Desenvolvimento de um sistema de avaliação de fadiga muscular utilizando mecanomiografia durante a aplicação de estimulação elétrica
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Data
2020-02-03
Autores
Araujo, Rafael Augusto de
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
A estimulação elétrica funcional (FES – Functional Electrical Stimulation) é amplamente utilizada na área de reabilitação, aplicada também em casos de lesão medular. Porém, ainda existem limitações com relação à aplicação clínica da FES utilizando controladores em malha fechada. Com isso, se faz necessário utilizar e aprimorar técnicas e sensores referentes a avaliação muscular durante protocolos de aplicação da FES. A mecanomiografia (MMG) é uma técnica promissora na avaliação da função muscular, possibilitando uma análise da fadiga muscular, registro de potênciais de ação da unidade motora, avaliação do comportamento muscular, entre outros. Vários estudos relacionam as propriedades contráteis dos músculos durante contrações voluntárias isométricas e dinâmicas com os sinais de MMG, bem como a utilização dos seus parâmetros para investigar a fadiga muscular. Nesse estudo, foi desenvolvido um sensor de MMG e incorporado em um sistema FES com capacidade de estimulação em malha aberta e malha fechada. Um protocolo de ensaio para membros inferiores foi proposto e testes com voluntários hígidos apontaram uma correlação linear significativa entre os valores RMS da MMG e a posição angular da articulação do joelho. Os testes realizados permitiram uma comparação entra a taxa de fadiga muscular gerada pela estimulação em malha aberta e a estimulção utilizando um controlador em malha fechada. Concluiu-se que os dados analisados demonstratram bons resultados na avaliação da fadiga muscular durante sessões de eletroestimulação, bem como uma boa perspectiva na utilização do sinal de MMG para realimentação de um sistema de controle.
Functional electrical stimulation (FES) is widely used in the rehabilitation area, also applied in cases of spinal cord injury. However, there are still many limitations regarding the clinical application of closed-loop FES. Thus, it is necessary to use and improve techniques and sensors related to muscle assessment during FES application protocols. Mechanomyography (MMG) is a promising technique in the evaluation of muscle function, allowing an analysis of muscle fatigue, recording of motor action potentials, assessment of muscle behavior, among others. Several studies relate the contractile properties of muscles during voluntary isometric and dynamic contractions with the signs of MMG, as well as the use of its parameters to investigate muscle fatigue. In this study, an MMG sensor was developed and incorporated into a FES system with open-loop and closed-loop stimulation capabilities. A test protocol for lower limbs was proposed and tests with healthy volunteers showed a significant linear correlation between MMG RMS values and the angular position of the knee joint. The tests performed allowed a comparison between the rate of muscle fatigue generated by open-loop stimulation and stimulation using a closed-loop controller. It was concluded that the analyzed data demonstrate good results in the evaluation of muscle fatigue during electrostimulation sessions, as well as a good perspective on the use of the MMG signal to feedback from a control system.
Functional electrical stimulation (FES) is widely used in the rehabilitation area, also applied in cases of spinal cord injury. However, there are still many limitations regarding the clinical application of closed-loop FES. Thus, it is necessary to use and improve techniques and sensors related to muscle assessment during FES application protocols. Mechanomyography (MMG) is a promising technique in the evaluation of muscle function, allowing an analysis of muscle fatigue, recording of motor action potentials, assessment of muscle behavior, among others. Several studies relate the contractile properties of muscles during voluntary isometric and dynamic contractions with the signs of MMG, as well as the use of its parameters to investigate muscle fatigue. In this study, an MMG sensor was developed and incorporated into a FES system with open-loop and closed-loop stimulation capabilities. A test protocol for lower limbs was proposed and tests with healthy volunteers showed a significant linear correlation between MMG RMS values and the angular position of the knee joint. The tests performed allowed a comparison between the rate of muscle fatigue generated by open-loop stimulation and stimulation using a closed-loop controller. It was concluded that the analyzed data demonstrate good results in the evaluation of muscle fatigue during electrostimulation sessions, as well as a good perspective on the use of the MMG signal to feedback from a control system.
Descrição
Palavras-chave
Mecanomiografia, Estimulação elétrica funcional, Fadiga Muscular, Controle em malha fechada, Mechanomyography, Functional electrical stimulation, Muscle fatigue, Closed-loop control