisamento do Sinal SEMG

33 Sinal semg Processado - Temporal Alisamento do Sinal SEMG

34 Sinal semg Processado - Temporal Envoltório linear normalizado do sinal SEMG

35 Sinal semg Processado - Temporal Oliveira AS, Rodrigues D, Bérzin F. Avaliação da amplitude eletromiográfica do músculo deltóide em diferentes faixas etárias. Rev Bras Fisio 2004;8(3):

36 Sinal semg Processado - Temporal Oliveira AS, Rodrigues D, Bérzin F. Avaliação da amplitude eletromiográfica do músculo deltóide em diferentes faixas etárias. Rev Bras Fisio 2004;8(3):

37 Sinal semg Processado - Temporal Integração da Amplitude SEMG

38 Sinal semg Processado - Temporal e l e t r o m i o g r a f i a Harris-Love ML, Macko RF, Whitall J, Forrester LW. Improved hemiparetic muscle activation in treadmill versus overground walking. Neurorehabil Neural Repair Sep;18(3):154-60

39 Sinal semg Processado - Temporal Rodrigues D, Oliveira AS, Bérzin F. Effect of TENS on the activation pattern of the masticatory muscles in TMD patients. Braz J Oral Sci 2004;3 (10): Grupo Normal - Pré TENS Grupo DTM - Pré TENS

40 Sinal semg Processado - Temporal Rodrigues D, Oliveira AS, Bérzin F. Effect of TENS on the activation pattern of the masticatory muscles in TMD patients. Braz J Oral Sci 2004;3 (10): Grupo Normal - Pós TENS Grupo DTM - Pós TENS

41 Sinal semg Processado - Temporal e l e t r o m i o g r a f i a Co-Ativação Confundida com co-contração Evento temporal Contração isométrica Contração dinâmica Propostas de avaliação pela EMGS

42 Sinal semg Processado - Temporal e l e t r o m i o g r a f i a Hammond MC, Fitts SS, Kraft GH, Nuther PB, Troter MJ, Robinson LM. Co-contration in the hemiparetic forearm: quantitative EMG evalutation. Arch Phys Med Rehabil 1988;69(5) ( antagonista ) Valor de co-ativação = ( agonista) + ( antagonista )

43 Damiano DL, Martellotta TL, Sullivan DJ, Granata KP, Abel MF. Muscle force production and functional performance in spastic cerebral palsy: relationship of cocontraction. Arch Phys Med Rehabil Jul;81(7):

44 Sinal semg Processado - Temporal e l e t r o m i o g r a f i a Fonseca ST, Silva PLP, Ocarino JM, Ursine PGS. Análise de um método eletromiográfico para quantificação de co-contração muscular. Rev Bras Ciên. e Mov, 2001; 9(3): 23-30

45 Sinal semg Processado - Temporal e l e t r o m i o g r a f i a Aagaard P, Simonsen EB, Andersen JL, Magnusson SP, Bojsen-Moller F, Dyhre- Poulsen P. Antagonist muscle coactivation during isokinetic knee extension. Scand J Med Sci Sports Apr;10(2):58-67

46 Sinal semg Processado - Temporal e l e t r o m i o g r a f i a Aagaard P, Simonsen EB, Andersen JL, Magnusson SP, Bojsen-Moller F, Dyhre- Poulsen P. Antagonist muscle coactivation during isokinetic knee extension. Scand J Med Sci Sports Apr;10(2):58-67

47 Sinal semg Processado - Temporal e l e t r o m i o g r a f i a Raiz Quadrada da Média dos Quadrados RMS root-mean-square ou Valor Eficaz - Eleva ao quadrado cada valor - Média - Raiz quadrada Soderberg GL, Knutson LM. Phys Ther May;80(5):

48 Sinal semg Processado - Temporal Raiz Quadrada da Média dos Quadrados O valor RMS corresponde à quantidade de sinal contínuo capaz de conter a mesma quantidade de energia. Matematicamente é definido como a raiz quadrada da média dos quadrados dos valores instantâneos do sinal:

49 Sinal semg Processado - Temporal Raiz Quadrada da Média dos Quadrados Amplitude (µv) 127 Pico Máximo=127 volts RMS=110 volts Tempo (s) -127

50 Sinal semg Processado - Temporal Raiz Quadrada da Média dos Quadrados 1- Eleva ao quadrado cada valor do sinal bruto 2- Cria uma média 3- Calcula a raiz quadrada RMS{m(t)}= (1/T t t + T m 2 (t)dt ) ½

51 Sinal semg Processado - Temporal e l e t r o m i o g r a f i a Rodrigues D, Oliveira AS, Bérzin F. Effect of conventional TENS on pain and electromyographic activity of masticatory muscles in TMD patients. Braz Oral Res 2004;18(4):

52 Sinal semg Processado - Temporal e l e t r o m i o g r a f i a Rodrigues D, Oliveira AS, Bérzin F. Effect of conventional TENS on pain and electromyographic activity of masticatory muscles in TMD patients. Braz Oral Res 2004;18(4):

53 Sinal semg Processado - Temporal e l e t r o m i o g r a f i a Relação SEMG x Força Em contrações isométricas, a amplitude do sinal EMG deveria aumentar em relação a força de maneira quadrática, desde que as Unidades Motoras fossem ativadas independentemente. Person & Libkind (1967), Bernshtein (1967), Moore (1967) e Likind (1969 e 1969)

54 Sinal semg Processado - Temporal Processamento da Relação semg x Força EMG integrado x Força Envoltório Linear x Força RMS x Força Rede Neural

55 Sinal semg Processado - Temporal e l e t r o m i o g r a f i a Stokes IA. Relationships of EMG to effort in the trunk under isometric conditions: force-increasing and decreasing effects and temporal delays. Clin Biomech (Bristol, Avon) Jan;20(1):9-15

56 Sinal semg Processado - Temporal Alkner BA, Tesch PA, Berg HE. Quadriceps EMG/force relationship in knee extension and leg press. Med Sci Sports Exerc Feb;32(2):459-63

57 Sinal semg Processado - Espectral Domínio da Freqüência Determinação das freqüências que compõem o sinal EMGS bruto

58 Sinal semg Processado - Espectral... mas como são determinadas as freqüências? Cruzamentos em Zero Turns Transformada Rápida de Fourier (FFT) - [ISEK]

59 Sinal semg Processado - Espectral Série de Fourier Jean Baptiste Joseph Fourier (March 21, May 16, 1830) matemático e físico francês qu deu início ao estudo das séries de Fourier.

