Reorganização dos ajustes posturais antecipatórios do tibial anterior e do solear no início da marcha, em pacientes com AVE, face a uma intervenção de fisioterapia baseada no conceito de Bobath

Introdução: os APA´s ocorrem imediatamente antes do movimento e preparam-no tornando-o mais harmonioso e eficiente. Os pacientes com lesão do SNC apresentam frequentemente alterações no sistema de controlo postural interferindo significativamente nas suas AVD´s, como no início da marcha. Objetivo: descrever as alterações no tempo de ativação e sequência de ativação muscular do TA e do SOL no início da marcha em pacientes com AVE, face a uma intervenção em fisioterapia. Metodologia: A avaliação realizou-se antes e após um programa de intervenção, segundo a abordagem do Conceito de Bobath, através da electromiografia, plataforma de forças e máquina fotográfica para a avaliação do tempo de ativação muscular do tibial anterior e do solear no início da marcha. Recorreu-se também à Classificação Internacional de Funcionalidade e à Fulg-Mayer Assessment of Motor Recovery after Stroke. Resultados: Obteve-se uma diminuição dos valores registados pela EMG nos tempos de ativação muscular do TA e do SOL bilateralmente, e alterações na sequência de ativação. Verificaram-se modificações nos resultados da Classificação Internacional de Funcionalidade e da Fulg-Mayer Assessment of Motor Recovery after Stroke. Conclusão: O programa de intervenção segundo o Conceito de Bobath, induziu mudanças nos tempos de ativação muscular e na sequência de ativação dos músculos TA e SOL no início da marcha em pacientes com AVE.

Efeitos imediatos de um Sustained Natural Apophyseal Glide na atividade muscular dos eretores espinhais, na dor e na amplitude de flexão, em indivíduos com dor lombar crónica não específica

Introdução: O Sustained Natural Apophyseal Glide tem sido sugerido como uma técnica com potenciais benefícios na redução da dor e no aumento da amplitude de flexão lombar em indivíduos com dor lombar. Contudo, não existe evidência sobre esta técnica na atividade muscular dos eretores espinhais. Objetivo: Avaliar os efeitos imediatos de um Sustained Natural Apophyseal Glide na atividade muscular dos eretores espinhais, na intensidade da dor e na amplitude real de flexão lombar, em indivíduos com dor lombar crónica não específica. Métodos: Estudo experimental com uma amostra de 20 estudantes universitários, com dor lombar crónica não específica e com dor à flexão da coluna lombar, que foram aleatoriamente distribuídos em dois grupos: experimental - Sustained Natural Apophyseal Glide e placebo – intervenção placebo. Foram avaliadas a atividade muscular dos eretores espinhais recorrendo à eletromiografia de superfície (bioPLUX research®), a intensidade da dor através da Escala Visual Analógica e a amplitude real de flexão lombar pelo método de duplo inclinómetro (Universal Inclinometer®), antes e após a intervenção, pela análise do movimento de flexão-extensão do tronco. O nível de significância foi de 0,05. Resultados: Foram encontradas diferenças significativas, em ambos os grupos, para a fase de relaxamento (Grupo experimental: p=0,013 e Grupo placebo: p=0,047), assim como para a fase de extensão, no grupo experimental (p=0,037), verificando-se uma diminuição da atividade muscular da baseline para a avaliação final. A Análise da Covariância revelou que, relativamente à intensidade da dor, verificaram-se diferenças significativas entre os dois grupos (p=0,002), sendo que o grupo experimental diminuiu mais 2cm na Escala Visual Analógica do que o grupo placebo. Pela análise da amplitude real de flexão lombar, embora o aumento não fosse significativamente diferente entre os grupos (p=0,086), o grupo experimental teve mais 1,7º de aumento do que o grupo placebo. Conclusão: Os resultados sugerem que, a curto prazo, o Sustained Natural Apophyseal Glide parece produzir um efeito significativo na diminuição da atividade muscular dos eretores espinhais, durante o movimento dinâmico de extensão do tronco, assim como no alívio da dor. Embora não se tenham observado alterações significativas no aumento da amplitude articular, os resultados no grupo experimental foram superiores à diferença mínima detetável, sugerindo um efeito positivo da técnica aplicada.

