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Universidade
Estadual de Londrina
CENTRO DE EDUCAÇÃO FÍSICA E ESPORTE
CURSO DE BACHARELADO EM EDUCAÇÃO FÍSICA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
INFLUÊNCIA DOS PROCEDIMENTOS: FILTRAÇÃO, RETIFICAÇÃO E SUAVIZAÇÃO NO TRATAMENTO
DO SINAL ELETROMIOGRÁFICO PARA OBTENÇÃO DOS VALORES DE ROOT MEAN SQUARE
Thiago Ferreira Dias Kanthack
LONDRINA – PARANÁ
2011
DEDICATÓRIA
A Deus, por sua fidelidade e eterna graça sobre minha vida.
Aos meus pais, por todo amor, dedicação e paciência.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus, pois sem Ele eu não seria capaz de cumprir nenhuma de
minhas metas, e mais, nenhuma das metas Dele para a minha vida.
Ao Prof. Dr. Leandro Ricardo Altimari, por acreditar em mim, pela oportunidade de
me permitir crescer dentro da minha formação.
Á minha família pelo apoio nos momentos difíceis. A minha prima Marina Paccini
Razzé pela ajuda nos primeiros anos e incentivo.
Aos meus amigos, que fizeram essa jornada parecer curta, e me proporcionaram
tanta alegria e risos no decorrer.
E a todos os demais que Deus colocou no meu caminho para que eu nunca
desistisse ou olhasse para trás.
“Quanto ao mais, irmãos, tudo o que é verdadeiro,
tudo o que é honesto, tudo o que é justo,
tudo o que é puro, tudo o que é amável,
tudo o que é de boa fama, se há alguma virtude,
e se há algum louvor, nisso pensai.”
Filipenses 4:8
KANTHACK, Thiago Ferreira Dias. Influência dos procedimentos: Filtração, retificação e suavização no tratamento do sinal eletromiográfico para obtenção dos valores de root mean square. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Bacharelado em Educação Física. Centro de Educação Física e Esporte. Universidade Estadual de Londrina, 2011.
RESUMO
O uso de diversos procedimentos no tratamento do sinal eletromiográfico (EMG)
(filtragem, suavização e retificação) precedentes ao cálculo do root mean square
(RMS) são usuais e tidos como importantes. Entretanto, estudos que verifiquem tal
afirmação são escassos e não possuem consenso na literatura. Assim, o objetivo do
presente estudo foi verificar a influência dos procedimentos filtração, retificação e
suavização na análise dos sinais EMG para obtenção dos valores de RMS. Vinte
voluntários do sexo masculino (27,5 ± 4,1 anos) realizaram exercícios em
intensidades submáxima, máxima e supramáxima em ciclossimulador
(Computrainer™, Racer Mate®, USA) com cadência de 90 rpm até a exaustão
voluntária. Durante o teste foi coletada a atividade EMG (eletromiógrafo de 16 canais
modelo MP150™ Biopac System®, USA) dos músculos Vasto Lateral (VL), Vasto
Medial (VM) e Reto Femoral (RF), com freqüência de amostragem de 2000 Hz.
Posteriormente, os valores médios de RMS foram calculados a cada 5s do primeiro
minuto de exercício após aplicação dos seguintes procedimentos: sinal bruto (B);
filtragem (F); filtragem + suavização (FS); filtragem + suavização + retificação (FSR).
O filtro passa banda foi de 20 a 500 Hz e a janela do procedimento de suavização foi
de três pontos. Para análise estatística dos dados utilizou-se análise de variância
(ANOVA) para medidas repetidas e correção de Greenhouse-Geisser quando
necessária. A significância adotada foi de 5%. Não houve influência significante do
tipo de tratamento sobre os valores de RMS em nenhuma das condições para todos
os músculos nas diferentes intensidades (P>0,05). A partir dos nossos achados
pode-se concluir que os procedimentos utilizados na análise dos sinais EMG
parecem não influenciar o valor de RMS. Entretanto, recomenda-se ao menos filtrar
o sinal EMG para permitir avaliar a faixa de frequência característica do músculo
avaliado.
Palavras-chave: Eletromiografia; Atividade muscular; Root mean square.
KANTHACK, Thiago Ferreira Dias. Influence of the procedures: Filtering, rectification and smoothing in the treatment of the electromyography signal to obtain the values of root mean square. Work Completion of Course. Physical Education Degree. Center of Physical Education and Sports. Londrina State University, 2011.
ABSTRACT
The use of several treatments procedures of the electromyographic signal (EMG)
(filtering, smoothing and rectification) before the calculation of root mean square
(RMS) are usual and took as important. However, studies that verify such affirmation
are scarcity and don’t have support on literature. The objective of this study was to
verify the influence of the procedures filtering, rectification and smoothing applied to
the EMG signal analysis to obtain the RMS values. Twenty male voluntaries (27,5 ±
4,1 years) performed exercise in submaximal, maximal and supramaximal intensity
in a ciclosimulator (Computrainer™, Racer Mate®, USA) with cadence of 90 rpm until
voluntary exhaustion. During the test the EMG activity was collected (16 channel
electromyographer model MP150™ Biopac System®, USA) from the muscles Vastus
Lateralis (VL), Vastus Medialis (VM) and Rectus Femoris (RF) with sampling
frequency of 2000 Hz. Later, it was discarded the first 20 seconds of the EMG signal
beginning to avoid inertial influences, the medium RMS was calculated every 5
seconds for the first minute of exercise after the application of the following
procedures: brutal signal (B); filtering (F); filtering + smoothing (FS); filtering +
smoothing + rectification (FSR). The bandpass filter was set at 20 to 500 Hz and the
softening procedure window was of three points. For the statistical analysis of the
data it was used an analysis of variance (ANOVA) with repeated measures and
Greenhouse-Geisser correction when necessary. The significance level was set at
5%. There was no influence on the type of treatment on the RMS values in any
conditions for all muscles in the all intensities (P>0,05). From our findings we can
conclude that the procedures used in the treatment of the EMG signal appear not to
influence in the RMS values. However, it’s recommended at least to filter the signal to
aloud assess to the evaluated muscles frequency band.
