Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - Universidade de São Paulo
Dep. de Biomecânica, Medicina e Reabilitação do Aparelho Locomotor
Eletromiografia Superfície e suas
Aplicações em Cinesiologia e Biomecânica
e l e t r o m i o g r a f i a
FÓRUM
1. Qual aspecto da instrumentação você acredita ser o mais crítico
para obtenção dos dados eletromiográficos de superfície
utilizados para estudar o movimento humano? Nos textos que
você consultou, esse aspecto foi descritos de maneira
apropriada?
• Todas as etapas são importantes (Marcia R Motta)
• Origem do sinal Standards for Reporting EMG Data vs SENIAM
e l e t r o m i o g r a f i a
FÓRUM
2. As análises dos sinais sEMG brutos podem ser realizadas no
domínio do tempo e da frequência. Nos textos que você separou
para participar desse fórum, que domínio foi analisado? qual a(s)
variável(is)? as interpretações dos resultados obtidos estão
adequadamente dimensionadas de acordo com o que a sEMG
avalia?
• Como identificar o domínio da análise? Quais as variáveis?
• Como avaliar se a interpretação está de acordo com o que a
sEMG avalia?
e l e t r o m i o g r a f i a
FÓRUM
• Usar o SENIAM ou artigos específicos para determinar a posição
dos eletrodos? (Bruno Bedo e Marcela)
• Nenhum tipo de análise permite inferir características
morfológicas ou bioquímicas do músculo
• Envoltório linear, RMS móvel ou RMS para contrações
dinâmicas?
• APDF (Amplitude Probability Distribution Function) - Função de
Distribuição de Probabilidade de Amplitude (Marcela)
e l e t r o m i o g r a f i a
FÓRUM
• Comumente vejo o filtro do tipo Butterworth, não conhecia
nenhum outro até ler os exemplos do "standards" , quais as
principais diferenças, vantagens e desvantagens?
• Em relação aos diferentes tipos de retificação do sinal, qual usar
para cada situação (exercícios dinâmicos e isométricos por
exemplo?
e l e t r o m i o g r a f i a
PROCESSAMENTO DO SINAL
ELETROMIOGRÁFICO
e l e t r o m i o g r a f i a
- De sua análise derivam os padrões de ativação
muscular, a amplitude elétrica de ativação e as
freqüências características do registro bruto -
ELETROMIOGRAFIA
e l e t r o m i o g r a f i a
Soderberg GL, Cook TM. Electromyography in biomechanics. Phys Ther. 1984 Dec;64(12):1813-20
EMG é de fácil uso técnico e
instrumental, mas o processo
desde a coleta até a análise dos
dados é complexo, devendo ser
sistematizado para que os
dados possam ter algum valor
de aplicação
e l e t r o m i o g r a f i a
e l e t r o m i o g r a f i a
Sinal sEMG Bruto (Raw Signal)
• em ‘desuso’
• visualização direta (artefatos) qualidade de
gravação dos dados é importante (número de
bits)
• qualificação da intensidade da contração
(músculo ativo ou não)
e l e t r o m i o g r a f i a
Finsterer J. EMG-interference pattern analysis. J Electromyogr Kinesiol. 2001 Aug;11(4):231-46
• Atividade espontânea – 0% da CVM
• PAUM – 1 a 9% da CVM
• Padrão de interferência – 10-100% da CVM ou mais.
Sinal Bruto ou Padrão de Interferência de PAUMs
e l e t r o m i o g r a f i a
Finsterer J. EMG-interference pattern analysis. J Electromyogr Kinesiol. 2001 Aug;11(4):231-46
e l e t r o m i o g r a f i a
Artefato de Movimento 10-12Hz
Sin
al sEM
G N
ão-Pro
cessado
e l e t r o m i o g r a f i a
Artefato de Movimento 10-12Hz
Sin
al sEM
G N
ão-Pro
cessado
e l e t r o m i o g r a f i a
Sinal sEMG Bruto (Raw Signal)
Sin
al sEM
G N
ão-Pro
cessado
e l e t r o m i o g r a f i a
Sinal sEMG Bruto (Raw Signal)
Sin
al sEM
G N
ão-Pro
cessado
e l e t r o m i o g r a f i a
Sinal sEMG Bruto (Raw Signal)
Sin
al sEM
G N
ão-Pro
cessado
e l e t r o m i o g r a f i a
Que análises são possíveis a partir do sinal sEMG ?
