Décomposition automatique de signaux EMG intramusculaires

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Vibrational Feedback Training System for Use with SEMG Controlled Powered Prostheses

Loss of limb results in loss of function and a partial loss of freedom. A powered prosthetic device can partially assist an individual with everyday tasks and therefore return some level of independence. Powered upper limb prostheses are often controlled by the user generating surface electromyographic (SEMG) signals. The goal of this thesis is to develop a virtual environment in which a user can control a virtual hand to safely grasp representations of everyday objects using EMG signals from his/her forearm muscles, and experience visual and vibrotactile feedback relevant to the grasping force in the process. This can then be used to train potential wearers of real EMG controlled prostheses, with or without vibrotactile feedback. To test this system an experiment was designed and executed involving ten subjects, twelve objects, and three feedback conditions. The tested feedback conditions were visual, vibrotactile, and both visual and vibrotactile. In each experimental exercise the subject attempted to grasp a virtual object on the screen using the virtual hand controlled by EMG electrodes placed on his/her forearm. Two metrics were used: score, and time to task completion, where score measured grasp dexterity. It was hypothesized that with the introduction of vibrotactile feedback, dexterity, and therefore score, would improve and time to task completion would decrease. Results showed that time to task completion increased, and score did not improve with vibrotactile feedback. Details on the developed system, the experiment, and the results are presented in this thesis.

Proprioception in ankle sprain from exercises and bandages

Ankle sprains are the most common injuries in sports, usually causing damage to the lateral ligaments. Recurrence has as usual result permanent instability, and thus loss of proprioception. This fact, together with residual symptoms, is what is known as chronic ankle instability, CAI, or FAI, if it is functional. This problem tries to be solved by improving musculoskeletal stability and proprioception by the application of bandages and performing exercises. The aim of this study has been to review articles (meta-analisis, systematic reviews and revisions) published in 2009-2015 in PubMed, Medline, ENFISPO and BUCea, using keywords such as “sprain instability”, “sprain proprioception”, “chronic ankle instability”. Evidence affirms that there does exist decreased proprioception in patients who suffer from CAI. Rehabilitation exercise regimen is indicated as a treatment because it generates a subjective improvement reported by the patient, and the application of bandages works like a sprain prevention method limiting the range of motion, reducing joint instability and increasing confidence during exercise. As podiatrists we should recommend proprioception exercises to all athletes in a preventive way, and those with CAI or FAI, as a rehabilitation programme, together with the application of bandages. However, further studies should be generated focusing on ways of improving proprioception, and on the exercise patterns that provide the maximum benefit.

Responsiveness of the frontal EMG for monitoring the sedation state of critically ill patients.

Background. Excessive sedation is associated with adverse patient outcomes during critical illness, and a validated monitoring technology could improve care. We developed a novel method, the responsiveness index (RI) of the frontal EMG. We compared RI data with Ramsay clinical sedation assessments in general and cardiac intensive care unit (ICU) patients. Methods. We developed the algorithm by iterative analysis of detailed observational data in 30 medical–surgical ICU patients and described its performance in this cohort and 15 patients recovering from scheduled cardiac surgery. Continuous EMG data were collected via frontal electrodes and RI data compared with modified Ramsay sedation state assessments recorded regularly by a blinded trained observer. RI performance was compared with EntropyTM across Ramsay categories to assess validity. Results. RI correlated well with the Ramsay category, especially for the cardiac surgery cohort (general ICU patients r¼0.55; cardiac surgery patients r¼0.85, both P,0.0001). Discrimination across all Ramsay categories was reasonable in the general ICU patient cohort [PK¼0.74 (SEM 0.02)] and excellent in the cardiac surgery cohort [PK¼0.92 (0.02)]. Discrimination between ‘lighter’ vs ‘deeper’ (Ramsay 1–3 vs 4–6) was good for general ICU patients [PK¼0.80 (0.02)] and excellent for cardiac surgery patients [PK¼0.96 (0.02)]. Performance was significantly better than EntropyTM. Examination of individual cases suggested good face validity. Conclusions. RI of the frontal EMG has promise as a continuous sedation state monitor in critically ill patients. Further investigation to determine its utility in ICU decision-making is warranted.

