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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Análise Multivariada de Sinais sEMG para Identificação de Unidades Motoras e Classificação de Fibras Musculares
Autor(es): JOSÉ PEDRO CÂNDIDO LOPES PERES
Primeiro orientador: MILTON ERNESTO ROMERO ROMERO
Resumo: A sEMG (Eletromiografia de Superfície - Surface Electromyography) é uma técnica não invasiva que capta sinais bioelétricos, permitindo a avaliação da atividade neuromuscular, sendo útil tanto no diagnóstico clínico quanto em aplicações na ciência do esporte. A análise precisa desses sinais apresenta diversos desafios, como interferências eletromagnéticas externas e potenciais elétricos de outros processos fisiológicos, que podem causar sobreposição de sinais. Este estudo foca no processamento de sinais sEMG discretos com o objetivo de estimar, de forma virtual, o número de MUs (Unidades Motoras - Motor Units) e fibras musculares envolvidas na atividade muscular (Tipo I - contração lenta, Tipo IIa - contração rápida oxidativa e Tipo IIx/IIb - contração rápida glicolítica), a partir das correntes iônicas detectadas pelos eletrodos, que atualmente são obtidas, com devida precisão, apenas por meio de métodos invasivos. A metodologia inicia-se com o pré-processamento do sinal, incluindo filtragem Notch, filtragem passa-banda Butterworth de quarta ordem para remoção de ruídos e suavização por média móvel para eliminação de valores atípicos. Em seguida, realiza-se a extração de características, abrangendo variância, desvio padrão, RMS (Valor eficaz - Root-Mean-Square), assimetria e curtose, permitindo a avaliação do comportamento estatístico e estocástico do sinal. Para as análises nos domínios do tempo e da frequência, aplica-se a DWT (Transformada Wavelet Discreta - Discrete Wavelet Transform). Essa saída alimenta o algoritmo de clusterização K-Means, que segmenta padrões de ativação e identifica as frequências dominantes. As análises foram conduzidas com dados experimentais obtidos em condições controladas e padronizadas, considerando contrações voluntárias de músculos de membros superiores (Protocolo de Membro Superior) e de membros inferiores (Protocolos de Membro Inferior – Vista Anterior e Posterior) de indivíduos, com uma carga de 50 kg em ambos os protocolos. Os resultados experimentais demonstram a eficácia do algoritmo em distinguir níveis de ativação muscular e estimar parâmetros clinicamente relevantes, como as taxas de disparo neural, além de diferenciar os tipos de fibras musculares envolvidas. Isso fornece uma estimativa virtual das unidades motoras ativadas e dos tipos de fibras. Uma validação clínica adicional é necessária para confirmar a robustez desses achados e respaldar sua aplicação médica. Quando disponíveis, os dados poderão também possibilitar o mapeamento virtual das unidades motoras e fibras para estruturas anatômicas reais. O método proposto é seguro e aplicável em contextos terapêuticos e na prevenção da perda de massa muscular.
Abstract: Surface electromyography (sEMG), a non-invasive technique, captures signals that allow for the assessment of neuromuscular activity, proving useful in both patient diagnosis and sports science. Accurate analysis of these signals presents several challenges, including external electromagnetic interference and electrical potentials from other physiological processes, which may cause signal overlap. This study focuses on processing discrete sEMG signals with the objective of estimating a virtual number of Motor Units (MUs) and muscle fibers involved in muscular activity (Type I - slow-twitch, Type IIa - fast-twitch oxidative, and Type IIx/IIb - fast-twitch glycolytic), based on the ionic currents detected by the electrodes, which are currently obtained, with due precision, only through invasive methods. The methodology begins with signal pre-processing, including Notch filtering, fourth-order Butterworth band-pass filtering for noise removal, and smoothing via a moving average to eliminate outliers. Subsequently, feature extraction is performed, encompassing variance, standard deviation, root mean square (RMS), skewness, and kurtosis, allowing for the assessment of the statistical and stochastic behavior of the signal. For time-domain and frequency-domain analyses, the Discrete Wavelet Transform (DWT) is applied. This output serves as the input for the K-Means clustering algorithm, which segments activation patterns and identifies dominant frequencies. The analyses were conducted using experimental data obtained under controlled and standardized conditions, considering voluntary muscle contractions in upper limb regions (Upper Limb Protocol) and lower limb regions (Lower Limb Protocol – Anterior and Posterior Views) of individuals with a load of 50 kg in both protocols. Experimental results demonstrate the algorithm’s effectiveness in distinguishing muscle activation levels and estimating clinically relevant parameters, such as neural firing rates, while differentiating the types of muscle fibers involved. This provides a virtual estimate of both activated motor units and fiber types. Further clinical validation is required to confirm the robustness of these findings and support their medical application. Where data are available, it may also be possible to map virtual motor units and fibers to actual anatomical structures. The proposed method is safe and suitable for therapeutic applications and for the prevention of muscle mass loss.
Palavras-chave: Eletromiografia de Superfície
Processamento de Sinais
Transformada Wavelet
Unidades Motoras
Clustering
Aprendizado de Máquina
Estatística multivariada
País: 
Editor: Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul
Sigla da Instituição: UFMS
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/12612
Data do documento: 2025
Aparece nas coleções:Engenharia de Computação - Bacharelado (FACOM)

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