A practical system for hands-off computer interaction based on electromyogram (EMG)/eye gaze tracking (EGT)

Effective interaction with personal computers is a basic requirement for many of the functions that are performed in our daily lives. With the rapid emergence of the Internet and the World Wide Web, computers have become one of the premier means of communication in our society. Unfortunately, these advances have not become equally accessible to physically handicapped individuals. In reality, a significant number of individuals with severe motor disabilities, due to a variety of causes such as Spinal Cord Injury (SCI), Amyothrophic Lateral Sclerosis (ALS), etc., may not be able to utilize the computer mouse as a vital input device for computer interaction. The purpose of this research was to further develop and improve an existing alternative input device for computer cursor control to be used by individuals with severe motor disabilities. This thesis describes the development and the underlying principle for a practical hands-off human-computer interface based on Electromyogram (EMG) signals and Eye Gaze Tracking (EGT) technology compatible with the Microsoft Windows operating system (OS). Results of the software developed in this thesis show a significant improvement in the performance and usability of the EMG/EGT cursor control HCI.

Classificador máquina de suporte vetorial com análise de Fourier aplicada em dados de EEG e EMG

The classifier support vector machine is used in several problems in various areas of knowledge. Basically the method used in this classier is to end the hyperplane that maximizes the distance between the groups, to increase the generalization of the classifier. In this work, we treated some problems of binary classification of data obtained by electroencephalography (EEG) and electromyography (EMG) using Support Vector Machine with some complementary techniques, such as: Principal Component Analysis to identify the active regions of the brain, the periodogram method which is obtained by Fourier analysis to help discriminate between groups and Simple Moving Average to eliminate some of the existing noise in the data. It was developed two functions in the software R, for the realization of training tasks and classification. Also, it was proposed two weights systems and a summarized measure to help on deciding in classification of groups. The application of these techniques, weights and the summarized measure in the classier, showed quite satisfactory results, where the best results were an average rate of 95.31% to visual stimuli data, 100% of correct classification for epilepsy data and rates of 91.22% and 96.89% to object motion data for two subjects.

Activité EMG des muscles du dos chez des patients dystrophiques

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Activité EMG au niveau du membre supérieur : étude à l'aide d'un fantôme

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Décomposition automatique de signaux EMG intramusculaires

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

Activité EMG des muscles du dos chez des patients dystrophiques

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Activité EMG au niveau du membre supérieur : étude à l'aide d'un fantôme

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Décomposition automatique de signaux EMG intramusculaires

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

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.

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.

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.

Initial CFD investigation of an MR fluid in a bicycle ergometer

A bicycle ergometer is a scientific device used by exercise physiologists which attempts to mimic on-road cycling characteristics such as foot technique, EMG activity, VO2, VCO2 and rider cardiology in a laboratory environment. Presently there are no known useful scientific ergometers that mimic these characteristics and are able to provide a satisfactory controlled resistance that is independent of speed. Previous research has suggested the use of a Magneto-Rheological (MR) Fluid as part of the ergometer design, as when used in a rotary brake application it is able to be controlled electronically to increase resistance instantly and independent of speed. In the target application, MR fluids are subject to immense tribological wear and temperature during viscous shearing, and will eventually show some degree of deterioration which is usually manifested as an increase in off-state viscosity. It is not known exactly how the fluid fails, however the amount of deterioration is related to the shear rate, temperature and duration and directly related to the power dissipation. Currently, there is very little literature that investigates the flow and thermal characteristics of MR fluid tribology using CFD. In this paper, we present initial work that aims to improve understanding of MR fluid wear via CFD modelling using Fluent, and results from the model are compared with those obtained from a experimental test rig of an MR fluid-based bicycle ergometer.

On analysing and interpreting variability in motor output

A recent article in the Journal of Science and Medicine in Sport by Chapman et al.1 reported data from an empirical investigation comparing lower extremity joint motions, joint coordination and muscle recruitment in expert and novice cyclists. 3D kinematic and intramuscular electromyographic (EMG) analyses revealed no differences between expert and novice cyclists for normalised joint angles and velocities of the pelvis, hip, knee and ankle. However, significant differences in the strength of sagittal plane kinematics for hip–ankle and knee–ankle joint couplings were reported, with expert cyclists displaying tighter coupling relationships than novice cyclists. Furthermore, significant differences between expert and novice cyclists for all muscle recruitment parameters, except timing of peak EMG amplitude, were also reported.