Elektromiografija 2012-2013 - Kineziološki fakultet - Sveučilište u ...

Elektromiografija
Doc.dr.sc. Mario Kasović
Kineziološki fakultet
Sveučilište u Zagrebu

Svojstva skeletnih mišića
• Vrste mišićnih vlakna
• Vrste kontrakcije
• Uloga mišića u pokretu

Vrsta mišićnih vlakna
Skeletni mišići sadrže dvije glavne vrste vlakna:
1. Spora (tip I)
2. Brza (tip II)
Brza vlakna tipa II ponovo se dijele na dvije skupine: tip IIa i tip Iib (te
ponekad u treći tip IIx)
Tip I vlakna su mala, aktiviraju se polako, koristite aerobne zalihe za
proizvodnju energije. Mogu biti aktivna duže vrijeme i vrlo su
otporna pojavi umor.

Vrsta mišićnih vlakna
Tip IIa su srednje brzo aktivirajuća vlakna. Srednje veličine. Koriste
obje, aerobne i anaerobne, zalihe za proizvodnju energije.
Aktiviraju se brže od vlakna tipa I te mogu producirati bržu
kontrakciju. Aktivna su do 30 minuta i umaraju se brže od vlakna
tipa I.
Vlakna tipa IIb su brzo vlakna. Velika i koriste isključivo anaerobne
zalihe za proizvodnju energije. Brže se aktiviraju od vlakna tip IIa u
trajanju od samo nekoliko minuta.

Vrsta kontrakcije mišića
Postoje tri vrste kontrakcija:
1. Koncentrična - mišić se skraćuje, mišićna sila veća od vanjskog
opterećenja
2. Izometrična - dužina mišića ostaje nepromijenjena, nema
pokreta, mišićna sila jednaka vanjskom opterećenju
3. Ekscentrična - mišić se produljuje, mišićna sila je manja od
vanjskog opterećenja

Uloga mišića u pokretu
Prema ulozi u pokretu mišići su podijeljene u tri skupine:
Agonist: ​pokretač, generira pokret i najveću silu
Sinergist: ​pomagač, generira manju silu od agonista, potpomaže
kontroli pokreta
Antagonist: ​djeluje u suprotnom smjeru od agonista, stabilizira
pokret

Uloga mišića u pokretu
Primjer agonist/antagonist:
AGONIST
ANTAGONIST
m. biceps brachii m. triceps brachii
m. deltoideus m. latissimus dorsi
m. pectoralis major m. trapesius/m. rhomboidei
m. rectus abdominis m. erector spinae
m. iliopsoas m. gluteus maximus
m. gluteus maximus m. adductor longus
m. quadriceps femoris m. biceps femoris,
m. semimembranosus
m. gastrocnemius
m. soleus
m. tibialis anterior

Types of Contributions to a Movement
FLEKSOR U ZGLOBU LAKTA
EKSTENZOR U ZGLOBU LATKA
the biceps is the agonist and shortens (concentric contraction), which
makes the elbow flex. The triceps is the antagonist. It lengthens
(eccentric contraction) and its only function is to stabilize the
movement by providing a force in opposition to the biceps and gravity.
Similarly, the triceps is now the agonist and shortens, which makes the
elbow extend. The biceps then becomes the antagonist and stabilizes
the movement by providing a force in opposition to gravity and the
triceps.

Definicija elektromiografije (EMG)
• Elektromiografija je mjerna metoda koja služi za detekciju, pojačanje i
registraciju biolelektričnog (mioelektričnog) signala mišića
• Mioelektrični signali nastaju uslijed promjena stanja membrane mišićnog
vlakna (Basmajian & DeLuca: Definition Muscles Alive)
Depolarizacijska zona membrane mišićnog
vlakna
Zbroj generiranih akcijskih potencijala
motoričkih jedinica

Površinska elektromiografija (sEMG)
• Fokus površinske elektromiografije možemo opisati kao studiju
neuromuskularne aktivnosti povezane s određenim
posturalnim zadatkom tj. funkcionalnim pokretom uslijed
određenog rada, tretmana ili treninga.
• Površinska elektromiografija (sEMG) poznata je i pod nazivom
kineziološka elektromiografija.