A biosignal embedded system for physiological computing

Thesis submitted in the fulfilment of the requirements for the Degree of Master in Electronic and Telecomunications Engineering

ECG denoising based on adaptive signal processing technique

An Electrocardiogram (ECG) monitoring system deals with several challenges related with noise sources. The main goal of this text was the study of Adaptive Signal Processing Algorithms for ECG noise reduction when applied to real signals. This document presents an adaptive ltering technique based on Least Mean Square (LMS) algorithm to remove the artefacts caused by electromyography (EMG) and power line noise into ECG signal. For this experiments it was used real noise signals, mainly to observe the di erence between real noise and simulated noise sources. It was obtained very good results due to the ability of noise removing that can be reached with this technique. A recolha de sinais electrocardiogr a cos (ECG) sofre de diversos problemas relacionados com ru dos. O objectivo deste trabalho foi o estudo de algoritmos adaptativos para processamento digital de sinal, para redu c~ao de ru do em sinais ECG reais. Este texto apresenta uma t ecnica de redu c~ao de ru do baseada no algoritmo Least Mean Square (LMS) para remo c~ao de ru dos causados quer pela actividade muscular (EMG) quer por ru dos causados pela rede de energia el ectrica. Para as experiencias foram utilizados ru dos reais, principalmente para aferir a diferen ca de performance do algoritmo entre os sinais reais e os simulados. Foram conseguidos bons resultados, essencialmente devido as excelentes caracter sticas que esta t ecnica tem para remover ru dos.

Desenvolvimento e validação de um sistema de recolha de sinal eletromiográfico baseado em placa de aquisição

A eletromiografia é, hoje em dia, uma das técnicas mais utilizadas no estudo dos músculos, estando presente em áreas como a medicina, a biomecânica e a fisiologia, possibilitando o desenvolvimento científico e contribuindo para proporcionar melhorias na qualidade da vida humana. Sendo assim, este trabalho apresenta um protótipo de um aparelho de aquisição de sinais eletromiográficos, explicando também toda a teoria, técnicas, componentes utilizadas e softwares que estiveram presentes na sua implementação. De uma forma sucinta, para a aquisição do sinal eletromiográfico usou-se uma placa de aquisição NI-USB 6009 e para a visualização do mesmo recorreu-se ao software LabVIEW. Para validar o sinal adquirido com o equipamento desenvolvido, utilizou-se um outro equipamento, o Biopac MP36 Student Lab System, fazendo-se assim recolhas de sinais eletromiográficos com ambos os equipamentos. Os sinais recolhidos pelos dois equipamentos foram analisados no software Acknowledge 3.9.0 (Biopac Systems, Inc.), podendo observar-se os espetros de frequência correspondentes a cada sinal e retirar valores para posterior análise estatística. Feita essa análise, concluiu-se que não foram detetadas diferenças significativas entre os sinais eletromiográficos recolhidos com ambos os equipamentos, validando-se assim, o equipamento desenvolvido.

Análise da influência da aplicação de kinesio tape na ativação muscular durante um passe de futsal

Introdução – O futsal é um desporto exigente, pelo que a aplicação de bandas de kinesio tape surge como uma vertente de intervenção a considerar. Objetivos – Analisar o efeito do kinesio tape na ativação e amplitude muscular do longo peroneal e tibial anterior na execução de um passe. Metodologia – Foram estudados 40 passes por cada situação definida (sem banda de kinesio tape e com banda para o tibial anterior e longo peroneal, aplicadas em separado), perfazendo um total de 120 comportamentos distintos. O gesto técnico foi realizado por atletas sem historial de lesão. Após avaliação do sinal eletromiográfico foram estudados os dois picos presentes. Resultados – Verificaram- se diferenças entre as três situações em estudo. A banda de kinesio tape não se revelou eficaz na antecipação e aumento de ativação muscular nas condições definidas no estudo. Discussão – O executante estabelece estratégias diferentes para responder a diferentes estados de estabilidade ao longo dessa mesma tarefa. Conclusão – A individualidade de cada comportamento técnico foi estudado e pela ausência de história anterior de lesão dos seus executantes e pelo gesto técnico proposto o estímulo das bandas de kinesio tape pode não ter sido suficiente para o aumento e pré-ativação muscular.

