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

e l e t r o m i o g r a f i a

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

e l e t r o m i o g r a f i a

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?

e l e t r o m i o g r a f i a

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)

e l e t r o m i o g r a f i a

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?

e l e t r o m i o g r a f i a

PROCESSAMENTO DO SINAL

ELETROMIOGRÁFICO

e l e t r o m i o g r a f i a

- De sua análise derivam os padrões de ativação

muscular, a amplitude elétrica de ativação e as

freqüências características do registro bruto -

ELETROMIOGRAFIA

e l e t r o m i o g r a f i a

Soderberg GL, Cook TM. Electromyography in biomechanics. Phys Ther. 1984 Dec;64(12):1813-20

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

e l e t r o m i o g r a f i a

e l e t r o m i o g r a f i a

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)

e l e t r o m i o g r a f i a

Finsterer J. EMG-interference pattern analysis. J Electromyogr Kinesiol. 2001 Aug;11(4):231-46

• Atividade espontânea – 0% da CVM

• PAUM – 1 a 9% da CVM

• Padrão de interferência – 10-100% da CVM ou mais.

Sinal Bruto ou Padrão de Interferência de PAUMs

e l e t r o m i o g r a f i a

Finsterer J. EMG-interference pattern analysis. J Electromyogr Kinesiol. 2001 Aug;11(4):231-46

e l e t r o m i o g r a f i a

Artefato de Movimento 10-12Hz

Sin

al sEM

G N

ão-Pro

cessado

e l e t r o m i o g r a f i a

Artefato de Movimento 10-12Hz

Sin

al sEM

G N

ão-Pro

cessado

e l e t r o m i o g r a f i a

Sinal sEMG Bruto (Raw Signal)

Sin

al sEM

G N

ão-Pro

cessado

e l e t r o m i o g r a f i a

Sinal sEMG Bruto (Raw Signal)

Sin

al sEM

G N

ão-Pro

cessado

e l e t r o m i o g r a f i a

Sinal sEMG Bruto (Raw Signal)

Sin

al sEM

G N

ão-Pro

cessado

e l e t r o m i o g r a f i a

Que análises são possíveis a partir do sinal sEMG ?

Domínio do tempoanálises temporais

Domínio da freqüência análises espectrais

e l e t r o m i o g r a f i a

Determinação do início da atividade

Onset

DP = x

DP = 2X

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i a

Como apresentar os dados de Início da Atividade sEMG?

• Tempo de Latência

• Tempo de Retardo

• Porcentagem de Disparo

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i a

Controle sem DFP

Voluntário com DFP

Determinação do início da atividade

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i a

Controle sem DFP

Voluntário com DFP

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. 2005 Feb;84(2):106-11

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

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i a

Controle sem DFP

Voluntário com DFP

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. 2004 Dec;36(12):2040-5

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

O início da atividade foi marcado determinado visualmente

e l e t r o m i o g r a f i a

Controle sem DFP

Voluntário com DFP

Merlo A, Farina D, Merletti R. A fast and reliable technique for muscle activity detection from surface EMG signals. IEEE Trans Biomed Eng. 2003 Mar;50(3):316-23

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i a

Determinação do início da atividade

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i a

Erros de registro que prejudicam a análise de início da atividade

• Sinal “limpo”

• Com crosstalk ECG

Freqüência

cardíaca

detectada

e l e t r o m i o g r a f i a

Erros de registro que prejudicam a análise de início da atividade

• Com interferência de rede

• Com DC-offset

Linha de

base não é

zero

60 Hz

e l e t r o m i o g r a f i a

Erros de registro que prejudicam a análise de início da atividade

• Com artefato de movimento

• Com saturação de amplificação (+/–0.5 V)

Eletrodos

“saltitantes”

Sinal

“preso” +/–

0.5 V

e l e t r o m i o g r a f i a

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

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i a

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

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i a

Retificação do Sinal SEMG

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i a

Alisamento do Sinal SEMG

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i a

Alisamento do Sinal SEMG

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i a

Envoltório linear normalizado do sinal SEMG

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i aSin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

Oliveira AS, Rodrigues D, Bérzin F. Avaliação da amplitude eletromiográfica do músculo deltóide em diferentes faixas etárias. Rev Bras Fisio 2004;8(3):171-177

e l e t r o m i o g r a f i aSin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

Oliveira AS, Rodrigues D, Bérzin F. Avaliação da amplitude eletromiográfica do músculo deltóide em diferentes faixas etárias. Rev Bras Fisio 2004;8(3):171-177

e l e t r o m i o g r a f i a

Integração da Amplitude SEMG

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i aSin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

Harris-Love ML, Macko RF, Whitall J, Forrester LW. Improved hemiparetic muscle activation in treadmill versus overground walking. Neurorehabil Neural Repair. 2004 Sep;18(3):154-60

e l e t r o m i o g r a f i a

Grupo Normal - Pré TENS Grupo DTM - Pré TENS

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

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):510-515

e l e t r o m i o g r a f i a

Grupo Normal - Pós TENS Grupo DTM - Pós TENS

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

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):510-515

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

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i a

=Valor de co-ativação

( antagonista )

( agonista) + ( antagonista )

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) 348-351

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i aDamiano 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. 2000 Jul;81(7):895-900

e l e t r o m i o g r a f i aFonseca 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

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i aAagaard 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. 2000 Apr;10(2):58-67

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i aAagaard 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. 2000 Apr;10(2):58-67

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

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. 2000 May;80(5):485-98.

