Electromiograma

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MEDICIÓN CON ELECTROMIÓGRAFO Jaramillo Andrea, Maury Andrés, Pérez Jesús, Romero Ivin Profesor Melissa Acosta Coll. Grupo AN. 01-04-2014 Bioingeniería, Universidad de la Costa, Barranquilla [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] RESUMEN Esta práctica permite simular la electromiografía con la interacción educativa entre el módulo del electromiograma asociado a una unidad central en el laboratorio. Es así como se podrán modificar parámetros, además de calibrar y comprender de manera minuciosa el funcionamiento y los diferentes dispositivos electrónicos que acompañan dicho equipo. Lo que finalmente genera en el osciloscopio aquello que la medicina nos difunde con el nombre de electromiograma. Este no es más que una representación gráfica de la actividad eléctrica de los músculos esqueléticos por medio de las variables voltaje Vs. tiempo. Entonces a continuación se presenta procedimiento y resultados correspondientes a la simulación del electromiógrafo. PALABRAS CLAVE Electromiografía, electromiograma, electromiógrafo, osciloscopio, actividad eléctrica, músculos esqueléticos, voltaje, tiempo. ABSTRACT This practice allows to simulate the electromyography with educational interaction between electromyogram module associated to a central module in the laboratory. Then parameters can be modified further to calibrate and minutely understand operation and different electronic components which conform this equipment. What finally generates in the oscilloscope a concept that the medicine calls as electromyogram. This is merely a graphical representation of the skeletal muscles and their electrical activity by voltage-time variables. Finally in this report

is showed the method followed, corresponding simulation results recorded and their analysis for electromyography simulation. KEY WORDS Electromyography, electromyogram, electromyography, oscilloscope, electrical activity, skeletal muscle, voltage, time. 1. OBJETIVOS GENERAL Comprender los cambios de potencial eléctrico de las diferentes actividades musculares mediante el electromiograma. ESPECÍFICOS  Configurar el módulo del electromiograma KL-75002 para realizar la simulación respectiva.  Identificar la activación del potencial eléctrico y los cambios de fuerza cuando el músculo esquelético realiza contracciones isotónicas o isométricas en las gráficas.  Interpretar las formas de onda mostradas por el EMG. 2. INTRODUCCIÓN [1][2] Los músculos esqueléticos son usados para facilitar el movimiento y mantener la unión hueso-articulación a través de su contracción. Su estudio y entendimiento es de suma importancia para desarrollar mecanismos de prevención y control contra afecciones que en estos ocurran. La electromiografía es una técnica que permite su estudio, en la cual se pueden medir las variaciones eléctricas en función del tiempo que se producen al contraerse o relajarse,

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generando así un registro gráfico de su comportamiento, llamado electromiograma (EMG). Con este registro se puede verificar diagnósticos de muchas afecciones musculares. En esta experiencia se entenderá el fenómeno de la actividad eléctrica que ocurre durante contracciones isotónicas o isométricas mediante el uso del electromiograma (EMG) KL-75002. Además se desarrollarán habilidades de ingeniería, ciencia y tecnología con el módulo educativo del EMG, se obtendrá un EMG mediante los cambios periódicos de onda en el osciloscopio y se interpretarán las formas de ondas mostradas por el EMG. 3. INTRODUCTION Skeletal muscles are used to facilitate movement and keeping the bone-articulation through its contraction. Their study and understanding is very important to develop mechanisms to prevent and control diseases against which they occur. Electromyography is a technique which allows the study and can measure the electrical function of time variations that occur to contract or relax, thus generating a graphic record of behavior, called electromyography (EMG). With this record you can verify diagnoses of many muscle conditions. In this experience will be understood the phenomenon of electrical activity that occurs during isotonic or isometric contractions using the electromyogram (EMG) means KL- 75002. Besides engineering skills, science and technology will be developed with the educational module EMG, and then EMG will be achieved by periodic changes in the oscilloscope waveforms shown by EMG construed. 4. MATERIALES  Unidad KL-72001.  Módulo de electromiograma (EMG) KL75002.  Osciloscopio Digital.  Conductor de electrodo KL-79101 5.  Dumbbell de 5kg.  Alcohol.  Electrodos.  Cables BNC.  Conectores para puentes de 10mm.  Cables conectores

5. PROCEDIMIENTO, RESULTADOS Y ANÁLISIS

Ilustración 1. Parte frontal módulo KL75001 A. Calibración amplificador

del

circuito

pre-

1) Posicione el módulo KL-75002 sobre el módulo principal KL72001.Complete las siguientes conexiones y encienda el equipo.