Key Words: Electromyography; Muscular activity; Root mean square.
SUMÁRIO
RESUMO iv
ABSTRACT v
1 INTRODUÇÃO........................................................................................... 01
1.1 Justificativa................................................................................................. 03
1.2 Objetivos.................................................................................................... 03
1.2.1 Objetivos Gerais......................................................................................... 03
1.3 Hipótese de pesquisa................................................................................. 03
2 REVISÃO DE LITERATURA...................................................................... 04
2.1 Histórico da eletromiografia....................................................................... 04
2.2 Eletromiografia no estudo da função muscular.......................................... 05
2.3
2.4
Processo de obtenção dos sinais..............................................................
Alternativas de tratamento dos sinais EMG...............................................
07
08
3 MÉTODOS................................................................................................. 10
3.1 Amostra...................................................................................................... 10
3.2 Delineamento experimental....................................................................... 10
3.3 Testes físicos............................................................................................. 11
3.4 Procedimento de coleta dos sinais eletromiográficos................................ 11
3.5 Tratamento dos sinais................................................................................ 12
3.6 Análise estatística...................................................................................... 13
4 RESULTADOS........................................................................................... 14
5 DISCUSSÃO.............................................................................................. 17
6
7
CONCLUSÃO.............................................................................................
REFERÊNCIAS..........................................................................................
18
19
1
1 INTRODUÇÃO
O potencial de ação deslocado pela membrana e subsequente pelo interior da
célula gera a liberação de cálcio do retículo sarcoplasmático fazendo com que ele se
ligue a troponina, movendo a tropomiosina e liberando a miosina para conexão com
a actina, causando movimento dessas proteínas contráteis, fazendo com que essas
iniciem uma ligação de cadeia cinética, unindo dois pontos musculares sobre um
eixo articular (PEZARAT et al., 1998; MEDVED & CIFREK, 2010).
A captação da atividade muscular é realizada por uma técnica experimental
utilizada no desenvolvimento, gravação e análise de sinais mioelétricos, denominada
eletromiografia (EMG) (KAMEN & GABRIEL, 2010). Os sinais obtidos por meio
dessa técnica tem se mostrado como uma alternativa eficaz para análise da função
neuromuscular em diferentes condições experimentais e clínicas, seja na análise
biomecânica dos movimentos (MEDVED & CIFREK, 2010), que muitas vezes,
contemplam ações esportivas específicas (MASSÓ et al., 2010), ou em condições
que envolvam processos de fadiga durante exercício (ANDRADE & NASCIMENTO,
2006, GONÇALVES, 2006), bem como no diagnóstico e reabilitação física
(OCARINO et al., 2005).
Após a coleta e armazenamento do sinal EMG, o sinal bruto obtido é
analisado em programas computacionais, possibilitando a obtenção de parâmetros
como a amplitude no pelo domínio do tempo e do espectro no domínio da
frequência.
No domínio do tempo, a amplitude do sinal EMG pode ser obtida por diversos
cálculos, e um muito utilizado é o do Root Mean Square (RMS), que representa a
raiz média do quadrado do sinal, mantida em janelas temporais de obtenção dentro
de um todo, sendo um indicativo médio de contratibilidade muscular temporal
específica, ou seja, da ativação de unidades motoras dentro de uma janela de tempo
(DE LUCA et al., 1993; KAMEN & GABRIEL, 2010).
No processo de obtenção dos sinais EMG, é comum o aparecimento de
ruídos, que podem poluir o sinal e tornar errônea a sua leitura e análise. Alguns
desses casos ocorrem por movimentos dos cabos de transmissão do sinal,
interferências indiretas de aparelhos eletrônicos adjacentes, energia contida em
objetos do laboratório, possibilidades acústicas de sala (FINSTERER, 2001;
CLANCY et al., 2002; MCLEAN et al., 2003), até fatores biológicos como: quantidade
2
de gordura local, espessura do tecido avaliado, temperatura local e ambiental,
sudorese e dobras da pele ocasionadas no momento do exercício físico
(FINSTERER, 2001).
Previamente à obtenção do RMS, na literatura se recomenda uma série de
procedimentos padrões capaz de eliminar o máximo possível de ruídos, objetivando
avaliar estritamente o sinal proveniente somente da contração muscular, livre de
interferências mecânicas ou eletromagnéticas (KONRAD, 2005; MASSÓ et al.,
2010). Esses procedimentos denominam-se: filtração, suavização e retificação, ou
seja, em um primeiro momento o sinal é submetido a um filtro de passagem com
valores máximos e mínimos tornando desprezível tudo aquilo que estiver fora desse
valor de freqüência, esse filtro tende a ser escolhido para se manter somente dentro
do sinal analisado aquilo que está dentro da faixa de ativação do músculo
específico. Em seguida o sinal é retificado no sentido de tornar seus valores
integrativos, podendo-se submetê-los a um corte de valores negativos ou fazer com
que se tornem todos positivos adicionados, ou seja, para se aproveitar toda a
amplitude do sinal, os valores negativos são convertidos em positivos. Esse
processo não está ligado com a retirada de ruídos, porém faz parte do processo
recomendado pela literatura para uma leitura fidedigna do sinal, essa última opção
de tornar positivo o que era negativo é mais utilizada devido à capacidade de
armazenar toda a energia do sinal, e por fim, o sinal é suavizado geralmente
utilizando-se um filtro de passa-baixa, que é quase similar a filtração, pois limita
valores máximos e mínimos do sinal, eliminando-se os sinais bruscos, tornando-a
mais clara e livre de possíveis ruídos e interferências. Assim, visualmente, o sinal
será mais próximo possível de uma linha única, com o diferencial de que a filtração
limita os sinais dentro da faixa de ativação do músculo, enquanto a suavização
causa a retirada das partes bruscas em relação ao sinal obtido (PEZARAT &
SANTOS, 2004).