Područje primjene sEMG
Medicinska istraživanja
Ortopedija
Kirurgija
Funkcionalna neurologija
Analiza hoda i posture
Sportska istraživanja
Biomehanika
Analiza pokreta
Trening snage sportaša
Prevencija ozljeda
Rehabilitacija
Postoperativna stanja
Neurološka rehabilitacija
Fizioterapija
Aktivna terapija u treningu
Ergonomija
Analize zahtjevnosti
Prevencija rizika
Ergonomični dizajn
Izrada certifikata

Prednosti sEMG
1. Površinskom elektromiografijom dobiva se podatak o aktivnosti
znatnog dijela mišića (većeg broja motoričkih jedinica)
2. Omogućava dobivanje podataka o vremenu i amplitudi
aktivacije pojedinog mišića
3. Primjenjiva je pri istraživanju biološke povratne veze (eng.
biofeedback) kod terapije
4. Koristi se pri detekciji mioelektričkih signala u svrhu upravljanja
nekim vanjskim uređajima (npr. protezama upravljanim
mioelektričkim naponom), te ostalim pomagalima za
hendikepirane osobe

Prednosti sEMG
5. Ima primjenu u kliničkoj praksi kada je potrebna jednostavna
metoda praćenja aktivnosti mišića (npr. fizikalna medicina,
sportska medicina)
6. Primjenjiva je u istraživanju koordinacije rada relativno velikog
broja mišića u uvjetima u kojima je palpacija nepraktična
7. Nezamjenjiva je kada je nemoguća upotreba potkožnih
elektroda

Brzina A/D uzorkovanja
The other important technical item is the selection
of a proper Sampling Frequency. In order to
accurately “translate” the complete frequency
spectrum of a signal, the sampling rate at which the
A/D board determines the voltage of the input
signal must be at least twice as high as the
maximum expected frequency of the signal.
This relationship is described by the sampling
theorem of Nyquist: sampling a signal at a
frequency which is too low results in aliasingeffects
(Fig. 18). For EMG almost all of the signal power is
located between 10 and 250 Hz and scientific
recommendations (SENIAM, ISEK) require an
amplifier band setting of 10 to 500 Hz. This would
result in a sampling frequency of at least 1000 Hz
(double band of EMG) or even 1500 Hz to avoid
signal loss.

Faktori koji utječu na sEMG signal
Na putu od mišića do elektrode, EMG signal je podložan utjecaju
više vanjskih činitelj koji mogu promijeniti njegov oblik i
karakteristike.
1. Osobine tkiva
2. Fiziološko preslušavanje signala - “cross talk”
3. Promjene oblika mišića, pomaci tkiva i kontakt s elektrodom
4. Vanjske smetnje
5. Elektrode i pojačala
Mnogi od navedenih činitelja mogu se eliminirati ili kontrolirati
valjanom pripremom mjerenja i provjerom laboratorijskih uvjeta.

Osobine tkiva
Ljudsko tijelo dobro provodi
elektricitet, ali provodljivost
varira i ovisi o vrsti tkiva,
debljini i temperaturi.
Ovakve promjene mogu biti
različite od osobe do osobe, a
čak mogu varirati unutar tijela
jednog ispitanika te izravno
utjecati na parametre
amplitude EMG signala.

Fiziološko preslušavanje signala - “cross talk”
Fiziološko preslušavanje signala nastaje kada lokalna elektroda
pojedinog mišića detektira biološki signal nekog drugog tkiva ili
organa.
Vrste preslušavanja signala:
1. EMG
2. EKG
3. EEG

Fiziološko preslušavanje signala - “cross talk”
Filtrirani ili „čisti signal”
Nefiltrirani ili sa EKG šumom
Detektirana
srčana
frekvencija

Priprema površine kože
Koraci u pripremi kože za aplikaciju elektroda:
1. Uklanjanje dlaka
Potrebno radi boljeg kontakta elektrode s podlogom pogotovo kod
masnijeg tipa kože i/ili zahtjevnijih pokreta.
2. Čišćenje kože
Potrebno radi uklanjanja odumrlih stanica kože (imaju veću
impedanciju), nečistoće i znoja.
U postupku se koristi pasta za čišćenje, fini brusni papir ili alkohol.