Kinematic and electromyographic analysis of the overhead squat in individuals showing excessive medial knee displacement

Dynamic knee valgus is a multi-planar motion that has been associated with anterior cruciate ligament injuries and patellofemoral pain syndrome. Clinical assessment of dynamic knee valgus can be made by looking for the visual appearance of excessive medial knee displacement (MKD) in the double-leg squat (DLS). The purpose of this dissertation was to identify the movement patterns and neuromuscular strategies associated with MKD during the DLS. Twenty-four control subjects and eight individuals showing MKD during the DLS participated in the study. Significant differences were verified between subjects that demonstrated MKD and a control (CON) group for the eletromyographic amplitude of adductor magnus, biceps femoris, vastus lateralis and vastus medialis muscles (p < 0.05), during the descending phase of the DLS. During the ascending phase were found group differences for adductor magnus and rectus femoris muscles (p < 0.05). Results from kinematic analysis revealed higher minimum and maximum values of ankle abduction and knee internal rotation angles (p < 0.05) for the MKD group. Also, individuals showing excessive MKD had higher hip adduction/abduction excursion. Our results suggested that higher tibial internal rotation and knee internal rotation angles in the initial position of the DLS are associated with MKD. The neuromuscular strategies that contributed to MKD were higher adductor magnus activation, whereas biceps femoris, vastus lateralis and vastus medialis activated more to stabilize the knee in response to the internal rotation moment.

Les interactions vestibulo-corticales qui sous-tendent le contrôle de la posture chez les sujets sains

Le système vestibulaire et le cortex moteur participent au contrôle de la posture, mais la nature de leurs interactions est peu documentée. Afin de caractériser les interactions vestibulo-corticales qui sous-tendent le contrôle de l’équilibre en position debout, l’activité électromyographique (EMG) du soléaire (SOL), du tibial antérieur (TA) et du péronier long (PERL) de la jambe droite a été enregistrée chez 14 sujets sains. La stimulation galvanique vestibulaire (GVS) a été appliquée avec la cathode derrière l’oreille droite ou gauche à différents intervalles inter-stimulus (ISIs) avant ou après la stimulation magnétique transcrânienne induisant des potentiels moteurs évoqués (MEPs) au niveau des muscles enregistrés. Lorsque que la cathode était à droite, une inhibition des MEPs a été observée au niveau du SOL à un ISI de 40 et 130 ms et une facilitation des MEPS a été observée au niveau TA à un ISI de 110 ms. Lorsque la cathode était à gauche, une facilitation des MEPs a été observée au niveau du SOL, du TA et du PERL à un ISI de 50, -10 et 0 ms respectivement. L’emplacement de ces interactions sur l’axe neural a été estimé en fonction des ISIs et en comparant l’effet de la GVS sur les MEPs à son effet sur l’EMG de base et sur le réflexe-H. Selon ces analyses, les modulations observées peuvent avoir lieu au niveau spinal ou au niveau supraspinal. Ces résultats suggèrent que les commandes de la voie corticospinale peuvent être modulées par le système vestibulaire à différents niveaux de l’axe neuronal.

Pattern recognition methods for EMG prosthetic control

In this work we focus on pattern recognition methods related to EMG upper-limb prosthetic control. After giving a detailed review of the most widely used classification methods, we propose a new classification approach. It comes as a result of comparison in the Fourier analysis between able-bodied and trans-radial amputee subjects. We thus suggest a different classification method which considers each surface electrodes contribute separately, together with five time domain features, obtaining an average classification accuracy equals to 75% on a sample of trans-radial amputees. We propose an automatic feature selection procedure as a minimization problem in order to improve the method and its robustness.

Support vector machines to detect physiological patterns for EEG and EMG-based human-computer interaction:a review

Support Vector Machines (SVMs) are widely used classifiers for detecting physiological patterns in Human-Computer Interaction (HCI). Their success is due to their versatility, robustness and large availability of free dedicated toolboxes. Frequently in the literature, insufficient details about the SVM implementation and/or parameters selection are reported, making it impossible to reproduce study analysis and results. In order to perform an optimized classification and report a proper description of the results, it is necessary to have a comprehensive critical overview of the application of SVM. The aim of this paper is to provide a review of the usage of SVM in the determination of brain and muscle patterns for HCI, by focusing on electroencephalography (EEG) and electromyography (EMG) techniques. In particular, an overview of the basic principles of SVM theory is outlined, together with a description of several relevant literature implementations. Furthermore, details concerning reviewed papers are listed in tables, and statistics of SVM use in the literature are presented. Suitability of SVM for HCI is discussed and critical comparisons with other classifiers are reported.