Nessa perspectiva, são evidentes os rigores técnico-metodológicos prévios
para o tratamento dos sinais EMG e subseqüente obtenção de valores de RMS para
interpretação. Por outro lado, uma série de dúvidas surge acerca daquilo que
realmente seria necessário para se ter um valor confiável de RMS, uma vez que este
parâmetro representa a raiz média do quadrado de uma amostra dentro de uma
janela de amostragem específica e não um ponto único a ser considerado no sinal.
Sendo assim, interferências ruidosas poderiam ter menores probabilidades de
3
causar modificações nos valores reais alcançados, possivelmente apontando para
que nessa variável, condições metodológicas rigorosas para submissão do sinal
poderiam ser repensadas.
1.1 Justificativa
Para obtenção dos valores de RMS é recomendado o tratamento do sinal
EMG, que envolve etapas como a filtração, retificação e suavização (PEZARAT &
SANTOS, 2004; KONRAD, 2005). Verifica-se, porém, que há escassez de estudos
que comparem os valores dos sinais de RMS após o emprego dos diferentes
tratamentos. Além disso, busca-se com o presente estudo, esclarecer algumas
dúvidas quanto à utilização das estratégias realmente necessárias para análise dos
sinais EMG, o que poderia contribuir sobre maneira para a rotina de trabalho/análise
dos laboratórios que atuam em estudos que envolvem EMG.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivos Gerais
O objetivo do presente estudo foi verificar a influência dos procedimentos
filtração, retificação e suavização na análise dos sinais EMG para obtenção dos
valores de RMS.
1.3 Hipótese de Pesquisa
A hipótese inicial deste estudo é que a adoção dos diferentes tipos de
tratamentos dos sinais EMG não influenciaria na obtenção dos valores finais de
RMS.
4
2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1 Histórico da eletromiografia
Este primeiro tópico tem a intenção de trazer a tona tanto o interesse pela
EMG quanto um conhecimento básico de seu funcionamento e sua importância. A
EMG é uma das principais ferramentas utilizadas dentro da biomecânica
(SODERBERG & KNUTSON, 2000; MEDVED & CIFREK, 2010). Esta técnica
permite a avaliação da função muscular em um determinado exercício, fornece um
biofeedback para pacientes, o início e o tempo de contração, além do registro de
atividades elétricas associadas às contrações musculares. Ainda, permite determinar
a fadiga muscular. Por meio dos potenciais de ação pode-se determinar a atividade
elétrica muscular voluntária. A inervação do músculo transmite os potenciais cuja
atividade elétrica pode ser detectada por eletrodos colocados na superfície da pele
(BASMAJIAN & DE LUCA, 1985). A primeira idéia de que os músculos eram
capazes de gerar potencial elétrico datam de 1666 quando Francesco Redi supôs
que a enguia elétrica produzia sua carga através de contrações musculares (CRAM
& DURIE, 2004). Porém, somente 125 anos após, Luidgi Galvani relatou as
primeiras investigações quanto à contração muscular ter base na eletricidade, ele
despolarizava as pernas de sapos utilizando de varas metálicas e relatava o
acontecimento de uma contração muscular. Em 1838, Carlos Mateucci, também
realizando seus experimentos em sapos, fez a estimulação diretamente no nervo, e
mostrou que ainda assim ocorria a contração muscular, tornando evidente a
atividade elétrica durante a contração do músculo (ORTOLAN, 2002). Em 1849,
esse estudo chamou a atenção de Frenchman Dubois-Reymond que resolveu fazer
pela primeira vez uma coleta de sinais mioelétricos voluntários em humanos.
Utilizando uma solução salina na qual os indivíduos deveriam inserir seu dedo como
se fosse o eletrodo que utilizamos nos dias atuais, os indivíduos realizavam
movimentos com seus braços para gerar os potenciais elétricos correntes através da
derme e através de uma agulha em um galvanômetro foi observado uma deflexão de
média 2 a 3 graus, número este que aumentava quando se realizava a retirada de
parte da pele dos dedos, ou seja, quando se diminuía q barreira entre o a fonte do
potencial elétrico e o captador (ORTOLAN, 2002).
5
Os estudos dos sinais mioelétricos só passaram a ser reconhecidos como
Eletromiografia (EMG) após 1944 (RICCIOTTI, 2006), quando Hebert S. Gasser e
Joseph Erlanger ganharam o prêmio Nobel por seu estudo em 1925 onde estudaram
as características do sinal mioelétrico através de um osciloscópio (ORTOLAN, 2002;
RICCIOTTI, 2006). Sendo que nesse meio tempo, em 1939 Denny Brown e
Pennybacker, pela primeira vez fizeram uso de um eletromiógrafo para fins clínicos
(DENNY-BROWN & PENNYBACKER, 1939).
Em decorrência da Segunda Guerra Mundial houve uma necessidade por
melhoras nas áreas da medicina, ocasionando assim a criação de eletromiógrafos
mais eficientes, sendo que após seu término os eletromiógrafos atingiram o mercado
de vendas, sendo comercializados. E na década de 60 foram criados os programas
computadorizados, dando uma melhora qualidade e consistência aos sinais
(ORTOLAN, 2002).
2.2 Eletromiografia no estudo da função muscular
O sinal EMG é o registro da despolarização ao longo das membranas das
fibras musculares que constituem a unidade motora. A despolarização gera uma
diferença de potencial, que produz uma corrente elétrica que é conduzida por meio
de tecidos fluidos até a superfície da pele. Assim, os eletrodos registram o somatório
da atividade elétrica de todas as fibras musculares ativas das unidades motoras
(PEZARAT & SANTOS, 2004; KAMEN & GABRIEL, 2010). Dessa maneira,
podemos considerar que a EMG é definida como o estudo da atividade muscular
através do sinal EMG (RICCIOTTI, 2006; MASSÓ et al., 2010).
