Study of the electromyographic signal dynamic behavior in Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS)

Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease characterized by motor neurons degeneration, which reduces muscular force, being very difficult to diagnose. Mathematical methods are used in order to analyze the surface electromiographic signal’s dynamic behavior (Fractal Dimension (FD) and Multiscale Entropy (MSE)), evaluate different muscle group’s synchronization (Coherence and Phase Locking Factor (PLF)) and to evaluate the signal’s complexity (Lempel-Ziv (LZ) techniques and Detrended Fluctuation Analysis (DFA)). Surface electromiographic signal acquisitions were performed in upper limb muscles, being the analysis executed for instants of contraction for ipsilateral acquisitions for patients and control groups. Results from LZ, DFA and MSE analysis present capability to distinguish between the patient group and the control group, whereas coherence, PLF and FD algorithms present results very similar for both groups. LZ, DFA and MSE algorithms appear then to be a good measure of corticospinal pathways integrity. A classification algorithm was applied to the results in combination with extracted features from the surface electromiographic signal, with an accuracy percentage higher than 70% for 118 combinations for at least one classifier. The classification results demonstrate capability to distinguish members between patients and control groups. These results can demonstrate a major importance in the disease diagnose, once surface electromyography (sEMG) may be used as an auxiliary diagnose method.

Estudo do controlo motor via Sincronias entre sinais de EEG e de EMG / Motor control study through sincrony between EEG and EMG signals

Um dos maiores desafios da neurofisiologia é o de compreender a forma como a informação é transmitida através do sistema nervoso. O estudo do sistema nervoso tem várias aplicações, tanto na neurologia, permitindo avanços ao nível clínico, como noutras áreas, e.g., nos sistemas de processamento de informação baseados em redes neuronais. A transmissão de informação entre neurónios é feita por via de sinais elétricos. A compreensão deste fenómeno é ainda incompleta e há projectos a nível europeu e mundial com o objetivo de modular o sistema nervoso no seu todo de forma a melhor o compreender. Uma das teses que se desenvolve hoje em dia é a de que a transmissão de sinais elétricos no sistema nervoso é influenciada por fenómenos de sincronia. O objetivo desta dissertação é o de otimizar um protocolo de aquisição e análise de dados reais de eletroencefalograma e eletromiograma com o propósito de observar fenómenos de sincronia, baseando-se num algoritmo (análise por referência de fase, ou RPA, do inglês reference phase analysis) que deteta sincronias de fase entre os sinais de eletroencefalograma (EEG) e um sinal de referência, que é, no caso presente, o eletromiograma (EMG). A otimização deste protocolo e sua validação indicaram a existência de fenómenos significativos de sincronia no sinal elétrico, transmitido entre os músculos da mão e o córtex motor, no decorrer da ação motora.

Anti-vibration gloves and the forearm efforts during tools operations

The objective of this paper is to analyze the forearm muscular contraction levels associated to the use of anti-vibration gloves, by comparing the contraction levels with gloves and without gloves. Two different vibration tools were used in a simulated work environment: (1) A compact Duty Multi-Cutter Bosch and (2) and a Percussion Drill with a drill bit Ø20 mm. Standard operations were performed by each subject in the following materials: (1) Performing cross- sectional cuts in 80x40 mm pine section and (2) performing 20 mm diameter holes in a concrete slab 2 x 2 m, 70 mm thick. The forearm contraction level were measured by surface electromyography in four different muscles: Flexor Digitorum Superficialis (FDS), Flexor Carpi Ulnaris (FCU), Extensor Carpi Radialis Longus (ECRL) e Extensor Carpi Ulnaris (ECU). For the flexor muscles (FDS, FCU), an increase tendency in muscular contraction was observed when the operations are performed without gloves (2-5% MVE increase in the FDS and 3-9% MVE increase in the FCU). For the extensor muscles ECU a decrease tendency in muscular contraction was observed when the operations are performed without gloves (1-10% MVE decrease). Any tendency was found in the ECRL muscle. ECU was the muscle with the highest contraction level for 79% and 71% of the operators, during the operations respectively with the multi-cutter (P50= 27-30%MVE) and with the percussion drill (P50=46-55%MVE). As a final conclusion from this study, anti- vibration gloves may increase the forearm fatigue in the posterior region of the forearm (ECU muscle) during operations with the mentioned tools