Modifications in Early Rehabilitation Protocol after Rotator Cuff Repair : EMG Studies

La déchirure de la coiffe des rotateurs est une des causes les plus fréquentes de douleur et de dysfonctionnement de l'épaule. La réparation chirurgicale est couramment réalisée chez les patients symptomatiques et de nombreux efforts ont été faits pour améliorer les techniques chirurgicales. Cependant, le taux de re-déchirure est encore élevé ce qui affecte les stratégies de réhabilitation post-opératoire. Les recommandations post-chirurgicales doivent trouver un équilibre optimal entre le repos total afin de protéger le tendon réparé et les activités préconisées afin de restaurer l'amplitude articulaire et la force musculaire. Après une réparation de la coiffe, l'épaule est le plus souvent immobilisée grâce à une écharpe ou une orthèse. Cependant, cette immobilisation limite aussi la mobilité du coude et du poignet. Cette période qui peut durer de 4 à 6 semaines où seuls des mouvements passifs peuvent être réalisés. Ensuite, les patients sont incités à réaliser les exercices actifs assistés et des exercices actifs dans toute la mobilité articulaire pour récupérer respectivement l’amplitude complète de mouvement actif et se préparer aux exercices de résistance réalisés dans la phase suivante de la réadaptation. L’analyse électromyographique des muscles de l'épaule a fourni des évidences scientifiques pour la recommandation de beaucoup d'exercices de réadaptation au cours de cette période. Les activités sollicitant les muscles de la coiffe des rotateurs à moins de 20% de leur activation maximale volontaire sont considérés sécuritaires pour les premières phases de la réhabilitation. À partir de ce concept, l'objectif de cette thèse a été d'évaluer des activités musculaires de l'épaule pendant des mouvements et exercices qui peuvent théoriquement être effectués au cours des premières phases de la réhabilitation. Les trois questions principales de cette thèse sont : 1) Est-ce que la mobilisation du coude et du poignet produisent une grande activité des muscles de la coiffe? 2) Est-ce que les exercices de renforcement musculaire du bras, de l’avant-bras et du torse produisent une grande activité dans les muscles de la coiffe? 3) Au cours d'élévations actives du bras, est-ce que le plan d'élévation affecte l'activité de la coiffe des rotateurs? Dans notre première étude, nous avons évalué 15 muscles de l'épaule chez 14 sujets sains par électromyographie de surface et intramusculaire. Nos résultats ont montré qu’avec une orthèse d’épaule, les mouvements du coude et du poignet et même quelques exercices de renforcement impliquant ces deux articulations, activent de manière sécuritaire les muscles de ii la coiffe. Nous avons également introduit des tâches de la vie quotidienne qui peuvent être effectuées en toute sécurité pendant la période d'immobilisation. Ces résultats peuvent aider à modifier la conception d'orthèses de l’épaule. Dans notre deuxième étude, nous avons montré que l'adduction du bras réalisée contre une mousse à faible densité, positionnée pour remplacer le triangle d’une orthèse, produit des activations des muscles de la coiffe sécuritaires. Dans notre troisième étude, nous avons évalué l'électromyographie des muscles de l’épaule pendant les tâches d'élévation du bras chez 8 patients symptomatiques avec la déchirure de coiffe des rotateurs. Nous avons constaté que l'activité du supra-épineux était significativement plus élevée pendant l’abduction que pendant la scaption et la flexion. Ce résultat suggère une séquence de plan d’élévation active pendant la rééducation. Les résultats présentés dans cette thèse, suggèrent quelques modifications dans les protocoles de réadaptation de l’épaule pendant les 12 premières semaines après la réparation de la coiffe. Ces suggestions fournissent également des évidences scientifiques pour la production d'orthèses plus dynamiques et fonctionnelles à l’articulation de l’épaule.

Les interactions vestibulo-corticales qui sous-tendent le contrôle de la posture chez les sujets sains

Le système vestibulaire et le cortex moteur participent au contrôle de la posture, mais la nature de leurs interactions est peu documentée. Afin de caractériser les interactions vestibulo-corticales qui sous-tendent le contrôle de l’équilibre en position debout, l’activité électromyographique (EMG) du soléaire (SOL), du tibial antérieur (TA) et du péronier long (PERL) de la jambe droite a été enregistrée chez 14 sujets sains. La stimulation galvanique vestibulaire (GVS) a été appliquée avec la cathode derrière l’oreille droite ou gauche à différents intervalles inter-stimulus (ISIs) avant ou après la stimulation magnétique transcrânienne induisant des potentiels moteurs évoqués (MEPs) au niveau des muscles enregistrés. Lorsque que la cathode était à droite, une inhibition des MEPs a été observée au niveau du SOL à un ISI de 40 et 130 ms et une facilitation des MEPS a été observée au niveau TA à un ISI de 110 ms. Lorsque la cathode était à gauche, une facilitation des MEPs a été observée au niveau du SOL, du TA et du PERL à un ISI de 50, -10 et 0 ms respectivement. L’emplacement de ces interactions sur l’axe neural a été estimé en fonction des ISIs et en comparant l’effet de la GVS sur les MEPs à son effet sur l’EMG de base et sur le réflexe-H. Selon ces analyses, les modulations observées peuvent avoir lieu au niveau spinal ou au niveau supraspinal. Ces résultats suggèrent que les commandes de la voie corticospinale peuvent être modulées par le système vestibulaire à différents niveaux de l’axe neuronal.