Estudo comparativo entre criança com e sem joelhos valgos praticantes de hóquei em patins utilizando diferentes sistemas de análise

O presente estudo tem como objetivo comparar experimentalmente duas crianças praticantes de Hóquei em Patins, uma normal e uma com a patologia dos joelhos valgos, avaliando qualitativamente as diferenças posturais, estáticas e dinâmicas, decorrentes da utilização dos patins específicos desta modalidade, através do sistema de análise da Força de Reação do Solo (FRS), de Eletromiografia (EMG), de captura de movimento, e de modelação e simulação. Para atingir o objetivo definiu-se um protocolo de ensaios com as seguintes tarefas: repouso com e sem patins, marcha, corrida, deslizar com os dois pés apoiados e deslizar com o pé esquerdo levantado. No repouso avaliou-se a variação do ponto de aplicação da FRS da criança normal e patológica, com e sem patins. Ainda na tarefa de repouso avaliou-se também as componentes médio-lateral, antero-posterior individualmente e a componente vertical da FRS, juntamente com a atividade muscular dos músculos Gastrocnémio Medial (GM), Recto Femoral (RF), Vasto Medial (VM), Vasto Lateral (VL), Bicípete Femoral (BF), Semitendinoso (ST), Tensor da Fascia Lata (TFL), Gastrocnémio Lateral (GL), de forma a comparar os valores de intensidade de FRS e da atividade muscular dos diferentes instantes de tempo desta tarefa. Para as restantes tarefas apenas se avaliou individualmente as componentes médio-lateral e antero-posterior da FRS e a componente vertical da FRS juntamente com a atividade muscular dos referidos músculos, salientando as diferenças evidentes entre as curvas da criança normal e as curvas da criança patológica durante os diferentes instantes do movimento. Todas as tarefas referidas, exceto a tarefa de repouso com patins, foram ainda simuladas recorrendo a modelos músculo-esqueléticos. A partir destas simulações do movimento obtiveram-se os ângulos articulares e efetuou-se a respetiva análise. No final dos resultados obtidos apresentou-se uma tabela de resumo com o cálculo dos coeficientes de variação de cada grandeza, exceto nos gráficos da posição no espaço da FRS, onde se constatou que existe uma grande variabilidade inter-individuo em cada tarefa. A análise dos resultados de cada tarefa permite concluir que a utilização de patins pode trazer uma maior ativação muscular para a criança patológica, embora se verifique instabilidade articular. Apesar dessa instabilidade pode-se inferir que, uma maior ativação muscular decorrente da utilização de patins, tal como acontece na prática do hóquei em patins, pode trazer uma melhoria, a longo prazo, na estabilidade da articulação do joelho e na sustentação corporal, proporcionada pelo fortalecimento muscular.

Influence of wearing an unstable shoe construction on compensatory control of posture

This study investigated the influence of wearing unstable shoe construction (WUS) on compensatory postural adjustments (CPA) associated with external perturbations. Thirty-two subjects stood on a force platform resisting an anterior-posterior horizontal force applied to a pelvic belt via a cable, which was suddenly released. They stood under two conditions: barefoot and WUS. The electromyographic (EMG) activity of gastrocnemius medialis, tibialis anterior, rectus femoris, biceps femoris, rectus abdominis, and erector spinae muscles and the center of pressure (CoP) displacement were acquired to study CPA. The EMG signal was used to assess individual muscle activity and latency, antagonist co-activation and reciprocal activation at joint and muscle group levels. Compared to barefoot, WUS led to: (1) increased gastrocnemius medialis activity, (2) increased total agonist activity, (3) decreased antagonist co-activation at the ankle joint and muscle group levels, (4) increased reciprocal activation at the ankle joint and muscle group levels, and (5) decrease in all muscle latencies. No differences were observed in CoP displacement between conditions. These findings demonstrate that WUS led to a reorganization of the postural control system associated to improved performance of some components of postural control responses.

