3.
Sledenje spremembam impulznih odzivov v nestacionarnih večkanalnih konvolutivnih mešanicah impulznih izvorov, uporabljeno pri analizi površinskih elektromiogramov : doktorska disertacijaMatej Kramberger, 2022, doctoral dissertation
Abstract: V doktorski disertaciji obravnavamo sledenje in napovedovanje sprememb impulznih odzivov v nestacionarnih konvolutivnih mešanicah impulznih izvorov in njun vpliv na uspešnost razpoznave impulznih izvorov. Pri tem izhajamo iz lastnosti večkanalnih površinskih elektromiogramov (EMG), v katerih predstavljajo impulzni odzivi akcijske potenciale motoričnih enot (APME), impulzni izvori pa nosijo informacije o trenutkih proženja posameznih motoričnih enot (ME). Med dinamičnimi ali utrujajočimi skrčitvami skeletnih mišic se APME v času zvezno spreminjajo in v doktorski disertaciji pokažemo, da je to spreminjanje vsaj odsekovno linearno, torej lahko spreminjanje APME obravnavamo kot zaporedje linearnih sprememb. Ker so APME bistven gradnik filtrov ME, s katerimi iz večkanalnih površinskih signalov EMG ocenimo vlake impulzov ME, nam napovedovanje sprememb APME omogoča dekompozicijo večkanalnih površinskih signalov EMG v prožilne trenutke ME.
V doktorski disertaciji omenjeno spoznanje vgradimo v Kalmanov filter za napovedovanje sprememb APME v posameznem kanalu signalov EMG, rezultate Kalmanovega napovedovanja posameznih kanalov pa združimo v celovito napoved filtra ME v danem časovnem trenutku. Omenjeno rešitev ovrednotimo na sintetičnih in eksperimentalnih večkanalnih površinskih signalih EMG, ki so posneti iz dvoglave nadlahtne mišice (biceps brachii) ter mišice palca roke (abductor pollicis brevis). Skrbno preučimo vpliv parametrov Kalmanovega filtra na uspešnost filtrov ME in predlagamo njihove optimalne vrednosti. Ker se med posameznimi mišicami in eksperimentalnimi protokoli razlikujejo dinamike spreminjanja APME, se med posameznimi eksperimentalnimi protokoli razlikujejo tudi optimalne vrednosti Kalmanovega filtra.
Statistična primerjava z ostalimi obstoječimi metodami za dekompozicijo večkanalnih površinskih signalov EMG, predvsem s predhodno objavljeno ciklostacionarno kompenzacijo konvolutivnih jeder (angl. cyclostationary Convolution Kernel Compensation - csCKC), pokaže, da daje opisan način sledenja in napovedovanja APME statistično značilno boljše rezultate od obstoječih metod. Na sintetičnih dinamičnih večkanalnih površinskih elektromiogramih dvoglave nadlaktne mišice zazna nova metoda 9,9 ± 2,2 ME, in sicer s senzitivnostjo 93,1 ± 7,8 % in preciznostjo 98,2 ± 2,6 %. V enakih razmerah zazna metoda csCKC 3,8 ± 1,8 ME, in sicer s senzitivnostjo 78,7 ± 15,1 % in preciznostjo 97,6 ± 3,4 %. V sintetičnih večkanalnih površinskih elektromiogramih mišice palca roke, tvorjenih med izdatnim izometričnim utrujanjem mišice, zazna prestavljena metoda 10,4 ± 2,3 ME, in sicer s senzitivnostjo 89,3 ± 23,6 % in preciznostjo 90,0 ± 18,9 %. V enakih razmerah zazna metoda csCKC 5,4 ± 1,1 ME, in sicer s senzitivnostjo 61,3 ± 41,2 % in preciznostjo 66,0 ± 36,9 %.
Metodo ovrednotimo tudi na eksperimentalnih signalih z neznanimi trenutki proženj motoričnih enot. V tem primeru kot referenčne vrednosti vzamemo rezultate metode csCKC, ki jih je dodatno pregledal in uredil ekspert. V primeru utrujanja mišice palca roke nam novo predlagana metoda zazna 10,6 ± 5,5 ME, in sicer s senzitivnostjo 91,8 ± 15,9 % in preciznostjo 92,7 ± 10,7 %. V enakih razmerah zazna metoda csCKC 3,6 ± 3,0 ME, in sicer s senzitivnostjo 69,5 ± 30,2 % in preciznostjo 74,0 ± 26,0 %.
Predstavljena metoda torej statistično značilno (p<0,01) presega učinkovitost do sedaj razvitih metod za dekompozicijo nestacionarnih večkanalnih površinskih elektromiogramov in je primerna tudi za preučevanje skrčitev, v katerih se oblike akcijskih potencialov motoričnih enot ne ponavljajo v ciklih. Med takšne primere sodijo samo enkrat izvedeni gibi in utrujanja skeletnih mišic. S tem predlagana metoda bistveno nadgrajuje prej objavljeno metodo csCKC, ki gradi ravno na ciklostacionarnosti površinskih elektromiogramov med ponavljajočimi neutrujajočimi meritvami.
Keywords: Motorične enote, akcijski potencial motorične enote, večkanalni površinski elektromiogram, dinamične skrčitve skeletnih mišic, utrujanje, dekompozicija sestavljenih signalov, prožilni trenutki motoričnih enot
Published in DKUM: 09.03.2023; Views: 699; Downloads: 72
Full text (13,88 MB)