Ilustración 2. Conexiones 2) Conecte la sonda positiva del DVM al terminal de salida del pre amplificador y la negativa al terminal Electro3. 3) Ajuste el potenciómetro para obtener un voltaje de salida DC igual a 0. Obtenido el valor apague y desconecte el circuito.

Ilustración 3. Obtención del voltaje de salida DC

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la tabla 1, dibuje la curva característica del filtro rechaza banda.

Medición de características del filtro rechaza banda (BRF)

1) Posicione el módulo KL-75002 sobre el módulo principal KL-72001. Complete las siguientes conexiones.

1.5 Voltaje (Vpp)

B.

1 0.5 0 1

10 100 Frecuencia (Hz)

1000

Gráfica 1. Curva característica de la Tabla 1 C.

Ilustración 4. Conexiones 2) Ajustar la frecuencia del filtro rechaza banda a 60 Hz insertando un puente en la posición 3 y 4. 3) Aplique una señal seno de 1Hz y 1Vpp a la entrada del filtro y obsérvela en el canal 1 del osciloscopio. 4) Observe la señal de salida del módulo BRF en el canal 2 del osciloscopio y almacene la amplitud en la tabla 1. Entrada Frecuencia (Hz) 5 10 20 30 60 100 200 500 1000

Salida BRF (Vpp) 1,2 0,93 0,71 0,49 0,144 0,64 0,79 0,94 1,12

Tabla 1. Amplitud obtenida al cambio de frecuencia 5) Sin cambiar la amplitud de la señal seno de entrada, repita el paso 3 y 4 para las frecuencias de la tabla 1. 6) De acuerdo a los datos anotados en

Medición característica del filtro pasa bajas (LPF)

1) Completa las siguientes conexiones:

Ilustración 5. Conexiones 2) Aplique una señal seno de 1Hz y 1Vpp a la entrada del filtro y obsérvela en el canal 1 del osciloscopio. 3) Observe la señal de salida del módulo LPF en el canal 2 del osciloscopio y almacene la amplitud en la tabla 2.

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Entrada Frecuencia (Hz) 100 500 700 800 1000 1200 1300 1500 5000

Salida LPF (Vpp) 2,4 1,92 1,76 1,68 1,4 1,3 1,26 1,17 0,112

Tabla 2. Salida del filtro LPF

Voltaje (Vpp)

4) Sin cambiar la amplitud de la señal de entrada repita los pasos 2 y 3 con los valores de frecuencia mostrados en la tabla 2. 5) De Acuerdo a los datos anotados en la tabla 2, dibuje la curva característica del filtro pasa bajas. 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0

2) En el módulo KL-75002, inserte un puente en la posición 8 y encienda. 3) Aplique una señal seno de 100Hz y 100mVpp a la entrada del amplificador y obsérvela en el canal 1 del osciloscopio. 4) Observe la señal de salida del amplificador en el canal 2 del osciloscopio y almacene la amplitud en la tabla 3. Configuración Ganancia del Amplificador 50 100

Salida de Voltaje del Amplificador (Vpp) 4,24V 8,4V

Tabla 3. Salida del amplificador 5) Remueva el puente de la posición 8 y colóquela en la posición 7, esto cambia la ganancia de 50 a 100, repita los pasos 3 y 4. Apague el circuito. E. Medición de las características del filtro pasa altas (HPF)

0

1000 2000 3000 4000 5000 Frecuencia (Hz)

Gráfica 2. Curva característica de la Tabla 2

1) Posicione el módulo KL-75002 sobre el módulo principal KL-72001. Complete las siguientes conexiones y encienda.

D. Medición de las características de ganancia del amplificador 1) Posicione el módulo KL-75002 sobre el módulo principal KL-72001. Complete las siguientes conexiones.

