مقایسه اثر روش نرمال کردن سیگنال الکترومیوگرافی در قابلیت اطمینان آن در حرکت روی پله و سطح شیب‌دار

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی پزشکی بیومکانیک، گروه مهندسی بیومکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی بیومکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

3 دانشیار، گروه فیزیوتراپی، دانشکده توانبخشی، دانشگاه علوم پزشکی تبریز، تبریز، ایران

چکیده

مقدمه و اهداف
با توجه به متغیر بودن سیگنال الکترومیوگرافی (EMG) عضله‌ها در افراد مختلف، این سیگنال‌ها باید به یک سیگنال مرجع در هر فرد نرمال شود تا کمیتی قابل مقایسه بین افراد به دست آید. هدف اصلی مطالعه حاضر، مقایسه قابلیت اطمینان سیگنال EMG عضله‌های اندام تحتانی در بین پنج روش نرمال کردن دامنه‌ی سیگنال در حرکت روی پله و سطح شیب‌دار است.
مواد و روش‌ها
چهارده نفر مرد سالم فعالیت‌های بالا و پایین رفتن از سطح شیب‌دار و پله را انجام دادند. تمامی این فعالیت‌ها شش بار تکرار شد. سیگنال الکترومیوگرافی از عضله‌های پهن میانی، پهن جانبی، راست رانی و تیبیالیس قدامی در هنگام هر حرکت و نیز در هنگام بیشترین انقباض ارادی ایزومتریک ثبت شد. این سیگنال‌ها به پنج روش نرمال گردید. در این روش‌ها سیگنال مرجع برای نرمال کردن، بیشینه سیگنال در بیش‌ترین انقباض ارادی ایزومتریک (MVIC)، بیش‌ترین مقدار RMS سیگنال در طول فعالیت (PT)، میانگین RMS سیگنال در طول فعالیت (MT)، بیش‌ترین مقدار سیگنال خام در طول فعالیت (PT-raw) و میانگین سیگنال خام در طول فعالیت (MT-raw) انتخاب شد.
یافته‌ها
برای تمام فعالیت‌ها روش MVC قابلیت اطمینان بالا و کمترین خطا را نشان داد. در این روش متوسط ضریب همبستگی درون طبقاتی (ICC) و خطای استاندارد اندازه­گیری (SEM) در فعالیت­ها به ترتیب 74/0 و 80/4  به دست آمد. درروش MT نیز کمترین قابلیت اطمینان و بیشترین خطا مشاهده شد، به طوری که میانگین ICC و SEM در فعالیت­ها به ترتیب 15/0 و 43/88 بود. اگرچه روش‌های PT، PT-raw و MT-raw قابلیت اطمینان مشابه و پایینی را نشان دادند، ولی روش PT-raw دارای SEM کمتری بود که نشان­دهنده قابلیت اطمینان مطلق بالا می­باشد.
نتیجه‌ گیری
در حرکت روی پله و سطح شیب­دار، در صورت موجود نبودن سیگنال MVC برای افراد سالم، روش PT-raw پیشنهاد می‌شود که قابلیت اطمینان نسبتاً بهتری از سایر روش‌ها داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Normalization Methods on the Reliability of EMG during Stair Negotiation and Ramp Walking

نویسندگان [English]

  • Seyed Mohammad Sadat Khorasani 1
  • Alireza Hashemi Oskouei 2
  • Fariba Ghaderi 3
1 Department of Biomechanics, Faculty of Mechanical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
2 Department of Biomechanics, Faculty of Mechanical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
3 Faculty of Rehabilitation, Tabriz University of Medical Sciences, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Background and Aim: Due to the variability of the Electromyography (EMG) signals in different individuals, the signals need to be normalized to a reference signal in order to enable comparisons between individuals. The aim of the present study was to determine the reliability of EMG of lower extremity muscles in five signal normalization methods.
Materials and Methods: A total of 14 healthy individuals ascended and descended a set of stairs and a ramp. Each task was repeated six times. Surface EMGs of the Vastus Medialis (VM), Vastus Lateralis (VL), Rectus Femuris (RF), and Tibialis Anterior (TA) muscles were recorded during each exercise and the isometric Maximum Voluntary Contraction (MVC) of the muscles. Electromyography signals were normalized using five different methods. The reference signal for the normalization was corresponding signal of each muscle in MVC, Mean Dynamic Task (MT), Peak Dynamic Task Activity (PT), Mean of Raw Signal (MT-raw), and Peak of Raw Signal (PT-raw).
Results: The MVC method showed the highest reliability and the lowest standard measurement error (SEM). The averages obtained for ICC and SEM for the MVC method in different activities were 0.74 and 4.8, respectively. Also, the MT method showed the lowest reliability and the highest error. The averages obtained for ICC and SEM in different exercises were found to be 0.15 and 88.43, respectively. Although PT, PT-raw, and MT-raw methods showed a similar and average reliability (0.33< ICC<0.39), the MT-raw method showed a low error (high absolute reliability).
Conclusion: In conclusion, MVC demonstrated the highest reliability; therefore, it is suggested as the best normalization method for young healthy people during stair up and ramp walking.

