UPB Laboratorul de Inginerie Electrica in Medicina

1

ACHIZIIA I PROCESAREA NREGISTRRILOR EMG

Scopul lucrrii este nregistrarea i analiza

semnalului electric asociat activitii musculare a antebraului. Se realizeaz nregistrri ale semnalului Electromiografic (EMG) pentru tonusul muscular al antebraului n stare de repaus, alternnd cu trei grade diferite de contractare muscular. Inregistrrile se fac n condiii de laborator, utiliznd sistemul hardware BIOPAC MP 30 i programul software Biopac Student Lab PRO.

Figura 1 Achiziia semnalului EMG

Procesarea const n determinarea formei integrate i n analiza spectral a semnalului EMG. Analizand parametrii determinati n final, se pot compara performanele diferiilor subiecti, se poate compara capacitatea de contracie muscular pentru antebraul drept i pentru cel stng, sau se poate cuantifica efortul muscular depus pentru executarea anumitor micri (de exemplu ridicare i susinere de greuti, etc.).

Inregistrarea EMG conine secvenele S1 - S8, descrise n tabelul 1. Tabelul 1

Secvena Descrierea condiiilor de nregistrare Durata secvenei S1 musculatura antebraului relaxat 2 secunde S2 musculatura antebraului se contract foarte uor 1 secund S3 musculatura antebraului relaxat 1-2 secunde S4 musculatura antebraului se contract mai puternic 1 secund S5 musculatura antebraului relaxat 1-2 secunde S6 musculatura antebraului se contract puternic 1 secund S7 musculatura antebraului relaxat 1-2 secunde S8 musculatura antebraului se contract la maximum 1 secund

Obiectivele lucrrii

Partea I. Achiziia semnalului EMG pentru ambele antebrae 1. Montarea electrozilor. 2. Desemnarea canalelor de nregistrare, stabilirea parametrilor nregistrrii i verificarea

rezistenei de contact a electrozilor. 3. Achiziia semnalelor EMG conform succesiunii secvenelor din Tabelul 1. Partea II. Prelucrarea numeric a semnalului EMG 1. Analiza cantitativ a semnalului EMG const din identificarea secvenelor semnalului

EMG conform Tabelului 1 i msurarea parametrilor care descriu nregistrarea. 2. Determinarea i analiza formei integrate a semnalului EMG. 3. Analiza n frecven a semnalului EMG i determinarea frecvenei mediane i a

frecvenei medii pentru semnalul analizat.

UPB Laboratorul de Inginerie Electrica in Medicina

2

Mod de lucru i rezultate

Partea I 1. Se monteaz electrozii pe antebra, ca n

Figura 2; semnalul EMG provine de la grupul de muchi mobilizat la un efort fcut prin prindere, apucare, susinere. Sunt folosii electrozi Ag-AgCl de unic ntrebuinare, la care se conecteaz un sistem de trei cabluri pentru msurtori difereniale. Electrodul negru este cel de referin. Conectorul comun al sistemului de cabluri se ataeaz la unul dintre cele 4 canale analogice de intrare ale convertorului A/D al sistemului Biopac MP30; se recomand alegerea canalului CH3.

Figura 2 Montarea electrozilor

2. Se deschide o fereastr grafic a BSL PRO - File>New>Graph window>New. In meniul MP30 se selectez opiunea Set up Channels, unde se fac alegerile adecvate pentru canalul de achiziie utilizat. Apoi, la opiunea Set up Acquisition se alege o rat de eantionare convenabil semnalului EMG (recomandabil > 500 eantioane/s) i o durat a nregistrrii acoperitoare pentru succesiunea de secvene din Tabelul 1. Testarea rezistenei de contact se poate face prin conectarea sistemului de cabluri la mufa "Electrode check" de pe panoul frontal al sistemului de achiziie i prin marcarea opiunii Electrode checker n meniul MP30.

3. Achiziia semnalului EMG ncepe automat, prin apsarea butonului Start aflat n fereastra grafic (colul din dreapta jos); se execut secvenele descrise n Tabelul 1. La final este bine ca nregistrarea s fie salvat.

Partea II Semnalele achiziionate n Partea I pot fi analizate n continuare, sau poate fi utilizat o nregistrare din baza de date a laboratorului. La post-procesarea semnalului nu se urmrete achiziia de date i ca urmare, sistemul hardware MP30 nu este nevoie s fie conectat. In acest caz, la lansarea programului BSL PRO, la avertismentul Connect hardware selectai No hardware. In meniul afiat pe linia din stnga sus a ecranului se va opta pentru File > Open, iar din lista afiat se alege directorul Aplicatii_IEM i apoi aplicaia EMG. Forma de und reprezentat pe ecran este nregistrarea EMG descris n Tabelul 1 i reprezentat Figura 3. Semnalul se gsete nregistrat pe canalul 3 (CH3). Dupa cum se observ, pe ecran este prezent o a doua nregistrare, Integrated EMG, pe canalul cu numrul 40 (CH40). Acesta este un semnal calculat i corespunde formei integrate a EMG. In lucrare se urmrete construcia acestui semnal, aadar pentru nceput el poate fi eliminat de pe ecran (se apas tasta Cmd sau Alt i se puncteaz cu mouse-ul pe eticheta 40).

