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Revista CEFAC

On-line version ISSN 1982-0216

Rev. CEFAC vol.14 no.3 São Paulo May/June 2012 Epub Nov 03, 2011

http://dx.doi.org/10.1590/S1516-18462011005000120 

EMG BioanalyzerBR para a análise de sinais eletromiográficos na deglutição

 

 

Paulo FeodrippeI; Luciana Rodrigues BeloII; Maria das Graças Wanderley de Sales CoriolanoIII; Danielle Carneiro de MenezesIV; Otávio Gomes LinsV

IGraduando em engenharia pela Universidade de Pernambuco – UPE
IIFonoaudióloga clínica; Mestre em Neurociências pelo departamento de Neuropsiquiatria e Ciências do Comportamento da Universidade Federal de Pernambuco
IIIFisioterapeuta; Professora Adjunta do Departamento de Anatomia da Universidade Federal de Pernambuco
IVTerapeuta Ocupacional; Mestre em Neurociências pelo departamento de Neuropsiquiatria e Ciências do Comportamento da Universidade Federal de Pernambuco
VNeurofisiologista Clínico; Professor Adjunto do Departamento de Neuropsiquiatria e Ciências do Comportamento da Universidade Federal de Pernambuco

Endereço para correspondência

 

 


RESUMO

OBJETIVO: descrever as etapas de construção do EMG BioanalyzerBR (versão 1.0) e demonstrar a sua aplicabilidade na análise de parâmetros fornecidos pela eletromiografia de superfície (EMGs).
MÉTODOS: trata-se de um estudo descritivo do software de análise desenvolvido para analisar parâmetros obtidos na eletromiografia de superfície de músculos envolvidos na deglutição. Este software foi escrito em um ambiente de desenvolvimento utilizado por pesquisadores do mundo todo, de fácil acessibilidade e programação: o SCILAB.
RESULTADOS: esta ferramenta se mostrou eficaz para a análise e transferência de dados nos registros curtos, contendo em média 10s de duração, porém para registros mais longos com duração maior que 20s apresentou falhas que não prejudicaram o cálculo após algumas tentativas.
CONCLUSÃO: apesar das dificuldades, O EMG BioanalyzerBR possibilitou a realização das marcações canal por canal e quantas marcações fossem necessárias de forma simultânea,e desta forma a tabulação dos dados ficou mais rápida e com margem de falhas humanas reduzidas, porém com necessidade de aprimoramentos para a versão 2.0.

Descritores: Software; Deglutição; Eletromiografia


 

 

INTRODUÇÃO

A deglutição é o processo pelo qual o alimento é transportado da boca até o estômago1, e compreende uma coordenação complexa de contração e inibição da musculatura dos lábios, língua, laringe, faringe e esôfago bilateralmente2..

Está usualmente subdividida em três fases: oral, faríngea e esofágica. Sendo a fase oral consciente e voluntária; a fase faríngea consciente e involuntária, ambas comandadas pelo sistema nervoso central e a fase esofágica inconsciente e involuntária controlada pelo sistema nervoso somático e autônomo3-5.

Entender como a musculatura atua durante a deglutição é decisivo para o diagnóstico e conduta terapêutica. Como a avaliação miofuncional clínica é subjetiva pode-se utilizar o exame eletromiográfico para quantificar e demonstrar o funcionamento desses músculos durante a deglutição6.

O registro eletromiográfico é menos dispendioso, simples, menos desconfortável para o paciente, não invasivo e fornece informações eletrofisiológicas que sugerem disfunções na deglutição (disfagia)7.

A eletromiografia clínica envolve a detecção e o registro de potenciais elétricos das fibras musculares esqueléticas. Esse registro requer um sistema de três fases: uma fase de entrada, que inclui os eletrodos para a captação dos potenciais elétricos do músculo em contração; uma fase de processamento, durante a qual o pequeno sinal elétrico é amplificado; e uma fase de saída, na qual o sinal elétrico é convertido em sinais visuais e/ou auditivos, de modo que possam ser visualizados e analisados no software de aquisição do sinal EMG8,9.

O software de aquisição e análise geralmente acompanha o equipamento de EMGs, porém as análises realizadas por estes instrumentos não fornecem informações detalhadas e necessárias ao trabalho desenvolvido por pesquisadores. Muitas vezes as especificações técnicas do equipamento também não são adequadas à pesquisa, sendo necessário ajuste.