Na era pós Segunda Guerra Mundial, a EMG se expandiu no meio científico.
Atualmente, existem 2 maneiras de se obter o sinal eletromiográfico: EMG de
profundidade (EMGpro), e EMG de superfície (EMGsup) (PEZARAT et al., 1998;
KAMEN & GABRIEL, 2010).
A EMGpro é um meio invasivo de coleta, pois utilizasse da colocação dos
eletrodos no interior muscular para que haja contato direto com as fibras, coletando
o registro eletromiógrafo através da ação das fibras próximas. Enquanto na
EMGsup, utilizasse de eletrodos posicionados sobre a pele do individuo sobre a
região muscular que se deseja coletar a atividade, uma vez que os potencias de
ação percorrem os tecidos e fluidos até a pele, permitindo que a somatória de
6
atividades do músculo em contração seja registrada (PEZARAT & SANTOS, 2004,
KAMEN & GABRIEL, 2010).
Existem dois tipos de eletrodos para coletar o sinal eletromiográfico
superficial: monopolar e bipolar. Na configuração monopolar, apenas um eletrodo é
colocado no músculo a ser avaliado. Este eletrodo detecta o potencial elétrico
relativamente a um eletrodo de referência, que é colocado numa região na qual não
é afetado pela atividade elétrica gerada pelo músculo a ser estudado. Nesta
configuração toda a diferença de potencial entre o eletrodo de referência e o de
detecção é coletada e registrada, com inclusão dos sinais não desejados (PEZARAT
& SANTOS, 2004; KAMEN & GABRIEL, 2010). Já no método bipolar, a configuração
é caracterizada pela diferença entre 2 pontos de capitação distintos, medidas em
relação a um terceiro ponto (RICCIOTTI, 2006).
Após a coleta dos sinais EMG, estes podem ser basicamente processados
por dois tipos de análise: no domínio do tempo e no domínio da frequência. O
processamento dos sinais eletromiográficos no domínio do tempo tem aplicações
cinesiológicas diversas como: padrão de ativação muscular, controle motor, relação
EMG/força, diferenças entre os tipos de contrações, determinação do inicio de
contração muscular. Normalmente as variáveis utilizadas neste domínio fornecem
informações quanto à amplitude do sinal e consistem na raiz quadrática média do
quadrado da grandeza (RMS - root mean square), na EMG integrada (iEMG) e na
envoltória linear, esse modelo matemático utilizado para medir a atividade elétrica
muscular não tem a exigência de retificação do sinal eletromiográfico, e não é
afetado pela superposição dos potencias de ação da unidade motora (BASMAJIAN
& DE LUCA, 1985, PEZARAT & SANTOS, 2004; KAMEN & GABRIEL, 2010).
Quanto à utilização do domínio de frequência para análise do sinal
eletromiográfico, o método viabiliza dados de como ocorrem os disparos das
unidades motoras, e através do tratamento dos dados coletados é possível
decompô-los em diferentes variáveis para posterior análise, como a frequência
média, mediana e a moda do espectro (BASMAJIAN & DE LUCA, 1985; PEZARAT &
SANTOS, 2004; KAMEN & GABRIEL, 2010). Esses dados estão relacionados com a
velocidade com que o estímulo percorre a fibra muscular e a frequência com que as
unidades motoras se contraem (DE LUCA, 1997), sendo que a mediana é a mais
recomendada por sofrer menos interferência das variações, e por ser mais sensível
7
a possíveis alterações metabólicas (STULEN & DE LUCA, 1981; MERLETTI,
KNAFLITZ & DE LUCA, 1992).
2.3 Processo de obtenção dos sinais
Com o objetivo de minimizar as interferências, inicialmente o sinal coletado
passa por um filtro de 60 Hz (notch filter), se necessário. Este filtro rejeita a banda de
frequência em torno de 60 Hz, pois é onde se encontra a interferência do ambiente
de coleta, tais como pressão, disposição ou aparelhagens próximas. Além disso, o
sinal passa também por outro filtro denominado passa-banda, que permite a seleção
de amplitudes de frequências específicas. Normalmente, a amplitude escolhida fica
entre 20 e 450 Hz, onde 80% da energia muscular estão concentrada (HERMENS et
al., 2000, PEZARAT & SANTOS, 2004), porém estes valores podem variar conforme
o objetivo do estudo, uma vez que as musculaturas podem variar sua faixa de
ativação.
Previamente à colocação de eletrodos, a impedância da pele deve ser
diminuída com a realização de tricotomia e limpeza com álcool 70º da área do
músculo a ser avaliado (SODERBERG & KNUTSON, 2000; MASSÓ et al., 2010).
Quanto à localização do eletrodo, três colocações principais são encontradas na
literatura: sobre o ponto motor, entre a zona de inervação e o tendão e no centro ou
porção mais saliente do ventre muscular (FORTI, 2005). De acordo com De Luca et
al., (1993), a localização preferencial é na linha média do ventre muscular, entre o
ponto motor e a junção miotendínea. Outros autores ainda padronizam a colocação
sobre o ponto motor, alegando que isso diminui a possibilidade de captação de
atividade elétrica de músculos vizinhos (MEDVED & CIFREK, 2010). Além disso,
devem-se posicionar os eletrodos na direção das fibras musculares, com a distância
inter-eletrodos de dois centímetros (cm) (SODERBERG & KNUTSON, 2000). Vale
ressaltar que essa distância pode variar conforme o músculo avaliado.
Os ruídos normalmente são provocados por fatores tais como: tipo de tecido,
que variam de espessura, mudanças fisiológicas e temperatura, podendo variar em
um único sujeito de um momento para outro; pelo fenômeno denominado “Cross-
Talk”, define-se pela captação de sinais elétricos de músculos sinergistas próximos o
suficiente do eletrodo para provocarem uma interferência, essa captação tende a
não superar 15% do sinal total, sendo necessário cuidado na colocação do eletrodo
8
e do músculo estudado; a variação da distância entre a origem do sinal e o site de
captação do sinal, esse fator é principalmente afetado pela pressão externa; cuidado
especial com ambiente que possa gerar muitos sinais elétricos, esse fator é
principalmente afetado pela disposição indevida dos dispositivos; e finalmente pela
escolha dos eletrodos e depois coletores do sinal (KONRAD, 2005; KAMEN &
GABRIEL, 2010).
