Evaluación del registro y transmisión de señales electromiográficas mediante un dispositivo inalámbrico

Los dispositivos vestibles son aquellos dispositivos que se incorporan a piezas de ropa u otros accesorios que se puedan llevar cómodamente en el cuerpo. Estos dispositivos funcionan habitualmente mediante la comunicación inalámbrica. Esta comunicación consiste en la transmisión de información entre dos o más puntos que no están conectados mediante un conductor eléctrico. Shimmer es un dispositivo multisensor vestible con unas prestaciones muy altas que lo diferencian de otros dispositivos y que permite de una forma simple la medida de parámetros cinemáticos y fisiológicos que pueden ser capturados y visualizados en tiempo real. Sin embargo, estos dispositivos pueden presentar pérdidas de datos durante la adquisición de señales biomédicas. En este estudio se ha evaluado la pérdida de datos durante la adquisición de señales cinemáticas y fisiológicas. Se han realizado registros electromiográficos de músculos esqueléticos usando las distintas vías de registro y configuraciones que ofrece el dispositivo. Los registros se han realizado en un sujeto sano. Se ha observado que a medida que se incrementa la frecuencia de muestreo y a un mayor número de canales, la cantidad de pérdidas aumenta. En general, a una frecuencia de muestreo de 512 Hz el dispositivo Shimmer es capaz de obtener señales sin pérdidas sin importar la vía de registro utilizada.Postprint (author's final draft

Evaluation of a wearable device to determine cardiorespiratory parameters from surface diaphragm electromyography

Using wearable devices in clinical routines could reduce healthcare costs and improve the quality of assessment in patients with chronic respiratory diseases. The purpose of this study is to evaluate the capability of a Shimmer3 wearable device device to extract reliable cardiorespiratory parameters from surface diaphragm electromyography (EMGdi). Twenty healthy volunteers underwent an incremental load respiratory test whilst EMGdi was recorded with a Shimmer3 wearable device (EMGdiW). Simultaneously, a second EMGdi (EMGdiL), the inspiratory mouth pressure (Pmouth) and the lead-I electrocardiogram (ECG) were recorded via a standard wired laboratory acquisition system. Different cardiorespiratory parameters have been extracted from both EMGdiW and EMGdiL signals.: heart rate, respiratory rate, respiratory muscle activity and mean frequency of EMGdi signals. Alongside these, similar parameters were also extracted from reference signals (Pmouth and ECG). High correlations were found between the data extracted from the EMGdiW and the reference signal data: heart rate (R = 0.947), respiratory rate (R = 0.940), respiratory muscle activity (R = 0.877), and mean frequency (R = 0.895). Moreover, similar increments in EMGdiW and EMGdiL activity were observed when Pmouth was raised, enabling the study of respiratory muscle activation. In summary, the Shimmer3 device is a promising and cost-effective solution for ambulatory monitoring of respiratory muscle function in chronic respiratory diseases.Postprint (author's final draft

Sistema móvil de registro y adquisición de señales EMG de músculos respiratorios para aplicaciones deportivas

Se necesitan sistemas de adquisición de señales biomédicas de alta calidad para la evaluación clínica y el deporte. Sin embargo, estos sistemas implican una gran limitación: los datos deben ser registrados en laboratorios. Shimmer™ es un sistema multisensor wireless desarrollado recientemente que puede romper estas barreras. En este proyecto se ha hecho una evaluación de las señales electrocardiográficas (ECG) y electromiográficas del músculo respiratorio (EMGdi) registradas con Shimmer. Primero, se ha cuantificado la pérdida de datos a diferentes configuraciones, observando que no hay pérdida significativa a moderadas frecuencias de muestreo, aunque sí en señales registradas a altas frecuencias vía Bluetooth™. Después se ha comparado las señales ECG y EMGdi registradas mediante Shimmer con las registradas mediante un sistema estándar de adquisición de señales (Biopac™ MP150). Las señales han sido registradas de 9 sujetos sanos que siguieron un protocolo respiratorio. Estas señales han sido procesadas usando técnicas basadas en dominio frecuencial y temporal. El ritmo cardíaco ha sido estimado de las señales ECG y EMGdi, mientras que el respiratorio y la fuerza del músculo han sido estimados mediante la amplitud de la EMGdi. Los resultados obtenidos de los datos registrados por Shimmer son similares a los obtenidos por Biopac, demostrando que Shimmer puede ser una alternativa a sistemas de medida convencionales, permitiendo las adquisiciones fuera de los laboratorios

Sistema móvil de registro y adquisición de señales EMG de músculos respiratorios para aplicaciones deportivas

