تسجيل تخطيط كهربية عضل السطح اللاسلكي لنشاط عضلات الوجه أثناء التعبيرات

الملخص

مصدر:
هيلا مان¹ ، بول ف. فونك² ، إيفا فيبرايت أديريث³ ، كريستوف أندرس⁴ ، أورلاندو جونتيناس ليشيوس² ، ياعيل حنين<sup>1،3،5

1</sup>كلية ساغول لعلم الأعصاب ، جامعة تل أبيب ، ²قسم طب الأنف والأذن والحنجرة ، مستشفى جامعة جينا ، جامعة فريدريش شيلر في جينا ، ³كلية الهندسة الكهربائية ، جامعة تل أبيب ، ⁴قسم أبحاث الحركة ، الفيزيولوجيا المرضية والميكانيكا الحيوية ، قسم الرضوح ، جراحة اليد والجراحة الترميمية ، مستشفى جامعة جينا ، جامعة فريدريش شيلر جينا ، ⁵X-trodes Ltd.

يوضح هذا الفيديو إجراء التسجيل غير الجراحي لنشاط عضلات الوجه باستخدام تخطيط كهربية العضل السطحي اللاسلكي (sEMG) أثناء تعبيرات الوجه الموجهة بالفيديو التي يقوم بها المشارك.

البروتوكول

تم تنفيذ جميع الإجراءات التي تشمل المشاركين البشريين وفقا للمبادئ التوجيهية المؤسسية والوطنية والدولية لرفاهية الإنسان وتم مراجعتها من قبل مجلس المراجعة المؤسسية المحلي.

1. إعداد المعدات والبرمجيات

1. وحدة الحصول على بيانات الشحن (DAU): اشحن وحدة الحصول على بيانات الشحن اللاسلكي بالكامل قبل التجربة.
2. إعداد بطاقة رقمية آمنة (SD): أدخل بطاقة SD مهيأة من نوع v30 داخل DAU وقم بتشغيلها.
3. تقليل الاضطرابات: ضع جميع الهواتف الخلوية في الوضع الهادئ وقم بإيقاف تشغيل Bluetooth لتجنب التداخل.
4. إعداد الجهاز اللوحي
   1. قم بتثبيت تطبيق الأقطاب الكهربائية وافتحه (انظر جدول المواد) على جهاز Android اللوحي.
   2. سيقوم التطبيق بالبحث عن الأجهزة المتاحة. حدد DAU حسب رقم المعرف، وانقر فوق تأكيد لإقران الجهاز اللوحي ب DAU.
   3. اختر مونتاج قناع القطب الكهربائي وانقر فوق تأكيد.
   4. حدد القنوات (1-16) لعرضها على الشاشة وانقر فوق تأكيد. ستظهر شاشة تعرض إشارات من القنوات المحددة ، مما يشير إلى الاستعداد للتجربة.
      ملاحظه: يتم تحديد جميع القنوات ال 16 افتراضيا.
5. قم بتوصيل الجهاز اللوحي بالكمبيوتر باستخدام كابل. قم بتغيير إعدادات الناقل التسلسلي العالمي (USB) لجهاز Android اللوحي من نقل الملفات إلى ربط USB.
6. قم بتثبيت PsychoPy: قم بتنزيل وتثبيت برنامج PsychoPy (الإصدار v2023.1.3) على الكمبيوتر.
7. تنزيل ملفات البروتوكول: افتح مستودع Github في https://github.com/NeuroEngLabTAU/facial_expressions_experiment وقم بتنزيل جميع الملفات بالنقر فوق <> الرمز ثم النقر فوق تنزيل ZIP. يحتوي هذا المجلد على ملف التجربة facial_expressions.psyexp ؛ المجلد الفرعي schaede-cut-tlv مع مقاطع الفيديو الضرورية لتشغيل التجربة ، والملفات الأخرى التي يستخدمها PsychoPy تلقائيا. استخرج المجلد إلى الموقع المطلوب على الكمبيوتر.