Protocolo de fisioterapia, com auxílio de biofeedback electromiográfico, em utentes com disfunções do ombro: efeitos na dor, funcionalidade e estabilidade dinâmica

RESUMO: Introdução: A dor e disfunções do movimento no complexo articular do ombro (CAO) são comuns e debilitantes. O uso de exercícios segundo os pressupostos de estabilidade dinâmica (ED), com auxílio de Biofeedback electromiográfico (BEMG) tem vindo a ser referido, como uma forma de aumentar a efectividade da intervenção nas disfunções do complexo articular do ombro (DCAO)Objectivo Principal: Estudar os efeitos de um protocolo de intervenção, com BEMG, cujas finalidades foram abolir a dor, aumentar a funcionalidade e a ED da omoplata, em utentes com DCAO. Objectivos secundários: Comparar os subgrupos e quanto às características, resultados, tempos de intervenção total e até atingir critérios de alta; Comparar os resultados nos momentos inicial e final. Métodos: Foi realizado um coorte clínico, longitudinal, retrospectivo, observacional, analítico. A amostra foi constituída por 82 sujeitos, divididos em dois subgrupos (n=53 SCSA e n=29 IGU). Os instrumentos de medida utilizados foram a EVA, o DASH, o SPADI e o BEMG. Foi seguido o protocolo de ED proposto por Santos e Matias (2007), de acordo com as 3 fases de intervenção por eles descritas, realizando uma sessão semanal, monitorizando exercícios que seguem estes princípios, com BEMG. Foram avaliadas as variáveis dor, postura, padrão de recrutamento, controlo motor, posição inicial da omoplata (PIO), amplitudes articulares (AA’s), força muscular (FM) e postura. Para analisar os dados, recorreu-se a estatística descritiva e inferencial. Resultados: A intervenção foi efectiva na abolição da dor no momento (0,43 para 0,00/10EVA no subgrupo SCSA e 0,66 para 0,00/10EVA no subgrupo IGU) na pior dor (5,47/10EVA para 0,06/10EVA no subgrupo SCSA e 5,28/10 para 0,14/10 no subgrupo IGU), no aumento da função (28,57 para 0,66/100DASH e 39,00 para 0,63/100SAPDI no subgrupo SCSA e 25,80 para 0,38/100DASH e 28,19 para 0,39/100 no subgrupo IGU) e no aumento da ED da omoplata com normalização do padrão de recrutamento, controlo motor, PIO dentro do espectro de normalidade e boa capacidade de controlar a sua posição, ao longo do movimento do membro superior (MS). A intervenção proporcionou, ainda a normalização das AA’s, FM e autocorrecção postural. O tempo médio de intervenção foi de 6,45semanas no subgrupo SCSA e 5,83sem no subgrupo IGU. Estes resultados são semelhantes comparativamente a estudos que utilizaram uma intervenção baseada nos mesmos princípios (Matias e Cruz, 2004; Cunha e Matias, 2006; Santos e Matias, 2007; Rodrigues e Matias, 2009). Conclusão: O protocolo de intervenção aplicado, com uso de exercícios baseados nos princípios da ED e uso de BEMG, permitiu o alcance dos objectivos, junto de utentes com DCAO (SCSA e IGU). Verificou-se que, independentemente da condição, os resultados foram idênticos em ambos subgrupos, não apresentando diferenças significativas entre as variáveis de medida final, o tempo total de intervenção e os tempos até atingir os critérios de alta, expecto para a Dor, sendo este superior no subgrupo SCSA.---------------------------------------- ABSTRACT:Introduction: Movement disorders and pain in the shoulder joint complex (SJC) are common and debilitating. The use of exercises under the premises of dynamic stability (DS), with the aid of electromyographic biofeedback (EMGBF) has been mentioned as a way to increase the effectiveness of the intervention in disorders of the shoulder joint complex (DSJC) Main Objective: To evaluate the results of an intervention protocol, with EMGBF whose aims were to abolish the pain, increase functionality and DS of the scapula in patients with DSJC. Objectives: To compare the subgroups and the characteristics, outcomes, and total intervention times to reach discharge criteria; to compare the results at the beginning and at the end. Methods: We conducted a clinical cohort, longitudinal, retrospective, observational analysis. The sample consisted of 82 subjects, divided into two subgroups (n = 53 shoulder impingement syndrome SIS n = 29 shoulder joint instability SJI). The measurement instruments used were the VAS, DASH, SPADI, and EMGBF. It was followed the DS protocol proposed by Santos and Matias (2007), according to the three phases of intervention, described by performing a weekly session, monitoring exercises that follow these principles, with EMGBF. The variables were pain, posture, recruitment pattern, motor control, the initial position of the scapula (IPS), range of motion (ROM), muscular strength (MS) and posture. To analyze the data, we used the descriptive and inferential statistics. Results: The intervention was effective in abolishing the pain at the time (0.43 to 0.00/10 VAS in the SIS subgroup and 0.66 to 0.00/10 VAS in the SJI subgroup) in worst pain (5.47 to 0,06/10 VAS in the SIS subgroup and 5.28/ to 0.14/10 VAS in the SJI subgroup), increasing the function (28,57 to 0,66/100 DASH and 39,00 to 0,63/100 SAPDI in the SIS subgroup and 25,80 to 0,38/100 DASH and 28,19 to 0,39/100 SPADI in the SJI subgroup) and the increase in DS of the scapula with normalization of the pattern recruitment, motor control, IPS within the spectrum of normalcy and good ability to control its position along the movement of the upper limb (UL). The intervention provided, although the normalization of ROM, MS and self-correcting posture. The average length of intervention was 6.45 weeks in the SIS subgroup and 5.83 in the IS subgroup. These results are comparable with similar studies that used an intervention based on the same principles (Matias e Cruz, 2004; Cunha e Matias, 2006; Santos e Matias, 2007; Rodrigues e Matias, 2009). Conclusion: The intervention protocol implemented with the use of exercises based on the principles of DS and the use of EMGBF was effective, allowing the accomplishment of goals, in patients with DSJC (SIS and SJI). It was found that, regardless of condition, the results were identical in both groups, showing no significant differences between the variables of the final measure, the total time of intervention and the times to reach discharge criteria, except for pain, which was higher in the SIS subgroup.

