Processing and analysis of surface electromyography signals to classify motor gestures with high activation of the vastus medialis muscle.

Abstract

Antecedentes: El vasto medial es crucial para la estabilidad y función de la rodilla, especialmente para el correcto movimiento de la patela. Por lo que, en caso de contar con una lesión en el tendón patelar es importante fortalecer el vasto medial y disminuir el posible desbalance muscular entre este músculo y los vastos intermedio y lateral.

La electromiografía de superficie (sEMG) es una técnica no invasiva que permite conocer la actividad muscular, las señales obtenidas pueden ser analizadas para obtener los momentos de activación, al igual que el tratamiento de la señal en los dominios de frecuencia y tiempo proporciona información sobre la fatiga muscular.

Objetivo: Analizar, a través de electromiografía de superficie del vasto medial, el nivel de activación muscular asociado a distintos gestos motores, con el fin de identificar cuál de ellos induce una mayor respuesta electromiográfica.

Metodología: Se seleccionaron 5 ejercicios donde los músculos del cuádriceps son predominantes, los sujetos ejeccutaron una serie de 10 repeticiones por ejercicio, incorporando un descanso de dos minutos entre cada uno. A los sujetos se les colocó un sensor Trigno IM (Delsys, Inc., EE.UU.) en cada vasto medial siguiendo las recomendaciones del SENIAM.

La señal de sEMG fue procesada con filtros pasa altas de 50 Hz, pasa bajas de 100 Hz y obteniendo el RMS con una ventana de 201 muestras para conocer la activación muscular, las señales fueron normalizadas utilizando el valor máximo del potencial eléctrico en todos los ejercicios, para segmentar las señales se definieron eventos de inicio y fin de los ejercicios utilizando la señal de aceleración de la unidad inercial de medición (IMU) con el que cuenta cada sensor, esta señal fue filtrada con un filtro pasa bajas de 10 Hz.

Para cada ejercicio en cada repetición se obtuvo el valor máximo de activación normalizado, para obtener el promedio de ejercicio por sujeto, también en cada repetición se calcularon métricas en dominio de tiempo y frecuencia con el objetivo de determinar fatiga muscular durante la prueba.

Resultados: En total se midieron 20 sujetos sanos (10 hombres y 10 mujeres) con un rango de edad entre 25 y 33 años. De los ejercicios evaluados el Step Up fue el ejercicio que presentó mayor actividad muscular con un 75.09±5.66%, seguido por la Extensión 60.71±0.43%, Desplante 57.46±2.26%, Press 54.85±3.43% y Step Down 53.53±26%. Al realizar la evaluación de fatiga muscular, se pudo observar que el ejercicio que presentó mayor fatiga al realizar las repeticiones fue la Extensión con 75% y el ejercicio que menos presentó fatiga fue el Press con 40%.

Conclusiones: En este proyecto se pudo corroborar la utilidad de la señal de sEMG, ya que permitió identificar cuál de los ejercicios evaluados genera una mayor actividad muscular en el vasto medial. Esta información es útil para orientar las rutinas de fortalecimiento cuando exista una lesión del tendón patelar. Además, se demostró que la señal de sEMG puede emplearse como una herramienta cuantitativa para determinar fatiga muscular.