PROTOCOLLO PER L’ANALISI DEL SEGNALE EMG

Per analizzare i segnali di elettromiografia raccolti durante le prove stato creato un unico protocollo che ha consentito di calcolare l’attivazione di ogni singolo muscolo e di trovare la percentuale di attivazione degli stessi a partire dalla conoscenza dei massimali muscolari. Il software utilizzato per la creazione di tale protocollo è stato Smart Analyzer descritto in § 4.4. Il protocollo è in pratica diviso in due parti: nella prima viene calcolato il

Vettore prodotto vettoriale Vettore cavigliera

Punto medio cavigliera

Marker caviglieraInf Marker caviglieraSup

Applicazione Forza Vettore asse Z della

valore di eccitazione massima, espressa in millivolt mV, dai segnali EMG ottenuti in condizioni di isometria, mentre nella seconda si deriva l’attivazione normalizzata di ogni muscolo durante il movimento di flesso-estensione.

6.2.1 Calcolo della Massima Contrazione Volontaria - MVC

L’inizio dell’analisi si concentra sui segnali EMG massimali acquisiti al termine delle prove di flesso-estensione sulla macchina isocinetica Il massimo valore elettromiografico che può effettivamente sviluppare un muscolo, denominato MCV, è stato calcolato attraverso le seguenti procedure:

− rettifica del segnale,

− integrazione del segnale rettificato con una finestra mobile,

− filtraggio del segnale ottenuto,

− individuazione del valore massimo.

Per effettuare queste elaborazioni sul segnale è stato sviluppato un protocollo, con lo Smart Analyzer che consente l’individuazione del valore massimale a partire dal segnale grezzo; il protocollo è stato implementato attraverso l’utilizzo di particolari operatori selezionabili dal software.

Figura 6.14. Operatori utilizzati con Analyzer per il calcolo dei massimali di ogni muscolo per la successiva normalizzazione dei segnali.

Inizialmente il segnale viene rettificato attorno allo zero; ossia ne viene calcolato il modulo. Successivamente viene fatta un’integrazione di questo segnale in una finestra

mobile di 0,15 sec; con questa operazione viene praticamente ottenuto l’inviluppo del segnale e tale calcolo viene fatto in una finestra temporale mobile che permette di tener conto dell’ EMG agli istanti precedenti dando origine ad un segnale più regolare. Il segnale così ottenuto è stato poi filtrato con un filtro passa-basso alla frequenza di taglio di 5 Hz in modo da eliminare disturbi derivanti ad esempio da movimenti superficiali della cute e metterne in evidenza le componenti d'interesse. Sono state adottate due diverse linee guida nel protocollo; una prima prevede di trovare il massimale per ciascun muscolo derivante dalle prove isometriche effettuate manualmente, mentre la seconda vuole ottenere il massimo valore di attivazione per ogni muscolo ottenuto come massimo tra i massimali relativi misurati per ogni angolo di prova isometrica effettuata. Il calcolo di questi valori verrà utilizzato in fase di normalizzazione del segnale EMG registrato in regime isocinetico.

6.2.2 Elaborazione dei segnali EMG relativi alle prove sperimentali

Una volta determinati i valori di MVC, questi sono stati utilizzati per normalizzare il segnale EMG registrato durante le prove isocinetiche Il protocollo che prevede tale operazione elabora i segnali alla stessa maniera di quanto visto per il protocollo utilizzato per il calcolo della MVC. Si procede perciò alla rettifica, all’integrazione e al filtraggio del segnale. A questo punto, il protocollo, rispetto a quello precedentemente descritto, è stato aggiornato con alcune modifiche che hanno permesso di ottenere un segnale normalizzato rispetto al valore massimo MCV calcolato per ogni muscolo. Il segnale che vi si ottiene è ora da intendersi come una percentuale di attivazione di quel muscolo rispetto al massimo che quel muscolo può sviluppare.

Figura 6.15. Operatori utilizzati con Analyzer per la normalizzazione dei segnali EMG di ogni muscolo.

Come esempio chiarificatore vengono riportati di seguito i grafici dei vari segnali rielaborati di un muscolo monitorato durante una delle prove sperimentali. Si noti che sono stati graficati i segnali EMG solamente di un ciclo di flesso-estensione. Il muscolo in esame è il vasto laterale misurato durante una prova a 60°/sec su PT.

-2 -1 0 1 2 3 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 tempo [s] [m V ] -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 tempo [s] [m V ] 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 tempo [s] [m V ] 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 tempo [s] [m V ]

Figura 6.16. Esempio di segnale grezzo EMG (A), rettifica del segnale (B), integrazione del segnale (C) e filtraggio del segnale (D).

A

B

C

Per completezza, si è eseguita anche una media del segnale sui quattro cicli e il calcolo della deviazione standard per avere informazioni sulla continuità di attivazione muscolare tra diversi cicli di flessione ed estensione della gamba. Per fare ciò è stato necessario individuare prima di tutto i singoli cicli. La selezione dei cicli viene effettuata segnalando gli eventi di inizio/fine ciclo con riferimento al valore massimo dell’angolo di flesso-estensione del braccio meccanico della macchina isocinetica. Il valore massimo di tale angolo è quello in cui il tester è nella situazione di massima flessione. La selezione dei cicli è possibile con l’Analyzer tramite un’interfaccia che visualizza l’andamento temporale della angolo di flesso-estensione lungo tutto il tempo in cui si svolge l’esercizio motorio. Il protocollo richiede all’utente di individuare e selezionare i punti di massimo della funzione che, considerato il tipo di esercizio, è una funzione sinusoidale; in questo modo vengono definiti i singoli cicli per i quali viene estratto il segnale elettromiografico e sarà possibile anche calcolare un segnale EMG medio con la sua deviazione standard.

Figura 6.17. Operatori utilizzati con Analyzer per la determinazione dei diversi cicli che permettono il calcolo di media e varianza del segnale EMG in tutti i quattro cicli di prova.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 [% ciclo] [A tt % ]

Figura 6.18. Esempio di media e varianza del segnale EMG del vasto laterale in una prova a 60°/sec su PT.