Domínio do tempoanálises temporais
Domínio da freqüência análises espectrais
e l e t r o m i o g r a f i a
Determinação do início da atividade
Onset
DP = x
DP = 2X
Sin
al sEM
G P
rocessado -
Tem
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l
e l e t r o m i o g r a f i a
Como apresentar os dados de Início da Atividade sEMG?
• Tempo de Latência
• Tempo de Retardo
• Porcentagem de Disparo
Sin
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G P
rocessado -
Tem
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e l e t r o m i o g r a f i a
Controle sem DFP
Voluntário com DFP
Determinação do início da atividade
Sin
al sEM
G P
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Tem
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e l e t r o m i o g r a f i a
Controle sem DFP
Voluntário com DFP
Ng GY. Patellar taping does not affect the onset of activities of vastus medialis obliquus and vastus lateralis before and after muscle fatigue. Am J Phys Med Rehabil. 2005 Feb;84(2):106-11
O início da atividade foi marcado no instante em que a atividade
EMG excedeu a média do sinal de repouso em 3 desvios-padrões
por 25ms
Sin
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Tem
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e l e t r o m i o g r a f i a
Controle sem DFP
Voluntário com DFP
Cowan SM, Schache AG, Brukner P, Bennell KL, Hodges PW, Coburn P, Crossley KM. Delayed onset of transversus abdominus in long-standing groin pain. Med Sci Sports Exerc. 2004 Dec;36(12):2040-5
Sin
al sEM
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Tem
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l
O início da atividade foi marcado determinado visualmente
e l e t r o m i o g r a f i a
Controle sem DFP
Voluntário com DFP
Merlo A, Farina D, Merletti R. A fast and reliable technique for muscle activity detection from surface EMG signals. IEEE Trans Biomed Eng. 2003 Mar;50(3):316-23
Sin
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Tem
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e l e t r o m i o g r a f i a
Determinação do início da atividade
Sin
al sEM
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Tem
pora
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e l e t r o m i o g r a f i a
Erros de registro que prejudicam a análise de início da atividade
• Sinal “limpo”
• Com crosstalk ECG
Freqüência
cardíaca
detectada
e l e t r o m i o g r a f i a
Erros de registro que prejudicam a análise de início da atividade
• Com interferência de rede
• Com DC-offset
Linha de
base não é
zero
60 Hz
e l e t r o m i o g r a f i a
Erros de registro que prejudicam a análise de início da atividade
• Com artefato de movimento
• Com saturação de amplificação (+/–0.5 V)
Eletrodos
“saltitantes”
Sinal
“preso” +/–
0.5 V
e l e t r o m i o g r a f i a
Envoltório Linear
Um processamento que permite a obtenção do
padrão de ativação dos músculos alo longo do
tempo e a obtenção da amplitude de atividade
eletromiográfica em registros dinâmicos
Sin
al sEM
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Tem
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e l e t r o m i o g r a f i a
Etapas do Processamento do Envoltório Linear
• Retificação (processamento matemático)
• Alisamento (smoothing) – supressão das altas flutuações de
amplitude do sinal (filtragem ou média móvel) - “ENVELOPE-
LINEAR”
• Normalização de amplitude e tempo de registro
• Integração = milivolts x segundos mVs ou Vs
Sin
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Tem
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e l e t r o m i o g r a f i a
Retificação do Sinal SEMG
Sin
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Tem
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e l e t r o m i o g r a f i a
Alisamento do Sinal SEMG
Sin
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Tem
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e l e t r o m i o g r a f i a
Alisamento do Sinal SEMG
Sin
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Tem