Els sistemes d’alta qualitat per a d’adquisició de senyals biomèdiques són necessaris per una bona avaluació clínica y esportiva. Aquests sistemes impliquen una limitació: les dades ha de ser registrades en laboratoris. Shimmer™ és un nou sistema multisensor wireless capaç de superar aquest obstacle. En aquest projecte s’ha dut a terme una avaluació de les senyals electrocardiogràfiques (ECG) i electromiogràfiques dels músculs respiratoris (EMGdi) registrades amb Shimmer. En primer lloc, s’ha quantificat la pèrdua de dades a diferents configuracions, observant que no hi ha una pèrdua significant a freqüències baixes i moderades de mostreig, però sí per a altes freqüències via Bluetooth™. En segon lloc, s’ha comparat les senyals ECG i EMGdi registrades per Shimmer amb les registrades per un sistema estàndard d’adquisició (Biopac™ MP150). Aquestes senyals han estat registrades en 9 subjectes sans mentre seguien un protocol de respiració per després ser processades per mitjà de tècniques basades en el domini temporal i freqüencial. El ritme cardíac s’ha estimat a partir de les senyals ECG i EMGdi, mentre que el ritme respiratori y la força exercida pel múscul diafragmàtic s’ha estimat a partir de l’amplitud de la senyal EMGdi. Els resultats obtinguts a partir de les dades registrades per Shimmer són similars a les dades registrades per Biopac. Això prova que Shimmer és una bona alternativa als sistemes convencionals, ja que permet adquisicions més enllà de laboratoris

Evolución de un dispositivo inalámbrico para el registro de la actividad electromiográfica del músculo diafragma

La evaluación clínica y deportiva requiere el desarrollo de sistemas de adquisición de señales biomédicas de alta calidad. Sin embargo, estos sistemas implican una gran limitación: los datos deben ser registrados en laboratorios. En los últimos años se han desarrollado dispositivos inalámbricos multimodales que pueden poner fin a estos problemas. En este proyecto se han evaluado señales electromiográficas de los músculos respiratorios, en especial del diafragma (EMGdi), obtenidas a partir de un dispositivo inalámbrico. De forma simultánea se han adquirido las mismas señales con un sistema estándar de adquisición de señales biomédicas, para realizar un estudio comparativo de parámetros e información fisiológica extraída de dichas señales. Las señales han sido registradas en 9 sujetos sanos que siguieron un protocolo respiratorio. Estas señales han sido filtradas y procesadas usando técnicas basadas en el dominio frecuencial y temporal. El ritmo cardíaco ha sido estimado tanto a partir de la medida directa del registro ECG, como indirectamente a partir de las señales electromiografícas respiratorias, mientras que el ritmo respiratorio y la fuerza del músculo han sido estimados a partir de la amplitud de las señales EMGdi durante la contracción respiratoria. Los resultados obtenidos de los datos registrados por sistemas inalámbricos son muy similares a los obtenidos mediante sistemas convencionales con cables, demostrando ser una alternativa que permite adquisiciones y estudios fuera de los laboratorios en situaciones mucho más reales.Postprint (author's final draft

Evolución de un dispositivo inalámbrico para el registro de la actividad electromiográfica del músculo diafragma

La evaluación clínica y deportiva requiere el desarrollo de sistemas de adquisición de señales biomédicas de alta calidad. Sin embargo, estos sistemas implican una gran limitación: los datos deben ser registrados en laboratorios. En los últimos años se han desarrollado dispositivos inalámbricos multimodales que pueden poner fin a estos problemas. En este proyecto se han evaluado señales electromiográficas de los músculos respiratorios, en especial del diafragma (EMGdi), obtenidas a partir de un dispositivo inalámbrico. De forma simultánea se han adquirido las mismas señales con un sistema estándar de adquisición de señales biomédicas, para realizar un estudio comparativo de parámetros e información fisiológica extraída de dichas señales. Las señales han sido registradas en 9 sujetos sanos que siguieron un protocolo respiratorio. Estas señales han sido filtradas y procesadas usando técnicas basadas en el dominio frecuencial y temporal. El ritmo cardíaco ha sido estimado tanto a partir de la medida directa del registro ECG, como indirectamente a partir de las señales electromiografícas respiratorias, mientras que el ritmo respiratorio y la fuerza del músculo han sido estimados a partir de la amplitud de las señales EMGdi durante la contracción respiratoria. Los resultados obtenidos de los datos registrados por sistemas inalámbricos son muy similares a los obtenidos mediante sistemas convencionales con cables, demostrando ser una alternativa que permite adquisiciones y estudios fuera de los laboratorios en situaciones mucho más reales

Evaluación del registro y transmisión de señales electromiográficas mediante un dispositivo inalámbrico

