Procjena umora mišića tijekom dinamičkih kontrakcija

1. Procjena umora mišića tijekom dinamičkih kontrakcija

2. Zamor mišića • Umor mišića prate različiti fiziološki mehanizmim • Manja brzina provođenja nekih ili svih akcijskih potencijala • Sporije motoričke jedinice ostaju aktivne dok se one brže isključuju • Motoričke jedinice počinju okidati sinkrono • Procjena umora: • Makroskopski – smanjenje mogućnosti izvršavanja rada • Kemijska analiza – određivanje konc. laktata u mišiću • Analiza EMG signala: fiziološke promjene odražavaju se na svojstva mioelektričkih signala (npr. smanjenje brzine provodljivosti mišićnog vlakna)

3. Analiza EMG signala • Vremenska, frekvencijska, vremensko-frekvencijska analiza • ‘Sirovi’ EMG predstavlja korisnu informaciju u praktički beskorisnom obliku • Takvi EMG signali ne mogu se kvantitativno međusobno uspoređivati • Svojstva EMG signala • Amplituda: 0-6 mV • Frekvencija 10-500 Hz  fs=1000Hz

4. Procjena zamora na temelju EMG-a • Zamor – određen trenutkom kada se kontrakcija više ne može održati • Zamor je određen pomakom u spektru signala prema nižim frekvencijama • Frekvencijska analiza, statistički pokazatelji • Srednja frekvencija – mjera zamora mišića • Frekvencija mediana – frekvencija koja dijeli spektar gustoće snage na dva područja jednakih snaga; bolja za određivanje umora mišića • Manje osjetljiva na šum • Manje osjetljiva na aliasing • Bolje odražava biokemijske i fiziološke učinke u mišiću tijekom kontrakcija

5. Analiza temeljena na spektrogramu • Gustoća spektra snage za kontinuirane signale beskonačnog trajanja • Mioelektrički signali su konačnog trajanja i analiziraju se po segmentima • Problemi pri procjeni spektra snage na temelju odsječka signala izdvojenog vremenskim otvorom: • Frekvencijsko rasipanje (eng. leakage) – posljedica korištenja vremenskog otvora, ovisi o njegovom obliku • Rezolucija spektra signala – ovisi o svojstvima vremenskog otvora • Raspršenje (disperzija) – posljedica stohastičke prirode EMG signala

6. Analiza temeljena na spektrogramu • Neka je V(ω) Fourierove transformacija odsječka X[n] izdvojenog vremenskim otvorom w[n] širine L uzoraka: • Procjena spektra snage (periodogram): • Veća širina vremenskog otvora rezultira boljom rezolucijom spektra, ali većim raspršenjem • Smanjenje raspršenja periodograma – usrednjavanjem modificiranih periodograma

7. Analiza temeljena na spektrogramu • Welchova metoda smanjenja raspršenja periodograma • Signal x[n] duljine Q podijeli se na odsječke duljine L uzoraka. Svaki se odsječak pomnoži sa funkcijom vremenskog otvora w[n] širine L uzoraka: • Xr[n]=x[rR+n]w[n], 0nL-1, R L • Periodogram r-tog segmenta: • Usrednjavanjem izračunatih periodograma dobiva se konačni rezultat, usrednjeni modificirani periodogram

8. Analiza temeljena na spektrogramu • Spektrogram S[n,k] odsječka signala x[n] računa se prema izrazu • Umjesto izračuna sprektrograma u svakoj točki signala koristi se pomak vremenskog otvora za korak veličine R, pa se spektrogram odsječka računa prema • Uz simetričan vremenski otvor: • Pojedini periodogram pridružuje se trenutku rR koji odgovara sredini vremenskog otvora

9. Frekvencija medijana periodograma • U određenom vremenskom “trenutku” rR frekvencija medijana računa se prema izrazu: • Gdje je Δf razmak između pojedinih linija u periodogramu • Točnost računanja frekvencije medijana ograničena je s Δf

10. Frekvencija medijana spektrograma • Za sve vremenske trenutke u kojima je izračunat spektrogram, odnosno periodogrami, računa se frekvenija medijana periodograma • Krivulja promjene frekvencije medijana “izglađuje” se pomičnim usrednjavanjem: • LMA – broj uzoraka za koje se provodi usrednjavanje • Ukupan broj uzoraka usrednjene frekvencije medijana manji je od broj uzoraka analiziranog signala za korak vremensko frekvencijske analize

11. Postupak mjerenja

12. Rezultati mjerenja

13. Postupak • Određivanje trenutaka koji odvajaju pojedine kontrakcije • Vremensko-frekvencijska analiza EMG signala (spektrogram) • Računanje spektrograma Hammingovim vremenski otvor duljine L. • Pomak otvora za R i ponavljanje postupka do kraja signala • Rezultat je matrica sa nfrek redaka i ntren stupaca • Računanje medijana frekvencije za svaki od ntren stupaca • Nalaženje maksimuma mediana za svaku kontrakciju • Računanje regresijskog pravca i koeficijenta smjera pravca

14. Rezultati • Dobiveni koeficijenti pravaca regresije su pokazatelji zamora mišića. Što se mišić brže umara, brže opada i median frekvencije, pa je i pravac regresije strmiji. • Dobivene su sljedeće vrijednosti koeficijenata smjera: • k(RF)= -23.1746 Hz/min • k(VL)= -16.4180 Hz/min • k(VM)= -16.9018 Hz/min • Mišić r. femoris je primarni agonist u pokretu. Također, građen je od brzih mišićnih vlakana (koje se brže umaraju) u većoj mjeri nego ostala dva mišića. To je u skladu sa dobivenim rezultatima, odnosno gotovo 50% većim iznosom koeficijenta smjera za r. femoris