אלקטרומיוגרפיה אלחוטית של פעילות שרירי הפנים במהלך הבעות

תקציר

מקור:
הילה מאן¹, פול פאנק², איווה וברייט-אדרת'³, כריסטוף אנדרס⁴, אורלנדו גונטינס-ליצ'יוס², יעל חנין<sup>1,3,5

1</sup>בית הספר סגול למדעי המוח, אוניברסיטת תל אביב, ²מחלקות לאף אוזן גרון, בית החולים האוניברסיטאי יינה, אוניברסיטת פרידריך-שילר יאנה ^{, 3}חטיבות להנדסת חשמל, אוניברסיטת תל אביב, ⁴חטיבות מחקר מוטורי, פתופיזיולוגיה וביומכניקה, המחלקה לטראומה, כירורגיה של היד ומשחזרים, בית החולים האוניברסיטאי יינה, אוניברסיטת פרידריך-שילר יינה, ⁵X-trodes Ltd.

סרטון זה מדגים את ההליך להקלטה לא פולשנית של פעילות שרירי הפנים באמצעות אלקטרומיוגרפיה אלחוטית של פני השטח (sEMG) במהלך הבעות פנים מונחות וידאו המבוצעות על ידי משתתף.

פרוטוקול

כל ההליכים הכוללים משתתפים אנושיים בוצעו בהתאם להנחיות המוסדיות, הלאומיות והבינלאומיות לרווחת האדם ונבדקו על ידי מועצת הביקורת המוסדית המקומית.

1. הכנת ציוד ותוכנה

1. יחידת רכישת נתוני טעינה (DAU): טען את ה-DAU האלחוטי במלואו לפני הניסוי.
2. הכן כרטיס דיגיטלי מאובטח (SD): הכנס כרטיס SD מעוצב מסוג v30 לתוך ה-DAU והפעל אותו.
3. מזעור הפרעות: הכנס את כל הטלפונים הסלולריים למצב שקט וכבה את ה-Bluetooth כדי למנוע הפרעות.
4. הגדרת טאבלט
   1. התקן ופתח את אפליקציית האלקטרודות (ראה טבלת חומרים) בטאבלט אנדרואיד.
   2. האפליקציה תסרוק מכשירים זמינים. בחר את ה-DAU לפי מספר תעודת זהות ולחץ על אישור כדי להתאים את הטאבלט ל-DAU.
   3. בחר את מונטאז' מסכת האלקטרודה ולחץ על אשר.
   4. בחר ערוצים (1-16) להצגה על המסך ולחץ על אשר. יופיע מסך המציג אותות מהערוצים שנבחרו, המעיד על מוכנות לניסוי.
      הערה: כל 16 הערוצים נבחרים כברירת מחדל.
5. חבר את הטאבלט למחשב באמצעות כבל. שנה את הגדרות האפיק הטורי האוניברסלי (USB) של טאבלט Android מהעברת קבצים לקשירת USB.
6. התקן את PsychoPy: הורד והתקן את תוכנית PsychoPy (גרסה v2023.1.3) במחשב.
7. הורד קבצי פרוטוקול: פתח את מאגר Github ב-https://github.com/NeuroEngLabTAU/facial_expressions_experiment והורד את כל הקבצים על ידי לחיצה על קוד <> ולאחר מכן לחיצה על הורד ZIP. תיקיה זו מכילה את קובץ הניסוי facial_expressions.psyexp; תת-תיקייה Schaede-cut-TLV עם סרטונים נחוצים להפעלת הניסוי, וקבצים אחרים המשמשים אוטומטית את PsychoPy. חלץ את התיקיה למיקום הרצוי במחשב.