Los dispositivos vestibles son aquellos dispositivos que se incorporan a piezas de ropa u otros accesorios que se puedan llevar cómodamente en el cuerpo. Estos dispositivos funcionan habitualmente mediante la comunicación inalámbrica. Esta comunicación consiste en la transmisión de información entre dos o más puntos que no están conectados mediante un conductor eléctrico. Shimmer es un dispositivo multisensor vestible con unas prestaciones muy altas que lo diferencian de otros dispositivos y que permite de una forma simple la medida de parámetros cinemáticos y fisiológicos que pueden ser capturados y visualizados en tiempo real. Sin embargo, estos dispositivos pueden presentar pérdidas de datos durante la adquisición de señales biomédicas. En este estudio se ha evaluado la pérdida de datos durante la adquisición de señales cinemáticas y fisiológicas. Se han realizado registros electromiográficos de músculos esqueléticos usando las distintas vías de registro y configuraciones que ofrece el dispositivo. Los registros se han realizado en un sujeto sano. Se ha observado que a medida que se incrementa la frecuencia de muestreo y a un mayor número de canales, la cantidad de pérdidas aumenta. En general, a una frecuencia de muestreo de 512 Hz el dispositivo Shimmer es capaz de obtener señales sin pérdidas sin importar la vía de registro utilizada

Assessment of respiratory muscle activity with surface electromyographic signals acquired by concentric ring electrodes

The assessment of respiratory muscle activity by surface electromyography (sEMG) is a promising noninvasive technique for the diagnosis and monitoring of chronic obstructive pulmonary disease. The diaphragm is the most important muscle in breathing, although in forced inspiration other muscles, such as sternocleidomastoid, are activated and contribute to the respiratory process. The measurement of the sEMG in these muscles (sEMGdi and sEMGscm, respectively) by means of two electrodes in conventional bipolar configuration (BEs) is a common practice to evaluate the respiratory muscle activity and allows to indirectly quantify the level of muscular activation. However, the resulting signals are usually contaminated by electrocardiographic (ECG) activity, hindering the assessment of the activity of these muscles. sEMG signals can also be recorded using concentric ring electrodes (CREs). CREs have greater spatial resolution and attenuate distant bioelectrical interferences. In this scenario, the objective of this work has been to evaluate the applicability of CREs for the acquisition of sEMGdi and sEMGscm. For this purpose, both sEMG signals were recorded simultaneously with BEs and CREs in healthy subjects while performing an inspiratory load protocol. To evaluate the effect of the cardiac interference, the ratio between the mean power in inspiratory segments without ECG and the mean power in expiratory segments with ECG (Rcardio) was calculated. Additionally, the ratio between the mean power in inspiratory segments without ECG and the mean power in expiratory segments without ECG (Rinex) was also calculated. The results revealed that the Rcardio and bandwidth is greater in sEMG signals acquired with the CREs, while the Rinex is higher in the signals acquired with BEs. These results suggest that the use of CREs is a recommended alternative for the acquisition of sEMG in muscles with high cardiac interference, such as the diaphragm muscle.Postprint (author's final draft

Assessment of respiratory muscle activity with surface electromyographic signals acquired by concentric ring electrodes

The assessment of respiratory muscle activity by surface electromyography (sEMG) is a promising noninvasive technique for the diagnosis and monitoring of chronic obstructive pulmonary disease. The diaphragm is the most important muscle in breathing, although in forced inspiration other muscles, such as sternocleidomastoid, are activated and contribute to the respiratory process. The measurement of the sEMG in these muscles (sEMGdi and sEMGscm, respectively) by means of two electrodes in conventional bipolar configuration (BEs) is a common practice to evaluate the respiratory muscle activity and allows to indirectly quantify the level of muscular activation. However, the resulting signals are usually contaminated by electrocardiographic (ECG) activity, hindering the assessment of the activity of these muscles. sEMG signals can also be recorded using concentric ring electrodes (CREs). CREs have greater spatial resolution and attenuate distant bioelectrical interferences. In this scenario, the objective of this work has been to evaluate the applicability of CREs for the acquisition of sEMGdi and sEMGscm. For this purpose, both sEMG signals were recorded simultaneously with BEs and CREs in healthy subjects while performing an inspiratory load protocol. To evaluate the effect of the cardiac interference, the ratio between the mean power in inspiratory segments without ECG and the mean power in expiratory segments with ECG (Rcardio) was calculated. Additionally, the ratio between the mean power in inspiratory segments without ECG and the mean power in expiratory segments without ECG (Rinex) was also calculated. The results revealed that the Rcardio and bandwidth is greater in sEMG signals acquired with the CREs, while the Rinex is higher in the signals acquired with BEs. These results suggest that the use of CREs is a recommended alternative for the acquisition of sEMG in muscles with high cardiac interference, such as the diaphragm muscle