Ainda existem as diferenças entre o sinal em atividades dinâmicas e estáticas,
existem 3 características principais que os diferem: 1) o grau de não-estacionaridade
do sinal pela constante contração e relaxamento da musculatura; 2) a mudança
relativa dos eletrodos com relação à origem dos potenciais de ação, uma vez que o
movimento constante faz com que se altere a distância entre esses dois pontos e 3)
as mudanças nas propriedades de condutividade dos tecidos conforme a separação
dos eletrodos e das fibras musculares. Estes três fatores são muitas vezes
insignificantes durante as contrações estáticas, mas podem causar problemas na
interpretação do sinal em atividades dinâmicas (FARINA, 2006).
2.4 Alternativas de tratamento dos sinais EMG
Neste tópico serão abordados alguns estudos que buscaram alternativas de
tratamento de sinais EMG, utilizando principalmente a filtração e a suavização, uma
vez que a retificação não possui ligação com a remoção de ruídos.
Para a remoção de ruídos, dois principais procedimentos são recomendados,
a filtração e a suavização, e anteriormente a esta, a retificação, com intenção de
tornar o sinal integrativo, possibilitando uma melhor leitura. Se tratando da filtração
do sinal para obtenção dos valores de RMS, como uma alternativa, é recomendada
a utilização de um filtro passa baixa do tipo Butterwoth de segunda ordem ou
superior, para a criação de um “envelope linear”, ou seja, criando limites para o sinal,
excluindo qualquer valor que estiver fora do aceito pelo filtro (PEZARAT & SANTOS,
2004; KONRAD, 2005). A suavização especificamente para os cálculos dos valores
de RMS é a medida média do sinal, tentando formar uma linha mais nítida possível
que atenda ao valor real do sinal, em estudos com fins cinesiológicos uma janela de
tempo é necessária para se processar a suavização, normalmente está janela vai de
20ms para tarefas curtas (saltos e movimentos rápidos) até 500ms (atividades lentas
9
ou estáticas), de forma que para a grande maioria dos estudos, uma janela de tempo
de 50 a 100 ms atende ao necessário (PEZARAT & SANTOS, 2004; KONRAD,
2005). Existe ainda na literatura, recomendação para a utilização de apenas um dos
dois procedimentos (VAN DEN BOGERT & KONING, 1996; KAMEN & GABRIEL,
2010), mas sem descartar a possibilidade de utilização de ambos.
Considerando a necessidade de encontrar o melhor método de filtragem
automática dos sinais EMG em ações motoras de marcha Giakas e Baltzopoulos
(1997) testaram sete diferentes métodos, e não conseguiram concluir qual o método
mais eficiente. Nesse mesmo ano, os mesmos autores fizeram um estudo que
investigou quatro métodos diferentes na sequência de filtragem e diferenciação para
o cálculo dos derivados de maior deslocamento a partir de dados ruidosos, obtidos
por computador em um ambiente de simulação, utilizando-se de um filtro Butterworth
de primeira e segunda ordem. Os mesmos encontraram um equívoco no protocolo
padrão, mostrando que a frequência de corte para filtração dos dados de
deslocamento quando a segunda derivada é necessária, deveria ser menor que a
primeira frequência de corte e ser menor unicamente quando os dados de
deslocamento são requisitados (GIAKAS & BALTZOPOULUS, 1997b; WALKER,
1998). O processamento de sinais pode ser compreendido através do mais simples
conhecimento matemático, pelo menos para o entendimento de sua funcionalidade,
entretanto, os melhores filtros são considerados ao mesmo tempo os piores, o filtro
Chebyshev-Butterworth, por exemplo, apesar de ser uma série de funções
matemáticas desenvolvidas com a intenção de levar a resultados ótimos, são tão
complicadas e complexas que não é difícil encontrar cientistas e engenheiros
buscando por soluções mais agradáveis ou simples (SMITH, 1998).
Porém, apesar de toda essa conturbação que cerca os procedimentos, eles
são amplamente utilizados para o tratamento dos sinais EMG, seja para fins de
desempenho em uma tarefa específica (CAMATA et al., 2011), podendo até mesmo
visar limiares de fadiga (WATANABE & AKIMA, 2010), bem como para estudo com
fins clínicos (HEAF et al., 2010; WERNER et al., 1993) e ainda estudos na área de
biomecânica quanto aplicação de força em uma determinada articulação e sua
relação com o sinal EMG (RYAIT, ARORA & AGARWAL, 2011).
Considerando as citações anteriores, obviamente não se pode dizer que os
achados até o presente momento são conclusivos em relação ao processamento de
sinais, além disso, esses processos envolvem um conhecimento avançado de
10
matemática e muitas vezes de engenharia, essa interação deve ser explorado com
o propósito de melhorar o processamento de sinais EMG, apesar de divergências e
de possíveis falhas nos processos que são utilizados para diversos fins.
3 MÉTODOS
3.1 Amostra
Fizeram parte do presente estudo vinte voluntários do sexo masculino (27,5 ±
4,1 anos; 83,1 ± 8,2 kg; 184,5 ± 4,5 cm), saudáveis e fisicamente ativos. Todos os
sujeitos após serem previamente informados sobre a finalidade do estudo e os
procedimentos aos quais seriam submetidos, assinaram o Termo de Consentimento
Livre Esclarecido. Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa
envolvendo seres humanos da Universidade Estadual de Londrina (parecer n○
032/07; CAAE n○ 0034.0.268.000-07).