Vrste površinskih elektroda
Zbog svojih neinvazivnih karakteristika u većini slučajeva površinske elektrode
se koriste se u studijama lokomocije i kineziološkim istraživanjima.
Osim svih dobrih karakteristika, ograničenje je mogućnost detekcije samo
površinski smještene muskulature tijela.
EMG elektrode (NORAXON INC. USA)
EKG elektrode (AMBU-Blue Sensor)
Za višekratnu upotrebu
Za jednokratnu upotrebu

Lokacija površinskih elektroda
Pozicioniranje površinskih elektroda vrši se u skladu s Europskim
smjernicama za sEMG odnosno prema SENIAM protokolu.
SENIAM - Surface Electromyography for the Non-Invasive
Assessment of Muscles
Web Link: http://www.seniam.org
Biomedical Health and Research Program (BIOMED II) of the
European Union.

Mapa lokacija površinskih elektroda

Specifični zahtjevi pri postavljanju elektroda
U slučaju da se ne koristi SENIAM protokol:
1. Motorna ploča
2. Relativni pokreti trbuha mišića
3. Fiksacija kabla predpojačala

Motorna ploča
Motorna ploča je područje
kontakta živca i mišića (područje
visoke osjetljivosti).
Istraživači preporučuju
izbjegavanje pozicioniranja
elektroda oko ove točke.
Motorička točka može se
detektirati sa nisko frekventnim
mišićnim stimulatorom.

Pokreti trbuha mišića
Kod dinamičkih istraživanja
pokreta važno je locirati
središnji dio mišića te imati na
umu gibanje trbuha ispod
pozicioniranih elektroda za
vrijeme izvođenja pokreta.
Drugi aspekt na koji se mora
obratiti pažnja je istezanje i
skraćivanje površine kože.
Gibanje trbuha mišića ispod pozicioniranih
elektroda mišića biceps brachii

Fiksacija kabla predpojačala
Manji utjecaj ovog problema je pri statičkim ili sporim
motoričkim testovima.
Kod dinamičkih studija fiksacija utječe na smanjenje gibanja
kabla što može uzrokovati artefakte ili greške u mjerenju, te
smanjuje rizik odvajanja elektrode od kože.
Preporuka je ne fiksirati kabel preko elektrode radi povećanja
pritiska što može utjecati na amplitudu mioelektričnog signala.
povlačenje trešnja aktivacija mišića
Fiksacija pomoću samoljepljive trake

Obrada i vrste sEMG signala
1. Izvorni signal
2. Punovalno ispravljeni signal
3. Usrednjeni signal
4. Frekvencijski spektar signala
5. Analiza umora

Izvorni sEMG signal
Izvorni (Raw) signal je nefiltrirani i neobrađen sEMG signal.
Raw sEMG može biti u rasponu +/- 5000 mikrovolti (utrenirani sportaši) i iznosa
frekvencije između 6 i 500 Hz.

Izvorni sEMG signal
• Na raw grafičkom prikazu X koordinata opisuje vrijeme, a Y koordinata amplitudu u
μV (mikro-Voltima) u pozitivnom i negativnom smjeru prelazeći centralnu vrijednost
nula 0
• Priliko kontrakcije mišića amplitudna vrijednost raste, a opada relaksacijom mišića

Punovalno ispravljeni sEMG signal
Može se opisati kao apsolutna vrijednost izvornog signala
Uglavnom ovaj oblik signala služi kao međukorak za neku drugu obradu.
Može se prikazati u trenutnom vremenu “real-time”.
Izvorni sEMG (filtriran, 20-500 Hz)
Punovalno ispravljeni
sEMG

Usrednjeni (averaged) sEMG signal
Oblik pogodan za daljnju obradu i može se prikazati u trenutnom vremenu -
“real-time”. Pomoću ovog oblika moguće je relativno lako odrediti razinu
kontrakcije muskulature.
Izvorni sEMG (filtriran, 20-500 Hz)
Usrednjeni sEMG

Usrednjeni (averaged) sEMG signal
nefiltrirani signal
filtrirani signal
Filtriranje ili uklanjanje šumova primjenjuje se na usrednjenom signalu.
Amplituda filtriranog signala manje oscilira i ima manje „oštrijih vrhova”.
Idealna razina filtriranja ovisi o namjeni signala.