Desta forma, o objetivo desse estudo foi descrever as etapas de construção do EMG BioanalyzerBR (versão 1.0) e demonstrar a sua aplicabilidade na análise de parâmetros fornecidos pela eletromiografia de superfície (EMGs) importantes para o estudo da atividade elétrica de músculos ativados durante a deglutição.

 

MÉTODO

Trata-se de um estudo descritivo que consistiu de uma interface gráfica para uso dos profissionais de saúde, que utilizam a EMGs em pesquisas científicas, para o estudo da deglutição.

O EMG BioanalyzerBRfoi escrito no SCILAB, que é um ambiente de desenvolvimento de fácil acessibilidade e programação. Foi utilizado para análise dos dados obtidos pelo Eletromiógrafo utilizado no Laboratório de Eletroneuromiografia do Hospital das Clínicas da Universidade Federal de Pernambuco.

O equipamento utilizado apresenta quatro canais, com pré-amplificadores, filtro passa-banda de 20 a 500Hz do tipo butterworth, amplificado 2000 vezes (rejeição de modo comum > 120 dB) e digitalizado com frequência de amostragem de 2KHz por canal.

Após o processamento analógico, o sinal é digitalizado e visualizado na tela do computador por meio do software de aquisição de dados do EMG System do Brasil e convertido para o formato (.txt) para ser lido pelo EMG BioanalyzerBR.

Os parâmetros da EMGs relacionados à função da deglutição foram: onset, duração, RMS máximo, RMS médio, duração da interdeglutição, média RMS da linha de base pré e pós-deglutição e razão sinal-ruído.

Para o cálculo do root mean square (RMS) do sinal, foi utilizada uma janela móvel de 100 ms, sem overlapping por meio da seguinte fórmula10:

Onde: X1,X2,...,Xn são os valores do sinal captado; n é o número de pontos captados.

O onset é o parâmetro que indica o início da deglutição e é calculado com o tempo de marcação ímpar, ou seja, o tempo da primeira marcação é o começo da deglutição (Figura 1A).

 



 

A duração da deglutição é o tempo relativo à marcação par subtraída pelo tempo da marcação ímpar imediatamente anterior, ou seja, o tempo da segunda marcação subtraído pelo tempo da primeira. Se ocorrer mais de uma deglutição, então, o tempo da segunda deglutição será obtido fazendo-se a subtração do tempo da quarta marcação pelo tempo da terceira marcação, e assim por diante [Figura 1A].

O RMS Máximo (RMS MAX) é a amplitude RMS máxima em uma deglutição tratando-se do ponto mais alto do eletromiograma [Figura 1B].

O RMS médio de uma deglutição corresponde à amplitude RMS média, da tensão captada pela EMGs, calculada no intervalo entre o onset e o fim da mesma deglutição (Fórmula 2)8,9,11,12.

Onde: AM significa arithmetic mean;ai, com i = 1, 2,..., n, representa os valores RMS do sinal captado; n é o número de pontos captados.

A duração interdeglutição (DID) é obtida quando ocorrer outras deglutições para o consumo de um determinado volume oferecido. É calculado pela subtração do onset (marcação ímpar) da segunda deglutição menos o final (marcação par) da primeira deglutição [Figura 1C].

Média RMS da linha de base pré-deglutição é o parâmetro constituído pela amplitude RMS média da linha de base que correspondeu ao intervalo de 100 ms referente ao ponto de onset da deglutição.

Média RMS da linha de base pós-deglutição é o parâmetro constituído pela amplitude RMS média da linha de base que correspondeu ao intervalo de 100 ms referente ao ponto final da última deglutição.

Caso os participantes apresentem mais de uma deglutição, serão calculadas também as médias RMS das linhas de base interdeglutição, que corresponderá ao onset das deglutições subseqüentes.

A Razão Sinal-Ruído (RSR) corresponde ao fator que reflete a capacidade do amplificador de limitar o ruído, com relação ao sinal amplificado. Concomitantemente, refere-se à razão sinal desejado/sinal indesejado (ruído). Este ruído é geralmente produzido pelos componentes eletrônicos internos do próprio amplificador (resistores, transistores e circuitos integrados)8,9.

Este parâmetro é calculado pela divisão da média RMS do sinal pela média RMS da linha de base imediatamente anterior. O resultado desta divisão é elevado à segunda potência13.

 

RESULTADOS

Para utilizar adequadamente o EMG BioanalyzerBRé necessário seguir uma rotina sequencial de comandos demonstrados nas figuras 1 e 2.

