Lezione 9. Misure ed elaborazione di segnali per l ergonomia, lo sport e la riabilitazione

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1 Lezione 9 Misure ed elaborazione di segnali per l ergonomia, lo sport e la riabilitazione EMG di superficie L'impiego dell'elettromiografia di superficie (SEMG) sta avendo una notevole diffusione sia per le caratteristiche di non invasività, sia per le potenzialità offerte dalle moderne tecniche di analisi numerica del segnale elettromiografico che possono fornire utili informazioni quantitative sulle condizioni di attività del distretto muscolare esaminato. Mentre l EMG ad ago resta una tecnica di primaria importanza a livello diagnostico, che necessariamente richiede per il suo impiego l'apporto del neurologo, la SEMG è una tecnica di indagine dell'attività muscolare molto promettente e di grande interesse per la riabilitazione: nel monitoraggio degli effetti di un trattamento, direttamente durante un esercizio per aumentarne l'efficacia, per valutare l'affaticabilità muscolare Lezione 1 2

2 semg I segnali di superficie hanno ampiezze variabili dal livello di rumore a pochi mv da picco a picco con la quasi totalita della potenza compresa tra 10 Hz e Hz. Strumentazione e tecniche di registrazione Essendo il segnale elettromiografico di piccola ampiezza ( volte più piccolo della tensione elettrica di una normale batteria), nei moderni elettromiografi sono inserite sia una sezione d'amplificazione sia una sezione di post-elaborazione del segnale.. Poter disporre del segnale in forma digitale offre il vantaggio di semplificare notevolmente l'esecuzione delle diverse elaborazioni, nonché di poterlo archiviare per successivi utilizzi. 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 sforzo sia statico che dinamico, ad esempio durante l'esecuzione di esercizi o gesti funzionali. Tuttavia è importante ricordare che, avendo il segnale registrato un'ampiezza inversamente proporzionale al quadrato della distanza dalla sorgente, le UM di cui è possibile registrare l'attività sono quelle situate entro un raggio massimo di 15 mm dagli elettrodi. Inoltre, la quantità di tessuto interposto tra la sorgente e gli elettrodi può attenuare le componenti ad alta frequenza del segnale, solitamente in modo proporzionale alla "profondità" dell'um. Lezione 1 4

3 Frequenza media e frequenza mediana: sono parametri spettrali definiti come i descrittori statistici della distribuzione in frequenza delle componenti del segnale e vengono impiegati principalmente nello studio della fatica muscolare Lezione 1 5 Velocità di conduzione delle fibre muscolari: questo parametro rappresenta la velocità media alla quale il PUM si sposta lungo la fibra muscolare e deve essere misurato con un'apposita strumentazione ed in condizioni di contrazione muscolare indotta elettricamente. Viene usato insieme ai parametri spettrali per la quantificazione dei fenomeni di fatica muscolare. Lezione 1 6

4 SOFTWARE Load cell signals (pre and post) Power Spectrum semg signals (pre and post) Average Rectified Value (vs. Time) Esempio di applicazione in campo ergonomico: studio di sedie per ufficio Definizione di un protocollo per la valutazione del comfort di sedie per ufficio e dei materiali impiegati per realizzarle. Scelta di parametri oggettivi, rilevabili attraverso misure univoche e ripetibili, che possano essere indice di comodità di un oggetto. Problematiche principali Individuazione di variabili con cui descrivere il sistema utente-prodotto inserito nel particolare contesto in cui il prodotto viene utilizzato.

5 Comfort di una sedia da ufficio: possibile definizione Valutazione dei possibili disagi causati da una seduta non confortevole. Cosa è emerso: una sedia scomoda provoca quasi sempre fastidi muscolari, localizzati soprattutto a livello lombare e delle spalle. Confronto fra una sedia ergonomica ed una comune sedia per ufficio Ad un gruppo di 9 volontari sani (6 donne, 3 uomini) di età compresa fra i 18 e i 31 anni è stato chiesto di eseguire una serie di prove durante le quali sono stati raccolti i dati relativi all attività dei muscoli trapezi e lombari.