Ilustración 7. Conexiones

Ilustración 6. Conexiones

2) Aplique una señal seno de 1kHz y 1Vpp a la entrada del HPF y obsérvela en el canal 1 del osciloscopio. 3) Observe la señal de salida del HPF

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en el canal 2 del osciloscopio y almacene su amplitud en la tabla 4. Entrada Frecuencia (Hz) 1000 200 150 110 100 90 50 20 1

Salida HPF (Vpp) 1,1 0,8 0,52 0,42 0,41 0,392 0,224 0,11 0,05

2) Aplique una señal seno de 1kHz y 1Vpp a la entrada del Rectificador y obsérvela en el canal 1 del osciloscopio. 3) Observe la señal de salida del rectificador en el canal 2 y dibuje la forma de onda.

Tabla 4. Salida del filtro HPF

Voltaje (Vpp)

4) Grafique los valores obtenidos en la tabla 4. 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

Gráfica 4. Salida rectificador de media onda. G. Medición de las características del integrador y buffer

0

200

400

600

800

1000

Frecuencia (Hz)

1) Posicione el módulo KL-75002 sobre el módulo principal KL-72001. Complete las siguientes conexiones y encienda.

Gráfica 3. Curva característica de la Tabla 4 F. Medición de las características del rectificador de media onda 1) Posicione el módulo KL-75002 sobre el módulo principal KL-72001. Complete las siguientes conexiones y encienda.

Ilustración 9. Conexiones

Ilustración 8. Conexiones

2) Inserte un puente en la posición 11 y encienda. 3) Aplique una señal seno de 5Hz y 1Vpp a la entrada del integrador y observe en el canal 1 del osciloscopio. 4) Observe la señal de salida del integrador en el canal 2 y dibuje la forma de onda.

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5) Sin cambiar la amplitud de la señal seno de entrada, repita el paso 3 para frecuencia = 10Hz.

como lo muestra ilustración:

la

siguiente

Ilustración 11. Conexiones

Gráfica 5. Salida Integrador y buffer 5Hz (Arriba) y 10Hz (Abajo). H. Medición de EMG usando osciloscopio 1) Posicione el módulo KL-75002 sobre el módulo principal KL-72001. Complete las siguientes conexiones y encienda.

5) Ubique el electrodo de referencia en cualquier otra parte del brazo izquierdo. Observe las formas de onda en el osciloscopio, ajuste el VOLTDIV en 1V/div y el TIMEDIV a 500mS/div. 6) Medición contracción isométrica: Pida al sujeto relajar su mano derecha nuevamente, observe si la señal del canal dos es estable o no. Si no es estable, existe una alta impedancia entre electrodo y piel, entonces deberá limpiar la zona con alcohol. a. Indique al sujeto flexionar su codo nuevamente a 90° y ubique la pesa de 5Kgs en la mano del sujeto por 2 segundos (La mano del sujeto no puede temblar). Retire la pesa y observe las formas de onda.

Ilustración 10. Conexiones 2) Inserte un puente en la posición 1, 2, 4, 5, 6, 8, 9, 10 y 11. 3) Pídale al sujeto de prueba que relaje su mano derecha y coloque la palma de la mano hacia adelante. Que tome y alce la pesa de 5Kg flexionando el codo. 4) Una vez hecho esto, posicione los electrodos en el bíceps del sujeto

Gráfica 6. Onda generada punto 6. Como se puede observar se genera un potencial de acción en el musculo, pero este

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se produce después de soltar la pesa, mostrando la relajación del músculo luego de la fuerza generada por la pesa. Esta forma de onda muestra la cantidad de potenciales de acción que se generan en un musculo cuando se le ejerce cierta presión. Hay que determinar que al ser isométrico el movimiento, no hay acotamiento o alargamiento de las fibras (movimiento estático), pero se genera una tensión que se muestra en el osciloscopio. As can be seen, an action potential is generated in the muscle, but this occurs after releasing the weight, showing muscle relaxation after the force generated by the dumbbel. This waveform shows the number of action potentials generated in a muscle when some pressure is exerted. It must be determined when the motion is isometric, is not gating or elongation of fibers (static movement), but a voltage shown in the oscilloscope is generated. 7) Medición contracción isotónica: Pida al sujeto que se levante y relaje. Indíquele que sostenga y alce la pesa a 90° por dos segundos y que luego la baje. Repita esta acción 3 veces y observe las formas de onda.

