Os dados RMS de EMG normalizados com base nos respetivos valores de MVC (contração voluntária máxima) para cada um dos 4 músculos e para cada indivíduo foram posteriormente transformados de modo a obter a Função de Distribuição da Probabilidade da Amplitude (Amplitude Probability Distribution Function) do sinal eletromiográfico, doravante designada por APDF (Fig. 6.22). Os valores de APDF foram obtidos de acordo com Hagberg (1978) e Jonsson (1988). Para o presente estudo foram determinados a partir de uma folha de cálculo modelar, 2800 ficheiros de dados relativos ao triplo produto de 7 tarefas por 4 músculos por 20 sujeitos e por 5 modelos de dispositivos apontadores. Optou-se, por uma questão de conveniência e gestão do tempo, considerando também a comparação entre o estudo experimental 1 com o 2 e ainda o foco de interesse nas atividades de CAD excluir, nesta fase, o tratamento dos dados de eletromiografia relativos às tarefas de dragging right (uso do botão direito do rato) e scroll down (rodar o botão do scroll fletindo o dedo indicador). Para cada um dos 2800 ficheiros tratados foram calculados o APDF10 (tomado como valor de base – baseline - indicativo), o APDF50 que representa o valor em percentagem de MVC abaixo do qual o sinal EMG se encontra em 50% do tempo total analisado e o APDF90 (tomado como valor de pico indicativo), resultando 8400 valores de APDF, provenientes da monitorização muscular, para análise estatística. A Figura 5.22 mostra graficamente um exemplo ilustrativo da determinação dos valores de APDF10, 50 e 90 para o músculo ED na realização da tarefa de dragging midlle e para um determinado sujeito. A partir do registo dos dados RMS do sinal eletromiográfico em percentagem de MVC, registados informaticamente a intervalos de 62,5 milisegundos foram avaliados pelo menos 960 pontos, perfazendo no mínimo 60 segundos de gravação do sinal eletromiográfico RMS para cada um dos 2800 casos analisados.
APDF10=4,64%; APDF50=6,14%; APDF90=8,59% Exemplo: Músculo ED, tarefa dragging midlle, sujeito X
Figura 6.22 – Representação gráfica de um exemplo (em 2800) de cálculo dos valores de APDF (curva da probabilidade cumulativa da distribuição de probabilidade temporal em função da percentagem da MVC).
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Segundo Hagberg (1978), a probabilidade da amplitude a um certo nível de contração muscular é a probabilidade da atividade mioelétrica ser menor ou igual a esse nível de contração. A probabilidade da amplitude muscular a um certo nível pode ser expressa como a fração da duração total em que o sinal é menor ou igual a esse nível (Figura 6.23). Se esta fração for estimada a partir de um número suficientemente grande de níveis, é obtida uma boa estimativa da Função de Distribuição da Probabilidade da Amplitude (APDF). No caso da determinação dos valores de APDF no presente estudo foram utilizados 960 pontos por gravação de 60 segundos de sinal EMG em RMS a intervalos de 0,0625 segundos.
P=(t1+t2+t3+t4)/T
Probabilidade da amplitude P, para um sinal a um determinado nível, onde T representa o tempo total de duração do período de tempo estudado, e t1—t4 representam a extensão de tempo em que o sinal é de valor menor ou igual ao nível predeterminado
Figura 6.23 – Probabilidade da amplitude (P) como definido por Hagberg (1978) (Fonte: adaptada de Hagberg, 1978).
A respeito dos esforços estáticos de ‘nível-baixo’, SjØgaard e Jensen (2006) referem que os esforços estáticos medidos por eletromiografia e analisados através da função de distribuição da probabilidade da amplitude (APDF) do sinal eletromiográfico, onde o nível estático é tipicamente definido como a probabilidade P = 0.1 não garante a monitorização das variações do comprimento do músculo, o que significa que podem ocorrer contrações musculares dinâmicas durante a mesma janela de tempo. Em consequência, e no âmbito da investigação desenvolvida nesta tese, considera-se de todo o interesse desenvolver um novo indicador de atividade dinâmica, por oposição ao nível estático que tem sido e continua a ser associado à APDF10. Assim, foi determinado um novo indicador de atividade muscular dinâmica, definido
de acordo com a equação 6.1. O indicador Din foi calculado para todas as combinações de
dispositivo, músculo e sujeito da amostra, perfazendo 400 casos por tarefa. Foram ainda calculados os valores máximos e mínimos do indicador Din por tarefa (apresentados no cap. 7 – Análise de dados). Este novo indicador se for utilizado agrupando o conjunto de músculos sob interesse, pode ajudar a perceber qual o ‘envolvimento’ muscular estático e dinâmico global relativo às distintas tarefas do teste. Pode assim ser utilizado para determinar o nível
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de ‘dinamismo’ da atividade muscular associado a um determinado dispositivo numa tarefa
específica.
(6.1)
A partir do conceito deste novo indicador (equação 6.1) foi desenvolvida uma Tabela 6.3 para análise da atividade muscular comparativa entre dois dispositivos considerando o esforço muscular, através do parâmetro APDF90, e do dinamismo da atividade muscular (Din). A Tabela 6.3 permite proceder a uma análise comparativa da atividade muscular, através da tipificação de quatro comparações com base nos valores do APDF 90 e nos valores do Din, que resultam da utilização de um determinado tipo de dispositivo. A Tabela 6.3 conjuga o esforço maior executado com o dinamismo muscular permitindo, deste modo, uma apreciação qualitativa de cada um dos casos em comparação emparelhada.
Tabela 6.3 – Análise da atividade muscular através de comparações tipo, com base no esforço muscular (APDF90) e no dinamismo da atividade muscular (Din), relativos a pares de
indicadores resultantes da utilização de um determinado tipo de dispositivo.
