Miksi EMG? Tehtävä EMG. 1. EMG-signaalin muodostuminen. Jouni Kallio

Transkriptio

1 EMG Miksi EMG? Jouni Kallio Kontrollisignaalit Fusimotoneuronit Lihasspindeli Lihashermot Golgin jänneelin Raaka EMGsignaali Lihasvoima Elektrodi Lihas DEKOMPOSITIO signaalin hajotus Lihas αmotoreuronit Hermoyhteys Kuorman ominaisuudet ISO/CON/ECC Vaikutus Ulkoinen voima Yksittäisten motoristen yksiköiden aktiopotentiaalisarjat Tehtävä Vertaile kahta mittausasetelmaa (filtteri, keräystaajuus ym.) 1. Pudotushyppy PintaEMG voima 2. Maksimivoimatesti LankaEMG voima 1. EMGsignaalin muodostuminen 1

2 2 EMGsignaali Signal = Volts () = (1) (1) = αmn EMGsignaali Signal = Volts () = (1) (1) = αmn EMGsignaali Signal = Volts () = (1) (1) = αmn EMGsignaali Signal = Volts () = (1) (1) = αmn EMGsignaali Signal = Volts () = (1) (1) = αmn EMGsignaali Signal = Volts () = (1) (1) = αmn

3 αmn EMGsignaali kalvon johtumisnopeus määrää signaalin terävyyden = taajuus = (1) (1) = EMG tehotiheys spektri 2 EMG tehotiheys spektri Power spectrum Taajuuskomponenttiin vaikuttavia tekijöitä: Elektrodien välinen etäisyys Elektrodien sijoituspaikka Ihopoimujen paksuus FFT ikkunan tyyppi (rectangle, triangle, Hamming ) FFT ikkunan sijoittaminen ja signaalin tasaisuus FFT ikkunan koko Esim: Siniaalto s Power Hz Siniaalto amplitudin vaikutus EMGsignaali Power 1s MF MPF = Median frequency = jakaa pintaalan kahteen yhtä suureen osaan = Mean power frequency = keskimääräinen taajuus Hz 3

4 Taajuuteen vaikuttaa Taajuuteen vaikuttaa Power 1. Rekrytointi Nopean lihaksen solukalvon johtumisnopeus on suurempi Syttymistiheyden kasvu EI nosta taajuutta! Kumpi on kumpi? 20 Hz Taajuuteen vaikuttaa 2. Elektrodin koko Taajuuteen vaikuttaa 3. Ikkunan sijoittelu! mm IED Kudokset toimivat filtterinä mm IED o 95 o 1 o 125 o 140 o Motoristen yksiköiden mittaaminen 3. Motoristen yksiköiden mittaaminen ja analysointi Perustuu aktiopotentiaalin yksilölliseen muotoon ja amplitudiin a) Pintaelektrodeilla esim. 4napainen multielektrodi b) Intramuskulaarielektrodeilla Neulaelektrodit Lankaelektrodit 4

5 Elektrodityypit c a Matriisielektrodi b 64 electrode matrix a) Pintaelektrodi b) Neulaelektrodi c) Ihonalainen lankaelektrodi 8 mm ELSCH064, LISiNOT ioelectronica, Torino, Italy PintaEMG:stä saatava informaatio: kalvon ominaisuudet Johtumisnopeus mplitudi Power spectrum Median frequency (Hz) Single column RMS (mv) PintaEMG signaalin hajottaminen (decomposition) Hajottaminen tällä hetkellä mahdollista ~50 %:iin MVC:stä isometrisissa suorituksissa. Lihaksen geometria Esim. Innervation zone () paikka mv Lihaksen aktivaatiomalli Motoristen yksiköiden rekrytointikynnys Motoristen yksiköiden syttymistiheys Innervation zonen () paikka voi muuttua supistuksen aikana paikan määrittäminen 30% MVC isometrisessä supistuksessa. Siirtyminen proksimaaliseen suuntaan jopa isometrisessä supistuksessa RMS (mv) % MVC 20% MVC 30% MVC 40% MVC 50% MVC 75% MVC 0% MVC 5