A figura 2A mostra a tela inicial do software. O menu possui três itens para o acesso ao sinal EMGs: "Arquivo", onde pode-se abrir o sinal bruto eletromiográfico no formato .txt ou sair do software; "Processar", onde encontram-se as funções para o processamento do sinal eletromiográfico, dentre elas: tirar o offset, obter o valor absoluto e RMS móvel; "Configurações", onde define-se as preferências, filtros e parâmetros das funções e parâmetros que se desejam estudar.

Clicando em Arquivo Abrir, sendo a primeira vez que o sinal .txt será acessado, aparecerá a tela "Preferências" [Figura 2B], na qual pode-se escolher a forma de copiar os parâmetros para o Microsoft Office Excel ou Br Office.Org.Calc. É possível ainda definir o número de canais do arquivo e o número máximo de deglutições que foram realizadas.

A seguir, deve ser decidido se o sinal será filtrado digitalmente. Na figura 2C, foi exposto um filtro do tipo Finite Impulse Response (FIR) e um filtro em que o sinal passa pela operação de Teager-Kaiser. Nesse caso o operador deve optar pelo filtro FIR.

Após a escolha do arquivo a ser aberto no formato .txt, o EMG BioanalyzerBR constrói uma nova janela com os dados brutos do sinal do EMG [Figura 2D]. Em seguida, o sinal bruto deve ser processado por meio do menu "Processar" na janela principal do software.

Na janela de processamento [Figura 2E], encontram-se funções no domínio do tempo, da frequência, além de outras menos usuais na análise de sinais da EMG. Entretanto foi utilizada apenas a função RMS, calculada pela fórmula 1.

Finalizado o processamento, surgirá uma nova janela contendo o sinal processado. Com os canais em sequência. Neste momento devem ser feitas as marcações de onde cada deglutição começa e termina [Figura 2F], Em seguida, será perguntado ao examinador se ele quer confirmar os pontos (Sim ou Não) ou se quer marcar os mesmos pontos nos outros canais [Figura 2G].

Caso os pontos escolhidos estejam errados, o pesquisador tem a opção de clicar no ícone "Não", na janela "Confirmação" o que permitirá uma nova marcação. O primeiro canal é livre para se fazer quantas marcações forem necessárias, enquanto os outros canais seguem o número de marcações realizadas no primeiro canal.

Após a marcação das deglutições em todos os canais e posterior confirmação dos pontos o software abrirá uma nova janela para escolha dos parâmetros que serão analisados e copiados para a área de transferência [Figura 2G]: onset, duração, RMS máximo, RMS médio, duração da interdeglutição, média RMS da linha de base pré e pós-deglutição e razão sinal-ruído.

Desta forma, todos os parâmetros dos canais do EMGs (separados por vírgula pelo Scilab) são transferidos de forma simultânea para o programa escolhido pelo pesquisador, como demonstrado na [Tabela 1].

 

DISCUSSÃO

O EMG Bioanalyzer foi desenvolvido por Feodrippe, integrante do grupo de pesquisa Neurofisiologia Clínica e Experimental, devido à necessidade em analisar parâmetros que não eram fornecidos pelo software do Eletromiógrafo de Superfície que faz parte do acervo do Laboratório de Eletroneuromiografia do Hospital das Clínicas da Universidade Federal de Pernambuco, bem como tornar a tabulação (transferência dos dados de cada parâmetro) mais rápida, com menor margem de erros e padronizada para a realização dos testes estatísticos necessários.

Como realizado por Ruark et al, 200214 e Green et al, 199715, a análise dos dados da EMGs é realizada após o processamento do sinal bruto em uma onda retificada e filtrada (Botterworth=8 e passa-baixa cutof= 30Hz), em seguida, a marcação é feita manualmente a partir da análise visual pelo próprio pesquisador, sendo o onset o instante em que a atividade do sinal começa a ultrapassar a linha de base e o final corresponde ao retorno dessa atividade para a linha de base ou a sua redução14,16-19.

Os parâmetros fornecidos pelo software trazem informações sobre a duração, amplitude e morfologia dos eletromiogramas obtidos dos músculos de interesse nos intervalos antes, durante e após a deglutição. Esses parâmetros foram: onset, duração, RMS máximo, RMS médio, intervalo da interdeglutição, média RMS da linha de base pré e pós-deglutição e razão sinal-ruído.

A marcação do intervalo "on" (onset) e do intervalo "off" possibilita a análise do tempo de ativação e duração da contração dos músculos para realização de uma determinada atividade motora. A literatura recomenda que seja investigado se o sinal eletromiográfico encontra-se contaminado pela atividade de músculos vizinhos ("crosstalk") e se a amplitude do ruído sobressai o nível de amplitude de atividade muscular, o que inviabilizaria a análise deste parâmetro, gerando falsos positivos20.