6 Prove Prova di affaticamento Prova di scarico tonico su sedia, durante un attività di videoscrittura Elaborazione dei dati raccolti Si è posta l attenzione sull ARV (valore medio rettificato) dei segnali relativi ad ogni prova. Tale parametro è stato preso in considerazione quale indice di attività muscolare. Si è calcolata la differenza fra l ARV relativo alla prova affaticamento e l ARV relativo alla seduta. Si è poi valutato l Indice di Riposo come inverso dell ARV Risultati INDICE DI RIPOSO - MUSCOLI LOMBARI LOMBARE SX LOMBARE DX Standard Ergonomica INDICE DI RIPOSO - MUSCOLI TRAPEZI TRAPEZIO SX TRAPEZIO DX Standard Ergonomica

7 Risultati I sedili con gel risultano meno affaticanti dei sedili con schiuma poiché l ARV è più basso (ovvero l indice di riposo è più alto) e permettono un migliore controllo posturale. Distribuzione della pressione durante la camminata

8 Centro di Gravità e COP CG: Definito come la posizione del baricentro del corpo COP: Definito come il punto di applicazione della forza risultante scambiata tra piede e suolo. Il movimento del COP varia in relazione al movimento del CG e alla distribuzione della forza muscolare richiesta per controllare o produrre un movimento L andamento della componente verticale delle forze di reazione al suolo si modifica con la velocità di progressione del passo.

9 Studio della distribuzione delle pressioni plantari Sistema di baropodometria Pedar-X System (Novel gmbh, Munich, Germany). Bluetooth Sensori Unità di acquisizione Software Pedar (Pc dotato di modulo BT) Solette Matrici di sensori disposti in righe e colonne. Il punto di intersezione tra una riga e una colonna costituisce il sensore capacitivo

10 Principio di funzionamento Il segnale elettrico Ue viene applicato alle colonne Ue viene trasmesso attraverso il materiale dielettrico e ricevuto dalle righe (Ua). L ampiezza del segnale ricevuto Ua dipende dalla distanza tra le righe e le colonne La pressione applicata al sensore modifica la distanza tra righe e colonne Misurando l ampiezza di Ua (grandezza elettrica) si può risalire al valore della pressione (grandezza fisica) esercitata sul sensore Distribuzione delle pressioni plantari

11 Mappa delle pressioni plantari Permette di conoscere le aree di maggior carico durante una camminata/corsa. Per codificare i diversi livelli di pressione viene utilizzata una scala di colori. Centro di Pressione (COP) COP: base del vettore che rappresenta la componente verticale delle forze di reazione al suolo.

12 Novel s tools Novel s tools

13 STUDIO ERGONOMICO SULL EFFICACIA DI NUOVE TECNOLOGIE NELLE CALZATURE 5 soggetti (femmine): Età: 20-50: Peso medio: 55 kg (± 5) Altezza media: 165 cm (±5) Soggetti senza patologie che interessino l attività deambulatoria Ad ogni soggetto è richiesto di camminare a velocità normale lungo un corridoio di circa 10 m. Per ogni modello di calzatura (con tecnologia e senza tecnologia) vengono eseguite 5 camminate. Prima di ogni misura, il soggetto esegue alcune camminate per prendere familiarità con le calzature e la strumentazione. Protocollo

14 Tecnologia A E possibile notare come la pressione esercitata durante la fase di attacco al suolo sull area calcaneare è notevolmente inferiore nel caso di camminata con scarpa dotata di tecnologia A. In questo caso l area di colore rosso viene sostituita da un area di colore giallo, indice di pressione minore. Contrariamente non si vedono effetti significativi durante la fase di spinta sulla zona delle teste metatarsali e sull alluce. Tecnologia B (scarpa con tacco) È interessante notare come ci sia una ridistribuzione dei punti di maggior pressione tra i dati acquisiti durante camminate con scarpa dotata di tecnologia e camminate con scarpa senza tecnologia. Si può concludere che la tecnologia utilizzata agisce non tanto nel diminuire in assoluto la pressione esercitata ma piuttosto nel ridistribuirla in aree diverse. Durante la camminata con scarpe con tacco le aree di maggior pressione sono quelle dell avampiede. In questo caso la tecnologia aiuta a caricare maggiormente il tallone alleggerendo la zona delle teste metatarsali.

15 Valutazione dei plantari tecnologici Plantas Studio della distribuzione delle pressioni plantari Strumentazione per lo studio della distribuzione di pressioni Sistema Pliance-X System per la rilevazione di pressioni. Non solette, ma matrici di sensori di dimensioni e forme diverse.

16 Studio della distribuzione delle pressioni su selle per bicicletta STUDIO ERGONOMICO DI VEICOLI COMMERCIALI: MAPPE DI PRESSIONE ALL INTERFACCIA PILOTASEDILE

17 Movimenti oculari

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