کلیدواژه‌ها [English]

  • EMG normalization
  • Reliability
  • Stair Negotiation
  • Inclined Surface
  1. Konrad P. The ABC of EMG. A practical introduction to kinesiological electromyography. 2005;1:30-5.
  2. De Luca CJ. The use of surface electromyography in biomechanics. Journal of applied biomechanics. 1997;13:135-63.##
  3. Chowdhury RH, Reaz MB, Ali MABM, Bakar AA, Chellappan K, Chang TG. Surface electromyography signal processing and classification techniques. Sensors. 2013;13(9):12431-66. ##
  4. Burden A. How should we normalize electromyograms obtained from healthy participants? What we have learned from over 25years of research. Journal of Electromyography and Kinesiology. 2010;20(6):1023-35. ##
  5. Burden A, Bartlett R. Normalisation of EMG amplitude: an evaluation and comparison of old and new methods. Medical engineering & physics. 1999;21(4):247-57. ##
  6. Halaki, Mark, and Karen Ginn. "Normalization of EMG Signals: To Normalize or Not to Normalize and What to Normalize to?." CURRENT APPLICATIONS AND FUTURE CHALLENGES (2012): 175. ##
  7. Merletti R, Wallinga W, Hermens HJ, Freriks B. Guidelines for reporting SEMG data. In: Hermens HJ, Freriks B, Merletti R, Stegman D, Blok J, Rau G, Disselhorst-Klug C, Hagg G, editors. European recommendations for surface electromyography: results of SENIAM project. Enschede: Rossingh Research and Develeopment: 1999. P 103-105##
  8. Clarys JP. Elecromyography in sports and occupational settings: an update of its limits and possibilities. Ergonomics 2000; 20:108-17##
  9. Winter D, EMG interpretation. In: Kumar S, Mital A, editors. Electromyography in ergonomics. London: Taylor & Francis; 1996. P 109-25##
  10. Perry J. Gait Analysis: normal and pathological function. Thorofare, NJ: SLACK; 1992. ##
  11. Weir JP. Quantifying test-retest reliability using the intraclass correlation coefficient and the SEM. The Journal of Strength & Conditioning Research. 2005;19(1):231-40. ##
  12. Oskouei AH, Paulin MG, Carman AB. Intra-session and inter-day reliability of forearm surface EMG during varying hand grip forces. Journal of Electromyography and Kinesiology. 2013;23(1):216-22. ##
  13. Nagata H. Analysis of fatal falls on the same level or on stairs/steps. Safety science. 1991;14(3):213-22. ##
  14. Scott A. Falls on stairways: literature review: Health and Safety Laboratory; 2005. ##
  15. Shekelle PG, Morton S, Chang JT, Mojica W, Maglione M, Suttorp M. Falls prevention interventions in the medicare population. Baltimore, MD: US Department of Health and Human Services. Health Care Financing Administration. In preparation.[Rec#: 5113]. 2003. ##
  16. Biomonitor. Available: http://www.megaemg.com##
  17. Cram JR, Kasman GS, Holtz J. Introduction to Surface Electromyography. Aspen Publishers Inc.; Gaithersburg, Maryland, 1998. ##
  18. Bolgla MJ, Uhl TL. Reliability of electromyography normalization methods for evaluating of the hip musculature. Journal of Electromyography and Kinesiology 2007;17: 102-111##
  19. Benoit DL, Lamontagne M, Cerulli G, Liti A. The clinical significance of electromyography normalization techniques in subjects with anterior cruciate ligament injury during treadmill walking. Gait &Posture 2003; 18: 56-63##