Корреляционный анализ ЭМГ сигналов

Веренич Сергей Иванович
Инженер по радиоэлектронике, магистрант БГУИР, verenich84@tut.by

Одним из способов снятия сигналов электровозбудимости скелетных мышц является электромиография (ЭМГ).

Электромиография – метод диагностики, основанный на регистрации и анализе биоэлектрических потенциалов мышц и пери­ферических нервов.

При некоторых постоянных условиях работы мышцы такие электрические колебания, отводимые от неё, можно рассматривать как стационарный случайный процесс. Корреляционная функция двух таких процессов даёт возможность оценить их статическую связность и определить функциональное состояние нервно-моторного аппарата.

В результате проведения научно-исследовательской работы были разработаны и созданы:

а) программно-аппаратный комплекс для корреляционной обработки сигналов электровозбудимости скелетных мышц;

б) многосегментный электрод;

Были проведены ЭМГ исследований по разработанной методике; произведена обработка ЭМГ сигналов с последующими выводами о связи данных сигналов и их зависимости от межэлектродного расстояния.

Программно-аппаратный комплекс создан на основе миографа, ПК и платы сопряжения.

Сигналы электровозбудимости скелетных мышц, снятые с пациента многосегментным электродом усиливаются четырёхканальным усилителем до амплитуды в один вольт, после чего усиленные потенциалы отображаются на динамическом устройстве отображения. Так же эти сигналы поступают на плату сопряжения миографа, и преобразованные в цифровой сигнал поступает на ПК, где происходит их последующая запись и обработка.

Разработанный многосегментный электрод, состоит из следующих частей: 8 цилиндрических электрода из нержавеющей стали диаметром 1мм; колодки фиксирующей из резины с отверстиями на расстоянии 1см друг от друга, что позволяет менять расстояние между электродами как одного канала, так и электродами различных каналов; экранированный кабель, уменьшающий электромагнитные помехи, наводимые другим оборудованием.

В разработанной методике проведения исследования подробно описан порядок действий над комплексом при проведении корреляционного анализа сигналов электровозбудимости скелетных мышц. Данная методика состоит из следующих пунктов: подготовка комплекса к работе; методика наложения электродов – снятие ЭМГ сигналов проводилось с плечелучевой мышцы и двуглавой мышцы плеча. Использовались следующие варианты подключения многосегментного электрода – используем четыре канала для съёма ЭМГ сигналов, расстояние между центрами электродов одного канала – 2см, между электродами различных каналов – 2см, при использовании двух каналов, расстояние между центрами электродов одного канала – 4 или 8см, между электродами различных каналов – 2см. При проведении исследований мышца должна находиться в одном из двух состояний: состояние покоя и в состоянии максимально напряжения. Следующим пунктом является проведение измерений; запись данных и последующая обработка данных.

В качестве программного обеспечения выступает программа LA2PRO написанная в интегрированной среде разработки приложений Delphi 7. Она состоит из следующих панелей настроек: настройка записи данных, настройка отображения данных, настройки обработки данных, генератор сигналов, универсальная обработка.

Для лучшего понимания корреляционного анализа были воспроизведены два случая: были сгенерированы два независимых сигнала и два периодичных и связанных сигнала. Для них построены корреляционные функции с устранением и без устранения краевого эффекта. Таким образом, если две функции полностью независимы и отношение фаз случайно, взаимно корреляционная функция быстро убывает и стремится к нулю. Если процессы связаны, и фазы двух кривых совпадают чаще, чем это обусловлено законом случайного распределения, то взаимно корреляционная функция будет периодична и положительна.

После записи ЭМГ сигналов на ПК происходила их обработка. Строились кросскорреляционные функции с устранением краевого эффекта для каждой возможной пары каналов, вычислялся коэффициент корреляции.

После проведения обработки результатов исследований сделаны следующие выводы: наибольшая связь между сигналами электровозбудимости скелетных мышц наблюдалась, когда межэлектродное расстояние равнялось расстоянию между электродами соседних каналов и равнялось 2см. В общем, связь между такими сигналами оцениваем как среднюю или умеренную.

Таким образом, по коэффициенту взаимной корреляции и временному сдвигу фаз можно судить о повышенной синхронизации двигательных единиц, что оказывается важным при определении функционального состояния нервно-моторного аппарата.