UPB Laboratorul de Inginerie Electrica in Medicina

3

Figura 3 Inregistrare EMG: 12 secunde pentru mana dreapt i 12 secunde pentru mna stng

Durata total a nregistrrii: 24 secunde Rata de eantionare: 500 eantioane/secund Domeniul valorilor msurate: (-2, 2) mV

1. Pentru vizualizarea comod a semnalului putei folosi urmtoarele faciliti:

Display>Autoscale waveform i Display>Autoscale horizontal. Se observ c nregistrarea este format din dou secvene de cte 12 secunde fiecare, ce corespund inregistrrilor pe mna dreapt, respectiv pe cea stng. La rndul lor, fiecare dintre cele dou secvene lungi este format dintr-o succesiune de secvene mai scurte, de 1-2 secunde, descrise anterior n Tabelul 1. Pentru determinarea parametrilor trebuie s selectai intervalele corespunztoare secvenelor pe care dorii s le studiai. Identificai, pentru fiecare antebra, duratele exacte ale secvenelor de contractare muscular, notnd n Tabelul 2 intervalele de timp care le caracterizeaz:

Tabelul 2

secvena Antebra drept Antebra stng S1 Repaus [s] [s] S2 Efort minim [s] [s] S6 Efort mediu [s] [s] S8 Efort maxim [s] [s]

Pentru fiecare interval identificai valoarea minim, maxim i diferena dintre acestea (p-p) i notai valorile n tabelul 3.

Tabelul 3

secvena Antebra drept Antebra stng Min Max p-p Min Max p-p

S1 [mV] [mV] [mV] [mV] [mV] [mV] S2 [mV] [mV] [mV] [mV] [mV] [mV] S6 [mV] [mV] [mV] [mV] [mV] [mV] S8 [mV] [mV] [mV] [mV] [mV] [mV]

UPB Laboratorul de Inginerie Electrica in Medicina

4

2. Determinarea formei de und integrate a nregistrrii se poate face n timpul achiziiei sau post achiziie. Aceast ultim posibilitate va fi prezentat n continuare. Creai o form de und identic cu cea pe care o studiai (Edit > Duplicate waveform), selectai apoi aceast nou form de und (Edit > Select All) i determinai valoarea absolut a semnalului, selectnd Transform > Math Functions > Abs. Etapa final este de netezire a formei de und astfel obinut (Transform > Smoothing). In fereastra nou deschis alegei factorul de netezire la 100 eantioane. Rescalai forma de und integrat cu optiunea Display > Compare Waveforms. Se observ c forma integrat este similar unei nfurtoare a semnalului EMG. Corectitudinea modului in care ai lucrat se poate verifica prin compararea semnalului obinut cu Integrated EMG, pe care o readucei pe ecran cu aceeai comand cu care anterior ai eliminat-o. Pentru fiecare dintre intervalele de timp identificate la punctul 2, determinai pentru forma integrat valoarea medie (mean) i notai valorile n tabelul 4.

Tabelul 4 secvena Antebra drept Antebra stng

S1 [mV] [mV] S2 [mV] [mV] S6 [mV] [mV] S8 [mV] [mV]

3. Analiza spectrului de frecvene este tot o facilitate de post-procesare a achiziiei.

Pentru a realiza acest lucru trebuie s selectai intervalul dorit din semnal (de exemplu secvena S4). Opiunea Transform > FFT permite construirea spectrului de frecven al amplitudinii semnalului. In fereastra de dialog care se deschide facei urmtoarele opiuni specifice Transformatei Fourier Rapide:

Pad with Zeroes / Remove trend / Remove mean Linear Magnitude / Hamming Window

Spectrul de frecvene al amplitudinii se afieaz ntr-o fereastr grafic distinct. Aplicai spectrului de frecvene al amplitudinii EMG aceeai procedur de determinare a formei integrate, aa cum este descris la punctul 2. Determinrile ce sunt descrise n continuare se realizeaz cu facilitile oferite de meniurile de calcul al caracteristicilor morfologice (casutele a, b, c aa cum au fost prezentate ntr-o lucrare anterioar). Pentru determinarea frecvenei mediane a spectrului este necesar rescalarea acestei forme de und, prin raportarea ntregului semnal la valoarea sa maxim. Frecvena median este cea pentru care valoarea formei integrate este 0.5 (n valori raportate la valoarea maxim). Notai valoarea obinut pentru frecvena median. Valoarea medie a frecvenei spectrului se determin selectnd ntregul domeniu al formei integrate i determinnd valoarea medie a seleciei (mean). Apoi, cu ajutorul cursorului I, se determin frecvena corespunztoare acestei valori. Notai valoarea obinut pentru frecvena medie si comparai-o cu frecvena median. Diferene ntre valorile frecvenei mediane i frecvenei medii semnaleaz cazuri de anormalitate n activitatea muscular.