2. إعداد المشارك

1. تطبيق قناع القطب الكهربائي
   1. تحضير الوجه: اطلب من المشارك تنظيف الوجه في حالة وضع كريم الوجه أو المكياج. نظف باستخدام جل تحضيري أو قطعة قماش خالية من الألياف تحتوي على الكحول أو ماء وصابون. اترك الجلد يجف لمدة 1 دقيقة على الأقل.
      ملاحظه: هذه الخطوة اختيارية.
   2. وضع القطب:
      1. انزع بعناية الأغشية الواقية من الجانب الملامس للجلد من قناع مصفوفة الأقطاب الكهربائية ، باتباع الترتيب الموضح على الملصق (1-6).
      2. ضع القطب الكهربائي رقم 11 (المميز برمز العين) بالقرب من العين اليمنى للمشارك والقطب الكهربائي رقم 8 (المميز برمز الأنف) على الأنف.
      3. قم بتوصيل الأقطاب الكهربائية 1-15 على الجانب الأيمن من الوجه والقطب 16 على الجبهة اليسرى. ضع القطب المرجعي على الخشاء الأيمن. راجع الشكل 1 أ لمواضع القطب الكهربائي بالنسبة للعضلات.
   3. الملحق: اضغطي على القناع برفق على الجلد ، ثم قشري أغشية الدعم الخارجية الشفافة بحذر واحدة تلو الأخرى لإرفاق القناع بالكامل. احرص على عدم فصل القناع أثناء هذه العملية.
   4. توصيل DAU: أدخل بطاقة موصل صفيف القطب الكهربائي في مقبس موصل DAU ، ثم قم بتثبيت DAU على الشريط.
2. التوثيق الفوتوغرافي:
   1. التقط ما لا يقل عن 3 صور للمشارك من زوايا مختلفة (90 درجة ، 45 درجة ، 0 درجة) لتوثيق وضع القطب.
3. جلوس المشارك (انظر الشكل 1 ب)
   1. الكرسي والمسافة: اجلس المشارك على كرسي مستقيم على مسافة ثابتة (على سبيل المثال ، 70 سم) من شاشة الكمبيوتر حيث سيتم عرض تعليمات تمرين الوجه.
   2. فحص الراحة: تأكد من أن المشارك يجلس بشكل مريح ويمكنه رؤية الشاشة بوضوح.

3. التحقق من صحة الإشارة

1. تحقق من جودة إشارة مخطط كهربية العضل: تحقق من أن تطبيق الجهاز اللوحي يكتشف جميع إشارات القطب الكهربائي البالغ عددها 16 إشارة.
2. استكشاف الأخطاء وإصلاحها إذا لزم الأمر:
   1. اضغط على كل قطب كهربائي برفق على جلد المشارك وتأكد من عدم احتجاز فقاعات الهواء.
   2. اترك وقتا لتثبيت الإشارة.
   3. ابتعد عن الأجهزة الإلكترونية التي قد تسبب تداخلا.
   4. إذا استمرت المشكلات ، ففكر في إعادة توصيل DAU أو تبديل الغرف.
   5. كملاذ أخير ، استبدل رقعة القطب.

