In quest’ articolo verrà impiegata la sEMG per studiare la risposta muscolare degli arti superiori al sollevamento di pesi calibrati. Sarà messa in evidenza la differenza che esiste tra il braccio di destra e quello di sinistra. Per acquisire i dati, sarà utilizzata la board Arduino M0 Pro, che grazie alla sua potenza di calcolo permetterà l’elaborazione dei dati in tempo reale per poi essere graficati su Pc.
Introduzione
L’Elettromiografia Superficiale (SEMG) è una tecnica che misura l’attività elettrica durante la contrazione dei muscoli. Opera in maniera simile all’elettrocardiogramma che invece misura l’attività del cuore. L’esame è indolore. E’ totalmente non invasivo e non causa irritazioni. È assolutamente sicuro per bambini e neonati, donne incinte e persone anziane.
L’analisi elettromiografica rappresenta la manifestazione elettrica della contrazione muscolare. Se sulla superficie della cute vengono applicati due elettrodi bipolari è possibile osservare durante la contrazione muscolare una variazione della distribuzione di potenziale. Registrando questa variazione si ottiene un segnale indicativo dell’attività muscolare in funzione del movimento effettuato. L’utilizzo di elettrodi di superficie semplifica sensibilmente le operazioni di prelievo del segnale e, unitamente alla non-invasività della tecnica, rende possibile l’effettuazione di registrazioni sia in condizioni di contrazione isometrica sia in sforzo dinamico, ad esempio durante l’esecuzione di esercizi o gesti funzionali (1).
Concetti base
Il muscolo è un organo costituito da tessuto muscolare con proprietà contrattili. Ci sono diversi tipi di muscoli, distinti in base alle proprietà del tipo di tessuto muscolare che lo costituisce, quello che prenderemo in considerazione appartiene alla categoria dei muscoli striati scheletrici.
Questo tipo di muscoli è costituito da unità di fibre muscolari di forma allungata, detti sarcomeri, che si contraggono in seguito agli impulsi nervosi inviati dai motoneuroni.
La contrazione muscolare si può dividere in tre fasi principali:
Contrazione;
Rilassamento;
Fase latente.
La contrazione avviene quando uno stimolo elettrico, proveniente dai motoneuroni, arriva ai bottoni sinaptici, i quali liberano il neurotrasmettitore acetilcolina che apre i canali del sodio e depolarizza la membrana plasmatica delle fibre muscolari. Questa prima depolarizzazione dà origine ad un potenziale d'azione di 70mV che, propagandosi lungo la fibra, permette la diffusione di ioni calcio e quindi l'unione di actina e miosina con una precisione di 45°.
Nella fase di rilassamento il procedimento è sostanzialmente eseguito al contrario. Ciò che varia sono i neurotrasmettitori coinvolti, specifici nell'inibire il rilascio di acetilcolina.
La fase latente è la fase successiva allo stimolo in cui il muscolo deve riadattarsi al potenziale di origine. In questa fase, le fibre muscolari non sono in grado di ricevere un nuovo stimolo se non un nuovo impulso che non sia superiore a quello ricevuto precedentemente. In alcuni casi, il muscolo è sottoposto anche ad un periodo refrattario durante il quale le fibre muscolari non sono in grado di rispondere a nessun tipo di stimolo, anche di forte entità (2).
La fase di contrazione può essere monitorata tramite tracciato EMG (elettromiogramma). L'elettromiografia misura i potenziali d'azione che si generano durante la contrazione volontaria di un muscolo. Questo esame viene effettuato normalmente grazie all'uso di elettrodi superficiali che amplificano e registrano l'impulso nervoso.
Essendo depolarizzazioni della membrana cellulare, un singolo potenziale d'azione corrisponde, nel caso dell'uso di elettrodi interni, all'attività di una singola unità motoria (un'unica fibra muscolare collegata ad una terminazione nervosa) oppure, nel caso di elettrodi superficiali, ad un gruppo di unità motorie, come nel nostro caso.
Dalla letteratura, emerge che il segnale mioelettrico per essere comprensibile, deve essere opportunamente elaborato, in particolare filtrato , raddrizzato e calcolato il valore RMS (valore quadratico medio) nel dominio del tempo; mentre nel dominio della frequenza si deve calcolare lo spettro in frequenza, la frequenza media e la frequenza mediana.
Architettura del Sistema
Il sistema è composto di un’ unità di controllo ed elaborazione costituita da Arduino M0 Pro, la quale campiona il segnale amplificato e filtrato da un circuito di condizionamento, effettua delle elaborazioni numeriche per poi inviare i dati [...]
ATTENZIONE: quello che hai appena letto è solo un estratto, l'Articolo Tecnico completo è composto da ben 1779 parole ed è riservato agli ABBONATI. Con l'Abbonamento avrai anche accesso a tutti gli altri Articoli Tecnici che potrai leggere in formato PDF per un anno. ABBONATI ORA, è semplice e sicuro.
Non è sport, ma Sport Performance! Si inizia a fare sul serio con Arduino 🙂
Progetto molto interessante che può essere anche utilizzato come base per applicazioni wearable.
Articolo davvero ben fatto!! Chiaro ed esaustivo.
Forse l’unica cosa che manca e che potrebbe aiutare chi vuole realizzare qualcosa di simile è una descrizione degli elettrodi (cosa hai utilizzato, se è possibile realizzarli in casa, dove li hai applicati etc..).
Ciao dibarimarco non ha parlato di elettrodi perché in commercio ne esistono davvero tanti e secondo l’applicazione variano; comunque per provare l’ elettromiografia superficiale gli elettrodi li puoi trovare anche in una farmacia o su ebay cercando elettrodi per elettrostimolatore. Per fare le prove i due differenziai li ho applicati bicipite brachiale e il riferimento di massa è stato connesso al gomito, in modo da avere un segnale meno rumoroso.
Volevo dare un’occhiata al datasheet del DC-DC TLC499A che menzioni ma non trovo ne componente ne datasheet. E’ la denominazione corretta? Potresti mettermi il rispettivo link?
Ciao Orazio, il convertitore DC-DC è il TL499A questo è il link, http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl499a.pdf
c’è stato un errore di scrittura
Buongiorno, sono un fisioterapista e son interessato ai sistemi semg da usare nella pratica clinica. per ora, non avendo grosse pretese, e visto il costo di sistemi pro (1600+iva minimo), vorrei provare a costruirmi un amplificatore semg e registrare il segnale su pc. questo articolo spiega come fare? prima di eventualmente acquistare la copia 118, per poi scoprire che non è spiegato nel dettaglio la realizzazione del prodotto, vorrei capire quanti canali ha il sistema nel progetto (o se comunque è difficile aggiungere canali), quale software è stato usato per l’acquisizione su pc, se viene rilevata mnf, arv, e i vari parametri; ecc
La ringrazio
Ciao Lorenzo, nell’articolo è presentata la sEMG utilizzando un Arduino M0 pro il cui codice può essere importato su qualsiasi altra scheda Arduino avente però una capacità di calcolo molto simile esempio Arduino 2. Per quanto riguarda la parte elettronica ci sono gli schemi relativi dell’ amplificatore di ingresso e del circuito per caricare una batteria che potrebbe anche essere omesso. Per quanto riguarda l’elaborazione dei segnali c’è scritto che tipi di algoritmi vengono utilizzati e come realizzarli su Arduino. Per cui il progetto è completo però ovviamente va sviluppato perché sostanzialmente è una base di partenza.
Saluti