2. הגדרת משתתפים

1. יישום מסכת אלקטרודה
   1. הכנת פנים: הנחו את המשתתף לנקות את הפנים אם נמרחו קרם פנים או איפור. נקו באמצעות ג'ל הכנה, מטלית נטולת סיבים על בסיס אלכוהול או מים וסבון. הניחו לעור להתייבש למשך דקה אחת לפחות.
      הערה: שלב זה הוא אופציונלי.
   2. מיקום אלקטרודות:
      1. קלף בזהירות את סרטי ההגנה מהצד המגע עם העור של מסכת מערך האלקטרודות, לפי הסדר המצוין על המדבקה (1-6).
      2. הניחו את האלקטרודה מספר 11 (מסומנת בסמל עין) ליד עינו הימנית של המשתתף ואת האלקטרודה מספר 8 (המסומנת בסמל האף) על האף.
      3. חבר את האלקטרודות 1-15 בצד ימין של הפנים ואת האלקטרודה 16 במצח השמאלי. הנח את אלקטרודת הייחוס על המסטואיד הימני. עיין באיור 1A למיקומי אלקטרודות ביחס לשרירים.
   3. חיבור: יש ללחוץ בעדינות את המסכה על העור, ולאחר מכן לקלף בזהירות את שכבות התמיכה השקופות החיצוניות בזו אחר זו כדי לחבר את המסכה במלואה. היזהר לא לנתק את המסכה במהלך תהליך זה.
   4. חבר DAU: הכנס את כרטיס מחבר מערך האלקטרודות לשקע המחבר של ה-DAU, ולאחר מכן אבטח את ה-DAU לקלטת.
2. תיעוד מצולם:
   1. צלם לפחות 3 תמונות של המשתתף מזוויות שונות (90°, 45°, 0°) כדי לתעד את מיקום האלקטרודות.
3. הושבת המשתתף (ראה איור 1B)
   1. כיסא ומרחק: הושיבו את המשתתף בכיסא זקוף במרחק קבוע (למשל, 70 ס"מ) ממסך המחשב שבו יוצגו הוראות לתרגילי פנים.
   2. בדיקת נוחות: ודא שהמשתתף יושב בנוחות ויכול לראות את המסך בבירור.

3. אימות אותות

1. בדוק את איכות אות EMG: ודא שאפליקציית הטאבלט מזהה את כל 16 אותות האלקטרודות של EMG.
2. פתור בעיות במידת הצורך:
   1. לחץ כל אלקטרודה בעדינות על עור המשתתף וודא שלא נלכדות בועות אוויר.
   2. אפשר זמן לאות להתייצב.
   3. התרחק ממכשירים אלקטרוניים שעלולים לגרום להפרעות.
   4. אם הבעיות נמשכות, שקול לחבר מחדש את ה-DAU או להחליף חדרים.
   5. כמוצא אחרון, החלף את תיקון האלקטרודה.