O estudo da duração permite que o pesquisador avalie se o período de contração dos músculos em estudo na deglutição está muito prolongado em relação à atividade eletromiográfica de sujeitos sem dificuldades na deglutição, sugerindo incoordenação e/ou lentidão para a realização da reação faríngea da deglutição (deglutição propriamente dita), seja pelo processo normal de envelhecimento18, seja pela presença de doenças neurológicas como a Doença de Parkinson7,12,21,22 ou disfagias de outras naturezas.

A linha de base corresponde a um período de silêncio eletromiográfico, momento em que os músculos encontram-se em repouso. O repouso pode trazer informações importantes, desde a presença de ruídos e interferências no sinal eletromiográfico às contrações involuntárias realizadas pelos músculos em estudo antes ou após a deglutição11,17,18.

A análise do ruído presente na linha de base é de extrema importância para identificar a quantidade de sinal Eletromiográfico efetivo no registro22.

É importante salientar que não se avalia o tônus muscular por meio da EMG, pois o tônus não se trata de uma função da unidade motora, mas sim a tensão de repouso dentro de um músculo. Desta forma, como um músculo normal relaxado, um músculo espástico também apresentará silêncio eletromiográfico9.

O RMS médio e o RMS máximo são importantes para quantificar a atividade elétrica dos músculos estudados. Estes valores são comumente usados para comparar a atividade elétrica entre as sessões de reabilitação, músculos e indivíduos, porém a grande variabilidade do sinal captado devido às diferenças anatômicas e diferenças na execução dos movimentos podem levar a falsas interpretações8,9,11,12.

Recomenda-se na avaliação de uma atividade muscular, como no caso da deglutição de diferentes volumes ou consistências, a realização da normalização do sinal a partir do cálculo percentual desses valores de pico a pico ou cálculo da percentagem a partir da linha de base11,14.

Não foram encontradas referências sobre estudos que tenham analisado a duração interdeglutição (DID). E a partir dos trabalhos de Belo (2009)21, Coriolano (2010)12 e Vaiman (2005)23 ficou clara a necessidade de estudos que avaliem o intervalo interdeglutição, principalmente na análise da deglutição livre de 100 ml de água. A análise deste parâmetro pode indicar a situação da coordenação muscular para o acionamento sequencial de cada deglutição e sua variação com o tempo.

A razão sinal-ruído é um parâmetro importante para aumentar a fidedignidade dos registros do EMG, tendo em vista que a partir de sua análise pode-se incluir ou excluir eletromiogramas que apresentarem um valor de RSR muito baixo, o que sugere a contaminação do sinal eletromiográfico por ruído de forma intensa de tal forma a prejudicar os dados obtidos nas pesquisas13.

O EMG BioanalyzerBR, nos registros mais curtos com aproximadamente 20000 pontos se mostrou eficaz para o processamento e transferência dos dados dos parâmetros escolhidos. Porém, registros eletromiográficos longos, com aproximadamente o dobro de pontos (40000 pontos), provocaram sobrecarga na memória do programa com travamentos e quedas no sistema, entretanto não inviabilizou o cálculo após algumas tentativas. Apesar dessas ocorrências o software atingiu seus objetivos.

 

CONCLUSÃO

O EMG BioanalyzerBR, apesar das falhas no sistema, se mostrou eficaz para o processamento e transferência dos parâmetros escolhidos para a planilha e posterior análise estatística. Principalmente pela possibilidade de realizar as marcações canal por canal e quantas marcações por deglutição forem necessárias de forma simultânea. Desta forma a tabulação dos dados ficou mais rápida e com margem de falhas humanas reduzidas. Porém com necessidade de melhoramentos na próxima edição.

 

AGRADECIMENTOS

Dr. Amdore Guescel C Asano, Emmily Silva Fortuna, Elizabeth Gomes da Silva, Douglas Monteiro da Silva e Paulo José de Andrade Lira Oliveira.

 

REFERÊNCIAS

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Endereço para correspondência:
Luciana Rodrigues Belo
Rua Abel de Sá Bezerra Cavalcanti, 161, apt. 601 Casa Amarela
Recife – Pernambuco
E-mail: lucianabelo@yahoo.com.br

Recebido em: 29/03/2011
Aceito em: 16/05/2011

 

 

Conflito de interesses: inexistente