Lo scopo principale dell'applicazione della rettifica a onda intera e dello smoothing della Root Mean Square (RMS) ai segnali sEMG è convertire il rumore elettrico grezzo e caotico in una "busta" leggibile dell'attività muscolare. Elaborando le fluttuazioni di tensione stocastiche, tipicamente utilizzando una finestra temporale di 50 ms, si genera una chiara rappresentazione dell'intensità effettiva della contrazione muscolare.
Concetto chiave I segnali sEMG grezzi sono erratici e difficili da quantificare a causa della loro natura fluttuante. L'applicazione della rettifica e dello smoothing RMS filtra questo rumore per rivelare i modelli di attivazione muscolare sottostanti, consentendo un confronto preciso dello sforzo tra diverse fasi del movimento.
Trasformare il rumore in informazioni
La natura dell'sEMG grezzo
I dati grezzi di elettromiografia di superficie (sEMG) sono intrinsecamente stocastici.
Ciò significa che il segnale è costituito da picchi di tensione rapidi e fluttuanti. Questi picchi oscillano tra valori positivi e negativi, facendo apparire il grafico grezzo come un rumore caotico piuttosto che una chiara linea di sforzo.
La necessità della rettifica
Poiché il segnale grezzo fluttua sopra e sotto lo zero, una semplice media dei dati risulterebbe in un valore vicino allo zero.
La rettifica a onda intera risolve questo problema invertendo tutti i valori negativi del segnale in valori positivi. Ciò garantisce che l'energia totale della contrazione muscolare venga preservata per l'analisi, anziché essere matematicamente annullata.
Creazione della busta di attivazione muscolare
Applicazione dello smoothing RMS
Una volta che il segnale è rettificato (o come parte del calcolo RMS), viene applicato un algoritmo di smoothing.
Il metodo standard è lo smoothing Root Mean Square (RMS), che utilizza spesso una finestra temporale specifica, come 50 ms. Questo calcola la potenza media del segnale in quella breve durata, aggiornandosi costantemente man mano che la finestra si sposta in avanti nel tempo.
Visualizzazione della busta
Il risultato di questo processo di smoothing è noto come busta lineare.
Invece di un pasticcio seghettato e pieno di picchi, si ottiene una curva liscia che sale e scende. Questa curva rappresenta accuratamente l'intensità della contrazione muscolare in tempo reale, rispecchiando lo sforzo meccanico effettivo che il muscolo sta producendo.
Perché questo è importante per l'analisi
Quantificazione dei livelli di attivazione
La busta elaborata consente ai ricercatori di trasformare i segnali elettrici in numeri quantificabili.
Senza questo passaggio, è quasi impossibile dire esattamente "quanto" un muscolo sta attivandosi. I dati smussati forniscono una magnitudine che può essere misurata e registrata.
Abilitazione del confronto
Questa elaborazione rende i dati confrontabili tra diverse fasi del movimento.
Ad esempio, quando si analizzano attività come il bilanciamento di carichi, gli scienziati possono utilizzare questi dati per dimostrare esattamente come i muscoli del core e quelli stabilizzatori del piede reagiscono in momenti specifici. Fornisce le prove necessarie per dimostrare come specifici movimenti rafforzano specifici gruppi muscolari.
Comprensione dei compromessi
Sensibilità alla dimensione della finestra
Sebbene il riferimento principale suggerisca una finestra temporale di 50 ms, la scelta della dimensione della finestra è un compromesso critico.
Una finestra troppo grande (eccessivo smoothing) può nascondere raffiche rapide e brevi di attività muscolare, facendo apparire il sistema lento. Al contrario, una finestra troppo piccola (insufficiente smoothing) può lasciare il segnale troppo irregolare per essere interpretato chiaramente.
Ritardo del segnale
Gli algoritmi di smoothing introducono intrinsecamente un leggero ritardo di fase.
Poiché il calcolo si basa sui dati all'interno di una finestra temporale, la busta risultante potrebbe essere leggermente in ritardo rispetto all'evento fisico effettivo. Questo è generalmente accettabile per l'analisi della magnitudine, ma deve essere considerato quando è richiesto un timing esatto in millisecondi.
Fare la scelta giusta per il tuo obiettivo
Quando si analizzano i dati sEMG, il modo in cui si visualizza il segnale elaborato dipende dai tuoi specifici obiettivi di ricerca:
- Se il tuo obiettivo principale è quantificare lo sforzo: Affidati alla busta RMS per determinare l'intensità di picco e media della contrazione durante il movimento.
- Se il tuo obiettivo principale è confrontare i movimenti: Utilizza la busta smussata per sovrapporre diverse fasi del movimento (ad esempio, lo swing e la presa) per vedere dove l'attivazione è più alta.
Convertendo il rumore elettrico in una busta liscia, trasformi dati di tensione astratti in una metrica definitiva delle prestazioni fisiche umane.
Tabella riassuntiva:
| Passaggio di elaborazione | Azione intrapresa | Scopo | Risultato |
|---|---|---|---|
| sEMG grezzo | Raccolta dati | Cattura picchi di tensione stocastici | Rumore caotico e non quantificabile |
| Rettifica | Conversione valore assoluto | Inverte i valori negativi in positivi | Previene l'annullamento matematico |
| Smoothing RMS | Media della finestra temporale | Filtra le fluttuazioni rapide (ad es. 50 ms) | Crea una 'Busta Lineare' liscia |
| Analisi | Quantificazione dei dati | Misura lo sforzo di picco e medio | Metrica affidabile dell'attivazione muscolare |
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Riferimenti
- Koji Murofushi, Kazuyoshi Yagishita. Differences in trunk and lower extremity muscle activity during squatting exercise with and without hammer swing. DOI: 10.1038/s41598-022-17653-7
Questo articolo si basa anche su informazioni tecniche da 3515 Base di Conoscenza .