Nível de esforço (APDF 90) em % MVC
Dinamismo da atividade muscular (Din)
Apreciação qualitativa de cada um dos casos em comparação emparelhada Comparação relativa do tipo 1 APDF semelhante em ambos os casos superior preferível inferior não preferível Comparação
relativa do tipo 1
APDF semelhante em ambos os casos
inferior não preferível superior preferível Comparação
relativa do tipo 2
superior Din semelhante em ambos os casos
não preferível
inferior preferível
Comparação relativa do tipo 2
inferior Din semelhante em ambos os casos
preferível
superior não preferível
Comparação relativa do tipo 3
superior inferior não preferível
inferior superior preferível
Comparação relativa do tipo 3
inferior superior preferível
superior inferior não preferível
Comparação relativa do tipo 4 inferior inferior sem preferência superior superior Comparação relativa do tipo 4 superior superior sem preferência inferior inferior
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Após a colheita e tratamento prévio dos dados procedeu-se à sua análise recorrendo a técnicas estatísticas. Tendo em conta a deteção de não normalidade das variáveis APDF e Din, procedeu-se a testes não paramétricos para amostras independentes de Mann-Whitney, com foco nas diferenças através das duas categorias consideradas para o tamanho da mão (abaixo da média e acima da média da amostra) isoladamente através de cada uma das categorias dos dispositivos (ak, ch, ci, ev e mi). Foram também realizadas duas análises distintas, uma relacionada com a categoria do tamanho da mão e outra englobando toda a amostra, recorrendo à análise RM-ANOVA. Para o efeito e pelo facto da quase totalidade das variáveis terem falhado o teste de normalidade de Shapiro-Wilk, tornou-se necessário proceder à transformação logarítmica (por logaritmo neperiano ou natural) desses dados, tal como é prática da especialidade, veja-se por exemplo Heilskov-Hansen (2014) e Pereira (2013). O principal interesse destas análises prende-se com o estudo relativo à influência do tamanho da mão (duas categorias) e o tipo de dispositivo apontador (5 geometrias distintas) na atividade muscular dos músculos em questão. Os desenvolvimentos analíticos relativos aos resultados obtidos são abordados no capítulo 7 – Análise de resultados.
6.8 Nota Conclusiva
Neste capítulo apresentou-se uma descrição do processo de investigação concebido e implementado para a monitorização da atividade muscular de um grupo criteriosamente selecionado de músculos envolvidos na utilização dos dispositivos manuais apontadores para computador. Apresentou-se ainda a base teórica que suporta o estudo realizado, abrangendo desde a pertinência deste tipo de estudo, à seleção dos músculos e dos pontos para colocar os elétrodos sensores, passando pelos conceitos fundamentais relativos à utilização de toda a instrumentação e, finalmente, abarcando também a forma de tratar os dados. Foi ainda relatada a sequência de procedimentos práticos relativos à colheita dos dados que envolveu 20 participantes que se submeteram a um processo de ensaio de longa duração (aproximadamente entre 2,5 e 3 h por cada participante).
No âmbito da mesma investigação, é proposto um novo indicador de dinamismo da atividade muscular, determinado a partir de uma relação entre valores da Função de Distribuição da Probabilidade da Amplitude relativa à contração muscular, destinado a distinguir tarefas e, ou, dispositivos manuais apontadores para computador, com relevância para investigadores e utilizadores comuns de CAD. A análise conjunta dos valores de APDF de pico (APDF90) e do valor de dinamismo muscular (Din) permite caracterizar simultaneamente a grandeza da ativação muscular e a sua natureza mais estática ou mais dinâmica. A Tabela 6.3 contribui para esta análise. De acordo com a definição de esforço estático de ‘nível baixo’ preconizado por SjØgaard e Jensen (2006) são apresentados casos de aplicação ao presente estudo, no capítulo 7 – Análise de resultados, no final da secção 7.3.1. Os casos referidos de avaliação qualitativa quanto à relação de estaticidade - dinamismo apresentam valores de APDF 90 da
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ordem de 10 a 20 % de MVC e são apresentados em anexo nas Tabelas A1, A2, A3 e A4, relativamente aos músculos APL, ECR, ECU e ED, respetivamente, e para a tarefa de pointing medium, a título de exemplo.
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Cap.7
Análise de resultados
7.1 Nota introdutória 7.2 Avaliação da usabilidade 7.2.1 Estudo 1 7.2.2 Estudo 2 7.2.3 Estudos 1 e 2 combinados7.2.4 Estudo 3 - Indicador de eficiência (IE) aplicado a uma ferramenta de CAD
7.3 Avaliação da atividade muscular (S-EMG) 7.4 Usabilidade e atividade muscular 7.5 Nota conclusiva
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Objetivos:
- Apresentação dos dados sob a forma gráfica e sua análise estatística.
- Proceder à análise estatística comparativa, relativa à avaliação da usabilidade, entre as cinco geometrias, no estudo 1 (n1=20).
- Proceder à análise estatística comparativa, relativa à avaliação da usabilidade, entre as cinco geometrias, no estudo 2 (n2=20).
- Comparar o estudo 1 com o estudo 2 para validar a reunião das respetivas amostras e proceder à análise estatística para avaliar a usabilidade considerando os estudos 1 e 2 combinados (n1+2=40).
- Proceder à análise estatística comparativa entre as cinco geometrias, relativa à avaliação da atividade muscular do antebraço dos participantes (estudo 2, n2=20).
- Proceder à análise estatística com vista à validação dos resultados obtidos relativamente ao indicador de desempenho proposto (n3=10).