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e l e t r o m i o g r a f i a
Envoltório linear normalizado do sinal SEMG
Sin
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e l e t r o m i o g r a f i aSin
al sEM
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Tem
pora
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Oliveira AS, Rodrigues D, Bérzin F. Avaliação da amplitude eletromiográfica do músculo deltóide em diferentes faixas etárias. Rev Bras Fisio 2004;8(3):171-177
e l e t r o m i o g r a f i aSin
al sEM
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Tem
pora
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Oliveira AS, Rodrigues D, Bérzin F. Avaliação da amplitude eletromiográfica do músculo deltóide em diferentes faixas etárias. Rev Bras Fisio 2004;8(3):171-177
e l e t r o m i o g r a f i a
Integração da Amplitude SEMG
Sin
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Tem
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e l e t r o m i o g r a f i aSin
al sEM
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Tem
pora
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Harris-Love ML, Macko RF, Whitall J, Forrester LW. Improved hemiparetic muscle activation in treadmill versus overground walking. Neurorehabil Neural Repair. 2004 Sep;18(3):154-60
e l e t r o m i o g r a f i a
Grupo Normal - Pré TENS Grupo DTM - Pré TENS
Sin
al sEM
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Tem
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Rodrigues D, Oliveira AS, Bérzin F. Effect of TENS on the activation pattern of the masticatory muscles in TMD patients. Braz J Oral Sci 2004;3 (10):510-515
e l e t r o m i o g r a f i a
Grupo Normal - Pós TENS Grupo DTM - Pós TENS
Sin
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Rodrigues D, Oliveira AS, Bérzin F. Effect of TENS on the activation pattern of the masticatory muscles in TMD patients. Braz J Oral Sci 2004;3 (10):510-515
e l e t r o m i o g r a f i a
Co-Ativação
• Confundida com co-contração
• Evento temporal
– Contração isométrica
– Contração dinâmica
• Propostas de avaliação pela EMGS
Sin
al sEM
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Tem
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e l e t r o m i o g r a f i a
=Valor de co-ativação
( antagonista )
( agonista) + ( antagonista )
Hammond MC, Fitts SS, Kraft GH, Nuther PB, Troter MJ, Robinson LM. Co-contration in the hemiparetic forearm: quantitative EMG evalutation. Arch Phys Med Rehabil 1988;69(5) 348-351
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e l e t r o m i o g r a f i aDamiano DL, Martellotta TL, Sullivan DJ, Granata KP, Abel MF. Muscle force production and functional performance in spastic cerebral palsy: relationship of cocontraction. Arch Phys Med Rehabil. 2000 Jul;81(7):895-900
e l e t r o m i o g r a f i aFonseca ST, Silva PLP, Ocarino JM, Ursine PGS. Análise de um método eletromiográfico para quantificação de co-contração muscular. Rev Bras Ciên. e Mov, 2001; 9(3): 23-30
Sin
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e l e t r o m i o g r a f i aAagaard P, Simonsen EB, Andersen JL, Magnusson SP, Bojsen-Moller F, Dyhre-Poulsen P. Antagonist muscle coactivation during isokinetic knee extension. Scand J Med Sci Sports. 2000 Apr;10(2):58-67
Sin
al sEM
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e l e t r o m i o g r a f i aAagaard P, Simonsen EB, Andersen JL, Magnusson SP, Bojsen-Moller F, Dyhre-Poulsen P. Antagonist muscle coactivation during isokinetic knee extension. Scand J Med Sci Sports. 2000 Apr;10(2):58-67
Sin
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e l e t r o m i o g r a f i a
Raiz Quadrada da Média dos Quadrados
RMS “root-mean-square“ ou Valor Eficaz
- Eleva ao quadrado cada valor
- Média
- Raiz quadrada
Soderberg GL, Knutson LM. Phys Ther. 2000 May;80(5):485-98.
Sin
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e l e t r o m i o g r a f i a
Raiz Quadrada da Média dos Quadrados
• O valor RMS corresponde à quantidade de
sinal contínuo capaz de conter a mesma
quantidade de energia.