Analiza sEMG signal
Elektromiografski signal može se promatrati kroz tri dimenzije:
amplitudne vrijednosti, vrijeme i spektar signala.
Prema tim dimenzijama analiza sEMG signala može biti:
• amplitudna analiza
• vremenska analiza
• frekvencijska analiza

Frekvencijska analiza
• Većina frekvencijskog spektra sEMG
signala nalazi se unutar 10 - 250Hz
• Preporuka (SENIAM, ISEK) je korištenje
visoko propusnog filtera od 10Hz i nisko
propusnog filtera 500Hz
• Distribucija spektra može biti izračunata
“Fast Fourier Transformation” (FFT) i
grafički prikazana „Power” spektrom na
kojem je Y koordinata distribucija
frekvencije, a X koorinata omjer
frekvencijskog pojasa

Frekvencijska analiza
Vremenska domena signala transformirana FFT-om u frekvencijsku domenu
FFT
vremenska domena
frekvencijska domena
• Kod pojave umora mišića učestalost
aktivacije se smanjuje, ali ukupna
amplituda u vremenskom području
može ostati konstantna.
• Iz tog razloga mišićni umor ne može se
vidjeti u vremenskoj domeni

Frekvencijska analiza
Pojavom umora mišića medijan i srednja vrijednost frekvencijskog spektra smanjuje se i
kreće se prema lijevoj strani frekvencijske skale.
Vrijedi samo za izometričku kontrakciju ili statičku kontrakciju.
frekvencijska domena

Literatura
J.V. Basmajian
Biofeedback
Principles and Practice for Clinicians
Williams Wilkins, Baltimore 1989
ISBN 0-683-00357-7
C.J. De Luca; M. Knaflitz
Surface Electromyography:
What’s New?
C.L.U.T., Torino 1992
ISBN -
J.V. Basmajian; C.J. De Luca
Muscles Alive
Their Function Revealed by
Electromyography.
Williams Wilkins, Baltimore 1985
ISBN 0-683-00414-X
J.R.Cram; G. Kasman
Introduction to Surface
Electromyography
Aspen 1998
ISBN 0-8342-0751-6
R.M. Enoka
Neuromechanical Basis
of Kinesiology
Human Kinetics, Champaign 1994
ISBN 0-87322-655-8
G.S. Kasman et al.
Clinical Applications in
Surface Electromyography
Chronic Musculoskeletal Pain.
Aspen 1997
ISBN 0-8342-0752-4

Literatura
S. Kumar; A. Mital
Electromyography in
Ergonomics
Taylor&Francis, London 1996
ISBN 0-7484-0130-X
D.A. Winter
Biomechanics and Motor
Control of Human Movement
John Wiley & Sons New York 1990
ISBN 0-683-00357-7
US Department of Health and
Human Services
Selected Topics in Surface
Electromyography for Use in
Occupational Settings:
Expert Perspectives
DHHS NIOSH Publications
#91-100 1992
J. Perry
Gait Analysis
Normal and Pathological Function
Slack Thorofare 1992
ISBN 1-55642-192-3
C. Richardson et al.
Therapeutic Exercises for
Spinal Segmental Stabilization
in Low Back Pain
Churchill Livingstone, Edinburg 1999
ISBN 0-443-058024
D.A: Winter
The Biomechanics and Motor
Control of Human Gait:
Normal, Elderly and Pathological
Waterloo Biomechanics 1991
ISBN 0-88898-105-8

Pitanja
1. Definicija EMGa?
2. Kako nastaje EMG signal?
3. Što znači kratica sEMG?
4. Područje primjene EMGa?
5. Koje su prednosti sEMGa?
6. Nabroji faktore koji utječu na sEMG signal!
7. Što je to fiziološko preslušavanje signala - “cross talk”
8. Koje vrste fiziološkog preslušavanja signala poznaješ?
9. Što je SENIAM protokol?
10. Koje vrste oblika EMG signala poznaješ?
11. Koje autore iz područja EMGa poznaješ?