3.2 Delineamento experimental
Inicialmente os sujeitos passaram por uma sessão de familiarização ao
protocolo e aos instrumentos de teste, basicamente para o conhecimento do
ciclossimulador e ajustes de altura do banco e pedais. Em seguida realizaram um
teste incremental máximo (TImax) até a exaustão para determinação da carga de
trabalho máxima (Wmax). As informações obtidas no TImax foram utilizadas para
determinar a intensidade de esforço dos testes de carga constante (TConst) em três
diferentes intensidades no domínio severo: 80% Wmax, 100% Wmax e 110% Wmax.
As diferentes intensidades no domínio Severo foram escolhidas com a intenção de
nos permitir fazer afirmações abrangendo todo o domínio
Cada sujeito foi testado na mesma hora do dia para minimizar os efeitos das
variações circadianas. Os indivíduos foram orientados a não ingerirem qualquer tipo
de substância ou alimento contendo cafeína durante o período de execução do
experimento, bem como bebidas alcoólicas e, não realizar atividades físicas
vigorosas nas 24 h anteriores a execução dos testes, no intuito de evitar qualquer
11
tipo de interferência nos resultados. Em todas as coletas foi controlada a
temperatura ambiente, mantida entre 21 e 24oC.
3.3 Testes físicos
Inicialmente foi realizado o TImax com carga inicial de 100 W e incrementos
de 20 W a cada minuto até a exaustão voluntária, mantendo uma cadência de
pedaladas de 70 revoluções por minuto (rpm). O TImax foi precedido de
aquecimento com carga de 50 W, por um período de três minutos, seguidos de três
minutos e repouso. A Wmax foi definida como a carga de trabalho mais alta mantida
por pelo menos 30s.
A partir das informações obtidas no TImax os sujeitos foram orientados a
realizar três testes de carga constante (TConst) em diferentes intensidades, sendo
elas: 80% Wmax,100% Wmax e 110% Wmax. Todos os testes foram realizados
utilizando um ciclossimulador (Computrainer™, Racer Mate®, USA), com pelo menos
48 horas de intervalo entre eles. O Tconst foi precedido de três minutos de
aquecimento a 50 W, seguido de três minutos de repouso. Posteriormente, os
sujeitos iniciaram o teste até a exaustão voluntária.
Os sujeitos foram instruídos a manter a cadência de pedalada em 70 rpm, não
podendo pedalar abaixo disso. O teste foi interrompido quando os sujeitos
reportavam exaustão voluntária ou apresentavam incapacidade de manter a
cadência estipulada para o teste, mesmo diante de forte encorajamento verbal.
3.4 Procedimento de coleta dos sinais eletromiográficos
Os sinais EMG foram coletados durante todo o período de realização do
TConst utilizando eletromiógrafo de 16 canais modelo MP150™ (Biopac System®,
USA) com taxa de amostragem de 2000 amostras/segundos, de acordo com a
Sociedade Internacional de Eletrofisiologia e Cinesiologia (MERLETTI et al., 2001).
Antes do início de cada TConst, os sujeitos foram submetidos à assepsia e
curetagem. Os eletrodos utilizados foram bipolares ativos, modelo TSD 150™
(BIOPAC Systems®, USA), com distância inter-eletrodos fixa de dois centímetros,
12
colocados sobre os músculos superficiais do Quadríceps Femoral (QF) da perna
direita: Vasto Lateral (VL), Vasto Medial (VM) e Reto Femoral (RF), seguindo a
padronização proposta pelo projeto de avaliação eletromiográfica não invasiva dos
músculos (HERMENS et al., 2000). A relação de rejeição de modo comum foi maior
que 95 dB, e os limites de entrada de sinal estabelecidos em ± 5 mV. O eletrodo de
referência foi posicionado no cotovelo do membro direito (epicôndilo lateral).
Para a captação e processamento dos sinais foi utilizado o software
AcqKnowledge 3.8.1™ (BIOPAC Systems®, USA) e o software MatLab 7.0
(Mathworks®, South Natick, MA, USA).
3.5 Tratamento dos sinais eletromiográficos
Os sinais EMG foram tratados para a obtenção dos valores de Root Mean
Square (RMS) em janelas de tempo de cinco segundos no primeiro minuto de teste
nas diferentes intensidades (CAMATA et al., 2009). Os primeiros vinte segundos de
cada sinal foram descartados, no intuito de evitar possíveis influências inerciais.
Posteriormente, foram utilizados os procedimentos recomendados para a exclusão
de artefatos e ruídos dos sinais EMG, divididos nas condições: sinal bruto (B);
filtragem (F); filtragem + suavização (FS); filtragem + suavização + retificação (FSR)
(Figura 1). A filtragem foi realizada por meio de um filtro passa-banda digital
Butterworth com frequências de 20 e 500 Hz. O processo de suavização foi realizado
pela média móvel de três pontos. O processo de retificação foi realizado
considerando todo o sinal, sem descarte da parte negativa.
13
Figura 1. Exemplo da seqüência de análise dos sinais EMG do músculo vasto lateral
(VL) em exercício a 100% Wmax adotado para um indivíduo.
3.6 Análise estatística
Inicialmente os dados foram submetidos ao teste de normalidade de Shapiro-
Wilk, tendo subsequente apresentação por média e desvio-padrão. Para a
comparação dos dados, foram utilizadas as analises de variância (ANOVA) one-way
e two-way seguido do teste de Mauchly para avaliar a esfericidade dos dados e a
correção de Greenhouse-Geisser, quando necessária. Para verificar a concordância
entre os diferentes tratamentos sobre uma mesma variável se recorreu ao teste de
Bland-Altman, considerado o FSR como base para a comparação com as demais
condições e medido o Índice de Correlação Interclasse (ICC). O nível de
significância adotado foi de p<0,05. Todos os procedimentos estatísticos, exceto o
Bland-Altman foram realizados no pacote estatístico SPSS 17.0.