• Matematicamente é definido como a raiz
quadrada da média dos quadrados dos valores
instantâneos do sinal:
Sin
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e l e t r o m i o g r a f i a
Pico Máximo=127 volts
RMS=110 volts
127
-127
Amplitude (µv)
Tempo (s)
Raiz Quadrada da Média dos Quadrados
Sin
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e l e t r o m i o g r a f i a
1- Eleva ao quadrado cada valor do sinal bruto
2- Cria uma média
3- Calcula a raiz quadrada
RMS{m(t)}= (1/T ∫ tt + T m2 (t)dt )½
Raiz Quadrada da Média dos Quadrados
Sin
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e l e t r o m i o g r a f i aRodrigues D, Oliveira AS, Bérzin F. Effect of conventional TENS on pain and electromyographic activity of masticatory muscles in TMD patients. Braz Oral Res 2004;18(4): 290-295
Sin
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e l e t r o m i o g r a f i aRodrigues D, Oliveira AS, Bérzin F. Effect of conventional TENS on pain and electromyographic activity of masticatory muscles in TMD patients. Braz Oral Res 2004;18(4): 290-295
Sin
al sEM
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Tem
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l
e l e t r o m i o g r a f i a
Relação SEMG x Força
“Em contrações isométricas, a amplitude do
sinal EMG deveria aumentar em relação a
força de maneira quadrática, desde que as
Unidades Motoras fossem ativadas
independentemente.”
Person & Libkind (1967), Bernshtein (1967),Moore (1967) e Likind (1969 e 1969)
Sin
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e l e t r o m i o g r a f i a
Processamento da Relação sEMG x Força
• EMG integrado x Força
• Envoltório Linear x Força
• RMS x Força
• Rede Neural
Sin
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e l e t r o m i o g r a f i aStokes IA. Relationships of EMG to effort in the trunk under isometric conditions: force-increasing and decreasing effects and temporal delays. Clin Biomech (Bristol, Avon). 2005 Jan;20(1):9-15
Sin
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e l e t r o m i o g r a f i a
Alkner BA, Tesch PA, Berg HE. Quadriceps EMG/force relationship in knee extension and leg press. Med Sci Sports Exerc. 2000 Feb;32(2):459-63
Sin
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e l e t r o m i o g r a f i a
Domínio da Freqüência
Determinação das freqüências que compõem o sinal
EMGS bruto
Sin
al sEM
G P
rocessado -
Espectr
al
e l e t r o m i o g r a f i a
... mas como são determinadas as freqüências?
• Cruzamentos em Zero
• Turns
• Transformada Rápida de Fourier (FFT) - [ISEK]
Sin
al sEM
G P
rocessado -
Espectr
al
e l e t r o m i o g r a f i a
Série de Fourier
Jean Baptiste Joseph Fourier (March 21,
1768 - May 16, 1830) matemático e físico
francês qu deu início ao estudo das séries de
Fourier.
http://www.victorianweb.org/science/fourier.jpg
Sin
al sEM
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Espectr
al
e l e t r o m i o g r a f i aSin
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Espectr
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e l e t r o m i o g r a f i aSin
al sEM
G P
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Espectr
al
e l e t r o m i o g r a f i aSin
al sEM
G P
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Espectr
al
e l e t r o m i o g r a f i a
Conteúdo Espectral do EMGS
Sin
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G P
rocessado -
Espectr
al
e l e t r o m i o g r a f i a
Man Ther. 2000 Mar;1(2):99-103.
O que é a densidade espectral de potência do sinal SEMG?
Sin
al sEM
G P
rocessado -
Espectr
al
e l e t r o m i o g r a f i a
Freqüência Moda – aquela que apresenta a maior quantidade de amplitude.
Freqüências Características
Sin
al sEM
G P
rocessado -
Espectr
al
e l e t r o m i o g r a f i a
Freqüência Média – aquela que representa a o conteúdo médio de
amplitude.
Freqüências Características
Sin
al sEM
G P
rocessado -
Espectr
al
e l e t r o m i o g r a f i a
Freqüência Mediana – aquela que representa a divisão geométrica do
espectro em duas áreas de mesma amplitude (soma integral).
Freqüências Características
Sin
al sEM
G P
rocessado -
Espectr
al
e l e t r o m i o g r a f i a
Diagrama representativo da mudança da potência espectral do sinal EMG antes (a) e após (b) o uma situação de fadiga muscular. A freqüência mediana da DEP diminui durante contrações fadigáveis.