The friction force mouse-pad and the forearm muscles efforts (preliminary results)

The objective of the article is to evaluate the impact of the friction force mouse-pad in the contraction level of the forearm muscles M. extensor carpi ulnaris, M. extensor digitorum and M. extensor carpi radialis longus. A standard protocol of mouse movements was performed involving horizontal, vertical and diagonal mouse displacements drag-and-drop type. The operators were instructed to execute the protocol with their normal working speed. The movements protocol were performed by each subject (n=17) with three selected pairs mouse-pad, classified as low, medium and high friction force pairs. The mean time to execute the protocol with each mouse was ~138s. Mean values of ~13%MVE and ~17%MVE were found in the M. extensor carpi ulnaris and in the M. extensor digitorum respectively when performing the movements’ protocol. A 8.1% increase in %MVE was observed in the M. extensor digitorum and a 9.4% increase in %MVE was observed in the M. extensor carpi ulnaris when the high friction force pair was operated, relatively to the low friction force pair (p<0.05). The main preliminary conclusions of this study is that operating a high friction force mouse-pad may increase the risk to symptoms or disorders in the wrist due to an increase in the forearm muscles contraction levels, particularly during work with drawing application

Cosmologia relativísta

Foi Galileu quem propôs o método experimental moderno a propósito de alguns problemas da Mecânica, e foi por essa via que foram também estabelecidads as leis fundamentais do Electromagnetismo. A partir daqui a evolução das Teorias Físicas dá-se através duma relação dialética Teoria/ Prática, que levou à realização de duas experimentações fundacionais para confirmar a Gravitação de Newtou e a Relatividade Especial de Einstein. A Relatividade Geral ou Geometrodinâmica Einsteiniana suscitou por sua vez algumas das experiências mais espectaculares da Física Relativista. A interdependência da Mecânica Relativista e do Electromagnetismo tomada evidente pelas medidas de radiação EMG feitas pelos radiotelescópios de hoje, suscitou a aspiração e busca de Teorias Unitárias que abrangessem todos os fenômenos da Natureza. E foi justamente a Radioastronomia que revelou as singularidades do campo einsteiniano - o Big Bang e os Buracos Negros. A busca actual duma Teoria do Todo pela unificação de todas as forças da Natureza, as de índole electromagnética e a gravitacional, chegou porém a um impasse que suscita algumas questões de índole gnoseológica.

Human activity recognition for an intelligent knee orthosis

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Coherence and phase locking disruption in electromyograms of patients with amyotrophic lateral sclerosis

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica