EMG Miksi EMG? Jouni Kallio Kontrollisignaalit Fusimotoneuronit Lihasspindeli + Lihashermot - Golgin jänne-elin Raaka EMG-signaali Elektrodi Lihas DEKOMPOSITIO signaalin hajotus Lihasvoima Lihas α-motoreuronit Kuorman ominaisuudet ISO/CON/ECC Hermoyhteys Ulkoinen voima Vaikutus Yksittäisten motoristen yksiköiden aktiopotentiaalisarjat Tehtävä - Vertaile kahta mittausasetelmaa (filtteri, keräystaajuus ym.) 1. Pudotushyppy 1. EMG-signaalin muodostuminen - Pinta-EMG + voima 2. Maksimivoimatesti - Lanka-EMG + voima 1 EMG-signaali EMG-signaali - Signal = Volts (A-B) α-mn - Signal = Volts (A-B) +2 α-mn +2 A-B = (+1) - (+1) =0 A A-B = (+1) - (+1) =0 -2 B + + ++ + + + + ++ + + + ++ + + ++ + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - A ++ ++ + + + + ++ + + + ++ + + ++ + - - + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + - - - Lihassolu Lihassolu EMG-signaali EMG-signaali - Signal = Volts (A-B) α-mn - Signal = Volts (A-B) +2 α-mn +2 A-B = (-1) - (+1) = -2 A A-B = (+1) - (+1) =0 -2 B + + ++ - - + + ++ + + + ++ + + ++ + + + + + + - - - - + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - A Lihassolu EMG-signaali EMG-signaali - Signal = Volts (A-B) α-mn - Signal = Volts (A-B) +2 α-mn +2 A-B = (+1) - (-1) = +2 B A-B = (+1) - (+1) =0 -2 + + ++ + + + + + - - + + ++ + + ++ + + + + + + - - - - - - - - - + + - - - - - - - - - - - - Lihassolu -2 B ++ ++ + + - - ++ + + + ++ + + ++ + + + + + + - - - - - - + + - - - - - - - - - - - - - - - - Lihassolu A -2 B A B -2 ++ ++ + + + + ++ + + + + - - + ++ + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - + + - - - - - - - Lihassolu 2 EMG-signaali α-mn Lihassolukalvon johtumisnopeus määrää signaalin “terävyyden” = taajuus 2. EMG teho-tiheys spektri +2 A-B = (+1) - (+1) =0 A -2 B + + ++ + + + + ++ + + + ++ + + ++ + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Lihassolu EMG teho-tiheys spektri Esim: Siniaalto 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Power spectrum Taajuuskomponenttiin vaikuttavia tekijöitä: Elektrodien välinen etäisyys sijoituspaikka Ihopoimujen paksuus FFT ikkunan tyyppi (rectangle, triangle, Hamming…) FFT ikkunan sijoittaminen ja signaalin tasaisuus FFT ikkunan koko Power 1s Elektrodien Hz 10 Siniaalto – amplitudin vaikutus Power EMG-signaali 1s MF MPF 10 = Median frequency = jakaa pinta-alan kahteen yhtä suureen osaan = Mean power frequency = keskimääräinen taajuus Hz 3 Taajuuteen vaikuttaa Taajuuteen vaikuttaa 1. Rekrytointi Nopean lihaksen solukalvon johtumisnopeus on suurempi Syttymistiheyden kasvu EI nosta taajuutta! Power Kumpi on kumpi? 10 Hz 20 Taajuuteen vaikuttaa Taajuuteen vaikuttaa 2. Elektrodin koko 3. Ikkunan sijoittelu! 120 110 Kudokset toimivat filtterinä 10mm IED 100 90 80 20mm IED 70 60 80o 95o 110o 125o 140o Motoristen yksiköiden mittaaminen 3. Motoristen yksiköiden mittaaminen ja analysointi Perustuu aktiopotentiaalin ”yksilölliseen” muotoon ja amplitudiin a) Pintaelektrodeilla esim. 4-napainen multielektrodi b) Intramuskulaarielektrodeilla Neulaelektrodit Lankaelektrodit 4 Elektrodityypit Matriisielektrodi a c b 64 electrode matrix a) Pintaelektrodi b) Neulaelektrodi c) Ihonalainen lankaelektrodi 8 mm ELSCH064, LISiN-OT Bioelectronica, Torino, Italy Median frequency (Hz) Single column RMS (mV) Pinta-EMG:stä saatava informaatio: Pinta-EMG signaalin hajottaminen (decomposition) Lihassolukalvon ominaisuudet Hajottaminen tällä hetkellä mahdollista ~50 %:iin MVC:stä isometrisissa suorituksissa. Johtumisnopeus Amplitudi Power spectrum Lihaksen geometria Esim. Innervation zone (IZ) paikka Lihaksen aktivaatiomalli Motoristen yksiköiden rekrytointikynnys Motoristen yksiköiden syttymistiheys mV IZ Innervation zonen (IZ) paikka voi muuttua supistuksen aikana IZ paikan määrittäminen 30% MVC isometrisessä supistuksessa. Siirtyminen proksimaaliseen suuntaan jopa isometrisessä supistuksessa RMS (mV) 10% MVC 20% MVC IZ IZ 30% MVC 40% MVC 50% MVC 75% MVC 100% MVC IZ IZ IZ IZ IZ 5 Lankaelektrodi Concentric Electrode ½ mm Nelinapainen lankaelektrodi Nelinapainen lankaelektrodi 3 lankaa + macrosignaali WIRE 1 Ch1 Ch2 Ch3 WIRE 2 WIRE 3 MACRO-SIGNAL Ch4 Mittaaminen Elektrodityypit wire 1 wire 2 Neulaelektrodit 2-4-napaisia + signaalin laatu + neulaa voi liikutella kesken mittauksen, - lihasta ei wire 3 macro Lankaelektrodit 2-4 napaisia - signaalin laatu - lankaa ei voi liikutella kesken mittauksen, + lihasta voi torque Surface EMG 6 Analysointi A) ISAF histogrammi B) Motoristen yksiköiden tunnistus C) Automaattinen analyysi Esim. Spike2 -ohjelma Signaalin hajottaminen eli decomposition DeLuca 1982 Esim. Daisy –ohjelma Intramuscular spike-amplitudefrequency (ISAF) histogram Jaetaan ”yksiköt” amplitudin mukaan analysoidaan ISAF analyysi syttymistiheyttä (mean spike frequency) amplitudia (mean spike amplitude) Decomposition: Daisy -ohjelma … 200 µV Amplitudi Wire EMG Force 100µV … Decomposition – miksi? 1. Yksiköiden tunnistus 4 3 2 1 1 T 55 3 57 56 2 58 1 T 59 2 3 60 1 61 2 62 3 63 2 T 64 CCC = 0.9281 NEP = 0.1417 1 2 3 4 5 6 MU2 MU1 7 Decomposition – miksi? Decomposition – miksi? = 1. Yksiköiden tunnistus MU2 MU2 MU1 MU1 Mitä tietoa saadaan? 1. Yksiköiden tunnistus 2. Päällekkäisten syttymisten hajotus Mitä tietoa saadaan? Syttymiskynnys + Syttymistiheys Syttymisvaihtelu Spike trigger averaging Voima tai pinta-EMG keskiarvoistetaan tietyn yksikön syttymisen perusteella. Muu vaihtelu on satunnaista ja nollautuu. pystytään erottelemaan yksittäisen yksikön voimantuotto-ominaisuuksia vrt. valoisuus: Kesto, ”turns”… MU2 MU1 pilvien vaikutus satunnaista vuorokauden- ja vuodenajan vaikutus säännöllistä Mitä tietoa saadaan? Refleksipiikin tutkiminen liikkeessä EMG-aktiivisuus Venytysrefleksi luonteeltaan satunnaista EMG:ssä ”aina samaan aikaan” saadaan esiin keskiarvoistamalla useita suorituksia 8 Raaka EMG-signaali 4. Esimerkkejä Elektrodi Lihas DEKOMPOSITIO signaalin hajotus α-motoreuronit Yksittäisten motoristen yksiköiden aktiopotentiaalisarjat Harjoittelu Immobilisaatio -Spike triggered averaging -Motorisen yksikön tuottama voima ↓ torque -Spike triggered averaging -Motorisen yksikön tuottama voima ↑ Before training After training recruitment threshold Väsymys Ikääntyminen johtumisnopeus lihassolukalvon synkronisaatio 21.4% Syttymistiheys MVC Taajuudet lämpötila Duchateau & Hainaut [/s] Firing rate 10 *** * ** TH10% TH20% L10% 8 6 4 2 0 L20% 9 Ikääntyminen Doubletit = sama yksikkö syttyy kaksi kertaa <20ms aikana Voiman vaihtelu Syttymistiheyden vaihtelu [%] [%] F CV% 7 6 FR CV% 30 * 25 5 20 4 15 Tehostaa voimantuottoa Esiintyy: Harjoittelu Väsymys Nopea 3 voimantuotto 10 2 5 1 0 0 L10 % L20 % L10 % L20 % Tehtävä - Vertaile kahta mittausasetelmaa (filtteri, keräystaajuus ym.) 1. Pudotushyppy - Pinta-EMG + voima 2. Maksimivoimatesti - Lanka-EMG + voima From G. Kamen -06 Esim: Siniaalto Power 10 1s Hz 10
© Copyright 2024