Man Ther. 2000 Mar;1(2):99-103.Sin
al sEM
G P
rocessado -
Espectr
al
e l e t r o m i o g r a f i a
Diagrama representativo da mudança da freqüência mediana durante todo o tempo de uma contração fadigável. Os dados são analisados por regressão linear a partir da qual são derivados o
slope (taxa de fadiga) e y-intercept (freqüência mediana inicial) são derivados.
Índice de Fadiga - SLOPE
Sin
al sEM
G P
rocessado -
Espectr
al
e l e t r o m i o g r a f i aSin
al sEM
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Espectr
al
Espectrograma 3D
Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - Universidade de São Paulo
Dep. de Biomecânica, Medicina e Reabilitação do Aparelho Locomotor
Análise Eletromiográfica dos Músculos Masseter e Temporal Durante Atividade Mastigatória em Portadores De Disfunção Temporomandibular
Parte dos resultados da tese de doutorado
Dr. Paulo Henrique Ferreira Caria
Orientadora: Profa. Dra. Heloísa Amélia de Lima Castro
e l e t r o m i o g r a f i aCaria PHF. Análise Eletromiográfica dos Músculos Masseter e Temporal durante Atividade Mastigatória em Portadores de Disfunção Temporomandibular. 2001
Controle DTM
Sin
al sEM
G P
rocessado -
Espectr
al
e l e t r o m i o g r a f i a
FM Normalizada Mastigação Normais
FM Normalizada Mastigação DTM
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
Início 25 50 75 100
TD
MD
TE
ME
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
Início 25 50 75 100
TD
MD
TE
ME
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
Início Desconforto Fadiga
TD
MD
TE
ME
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
Início Desconforto Fadiga
TD
MD
TE
ME
Sin
al sEM
G P
rocessado -
Espectr
al
Mendoça RC, Oliveira AS, Pedroni CR, Berzin F, Gastaldi AC. Análise da Atividade Eletromiográfica dos Músculos Masseter e Temporal Durante Fadiga Induzida por Mastigação Prolongada em Portadores de Disfunção Temporomandibular. Aceito na Brazilian Journal of Oral Sciences em 2005
e l e t r o m i o g r a f i a
RMS Normalizado Mastigação Normais
RMS Normalizado Mastigação DTM
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
Início 25 50 75 100
TD
MD
TE
ME
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
Início 25 50 75 100
TD
MD
TE
ME
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
Início Desconforto Fadiga
TD
MD
TE
ME
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
Início Desconforto Fadiga
TD
MD
TE
ME
Sin
al sEM
G P
rocessado -
Espectr
al
Mendoça RC, Oliveira AS, Pedroni CR, Berzin F, Gastaldi AC. Análise da Atividade Eletromiográfica dos Músculos Masseter e Temporal Durante Fadiga Induzida por Mastigação Prolongada em Portadores de Disfunção Temporomandibular. Aceito na Brazilian Journal of Oral Sciences em 2005
e l e t r o m i o g r a f i a
Estimativa da amplitude eletromiográfica em contrações não-dinâmicas
Retificação e filtração não recomendado
EMG integrada não recomendado
ARV
(valor da média retificada)
especificar o intervalo de duração
RMS especificar o intervalo de duração
Intervalo de duração (ARV e RMS) recomendado – 0,25 a 0,5 segundos
em contrações de baixos níveis intensidade – 1-2 segundos
Estimações da amplitude de sinais
branqueados
recomendado quando uma alta relação sinal:ruído na
amplitude estimada é importante
e l e t r o m i o g r a f i a
Estimativa da amplitude eletromiográfica em contrações dinâmicas
EMG retificado e alisado recomendado especificar o tipo de filtro, ordem e freqüência
de corte
Ensemble averaging
[média de vários ciclos]
especificar o número de ciclos, e relatar o erro padrão da
média
A estimativa deve ser baseada na tarefa motora estudada e decidir pelo
apropriado filtro de corte e janela de tempo adequadas. Consultar Soderberg GL,
Knutson LM. A guide for use and interpretation of kinesiologic electromyographic data. Phys
Ther. 2000 May;80(5):485-98
e l e t r o m i o g r a f i a
Estimativa do espectro em sEMG
Densidade espectral de potência obtida pela Fast Fourier Transform (FFT)
Intervalo de duração mínimo – 0,5 a 1,0 segundos
Freqüência característica recomendada: mediana