14
4 RESULTADOS
Na tabela 1 são apresentados os valores médios da carga utilizada nos testes
de carga constante de 80, 100 e 110% da Wmax, e os respectivos tempos de
exaustão.
Tabela 1. Cargas e tempos de exaustão (média e desvio-padrão) nos
testes de carga constante de 80, 100 e 110% da Wmax.
Carga (W) Tempo (s)
Wmax 80% 212,6 ± 23,5a 1070,0 ± 250,5a
Wmax 100% 268,5 ± 33,6b 282,3 ± 75,5b
Wmax 110% 301,5 ± 31,7c 110,3 ± 22,3c
Nota: letras diferentes indicam diferenças significantes entre as cargas e
tempos de exaustão a 80, 100 e 110% da Wmax (P<0,05).
Na figura 2 é apresenta uma análise comparativa da média dos valores de
RMS dos músculos do quadríceps integrados, obtidos pelos diferentes tratamentos
nas três diferentes intensidades. Nota-se que não houve diferenças estatisticamente
significantes entre os tipos de tratamento dos sinais EMG sobre os valores de RMS
para os músculos do quadríceps integrados nas diferentes intensidades (P>0,05),
apesar de demonstrar uma tendência à diminuição dos valores encontrados na
medida em que procedimentos de análise são adicionados ao tratamento.
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
MÁXIMO SUBMÁXIMO SUPRAMÁXIMO
RM
S (m
Volt
s)
bruto filtrado filtrado+suavizado filtrado+suavizado+retificado
Figura 2 - Valores de RMS (média e desvio-padrão) dos músculos do quadríceps integrados
([VL+VM+RF]÷3) nos diferentes tipos de tratamento para as diferentes intensidades de exercício.
15
O teste de Bland-Altman apresentou boa concordância entre os diferentes
métodos de tratamento da atividade neuromuscular para obtenção do RMS em todos
os músculos. Em intensidades submáximas não foi encontrada divergência entre os
dados, como mostra a tabela 1, levando sempre como referência o método FRS
para todas as análises de concordância em qualquer intensidade e músculo. Para o
músculo RF o coeficiente de correlação intraclasse foi de 0,984, com intervalo de
confiança (IC) variando de 0,956 a 0,933. O mesmo fato ocorreu para o músculo VM,
com ICC de 0,989 e IC variando de 0,976 a 0,996. Para o músculo VL, o ICC foi
0,959 e IC variou entre 0,908 a 0,985, representando em todas as situações elevada
correlação entre os métodos usados. A única dispersão encontrada na tabela foi de
um outlier no IC da comparação entre FRS x B no músculo VL.
Tabela 1 – Índice de correlação interclasse (ICC), nível de viés do tratamento (BIAS) e dispersão
inferior (LL) e superior (UP) do viés para o exercício Submáximo.
SUBMÁXIMO (n=20) TESTE DE BLAND & ALTMAN (μVolt)
TRATAMENTOS ICC BIAS LL UL
RF_FRS & RF_B 0,927 -0,0030 -0,0120 0,0060
RF_FRS & RF_F 1,000 -0,0002 -0,0010 0,0006
RF_FRS & RF_FS 1,000 0,0000 0,0000 0,0000
TRATAMENTOS RF 0,980 -------- -------- --------
VM_FRS & VM_B 0,958 -0,0058 -0,0275 0,0154
VM_FRS & VM_F 1,000 -0,0008 -0,0023 0,0008
VM_FRS & VM_FS 1,000 0,0000 0,0000 0,0000
TRATAMENTOS VM 0.989 -------- -------- --------
VL_FRS & VL_B 0,830 -0,0050 -0,0247 0,0143
VL_FRS & VL_F 0,999 -0,0008 -0,0023 0,0008
VL_FRS & VL_FS 1,000 0,0000 0,0000 0,0000
TRATAMENTOS VL 0,959 -------- -------- --------
RF: Reto Femoral; VM: Vasto Medial; VL: Vasto Lateral; FRS: Filtrado, Retificado e Suavizado; B: Bruto; F: Filtrado; FS: Filtrado e Suavizado.
A tabela 2 apresenta os valores de concordância de RMS para o exercício
realizado em intensidade máxima. O ICC do músculo RF foi 0,978, com CI de 0,975
a 0,994, a ICC do músculo VM foi de 0,999 com CI variando de 0,997 a 0,999 e no
músculo VL obteve-se uma ICC de 0,992 com CI variando de 0,985 a 0,997.
16
Tabela 2 – Índice de correlação interclasse (ICC), nível de viés do tratamento (BIAS) e dispersão
inferior (LL) e superior (UP) do viés para o exercício Máximo.
MÁXIMO (n=20) TESTE DE BLAND & ALTMAN (μVolt)
TREATMENTOS ICC BIAS LL UL
RF_FRS & RF_B 0,950 -0,0038 -0,0151 0,0074
RF_FRS & RF_F 1,000 -0,0006 -0,0018 0,0006
RF_FRS & RF_FS 1,000 0,0000 0,0000 0,0000
TRATAMENTOS RF 0,987 -------- -------- --------
VM_FRS & VM_B 0,994 -0,0039 -0,0075 -0,0004
VM_FRS & VM_F 0,998 -0,0022 -0,0047 0,0003
VM_FRS & VM_FS 1,000 0,0000 0,0000 0,0000
TRATAMENTOS VM 0,999 -------- -------- --------
VL_FRS & VL_B 0,969 -0,0070 -0,0209 0,0067
VL_FRS & VL_F 0,999 -0,0015 -0,0032 0,0003
VL_FRS & VL_FS 1,000 0,0000 0,0000 0,0000
TRATAMENTOS VL 0,992 -------- -------- --------
RF: Reto Femoral; VM: Vasto Medial; VL: Vasto Lateral; FRS: Filtrado, Retificado e Suavizado; B: Bruto; F: Filtrado; FS: Filtrado e Suavizado.
