MMB3b Signalverarbeitung und -auswertung

Die technische Anwendbarkeit des EMG-Systems stellt sich als relativ unproblematisch heraus. Vielmehr stellt die korrekte Verarbeitung des EMG-Signals hohe Anforderungen an technisch-physiologische Kenntnisse und an Erfahrungswissen des Untersuchenden.

Zur Aufzeichnung der über Oberflächen- oder Nadelelektroden gewonnenen Signale müssen Verstärker mit bestimmten Eigenschaften verwendet werden. Ein solches EMG Signal ist eine Überlagerung von MUAPs (muscle unit action potentials) und sollte unverfälscht, sowie frei von Störsignalen oder Rauschen sein. Unverfälscht heißt hierbei, dass das Signal innerhalb des Verstärkungsbereiches und des Erfassungssystems linear verstärkt wird (Seyfarth, 2012, S. 24).

Konfiguration von EMG-Verstärkern

  1. Verstärkungsfaktor
  2. Eingangswiderstand
  3. Frequenzantwort
  4. Common-mode rejection

Bei der Einstellung des Verstärkungsfaktors sollte das (Verstärker)Rauschen geringer als 50 μV sein. Dabei darf das verstärkte EMG-Signal nicht den zulässigen Eingangsbereich des Erfassungssystems überschreiten. Der Eingangswiderstand des EMG-Verstärkers muss ausreichend groß sein, um das EMG Signal nicht zu verringern. Nach Winter (2009, S. 259) sind Einflussfaktoren für eine „saubere“ Übertragung zwischen Haut und Elektrode die Dicke der Hautschicht, die Sauberkeit der Haut- bzw. Elektrodenoberfläche und die Temperatur der Elektrodenpaste.

Zu beachten gilt, dass die Frequenz-Bandbreite des EMG-Verstärkers alle im EMG-Signal vorhandenen Frequenzen gleichmäßig verstärken sollte (s. Abb. 4).

Abb. 4: Frequenzantwort (mod. nach Winter, S. 260)


Oben abgebildet (s. Abb. 4) ist eine 1000fache Verstärkung (60 dB). Die jeweiligen Cutoff-Frequenzen tragen die Bezeichnung $f_1$ und $f_2$. Oft wird die Verstärkung in logarithmischer Form ausgedrückt:

;#; $Verstärkung\ (dB) = 20 \log_{10}(lineare\ Verstärkung)$ ;#;
Der menschliche Körper ist ein guter elektrischer Leiter und fängt somit die elektromagnetische Strahlung der Umgebung ähnlich wie eine Antenne auf. Häufig kommt die elektromagnetische Strahlung aus dem Stromnetz (Kabel, Leuchtstofflampen, Geräte). Die resultierenden Überlagerungen können eine Messung von EMG-Signalen sehr erschweren oder gar unmöglich machen (Seyfarth, 2012, S. 31). Idealerweise wird durch den Differentialversärker lediglich die Differenz zw. den Elektroden verstärkt. In geringem Umfang wird das Potential, das an beiden Elektroden in gleichem Ausmaß vorliegt, mitverstärkt (Gleichspannungsanteil). Dies kann vermieden werden durch die Common Mode Rejection (CMR). Dabei gibt die CMR-Rate das Ausmaß an, mit der die Verstärkung des Gleichspannungsanteils durch den Differentialverstärker unterdrückt wird. Möchte man den Gleichspannungsanteil vor der Verstärkung minimieren, wird eine Referenzelektrode angebracht. Weil das ungewollte Signal in beiden aktiven Terminalen auftritt (common), nennt man es common-mode signal.

Auswerteverfahren

Um eine korrekte Interpretation des EMG-Signals zu ermöglichen, bieten sich folgende Auswerteverfahren an (Gruber et al., 2009, S. 135ff.):

Gleichrichtung
Hierunter versteht sich die Betragsbildung der Amplitudenwerte, um eine bessere Lesbarkeit zu gewähren.

Glättung
Das Interferenzmuster des OEMGs ist ein Signal mit stochastischen Eigenschaften. Einzelne Amplitudenspitzen unterliegen der zufallsbedingten Überlagerung von Signalen aller erfassten motorischer Einheiten. Eine gängige Glättungsmethode ist die Erzeugung einer Hüllkurve für das gleichgerichtete Signal.

Filtern
Beim Filtern werden Mess-Signalanteile mit bestimmten Frequenzen eliminiert. Dies ist unproblematisch bei kinematischen Daten, da bewegungsrelevante Daten niederfrequent, und Störsignale hochfrequent sind (Tiefpassfilter, z.B. Butterworth). Als problematisch stellt sich die Auswahl eines geeigneten Wertes für die Cut-off Frequenz heraus. Cut-off Frequenzen sollten für die Trennung der Frequenzbereiche so gewählt werden, dass möglichst viele Rauschanteile eliminiert werden ohne das EMG-Signal stark zu verändern.

Triggerung
Eine Interpretation von OEMGs ist i.d.R. nur möglich, wenn zeitlicher Bezug vorhanden ist. Zeitgleich zur EMG-Aufzeichnung kann die Kinematik des Messobjekts mittels kinemetrischer Messmethoden erfasst werden, um die Zuordnung zwischen EMG-Aktivität und dem Bewegungsverhalten zu erleichtern.

Mittelwertbildung
Bei einer Vielzahl Bewegungs-Wiederholungen ist es sinnvoll OEMG-Kurven zu mitteln. Nach der Mittelung des Roh-EMGs erhält man über eine große Anzahl an Bewegungsausführungen die systematisch auftretenden Signalanteile.

Normierung
In diesem Schritt wird das EMG-Signal in Bezug auf die max. Aktivierung relativiert, um eine korrekte Interpretation des Untersuchenden zu ermöglichen.



Zusammenfassung



Literatur

Basmajian, J. V. (1978). Muscles alive. Their functions revealed by electromyography. Philadelphia: Williams & Wilkins.

Gilmore, K. L. & Meyers, J. E. (1983). Using Surface Electromyography in Physiotherapie Research. The Australian Journal of Physiotherapy, 29 (3), 3-9.

Gruber, M., Taube, W. & Gollhofer, A. (2009). Einführung in die Oberflächenelektromyografie. In A. Gollhofer (Hrsg.), Handbuch Sportbiomechanik (S. 120-147). Schorndorf: Hofmann.

Seyfarth, A. (2012). EMG Messung. Präsentationsfolien im Rahmen des PS Messwertaufnahme und -verarbeitung SS 2012. Darmstadt: Institut für Sportwissenschaft.

Tassinary, L. G., Cacioppo, J. T. & Vanman, E. J. (2007). The Skeletomotor System: Surface Electromyography. In J. T. Cacioppo, J. G. Tassinary & G. G. Bernston (Ed.), Handbook of Psychophysiology (pp. 267-303). Cambridge: Cambridge University Press.

Winter, D. A. (2009). Biomechanics and Motor Control of Human Movement. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.



fm/messmethoden/mmb03/03b.txt · Zuletzt geändert: 17.11.2017 12:49 von Filip Cengic
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