Interface cérebro computador aliada à estimulação elétrica funcional e detecção de fadiga neuromuscular por MMG aplicada ao controle muscular isométrico em pessoas com lesão medular completa
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Data
2021-02-01
Autores
Orientador
Teixeira, Marcelo Minhoto Carvalho
Coorientador
Pós-graduação
Engenharia Elétrica - FEIS
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
Pessoas com lesão medular (LM) podem ter seus músculos paralisados ativados por estimulação elétrica funcional (FES). Esta ferramenta de neuro modulação não invasiva é importante para induzir neuroplasticidade ou durante o controle de movimentos em neuropróteses. A literatura mostra que a integração da interface cérebro-computador (BCI) com a estimulação elétrica funcional (FES) tem um potencial promissor na área de reabilitação. A eletroencefalografia (EEG) é capaz de abstrair as intenções dos movimentos por meio de imagética motora, acionando a FES. Esta pesquisa apresenta um sistema de controle neuromuscular isométrico do músculo quadríceps, ativado por EEG. Além disso, é proposta a detecção da fadiga neuromuscular por meio da técnica da mecanomiografia (MMG), utilizada para desligamento do sistema. Um estudo piloto foi testado com um voluntário com paraplegia crônico de 42 anos (sem contração voluntária abaixo do nível da lesão T8). Para tanto, o procedimento de treinamento dos sinais de EEG foi dividido nas fases de calibração e feedback. Na primeira fase, quatro canais de EEG e o classificador Linear Discriminant Analysis (LDA) foram usados para classificar entre a imagética motora da perna direita e repouso. A precisão máxima obtida durante esta etapa foi de 77 \%. Na fase de feedback, o voluntário conseguiu ativar a FES por meio do BCI em todos os testes avaliados. O controle de força em malha fechada foi testado com o \textit{setpoint} de 2kgf e 2,5kgf e mostrou-se estável, desligando com sucesso a FES usando o limiar de fadiga do sinal MMG.
Resumo (inglês)
People with spinal cord injury (SCI) can have their paralyzed muscles activated through functional electrical stimulation (FES). This non-invasive neuromodulation tool is important to induce neuroplasticity or during movement control in neuroprosthesis. The literature shows that the integration of the brain-computer interface (BCI) with functional electrical stimulation (FES) has promising potential in the area of rehabilitation. Electroencephalography (EEG) is able to abstract movements intentions through motor imagery, triggering FES. This research presents an isometric neuromuscular control system of the quadriceps muscle, activated by EEG. Additionally, the detection of neuromuscular fatigue through the mechanomyography (MMG) technique is proposed, which is used to shut-off the system. A pilot study was tested with a chronic 42-years-old paraplegic (no voluntary contraction below the lesion level T8) volunteer. To do so, the training procedure for EEG signals was divided into the calibration and feedback phases. In the first phase, four EEG channels and the Linear Discriminant Analysis (LDA) classifier were used to classify between motor imagery of the right leg and remain at rest. The maximum accuracy obtained during this stage was 77%. In the feedback phase, the volunteer was able to connect FES through BCI in all evaluated tests. The closed-loop force control was tested with the setpoint of 2kgf and 2.5kgf and proved to be stable, successfully turning off the FES using the fatigue threshold from the MMG signal.
Descrição
Idioma
Português