Esta disserta¸c˜ao encontra-se organizada em cinco cap´ıtulos. No Cap´ıtulo 1 fez- se uma introdu¸c˜ao de enquadramento e apresentou-se a motiva¸c˜ao e objetivo do trabalho.
O Cap´ıtulo 2 inicia com uma introdu¸c˜ao `a eletromiografia e a sua hist´oria. Segui- damente ´e feita uma breve introdu¸c˜ao ao sistema neuromuscular, uma introdu¸c˜ao da fisiologia do m´usculo mass´eter, os tipos de el´etrodos, fatores que influenciam o EMG e os m´etodos utilizados para a an´alise deste sinal.
No cap´ıtulo 3 encontra-se uma revis˜ao bibliogr´afica de diferentes m´etodos de aquisi¸c˜ao de sinal EMG.
Os circuitos el´etricos dos subsistemas s˜ao apresentados no Cap´ıtulo 4, onde se encon- tra uma descri¸c˜ao do circuito externo do prot´otipo desenvolvido e o procedimento do primeiro teste com el´etrodos de superf´ıcie.
O cap´ıtulo 5 apresenta o procedimento experimental onde ´e integrado o prot´otipo na musculatura da mastiga¸c˜ao de um coelho com os devidos resultados.
Para finalizar, no Cap´ıtulo 6, faz-se uma discuss˜ao dos resultados simulados e apresentam-se algumas perspetivas de trabalho futuro.
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Atividade muscular e a
eletromiografia
2.1
Introdu¸c˜ao ao EMG
Eletromiografia ´e um m´etodo de diagn´ostico onde ´e registado o sinal produzido durante a contra¸c˜ao dos m´usculos. Este m´etodo ´e capaz de detetar o potencial el´etrico gerado pelas c´elulas musculares quando essas est˜ao mecanicamente ativas ou em repouso. Dependendo do m´usculo observado, os potenciais medidos variam entre menos de 50 µV e 20 a 30 mV (Kumar, 2010). Estes sinais de EMG s˜ao integrados por: um controlo central do sistema nervoso; pela transmiss˜ao do sinal (atrav´es de fibras nervosas e de jun¸c˜oes neuromusculares); pela ativa¸c˜ao el´etrica das fibras musculares organizadas pelas unidades motoras (UM); e atrav´es de uma cadeia biomecˆanica complexa capaz de produzir for¸cas que v˜ao atuar ao n´ıvel dos tend˜oes, permitindo assim a movimenta¸c˜ao do corpo (figura 2.1).
8 CAP´ITULO 2. ATIVIDADE MUSCULAR E A ELETROMIOGRAFIA
Figura 2.1 – Funcionamento de uma fibra muscular (Kumar,2010).
Os sinais EMG s˜ao essencialmente constitu´ıdos por potenciais de a¸c˜ao de unidades motoras sobrepostas (MUAPs). Este mecanismo tamb´em incorpora um conjunto de circuitos de realimenta¸c˜ao que transmite informa¸c˜ao da medula espinal at´e ao c´erebro e vice-versa, levando informa¸c˜ao acerca dos m´usculos e for¸cas que exercem nos tend˜oes (Lopes, 2016). O campo da eletromiografia ´e um dos estudos da Enge- nharia e ´e usada para avaliar e registar a atividade el´etrica produzida pelos m´usculos de um corpo humano. O sinal el´etrico produzido durante a ativa¸c˜ao muscular, conhe- cido como sinal EMG, ´e produzido a partir de pequenas correntes el´etricas geradas pela troca de i˜oes nas membranas musculares e detetadas com a ajuda de el´etrodos. Existem dois tipos de EMG: superf´ıcie e intramuscular. Para realizar um teste de EMG intramuscular, um el´etrodo de agulha ´e inserido atrav´es da pele no tecido muscular, este ´e um m´etodo quase preciso e com maior localiza¸c˜ao do m´usculo mas ´e um m´etodo invasivo. No EMG de superf´ıcie utiliza-se um el´etrodo de superf´ıcie para adquirir os sinais situado sobre a pele, pelo que o princ´ıpio b´asico usado ´e que a atividade el´etrica dos m´usculos se distende atrav´es da pele. Os sinais EMG de superf´ıcie est˜ao dentro da faixa de +/- 500 µV, com frequˆencias a variar entre 6 Hz e 600 Hz, onde a gama de frequˆencia dominante ´e de 20 Hz a 150 Hz (Norizan et al.,
2015).
