Sistemi dinamometrici
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Sistemi dinamometrici

L'elettromiografia è lo studio della funzione muscolare attraverso l'indagine del segnale elettrico che i muscoli emanano. La selezione e la qualità degli elettrodi e del rumore dell'amplificatore interno può aggiungere contenuti del segnale su EMG.

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I sistemi dinamometrici sono classicamente rappresentati dalle pedane di forza di tipo piezoelettrico o dalle pedane di tipo meccanico; entrambi basate sulla differenza di potenziale elettrico in un circuito, la prima formata da lamine di quarzo mentre la seconda da un materiale gommoso –conduttivo opportunamente sagomato in modo da variare la sua forma e quindi la resistenza, con il carico.

pedana di forza
Pedana di forza: forze scambiate tra il piede e il pavimento (reazione con il terreno)

Le pedane di forza misurano la forza in Newton (N), dove un N è pari a 0,98kg. Le pedane misurano la forza lungo tre assi:

  • Y asse anteroposteriore;
  • X asse medio-laterale;
  • Z asse verticale.

Queste tre componenti possono essere o analizzate singolarmente o composte per essere visualizzate sotto forma di vettore risultante. Il vettore risultante si ottiene componendo le forze secondo la regola geometrico-matematica del parallelogramma.

vettore
Vettore risultante dall'appoggio del piede durante un passo

Sistemi elettromiografici

L'elettromiografia è lo studio della funzione muscolare attraverso l'indagine del segnale elettrico che i muscoli emanano. I moderni metodi elettromiografici di superficie consentono di determinare se un muscolo è attivo o di studiare la fatica muscolare.

Il segnale EMG è basato sui potenziali di azione alla membrana della fibra muscolare dovuto ai processi di depolarizzazione e ripolarizzazione. Dopo l'eccitazione iniziale questa zona di depolarizzazione viaggia lungo la fibra ad una velocità di 2-6m/s, e passa il lato degli elettrodi.

segnale
segnale due
Origine del segnale

Il ciclo depolarizzazione-ripolarizzazione forma un'onda di depolarizzazione o dipolo elettrico che viaggia lungo la superficie di una fibra muscolare. Un'unità motoria è costituita da più fibre, la coppia di elettrodi vede l'ampiezza di tutte le fibre innervate all'interno dell'unità motoria, Quello che si vede è la somma = Potenziale di azione dell'unità Motoria (MUAP) che differisce nella forma e nella dimensione a seconda dell'orientamento delle fibre muscolari rispetto agli elettrodi.

propagazione
propagazione due
Propagazione e detezione

I due meccanismi più importanti che influenzano ampiezza e densità del segnale osservato sono il reclutamento dei MUAP e la frequenza di sparo.

Di seguito analizziamo i fattori che influenzano il segnale:

  • Caratteristiche del tessuto corpo umano = buon conduttore, ma conduttività elettrica dipende da: tipo di tessuto, spessore, cambiamenti fisiologici e temperatura. Condizioni che variano da soggetto a soggetto e all'interno dello stesso soggetto.
  • Cross-talk fisiologico muscoli vicini producono un EMG che viene riconosciuto dall'elettrodo, attenzione a come vengono posizionati gli elettrodi; inoltre i picchi dell'ECG possono interferire con la registrazione, comunque facili da eliminare.
  • Cambiamenti nella geometria fra il muscolo e il posizionamento degli elettrodi qualsiasi cambiamento nella distanza fra l'origine del segnale e il luogo di detenzione altera la lettura dell'EMG.
  • Rumore esterno attenzione agli ambienti elettrici molto rumorosi.
  • Elettrodi e amplificatori la selezione e la qualità degli elettrodi e del rumore dell'amplificatore interno può aggiungere contenuti del segnale su EMG.
Segnale EMG grezzo
Segnale EMG grezzo

Le linee guida generali per una buona rilevazione elettromiografica sono:

  • Preparazione della cute eliminare peli, pulire la pelle (stabilità del contatto dell'elettrodo e bassa impedenza della cute);
  • Elettrodi superficiali possono essere analizzati solo muscoli superficiali, non ci sono problemi igienici, il diametro dell'area conduttiva dell'elettrodo dovrebbe essere massimo 1cm;
  • Elettrodi ad ago per analizzare strati muscolari più profondi, il segnale è analizzato come un segnale;
  • Elettrodi con gel bagnato migliorano l'impedenza della pelle;
elettrodi elettrodi due
Elettrodi superficiali e elettrodi ad ago
  • Utilizzo di elettrodi piccoli aumentano la selettività delle misure, hanno un impedenza maggiore e evitano il cross-talk;
  • Applicare gli elettrodi in parallelo rispetto alla direzione della fibra muscolare;
  • Evitare la regione dei punti motori (se possibile);
  • Verificare che la posizione degli elettrodi rimanga nella massa muscolare attiva durante l'accorciamento del muscolo
  • Utilizzare delle mappe di posizionamento degli elettrodi e verificare con esercizi specifici
  • Fissare in maniera appropriata cavi e pre-amplificatore
segnale due
Verifica della posizione degli elettrodi durante un esercizio

Sistemi elletromeccanici

I più semplici sistemi meccanici per l'analisi del movimento sono gli elettrogoniometri. Gli elettrogoniometri misurano l'angolo tra due segmenti corporei. Un tempo era necessario connettere l'elettrogoniometrio al sistema di acquisizione tramite dei fili (alimentazione, trasporto dei segnali); oggi ciò non è più necessario grazie alla tecnologia wireless. Un sistema di motion capture può essere costruito integrando diversi elettrogoniometri.

elettrogoniometri
Elettrogoniometri
  • VANTAGGI: economicità, facilità d'uso;
  • SVANTAGGI: scarsa accuratezza, i sensori possono ostacolare il movimento e forniscono solo misure angolari (non la posizione e l'orientamentotridimensionale dei segmenti corporei).
  • APPLICAZIONI: usati per lo studio del movimento di singole sezioni corporee.