Interlimb relation during the double support phase of gait: an electromyographic, mechanical and energy based analysis

The purpose of this study is to analyse the interlimb relation and the influence of mechanical energy on metabolic energy expenditure during gait. In total, 22 subjects were monitored as to electromyographic activity, ground reaction forces and VO2 consumption (metabolic power) during gait. The results demonstrate a moderate negative correlation between the activity of tibialis anterior, biceps femoris and vastus medialis of the trailing limb during the transition between midstance and double support and that of the leading limb during double support for the same muscles, and between these and gastrocnemius medialis and soleus of the trailing limb during double support. Trailing limb soleus during the transition between mid-stance and double support was positively correlated to leading limb tibialis anterior, vastus medialis and biceps femoris during double support. Also, the trailing limb centre of mass mechanical work was strongly influenced by the leading limbs, although only the mechanical power related to forward progression of both limbs was correlated to metabolic power. These findings demonstrate a consistent interlimb relation in terms of electromyographic activity and centre of mass mechanical work, being the relations occurred in the plane of forward progression the more important to gait energy expenditure.

Interlimb coordination during the stance phase of gait in subjects with stroke

Objective: To analyze the relation between contralesional and ipsilesional limbs in subjects with stroke during step-to-step transition of walking. Design: Observational, transversal, analytical study with a convenience sample. Setting: Physical medicine and rehabilitation clinic. Participants: Subjects (nZ16) with poststroke hemiparesis with the ability to walk independently and healthy controls (nZ22). Interventions: Not applicable. Main Outcome Measures: Bilateral lower limbs electromyographic activity of the soleus (SOL), gastrocnemius medialis, tibialis anterior, biceps femoris, rectus femoris, and vastus medialis (VM) muscles and the ground reaction force were analyzed during double-support and terminal stance phases of gait. Results: The propulsive impulse of the contralesional trailing limb was negatively correlated with the braking impulse of the leading limb during double support (rZ .639, PZ.01). A moderate functional relation was observed between thigh muscles (rZ .529, PZ.035), and a strong and moderate dysfunctional relation was found between the plantar flexors of the ipsilesional limb and the vastus medialis of the contralesional limb, respectively (SOL-VM, rZ .80, P<.001; gastrocnemius medialis-VM, rZ .655, PZ.002). Also, a functional moderate negative correlation was found between the SOL and rectus femoris muscles of the ipsilesional limb during terminal stance and between the SOL (rZ .506, PZ.046) and VM (rZ .518, PZ.04) muscles of the contralesional limb during loading response, respectively. The trailing limb relative impulse contribution of the contralesional limb was lower than the ipsilesional limb of subjects with stroke (PZ.02) and lower than the relative impulse contribution of the healthy limb (PZ.008) during double support. Conclusions: The findings obtained suggest that the lower performance of the contralesional limb in forward propulsion during gait is related not only to contralateral supraspinal damage but also to a dysfunctional influence of the ipsilesional limb.

Ativação muscular na anca e joelho na variação do ângulo de valgo durante a fase de apoio do salto vertical

Introdução e objetivos – A contração muscular do quadricípete, isquiotibiais e rotadores externos apresenta um papel crucial no controlo da estabilidade articular dinâmica, nomeadamente no valgo de joelho no plano frontal. O objetivo deste estudo foi descrever a existência de relação entre a ativação muscular (medida pela recolha eletromiográfica do reto anterior, dos isquiotibiais e do grande glúteo) e a variação da angulação do joelho durante a fase de apoio do salto vertical no plano frontal (medida pela análise cinemática de vídeo) através de um estudo‑piloto. Metodologia – Trata‑se de um estudo descritivo correlacional com uma amostra de 220 saltos verticais (110 saltos correspondentes a cada um dos membros inferiores) realizados por 4 executantes (dois do género feminino e dois do género masculino com idade média de 28 anos ± 6,4). Resultados – Verificou‑se a existência de correlações significativas entre a ativação muscular do reto anterior na fase descendente do salto à direita e à esquerda e a tendência para um menor ou maior ângulo de valgo, respetivamente. O género influencia a dinâmica do joelho, verificando‑se que as mulheres apresentam estratégias de ativação diferentes dos homens. Conclusão – A diminuição da ativação muscular da anca parece influenciar os movimentos dinâmicos do joelho no plano frontal, enquadrando‑se nos resultados obtidos por outros autores. O material utilizado na recolha de dados, o sincronismo entre o trigger e o vídeo e o número reduzido de executantes que realizaram a amostra poderão constituir limitações ao estudo que se deverão considerar na realização de estudos futuros.