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i a

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:

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i a

Pico Máximo=127 volts

RMS=110 volts

127

-127

Amplitude (µv)

Tempo (s)

Raiz Quadrada da Média dos Quadrados

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i a

1- Eleva ao quadrado cada valor do sinal bruto

2- Cria uma média

3- Calcula a raiz quadrada

RMS{m(t)}= (1/T ∫ tt + T m2 (t)dt )½

Raiz Quadrada da Média dos Quadrados

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i aRodrigues 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): 290-295

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i aRodrigues 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): 290-295

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

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)

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i a

Processamento da Relação sEMG x Força

• EMG integrado x Força

• Envoltório Linear x Força

• RMS x Força

• Rede Neural

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i aStokes IA. Relationships of EMG to effort in the trunk under isometric conditions: force-increasing and decreasing effects and temporal delays. Clin Biomech (Bristol, Avon). 2005 Jan;20(1):9-15

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i a

Alkner BA, Tesch PA, Berg HE. Quadriceps EMG/force relationship in knee extension and leg press. Med Sci Sports Exerc. 2000 Feb;32(2):459-63

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Tem

pora

l

e l e t r o m i o g r a f i a

Domínio da Freqüência

Determinação das freqüências que compõem o sinal

EMGS bruto

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Espectr

al

e l e t r o m i o g r a f i a

... mas como são determinadas as freqüências?

• Cruzamentos em Zero

• Turns

• Transformada Rápida de Fourier (FFT) - [ISEK]

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Espectr

al

e l e t r o m i o g r a f i a

Série de Fourier

Jean Baptiste Joseph Fourier (March 21,

1768 - May 16, 1830) matemático e físico

francês qu deu início ao estudo das séries de

Fourier.

http://www.victorianweb.org/science/fourier.jpg

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Espectr

al

e l e t r o m i o g r a f i aSin

al sEM

G P

rocessado -

Espectr

al

e l e t r o m i o g r a f i aSin

al sEM

G P

rocessado -

Espectr

al

e l e t r o m i o g r a f i aSin

al sEM

G P

rocessado -

Espectr

al

e l e t r o m i o g r a f i a

Conteúdo Espectral do EMGS

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Espectr

al

e l e t r o m i o g r a f i a

Man Ther. 2000 Mar;1(2):99-103.

O que é a densidade espectral de potência do sinal SEMG?

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Espectr

al

e l e t r o m i o g r a f i a

Freqüência Moda – aquela que apresenta a maior quantidade de amplitude.

Freqüências Características

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Espectr

al

e l e t r o m i o g r a f i a

Freqüência Média – aquela que representa a o conteúdo médio de

amplitude.

Freqüências Características

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Espectr

al

e l e t r o m i o g r a f i a

Freqüência Mediana – aquela que representa a divisão geométrica do

espectro em duas áreas de mesma amplitude (soma integral).

Freqüências Características

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Espectr

al

e l e t r o m i o g r a f i a

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. 2000 Mar;1(2):99-103.Sin

al sEM

G P

rocessado -

Espectr

al

e l e t r o m i o g r a f i a

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.

Índice de Fadiga - SLOPE

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Espectr

al

e l e t r o m i o g r a f i aSin

al sEM

G P

rocessado -

Espectr

al

Espectrograma 3D

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

e l e t r o m i o g r a f i aCaria PHF. Análise Eletromiográfica dos Músculos Masseter e Temporal durante Atividade Mastigatória em Portadores de Disfunção Temporomandibular. 2001

Controle DTM

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Espectr

al

e l e t r o m i o g r a f i a

FM Normalizada Mastigação Normais

FM Normalizada Mastigação DTM

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

Início 25 50 75 100

TD

MD

TE

ME

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

Início 25 50 75 100

TD

MD

TE

ME

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

Início Desconforto Fadiga

TD

MD

TE

ME

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

Início Desconforto Fadiga

TD

MD

TE

ME

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Espectr

al

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

e l e t r o m i o g r a f i a

RMS Normalizado Mastigação Normais

RMS Normalizado Mastigação DTM

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

Início 25 50 75 100

TD

MD

TE

ME

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

Início 25 50 75 100

TD

MD

TE

ME

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

Início Desconforto Fadiga

TD

MD

TE

ME

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

Início Desconforto Fadiga

TD

MD

TE

ME

Sin

al sEM

G P

rocessado -

Espectr

al

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

e l e t r o m i o g r a f i a

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) recomendado – 0,25 a 0,5 segundos

em contrações de baixos níveis intensidade – 1-2 segundos

Estimações da amplitude de sinais

branqueados

recomendado quando uma alta relação sinal:ruído na

amplitude estimada é importante

e l e t r o m i o g r a f i a

Estimativa da amplitude eletromiográfica em contrações dinâmicas

EMG retificado e alisado recomendado especificar o tipo de filtro, ordem e freqüência

de corte

Ensemble averaging

[média de vários ciclos]

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. 2000 May;80(5):485-98

e l e t r o m i o g r a f i a

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