No exercício supramáximo também não foram encontradas diferenças
significantes entre os tratamentos como descritos na tabela 3. O ICC do RF foi de
0,993, com IC de 0,985 a 0,997, para o VM a ICC foi 0,998 com IC de 0,996 a 0,999,
e para o músculo VL a ICC foi de 0,998 com média de IC de 0,996 a 0,999,
novamente indicando dados positivos.
Tabela 3 – Índice de correlação interclasse (ICC), nível de viés do tratamento (BIAS) e dispersão
inferior (LL) e superior (UP) do viés para o exercício Supramáximo.
SUPRAMÁXIMO (n=20) TESTE DE BLAND & ALTMAN (μVolt)
TREATMENTOS ICC BIAS LL UL
RF_FRS & RF_B 0,970 -0,0022 -0,0063 0,0019
RF_FRS & RF_F 0,999 -0,0004 -0,0016 0,0008
RF_FRS & RF_FS 1,000 0,0000 0,0000 0,0000
TREATMENTOS RF 0,993 -------- -------- --------
VM_FRS & VM_B 0,992 -0,0048 -0,0114 0,0016
VM_FRS & VM_F 0,999 -0,0020 -0,0042 0,0003
VM_FRS & VM_FS 1,000 0,0000 0,0000 0,0000
TREATMENTOS VM 0,998 -------- -------- --------
VL_FRS & VL_B 0,992 -0,0039 -0,0087 0,0009
VL_FRS & VL_F 0,999 -0,0018 -0,0040 0,0004
VL_FRS & VL_FS 1,000 0,0000 0,0000 0,0000
TREATMENTOS VL 0,998 -------- -------- --------
RF: Reto Femoral; VM: Vasto Medial; VL: Vasto Lateral; FRS: Filtrado, Retificado e Suavizado; B: Bruto; F: Filtrado; FS: Filtrado e Suavizado.
17
5 DISCUSSÃO
Na tentativa de buscar possíveis influências dos procedimentos de tratamento
do sinal EMG para obtenção dos valores de RMS, os resultados encontrados nos
permitem através das comparações e concordâncias testadas, sugerir a obtenção de
valores semelhantes para todos os músculos nas diferentes intensidades estudadas
no domínio severo (P>0,05). Tais resultados corroboram com a tentativa de
solucionar dúvidas quanto ao procedimento padrão proposto para o tratamento dos
sinais EMG, o qual as recomendações para o tratamento do sinal EMG seriam o de
filtragem, retificação e suavização (PEZARAT & SANTOS, 2004; KONRAD, 2005,
MASSÓ et al., 2010).
Inicialmente se deve obter uma linha base, ou seja, um valor próximo ou igual
zero com os eletrodos já posicionados e todos os equipamentos de coleta em
funcionamento, essa linha base, se igual a zero demonstra um parâmetro ideal para
obtenção da atividade muscular através da eletromiografia, uma vez que uma linha
de base dispersa do valor zero demonstra ruídos antes mesmo do início da atividade
muscular (DE LUCA et al., 2010). Dentro dessa perspectiva, a EMG se identifica
muito claramente com uma situação detalhista e conturbada por seqüências e
complicações de ruídos, causados muitas vezes por razões de difícil controle
(KAMEN & GABRIEL, 2010).
Vale ressaltar ainda a possibilidade de influência do cross-talk, definido pela
captação de sinais elétricos de músculos sinergistas próximos o suficiente do
eletrodo para provocarem uma interferência, no qual a captação tende a não superar
15% do sinal total, sendo necessário cuidado na colocação do eletrodo e do músculo
estudado, e a variação da distância entre a origem do sinal e o local de captação do
sinal, que é afetado principalmente pela pressão externa (KAMEN & GABRIEL,
2010), Além disso, os ruídos podem ser otimizados em um ambiente inadequado,
capaz de gerar muitos sinais elétricos, sendo esse fator principalmente afetado pela
disposição indevida dos dispositivos, bem como pela escolha dos eletrodos e
avaliadores inexperientes (DISSELHORST-KLUG, 2009).
Nesse sentido, fica evidente a necessidade de padrões e procedimentos que
busquem a diminuição desses ruídos e obtenção de um sinal EMG mais fidedigno à
atividade muscular real. Embora não tenhamos observado nenhuma diferença para
o parâmetro analisado no presente estudo nas diferentes condições experimentais,
18
recomenda-se ao menos realizar o procedimento de filtragem do sinal EMG, uma
vez que os valores de RMS nessa condição apresentaram um viés menor em
relação às outras formas de tratamento (Figura 2). Assim, se torna interessante a
realização de estudos com o mesmo propósito em diferentes tipos de exercícios,
como isométrico ou isocinético, ou ainda que analisem outras variáveis oriundas dos
sinais EMG, em ambos os domínios (tempo e frequência).
Não se pode afirmar que os tratamentos empregados neste estudo são
suficientes para a remoção total dos ruídos, porém, os resultados encontrados
sugerem algumas hipóteses para futuros estudos com o intuito de averiguar a
veracidade dos procedimentos. Essas hipóteses seriam: 1- Houve ruídos
decorrentes do processo de coleta, porém os tratamentos não foram suficientes para
removê-los; 2- Os tratamentos funcionam, mas o processo de coleta se realizado de
maneira correta é suficiente para evitar ruídos que interfiram nos valores finais do
sinal; 3- Não houve ruídos suficientes para interferir no sinal EMG e com isso não se
pode afirmar a influência dos tratamentos para retirada de ruídos. Tais dúvidas
provavelmente podem ser respondidas se realizado estudos que utilizem um
ambiente de simulação de sinais, criando os mais diferentes ruídos de maneira
intencional e posteriormente testando os diferentes tratamentos.
6 CONCLUSÃO
Considerando os resultados do presente estudo foi possível concluir que não
houve nenhuma diferença na utilização dos tratamentos para obtenção dos valores
de RMS nas três diferentes intensidades de exercício no domínio severo, para os
músculos superficiais do quadríceps femoral em atividade cíclica no ciclossimulador.
19
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