4. הפעלת הניסוי

1. התחל הקלטת EMG: פתח את אפליקציית האלקטרודות בטאבלט אנדרואיד ולחץ על התחל הפעלה.
2. מלא את פרטי המפגש.
   1. יופיע חלון לפרטי ההפעלה. הזן את שם המחקר, שם ההפעלה, האתר, המפעיל, מזהה המטופל, גיל, מין והערות.
      1. נקישה התחל הקלטה כדי להתחיל בלכידת נתוני EMG. מרגע זה, נתוני EMG מתועדים. הנתונים הגולמיים יישמרו בכרטיס ה-SD בקצב דגימה של 4 kS/s.
3. כיול (אופציונלי): האפליקציה תתחיל תהליך כיול שבו המשתתף מבצע משימות בסיסיות מוגדרות (למשל, עצימת עיניים, לעיסה) לאחר לחיצה על התחל. ניתן לבצע כיול מחדש במידת הצורך. לאחר השלמת הכיול, לחץ על אישור. דלג על שלב זה אם תרצה, על-ידי לחיצה על הבא.
4. פתח את קובץ הניסוי.
   1. במחשב, לחץ פעמיים על קובץ הניסוי שהורדת, facial_expressions.psyexp, כדי לפתוח אותו ב-PsychoPy.
   2. לחץ על הפעל ניסוי כדי להפעיל את הניסוי.
   3. הזן את פרטי ההפעלה (מספר משתתף, מספר מפגש, שם טאבלט), כאשר תתבקש לעשות זאת, ולחץ על אישור.
      הערה: שם הטאבלט הוא המספר הסידורי של הטאבלט שניתן למצוא בהגדרות טאבלט אנדרואיד תחת אודות הטאבלט.
5. הפעלה בפעולה
   1. בקשו מהמשתתף לבצע 11 הבעות פנים (איור 2) בהתאם להוראות של מדריך וידאו. לאחר הביטוי הראשון (מנוחה), כל ביטוי חוזר על עצמו שלוש פעמים ברציפות. המשתתף יתבקש להחזיק כל ביטוי למשך 5 שניות, ולאחר מכן מנוחה של 3 שניות.
   2. התבוננו והדריכו את המשתתפים במידת הצורך כדי להבטיח דיוק וסנכרון עם ההוראות.
6. סיים את הניסוי.
   1. לאחר השלמתו, PsychoPy יפסיק את הניסוי באופן אוטומטי. הפסק את הקלטת נתוני EMG בטאבלט על ידי לחיצה על סיים הקלטה. אשר על-ידי לחיצה על כן, עצור. חלון יאשר שההפעלה הושלמה ולאחר מכן לחץ על אישור.
   2. לחץ על כפתור הסנכרון כדי לסנכרן את נתוני ההפעלה לענן המערכת. לאחר שתסיים, צא מהיישום.

5. טיפול וניתוח נתונים לאחר הניסוי

1. אסוף את הנתונים מפסיכופי.
   הערה: לאחר השלמת ההפעלה, Psychopy שומרת אוטומטית קובץ CSV בתיקיית המשנה של הנתונים. שם הקובץ מציין את פרטי ההפעלה. קבצי CSV מכילים שמות וידאו, חותמות זמן, מספר זיהוי משתתף, מספר הפעלה ומספר טאבלט אנדרואיד.
2. המר את נתוני EMG.
   1. היכנס לשירות הענן של מערכת האלקטרודות ובחר את פרטי ההפעלה.
   2. העלה נתוני EMG מכרטיס ה-SD.
   3. המר קבצי XF2 שהועלו המכילים נתוני EMG לפורמט קובץ EDF (פורמט נתונים אירופאי) על ידי לחיצה על צור קבצי EDF. הורד את הקבצים שנבחרו לניתוח לא מקוון.
3. לבצע ניתוח נתוני EMG בסיסי. הערה: קובצי EDF מכילים נתוני EMG גולמיים מ-16 ערוצים (EMG CH-1 עד CH-16), נתוני ג'ירו מ-3 ערוצים (GYRO-X, Y, Z) ונתוני מד תאוצה מ-3 ערוצים (ACC-X, Y, Z). הערות מה-Psychopy המציינות נקודות זמן להבעות פנים ספציפיות נשמרות בתוך הקובץ באופן אוטומטי. לניתוח נוסף, נעשה שימוש רק בנתוני EMG גולמיים מ-16 ערוצים והערות.
   1. סנן את נתוני ה-EMG הגולמיים באמצעות מסנן פס פס של 10-500 הרץ.
   2. החל מסנן חריץ של 50 הרץ כדי להפחית את הרעש.
   3. המשך עם הניתוח הרצוי למטרת המחקר.

תוצאות

איור 1: סקירת מערך ניסוי סכמטי. (A) מיקומי האלקטרודות על הפנים: 1-16 תעלות על הפנים, אלקטרודת ייחוס על המסטואיד הימני. (B) המשתתפים יושבים בנוחות מול מסך מחשב. פאנל זה שוחזר באישור Funk et al.11. (ג,ד) הגדרת אפליקציית ההקלטה EMG לאימות אות אל...

חומרים