Electronic sensing system for bipolars EMG detection and angular measurement for the characterization of foot drop pathology
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Fecha
2019
Título de la revista
Publicado en
Congreso Internacional de Innovación y Tendencias en Ingenieria (CONIITI ) / 2-4 Oct / 2019
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Congreso Internacional de Innovación y Tendencias en Ingenieria (CONIITI )
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Resumen
Objetivo: Es común que durante las consultas médicas se invierta trabajo y tiempo en caracterizar patologías físicas; esto puede optimizar los tiempos de recuperación y las oportunidades de rehabilitación. Este trabajo de investigación consistió en desarrollar un prototipo portátil y tecnológico que permitiera realizar la detección por electromiografía de superficie bipolar (sEMG) para los músculos Tibial Anterior (TA) y Peroneo Largo (PL) y medidas de desplazamiento angular de la articulación tobillo-pie para la caracterización de la patología Foot Drop (FD). Método: Se diseñó y desarrolló un sistema electrónico en torno a una Unidad Central de Procesamiento (CPU) responsable de recibir las medidas de los sensores para luego ensamblar los paquetes de datos para su almacenamiento y transmisión. La detección de sEMG bipolar se realiza a través de un módulo de acondicionamiento análogo compuesto por instrumentación, filtrado, y etapas de amplificación. Esta unidad permite obtener la señal en bruto, rectificada y envolvente. La medición del desplazamiento angular se logra con un sistema de medición inercial IMU. Resultados: Se realizó un análisis estadístico para validar la precisión de las mediciones con respecto a instrumentos comerciales; Asimismo, se implementó un análisis robusto tanto en el dominio del tiempo como en el dominio de la frecuencia para la detección de sEMG bipolar, para evaluar la distribución energética de las contracciones de los músculos TA y PL. Conclusiones: Los datos recolectados y la plataforma experimental muestran el gran potencial que tiene el sistema electrónico para medir variables fisiológicas en tiempo real, afirmando su operación y capacidades técnicas. Importancia: Miniaturizando el tamaño del equipo, haciéndolo completamente inalámbrico y mejorando la capacidad de procesamiento.
Descripción
Abstract
Objective: It is common that during medical consultancies, work, and time are spent to characterize physical pathologies; this can optimize recovery times and rehabilitation opportunities. This research work was to develop a portable and technological prototype that allowed to perform the bipolar surface electromyography (sEMG) detection for the Tibialis Anterior (TA) and Peroneus Longus (PL) muscles and angular displacement measurements of the ankle-foot joint for the characterization of Foot Drop (FD) pathology. Method: An electronic system was designed and developed around a Central Processing Unit (CPU) responsible for receiving the sensors measurements to then assemble data packets for storage and transmission. The bipolar sEMG detection is carried out through an analogous conditioning module consisting of instrumentation, filtering, and amplification stages. This unit allows for obtaining the raw, rectified, and envelope signal. The angular displacement measurement is accomplished with an IMU inertial measurement system. Results: A statistical analysis was achieved to validate the precision of the measurements regard to commercial instruments; likewise, a robust analysis was implemented both in the time domain and in the frequency domain for bipolar sEMG detection, to assess the energetic distribution of the TA and PL muscle contractions. Conclusions: The data collected and the experimental platform show the great potential that the electronic system has to measure physiological variables in real-time, affirming its operation and technical capabilities. Importance: By miniaturizing the size of the equipment, making it completely wireless and improving the processing capacity, the developed system opens a new viewpoint in the measurement of physiological variables for medical purposes and applications.
Palabras clave
Sensores portátiles, Transmisión inalámbrica amplificador, sEMG, Sistema de detección inteligente
Keywords
Wearable sensors, Wireless transmission, sEMG amplifier, Smart sensing system, Foot drop