O sinal EMG ´e altamente influenciado pelo ru´ıdo. As caracter´ısticas do ru´ıdo el´etrico podem ser causadas por v´arias fontes. O ru´ıdo ambiente pode ser causado por fontes de radia¸c˜ao eletromagn´etica, dispositivos de transmiss˜ao de r´adio, luzes fluorescentes e interferˆencia dos fios el´etricos ou gerado a partir do movimento. Segundo (Jamal,
2.1. INTRODUC¸ ˜AO AO EMG 9
2012) esse ru´ıdo particular existe na faixa de frequˆencia de 50 Hz. As duas prin- cipais fontes de ru´ıdo principalmente em el´etrodos de superf´ıcie s˜ao a instabilidade da interface da pele do el´etrodo e o movimento do cabo do el´etrodo. O ru´ıdo ´e um dos grandes problemas na recolha de sinais de EMG mas pode ser eliminado pela conce¸c˜ao adequada de circuitos de filtragem. A fidelidade m´axima do sinal ´e determinada pela rela¸c˜ao sinal / ru´ıdo do sinal EMG adquirido (Jamal,2012). Para a remo¸c˜ao de ru´ıdos, o sinal EMG necessita ser acondicionado e filtrado ou atrav´es de t´ecnicas de filtragen digital, recorrendo a c´odigo pr´oprio ou atrav´es da t´ecnica de instrumenta¸c˜ao. Nesta disserta¸c˜ao, a t´ecnica de instrumenta¸c˜ao ´e seleci- onada e o processo inclui processos de amplifica¸c˜ao, filtragem e retifica¸c˜ao. A sa´ıda desse processo ´e o sinal de EMG, assim como a sua envolvente, e pode ser usado para an´alises futuras.
Com a melhoria da qualidade e disponibilidade destes sensores, come¸caram a au- mentar as aplica¸c˜oes que fazem uso da eletromiografia, n˜ao s´o para a dete¸c˜ao do sinal como tamb´em para o seu uso, isto ´e, come¸caram a desenvolver pr´oteses contro- ladas por sinais EMG. Atualmente, a EMG ´e utilizada para diagn´ostico de doen¸cas neuromusculares e traumatismos, bem como para o estudo do movimento muscular. Com a progress˜ao do estudo da EMG foi poss´ıvel a utiliza¸c˜ao do sinal EMG em novas aplica¸c˜oes como por exemplo (De Luca,2002):
- Determina¸c˜ao do tempo de ativa¸c˜ao dos m´usculos, isto ´e, quando a excita¸c˜ao do m´usculo come¸ca e acaba;
- Estimativa da for¸ca produzida pelo m´usculo;
- Obten¸c˜ao de ´ındice de fadiga atrav´es de an´alise espectral do sinal EMG; - Melhorar o desenvolvimento de pr´oteses.
Para fazer um estudo da origem dos sinais EMG ´e preciso discutir a fisiologia do mo- vimento muscular, discutir qual o el´etrodo adequado para o estudo (este respons´avel
10 CAP´ITULO 2. ATIVIDADE MUSCULAR E A ELETROMIOGRAFIA
pela interface entre sinal muscular e uma tens˜ao el´etrica externa) e, posteriormente realiza-se o processamento desse sinal. Os estudos do sinal EMG realizados prova- ram ser produtivos para investiga¸c˜oes fisiol´ogicas e cl´ınicas. Os sensores de EMG intramusculares causam desconforto e s˜ao arriscados, sendo necess´ario um profissio- nal para a realiza¸c˜ao dos testes. Por isso, ´e prefer´ıvel obter o sinal EMG detetado a partir de um sensor de superf´ıcie. No entanto, para aqueles m´usculos que n˜ao est˜ao em contato com a pele, o sensor de agulha continua a ser a ´unica op¸c˜ao vi´avel.