Gráfica 7. Ondas generadas punto 7 En el caso de este tipo de contracción, se generan tanto alargamientos como acotamientos del músculo. Allí se ve los impulsos eléctricos que se generan al momento de alargarse bajo tensión el músculo (teniendo en cuenta la pesa). En los cuales se muestra el proceso de restitución del músculo (relajación) después de la actividad muscular. For this type of contraction is generated berm or lengthening in muscle. There are electrical impulses which originate from extended under muscle tension (with dumbbel). So process of restitution of the muscle (relaxation) is showed after muscle activity. 8) Medición fatiga muscular: El sujeto de pie y relajado deberá alzar la pesa 90 grados hasta que sienta fatiga. Observe las formas de ondas asociadas.

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Gráfica 8. Ondas generadas punto 8. Aquí se observa el potencial generado después de un proceso de fatiga muscular, en él se observa que se generan potenciales de acción para devolver el musculo a relajación. Here the potential generated after muscle fatigue process, it is observed that action potentials are generated to return the observed muscle relaxation. 9) Remueva los puentes de la posición 8 a la 7 para cambiar la ganancia del amplificador de 50 a 100. Repita los pasos anteriores con este nuevo valor y observe los cambios en la salida.

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Gráfica 10. Ondas generadas punto 7. Ganancia 100.

Gráfica 9. Ondas generadas punto 6. Ganancia 100.

Gráfica 11. Ondas generadas punto 8. Ganancia 100.

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De la misma manera que en los casos anteriores se observa los distintos potenciales generados en cada uno de esos movimientos. Y como se puede determinar, al aumentar la ganancia se puede observar mejor el potencial producido en estas actividades. Ya que la razón entre el potencial de acción de salida y de entrada es mayor. Similarly as in the previous cases the different potentials generated in each of these movements can be observed. And can be determined, by increasing the gain is better to see potential occurred in these activities. Because the ratio action potential between output and input is greater. 6. CONCLUSIONES [3] Se logró realizar de manera adecuada, el electromiograma, determinando cada una de las etapas que en él se realizan para generar las ondas o graficas correspondientes. Se comprobó que cada una de las etapas funciona de una manera íntegra, y se calibró alguna de estas para dar una medición más confiable. Se logró observar, distintos comportamientos que se forman al hacer alguna actividad física en un músculo determinado. En el caso de la contracción isométrica, no se genera un movimiento (posición estática) pero se da una tensión que mantiene dicha posición. En el caso de la contracción isotónica, como su nombre lo indica viene de una tensión constante por lo que se puede observar que la amplitud de la señal no varía con respecto a la realización del movimiento. En el caso de la fatiga muscular, se ve como la amplitud de la gráfica fuerza disminuye (azul). Y que sobre el músculo se realiza una caída de potencial debido a la perdida de ATP en el músculo. Como recomendación, se constató, que el ruido es algo que se debe minimizar imperativamente. Ya que esto genera malas medidas que no dan los resultados obtenidos, el calibrar las etapas también debe ser importante para que en general las medidas sean las acordes con lo planteado en la teoría.

CONCLUSIONS It was possible to perform properly, the electromyogram, determining each of the steps performed to generate the corresponding waves or graphics. It was found that each stage operates in a complete way, and some of these are calibrated to give a more reliable measurement. Different behaviors that form when doing any physical activity in a given muscle was achieved observe. In the case of the isometric contraction motion (stationary position) is not generated but a voltage maintaining this position. In the case of the isotonic contraction, as its name implies is a constant tension so that it can be seen that the signal amplitude does not vary with respect to the embodiment of the movement. In the case of muscle fatigue, is seen as the amplitude of the force curve decreases (blue). And on the muscle a potential drop takes place because the loss of ATP in the muscle. As a recommendation, it was found that the noise is something that should be minimized urgently. It generates bad measurements, and do not give the results, the calibration steps must also be important to have a generally consistent in the measurements with the theory proposed. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] «Músculo Esquelético». [En línea]. Disponible en: h http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%BAsc ulo_esquel%C3%A9tico. [Accedido: 01abril-2014]. [2] Rebecca L. Johnson. El Sistema Muscular. Ed. Lerner, 2006. [3] Sian Knight, Sona Biswas. Lo esencial en sistema musculo esquelético y piel. Ed. Elsevier España, 2004.