The influence of pauses on the fatigue of upper limb muscles during the task of ironing

The aim of this study was to analyze the influence of position and pauses on muscle activity and fatigue during the task of ironing. Ten female participants performed the task of ironing in two different positions (standing and sitting) for 10 min each with a 1-min pause at the end of each task. Muscle activity and fatigue from the upper trapezium, anterior deltoid, and pectoralis major were analyzed using surface electromyography. The results showed that the positions had no significant influence on muscle activity; nevertheless, they had significant influence on muscular fatigue. In addition, the pauses were possibly beneficial in decreasing the muscle fatigue, but the results were not conclusive.

Anticipatory postural adjustments during sitting reach movement in post-stroke subjects

The study assessed the effect of velocity of arm movement on the generation of APAs in the contralateral and ipsilateral muscles of individuals with stroke in the sitting position. In the sitting position, 10 healthy and 8 post-stroke subjects reached for an object placed at the scapular plane and mid-sternum height at self-selected and fast velocities. Electromyography was recorded from the anterior deltoid (AD), upper (UT) and lower trapezius (LT), and latissimus dorsi (LD). Kinematic analysis was used to assess peak velocity and trunk displacement. Post-stroke subjects presented a delay of APAs on both sides of the body compared to healthy subjects. Differences were found between the timing of APAs on the ipsilateral and contralateral LD and LT in both movement speeds and in the ipsilateral UT during movement of the non-affected arm at a self-selected velocity. A delay in the contralateral LD in the reaching movement with the non-affected arm at fast velocity was also observed. Trunk displacement was greater in post-stroke subjects. In the sitting position, APAs were delayed in both fast and self-selected movements on both sides in post-stroke subjects, which also presented a higher trunk displacement.

Enhancing Multimodal Silent Speech Interfaces With Feature Selection

In research on Silent Speech Interfaces (SSI), different sources of information (modalities) have been combined, aiming at obtaining better performance than the individual modalities. However, when combining these modalities, the dimensionality of the feature space rapidly increases, yielding the well-known "curse of dimensionality". As a consequence, in order to extract useful information from this data, one has to resort to feature selection (FS) techniques to lower the dimensionality of the learning space. In this paper, we assess the impact of FS techniques for silent speech data, in a dataset with 4 non-invasive and promising modalities, namely: video, depth, ultrasonic Doppler sensing, and surface electromyography. We consider two supervised (mutual information and Fisher's ratio) and two unsupervised (meanmedian and arithmetic mean geometric mean) FS filters. The evaluation was made by assessing the classification accuracy (word recognition error) of three well-known classifiers (knearest neighbors, support vector machines, and dynamic time warping). The key results of this study show that both unsupervised and supervised FS techniques improve on the classification accuracy on both individual and combined modalities. For instance, on the video component, we attain relative performance gains of 36.2% in error rates. FS is also useful as pre-processing for feature fusion. Copyright © 2014 ISCA.

BITalino: a novel hardware framework for physiological computing

Physical computing has spun a true global revolution in the way in which the digital interfaces with the real world. From bicycle jackets with turn signal lights to twitter-controlled christmas trees, the Do-it-Yourself (DiY) hardware movement has been driving endless innovations and stimulating an age of creative engineering. This ongoing (r)evolution has been led by popular electronics platforms such as the Arduino, the Lilypad, or the Raspberry Pi, however, these are not designed taking into account the specific requirements of biosignal acquisition. To date, the physiological computing community has been severely lacking a parallel to that found in the DiY electronics realm, especially in what concerns suitable hardware frameworks. In this paper, we build on previous work developed within our group, focusing on an all-in-one, low-cost, and modular biosignal acquisition hardware platform, that makes it quicker and easier to build biomedical devices. We describe the main design considerations, experimental evaluation and circuit characterization results, together with the results from a usability study performed with volunteers from multiple target user groups, namely health sciences and electrical, biomedical, and computer engineering. Copyright © 2014 SCITEPRESS - Science and Technology Publications. All rights reserved.