Análise eletromiográfica do exercício de press-up com variações e diferentes níveis de estabilidade

Projeto de Graduação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Licenciado em Fisioterapia

Efeito do encurtamento muscular dos flexores da anca na actividade muscular dos extensores da anca, durante uma tarefa de agachamento, em jovens jogadores de futebol

Projeto de Graduação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Licenciado em Fisioterapia

Modifications in Early Rehabilitation Protocol after Rotator Cuff Repair : EMG Studies

La déchirure de la coiffe des rotateurs est une des causes les plus fréquentes de douleur et de dysfonctionnement de l'épaule. La réparation chirurgicale est couramment réalisée chez les patients symptomatiques et de nombreux efforts ont été faits pour améliorer les techniques chirurgicales. Cependant, le taux de re-déchirure est encore élevé ce qui affecte les stratégies de réhabilitation post-opératoire. Les recommandations post-chirurgicales doivent trouver un équilibre optimal entre le repos total afin de protéger le tendon réparé et les activités préconisées afin de restaurer l'amplitude articulaire et la force musculaire. Après une réparation de la coiffe, l'épaule est le plus souvent immobilisée grâce à une écharpe ou une orthèse. Cependant, cette immobilisation limite aussi la mobilité du coude et du poignet. Cette période qui peut durer de 4 à 6 semaines où seuls des mouvements passifs peuvent être réalisés. Ensuite, les patients sont incités à réaliser les exercices actifs assistés et des exercices actifs dans toute la mobilité articulaire pour récupérer respectivement l’amplitude complète de mouvement actif et se préparer aux exercices de résistance réalisés dans la phase suivante de la réadaptation. L’analyse électromyographique des muscles de l'épaule a fourni des évidences scientifiques pour la recommandation de beaucoup d'exercices de réadaptation au cours de cette période. Les activités sollicitant les muscles de la coiffe des rotateurs à moins de 20% de leur activation maximale volontaire sont considérés sécuritaires pour les premières phases de la réhabilitation. À partir de ce concept, l'objectif de cette thèse a été d'évaluer des activités musculaires de l'épaule pendant des mouvements et exercices qui peuvent théoriquement être effectués au cours des premières phases de la réhabilitation. Les trois questions principales de cette thèse sont : 1) Est-ce que la mobilisation du coude et du poignet produisent une grande activité des muscles de la coiffe? 2) Est-ce que les exercices de renforcement musculaire du bras, de l’avant-bras et du torse produisent une grande activité dans les muscles de la coiffe? 3) Au cours d'élévations actives du bras, est-ce que le plan d'élévation affecte l'activité de la coiffe des rotateurs? Dans notre première étude, nous avons évalué 15 muscles de l'épaule chez 14 sujets sains par électromyographie de surface et intramusculaire. Nos résultats ont montré qu’avec une orthèse d’épaule, les mouvements du coude et du poignet et même quelques exercices de renforcement impliquant ces deux articulations, activent de manière sécuritaire les muscles de ii la coiffe. Nous avons également introduit des tâches de la vie quotidienne qui peuvent être effectuées en toute sécurité pendant la période d'immobilisation. Ces résultats peuvent aider à modifier la conception d'orthèses de l’épaule. Dans notre deuxième étude, nous avons montré que l'adduction du bras réalisée contre une mousse à faible densité, positionnée pour remplacer le triangle d’une orthèse, produit des activations des muscles de la coiffe sécuritaires. Dans notre troisième étude, nous avons évalué l'électromyographie des muscles de l’épaule pendant les tâches d'élévation du bras chez 8 patients symptomatiques avec la déchirure de coiffe des rotateurs. Nous avons constaté que l'activité du supra-épineux était significativement plus élevée pendant l’abduction que pendant la scaption et la flexion. Ce résultat suggère une séquence de plan d’élévation active pendant la rééducation. Les résultats présentés dans cette thèse, suggèrent quelques modifications dans les protocoles de réadaptation de l’épaule pendant les 12 premières semaines après la réparation de la coiffe. Ces suggestions fournissent également des évidences scientifiques pour la production d'orthèses plus dynamiques et fonctionnelles à l’articulation de l’épaule.

Torque articular e ativação dos musculos biceps femoral e semi-tendineo durante movimentos isocineticos de flexão do joelho em atletas de futebol

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física

Percepção de esforço em exercício sob fadiga em normóxia e hipóxia

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física