60 Sinal semg Processado - Espectral

61 Sinal semg Processado - Espectral

62 Sinal semg Processado - Espectral

63 Sinal semg Processado - Espectral Conteúdo Espectral do EMGS

64 Sinal semg Processado - Espectral O que é a densidade espectral de potência do sinal SEMG? Man Ther Mar;1(2):

65 Sinal semg Processado - Espectral Freqüências Características Freqüência Moda aquela que apresenta a maior quantidade de amplitude.

66 Sinal semg Processado - Espectral Freqüências Características Freqüência Média aquela que representa a o conteúdo médio de amplitude.

67 Sinal semg Processado - Espectral Freqüências Características Freqüência Mediana aquela que representa a divisão geométrica do espectro em duas áreas de mesma amplitude (soma integral).

68 Sinal semg Processado - Espectral Diagrama representativo da mudança da potência espectral do sinal EMG antes (a) e após (b) o uma situação de fadiga muscular. A freqüência mediana da DEP diminui durante contrações fadigáveis. Man Ther Mar;1(2):

69 Sinal semg Processado - Espectral Índice de Fadiga - SLOPE Diagrama representativo da mudança da freqüência mediana durante todo o tempo de uma contração fadigável. Os dados são analisados por regressão linear a partir da qual são derivados o slope (taxa de fadiga) e y-intercept (freqüência mediana inicial) são derivados.

70 Sinal semg Processado - Espectral Espectrograma 3D

71 Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - Universidade de São Paulo Dep. de Biomecânica, Medicina e Reabilitação do Aparelho Locomotor Análise Eletromiográfica dos Músculos Masseter e Temporal Durante Atividade Mastigatória em Portadores De Disfunção Temporomandibular Parte dos resultados da tese de doutorado Dr. Paulo Henrique Ferreira Caria Orientadora: Profa. Dra. Heloísa Amélia de Lima Castro

72 Sinal semg Processado - Espectral Caria PHF. Análise Eletromiográfica dos Músculos Masseter e Temporal durante Atividade Mastigatória em Portadores de Disfunção Temporomandibular Controle DTM

73 Sinal semg Processado - Espectral e l e t r o m i o g r a f i a Mendoça RC, Oliveira AS, Pedroni CR, Berzin F, Gastaldi AC. Análise da Atividade Eletromiográfica dos Músculos Masseter e Temporal Durante Fadiga Induzida por Mastigação Prolongada em Portadores de Disfunção Temporomandibular. Aceito na Brazilian Journal of Oral Sciences em 2005 FM Normalizada Mastigação Normais FM Normalizada Mastigação DTM 1,3 1,4 1,2 1,1 1,0 0,9 TD MD TE ME 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 TD MD TE ME 0,8 0,8 Início Início ,3 1,4 1,2 1,1 1,0 0,9 TD MD TE ME 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 TD MD TE ME 0,8 Início Desconforto Fadiga 0,8 Início Desconforto Fadiga

74 Sinal semg Processado - Espectral e l e t r o m i o g r a f i a Mendoça RC, Oliveira AS, Pedroni CR, Berzin F, Gastaldi AC. Análise da Atividade Eletromiográfica dos Músculos Masseter e Temporal Durante Fadiga Induzida por Mastigação Prolongada em Portadores de Disfunção Temporomandibular. Aceito na Brazilian Journal of Oral Sciences em 2005 RMS Normalizado Mastigação Normais RMS Normalizado Mastigação DTM 1,4 1,2 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 Início TD MD TE ME 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 Início TD MD TE ME 1,4 1,2 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 TD MD TE ME 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 TD MD TE ME 0,8 0,6 Início Desconforto Fadiga Início Desconforto Fadiga

75 Estimativa da amplitude eletromiográfica em contrações não-dinâmicas Retificação e filtração não recomendado EMG integrada não recomendado ARV (valor da média retificada) especificar o intervalo de duração RMS especificar o intervalo de duração Intervalo de duração (ARV e RMS) Estimações da amplitude de sinais branqueados recomendado 0,25 a 0,5 segundos em contrações de baixos níveis intensidade 1-2 segundos recomendado quando uma alta relação sinal:ruído na amplitude estimada é importante

76 Estimativa da amplitude eletromiográfica em contrações dinâmicas EMG retificado e alisado Ensemble averaging [média de vários ciclos] recomendado especificar o tipo de filtro, ordem e freqüência de corte especificar o número de ciclos, e relatar o erro padrão da média A estimativa deve ser baseada na tarefa motora estudada e decidir pelo apropriado filtro de corte e janela de tempo adequadas. Consultar Soderberg GL, Knutson LM. A guide for use and interpretation of kinesiologic electromyographic data. Phys Ther May;80(5):485-98

77 Estimativa do espectro em semg Densidade espectral de potência obtida pela Fast Fourier Transform (FFT) Intervalo de duração mínimo 0,5 a 1,0 segundos Freqüência característica recomendada: mediana