4. إجراء التجربة

1. بدء تسجيل مخطط كهربية العضل: افتح تطبيق الأقطاب الكهربائية على جهاز Android اللوحي واضغط على بدء الجلسة.
2. املأ تفاصيل الجلسة.
   1. ستظهر نافذة لتفاصيل الجلسة. أدخل اسم الدراسة واسم الجلسة والموقع والمشغل ومعرف المريض والعمر والجنس والملاحظات.
      1. انقر فوق بدء التسجيل لبدء التقاط بيانات مخطط كهربية العضل. من هذه اللحظة ، يتم تسجيل بيانات مخطط كهربية العضل. سيتم حفظ البيانات الأولية على بطاقة SD بمعدل أخذ عينات يبلغ 4 كيلو ثانية.
3. المعايرة (اختياري): سيبدأ التطبيق عملية معايرة حيث يقوم المشارك بأداء المهام الأساسية المحددة (على سبيل المثال ، إغلاق العينين ، المضغ) بعد الضغط على ابدأ. يمكن إجراء إعادة المعايرة إذا لزم الأمر. بعد اكتمال المعايرة ، انقر فوق موافق. تخطي هذه الخطوة إذا رغبت في ذلك بالنقر فوق التالي.
4. افتح ملف التجربة.
   1. على الكمبيوتر، انقر نقرا مزدوجا فوق ملف التجربة الذي تم تنزيله، facial_expressions.psyexp، لفتحه في PsychoPy.
   2. انقر فوق تشغيل التجربة لبدء التجربة.
   3. أدخل تفاصيل الجلسة (رقم المشارك، رقم الجلسة، اسم الجهاز اللوحي)، عندما يطلب منك ذلك، وانقر فوق موافق.
      ملاحظه: اسم الجهاز اللوحي هو الرقم التسلسلي للجهاز اللوحي الذي يمكن العثور عليه في إعدادات الجهاز اللوحي الذي يعمل بنظام التشغيل Android ضمن حول الجهاز اللوحي.
5. الجلسة قيد التنفيذ
   1. اطلب من المشارك أداء 11 تعبيرا للوجه (الشكل 2) وفقا لتعليمات دليل الفيديو. بعد التعبير الأول (الراحة) ، يتم تكرار كل تعبير ثلاث مرات متتالية. سيطلب من المشارك الاحتفاظ بكل تعبير لمدة 5 ثوان ، متبوعا براحة لمدة 3 ثوان.
   2. مراقبة المشاركين وتوجيههم إذا لزم الأمر لضمان الدقة والمزامنة مع التعليمات.
6. إنهاء التجربة.
   1. عند الانتهاء ، سيوقف PsychoPy التجربة تلقائيا. أوقف تسجيل بيانات مخطط كهربية العضل على الجهاز اللوحي بالنقر فوق إنهاء التسجيل. قم بالتأكيد بالنقر فوق نعم، إيقاف. ستؤكد نافذة اكتمال الجلسة، ثم انقر فوق موافق.
   2. اضغط على زر المزامنة لمزامنة بيانات الجلسة مع سحابة النظام. عند الانتهاء، قم بإنهاء التطبيق.

5. معالجة البيانات وتحليلها بعد التجربة

1. اجمع البيانات من Psychopy.
   ملاحظه: بمجرد اكتمال الجلسة، يقوم Psychopy تلقائيا بحفظ ملف CSV في المجلد الفرعي للبيانات. يشير اسم الملف إلى تفاصيل الجلسة. تحتوي ملفات CSV على أسماء الفيديو والطوابع الزمنية ورقم تعريف المشارك ورقم الجلسة ورقم الكمبيوتر اللوحي الذي يعمل بنظام Android.
2. تحويل بيانات مخطط كهربية العضل.
   1. قم بتسجيل الدخول إلى الخدمة السحابية لنظام القطب الكهربائي وحدد تفاصيل الجلسة.
   2. قم بتحميل بيانات مخطط كهربية العضل من بطاقة SD.
   3. قم بتحويل ملفات XF2 التي تم تحميلها والتي تحتوي على بيانات EMG إلى تنسيق ملف EDF (تنسيق البيانات الأوروبي) بالنقر فوق إنشاء ملفات EDF. قم بتنزيل الملفات المحددة لتحليلها دون اتصال.
3. قم بإجراء تحليل بيانات مخطط كهربية العضل الأساسي. ملاحظة: تحتوي ملفات EDF على بيانات EMG أولية من 16 قناة (EMG CH-1 إلى CH-16) وبيانات الدوران من 3 قنوات (GYRO-X و Y و Z) وبيانات مقياس التسارع من 3 قنوات (ACC-X ، Y ، Z). يتم حفظ التعليقات التوضيحية من Psychopy التي تشير إلى النقاط الزمنية لتعبيرات وجه معينة داخل الملف تلقائيا. لمزيد من التحليل ، تم استخدام بيانات مخطط كهربية العضل الأولية فقط من 16 قناة والتعليقات التوضيحية.
   1. قم بتصفية بيانات مخطط كهربية العضل الأولية باستخدام مرشح ممر النطاق الترددي 10-500 هرتز.
   2. ضع مرشح درجة 50 هرتز لتقليل الضوضاء.
   3. المضي قدما في التحليل المطلوب لغرض البحث.

النتائج

الشكل 1: نظرة عامة على الإعداد التجريبي التخطيطي. (أ) مواضع الأقطاب الكهربائية على الوجه: 1-16 قناة على الوجه ، قطب مرجعي على الخشاء الأيمن. (ب) يجلس المشاركون بشكل مريح أمام شاشة الحاسوب. تم استنساخ هذه اللوحة بإذن من Funk et al.11. (ج ، د) ...

المواد