6 Concentric Electrode Lankaelektrodi ½ mm Nelinapainen lankaelektrodi Nelinapainen lankaelektrodi 3 lankaa macrosignaali Ch1 Ch2 Ch3 WIRE 1 WIRE 2 WIRE 3 MCROSIGNL Ch4 Elektrodityypit wire 1 Mittaaminen Neulaelektrodit 24napaisia signaalin laatu neulaa voi liikutella kesken mittauksen, lihasta ei Lankaelektrodit 24 napaisia signaalin laatu lankaa ei voi liikutella kesken mittauksen, lihasta voi wire 2 wire 3 macro torque Surface EMG 6

7 nalysointi ) ISF histogrammi utomaattinen analyysi ) Motoristen yksiköiden tunnistus Esim. Spike2 ohjelma C) Signaalin hajottaminen eli decomposition DeLuca 1982 Esim. Daisy ohjelma Intramuscular spikeamplitudefrequency (ISF) histogram ISF analyysi Jaetaan yksiköt amplitudin mukaan analysoidaan syttymistiheyttä (mean spike frequency) amplitudia (mean spike amplitude) Wire EMG Force mplitudi 200 µv 0µV Decomposition: Daisy ohjelma Decomposition miksi? 1. Yksiköiden tunnistus 1 T T T 64 CCC = NEP = MU2 MU1 7

8 Decomposition miksi? Decomposition miksi? 1. Yksiköiden tunnistus = 1. Yksiköiden tunnistus 2. Päällekkäisten syttymisten hajotus MU2 MU2 MU1 MU1 Mitä tietoa saadaan? MU2 MU1 Syttymiskynnys Syttymistiheys Kesto, turns Syttymisvaihtelu Mitä tietoa saadaan? Spike trigger averaging Voima tai pintaemg keskiarvoistetaan tietyn yksikön syttymisen perusteella. Muu vaihtelu on satunnaista ja nollautuu. pystytään erottelemaan yksittäisen yksikön voimantuottoominaisuuksia vrt. valoisuus: pilvien vaikutus satunnaista vuorokauden ja vuodenajan vaikutus säännöllistä Mitä tietoa saadaan? Refleksipiikin tutkiminen liikkeessä EMGaktiivisuus luonteeltaan satunnaista Venytysrefleksi EMG:ssä aina samaan aikaan saadaan esiin keskiarvoistamalla useita suorituksia 8

9 Elektrodi Lihas Raaka EMGsignaali DEKOMPOSITIO signaalin hajotus 4. Esimerkkejä αmotoreuronit Yksittäisten motoristen yksiköiden aktiopotentiaalisarjat Harjoittelu Immobilisaatio Spike triggered averaging Motorisen yksikön tuottama voima Spike triggered averaging Motorisen yksikön tuottama voima efore training fter training torque recruitment threshold Duchateau & Hainaut Väsymys Taajuudet lihassolukalvon johtumisnopeus synkronisaatio lämpötila Ikääntyminen MVC 21.4% Syttymistiheys [/s] 8 *** * Firing rate ** TH% TH20% L% L20% 9

10 Ikääntyminen Voiman vaihtelu Syttymistiheyden vaihtelu [%] [%] F CV% 7 30 * FR CV% Doubletit = sama yksikkö syttyy kaksi kertaa <20ms aikana Tehostaa voimantuottoa Esiintyy: Harjoittelu Väsymys Nopea voimantuotto L % L20 % L % L20 % Tehtävä Vertaile kahta mittausasetelmaa (filtteri, keräystaajuus ym.) 1. Pudotushyppy PintaEMG voima 2. Maksimivoimatesti LankaEMG voima From G. Kamen 06 Esim: Siniaalto Power 1s Hz