Actas del Congreso Nacional de
Tecnología Aplicada a Ciencias
de la Salud
Actas del Congreso Nacional de Tecnología Aplicada a Ciencias de la Salud Vol. 3, 2021
Las señales causadas por la contracción de los músculos se denominan señales Electromiográficas (EMG). Durante una sesión de ejercicio se pueden presentar lesiones ocasionadas por un desgaste excesivo de los músculos en los miembros superiores. Dicho lo anterior, en este trabajo se presenta un análisis de las señales EMG generadas en una rutina de ejercicios de bíceps, tríceps y antebrazo. Se calcularon la varianza, la curtosis y la potencia de banda para analizar el comportamiento de las señales antes (músculo relajado), durante (músculo contraído) y después (músculo fatigado) de los ejercicios. De acuerdo a los resultados se observa que existe una diferencia entre cada etapa. La caracterización de las señales se realizó en el software Matlab.
Palabras clave: Sensores Biomédicos, electromiografía, instrumentación
The signals caused by muscle contraction are called Electromyographic (EMG) signals. During an exercise session, injuries can occur due to excessive wear and tear on the muscles of the upper extremities. That said, this work presents an analysis of the EMG signals generated in an exercise routine of the biceps, triceps and forearm. Variance, kurtosis and band power were computed to analyze the behavior of the signals before(relaxed muscle), during (contracted muscle) and after (exhausted muscle) each exercise. According to the results, it is observed that there is a difference for each stage. The characterization of the signals was carried out in the Matlab software.
Key words: Biomedical sensors, electromyography, instrumentation
Las tecnologías médicas se encuentran en constante innovación y desarrollo. Como consecuencia de esto existe un aumento en la fabricación de dispositivos para uso clínico. En los últimos años se han dado a conocer distintos tipos de tecnologías portátiles aplicadas al campo médico, las cuales representan un gran avance tanto para pacientes como para el personal médico, pues conlleva a una mayor accesibilidad y comodidad para ambos. Además de que estos dispositivos tienen la capacidad de enviar datos de manera remota a un ordenador o algún centro de procesamiento de datos.1 Para el ámbito clínico las bioseñales son de suma importancia, pues son indicadores de un proceso fisiológico en el cuerpo humano, tal es el caso de las señales Electromiográficas (EMG),2 causadas por la contracción de los músculos. Estas señales EMG son actividades electroquímicas que ocurren en el cuerpo como resultado de la contracción muscular, estas se derivan de la transmisión de impulsos eléctricos del cerebro al cuerpo a través de los nervios;3 dicha información representa las fuerzas que son generadas por los músculos y la temporización de los comandos motores. Además, puede usarse en el diagnóstico de patologías que afectan al Sistema Nervioso Periférico, las alteraciones funcionales de las raíces nerviosas, de los plexos y los troncos nerviosos periféricos, así como de patologías del músculo y de la unión neuromuscular.4
La amplitud de las señales EMG varían desde los V hasta un bajo rango de mV (menor de 10mV). La amplitud y las propiedades de las señales EMG tanto en el dominio del tiempo como en la frecuencia dependen de factores tales como: El tiempo y la intensidad de la contracción muscular, la distancia entre el electrodo y la zona de actividad muscular, las propiedades de la piel (por ejemplo, el espesor de la piel y tejido adiposo), las propiedades del electrodo y el amplificador y la calidad del contacto entre la piel y el electrodo.5
En ocasiones las contracciones musculares pueden tener como consecuencia una lesión muscular, esto provocado por una incorrecta ejecución de una rutina de ejercicios o simplemente por exceder el peso adecuado para el Indice de Masa Corporal (IMC). Una lesión muscular se presenta cuando se realizan movimientos repetitivos combinados con un peso excesivo o una postura incorrecta.6 Si se realiza el levantamiento de un peso, ya sea excesivo o rápido, se producen incrementos en la actividad mioeléctrica a nivel muscular;7por lo que para medir estas actividades eléctricas se emplean sensores conectados a las extremidades, tal es el caso de la banda Myo Armband. Al momento de realizar la revisión de la literatura en cuanto al brazalete Myo Armband, se encuentran múltiples aplicaciones, entre las cuales podemos mencionar el control de interfaz de robot, control de brazo robótico, reconocimiento de lenguaje de señas,3 aplicación del sistema de registro de datos EMG asistido por sensores,8 aplicaciones como la clasificación de gestos con las manos, entre otras.
En el presente trabajo se presenta un análisis preliminar de señales EMG a sujetos sanos antes, durante y después de realizar diferentes ejercicios físicos. En la sección 2 se presenta la metodología, mientras que en la sección 3 se muestran la parte experimental. La sección 4 contiene los resultados obtenidos. Finalmente, las conclusiones se presentan en la sección 5.
Para el desarrollo de estos experimentos se seleccionaron tres sujetos de prueba, los tres del sexo masculino, con edades de entre los 25 y 40 años, con un peso promedio de 75 Kg y una estatura promedio de 1.70.
Una cualidad que compartían los sujetos es la escasa actividad física que realizan, lo cual los hizo aptos para este tipo de pruebas.
Asimismo, no presentaban alguna enfermedad durante la prueba, ni tenían alguna lesión en las extremidades superiores (Bíceps, Tríceps o Antebrazo) y finalmente solo el sujeto 3 no fumaba.
Tabla 1. Datos de participantes
| Sujeto | Edad (años) | Peso (kilogramos) | Estatura (metros) |
|---|---|---|---|
| 1 | 27 | 80 | 1.70 |
| 2 | 38 | 78 | 1.70 |
| 3 | 28 | 75 | 1.76 |
Para el análisis electromiográfico realizado en los miembros superiores, se utilizó un brazalete Myo Armband, el cual se muestra en la Figura 1. Este dispositivo está formado por ocho sensores de tipo EMG, no invasivos, con una frecuencia de muestreo de 200 Hz, que permiten detectar la actividad eléctrica de los músculos del bíceps, tríceps y antebrazo.
Además, este dispositivo cuenta con un giroscopio y un acelerómetro, ambos de tres ejes, y un procesador ARM Cortex M4 con procesamiento de 1200 Mhz y conexión Bluetooth, que nos permiten obtener parámetros útiles para este estudio, tal es el caso de la orientación que tiene el brazo.
Figura 1: Brazalete Myo Armband en antebrazo
Antes de realizar la adquisición de los datos se debe realizar una calibración del brazalete en el miembro superior que se va a analizar ya sea antebrazo, bíceps o tríceps, esto se realiza para lograr una buena conexión con los sensores y obtener resultados fidedignos.
Para el caso del antebrazo, después de haber colocado el brazalete se debe de estirar el brazo perpendicularmente al torso y posteriormente se realiza una extensión de la mano, tal como lo podemos ver en la figura 2a. En el caso del bíceps y tríceps, después de colocar la banda Myo Armband se debe de estirar el brazo perpendicular al torso y flexionar ligeramente el antebrazo con la finalidad de contraer los músculos braquiales ubicados en el bíceps y tríceps, figura 2b.
Figura 1. (a) Ecografías original tumor benigno, (b) Matriz de co- ocurrencia tumor benigno de niveles de grises, .(a) Ecografías original tumor benigno, y (d) Matriz de co-ocurrencia tumor maligno de niveles de grises
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