Eletromiografia de superfície sem fio Registro da atividade muscular facial durante as expressões

Resumo

Fonte:
Hila Man¹, Paul F. Funk², Ieva Vebraite-Adereth³, Christoph Anders⁴, Orlando Guntinas-Lichius², Yael Hanein<sup>1,3,5

1</sup>Escola Sagol de Neurociência, Universidade de Tel Aviv, ²Departamento de Otorrinolaringologia, Hospital Universitário de Jena, Universidade Friedrich-Schiller Jena, ³Escola de Engenharia Elétrica, Universidade de Tel Aviv, ^4ªDivisão de Pesquisa Motora, Fisiopatologia e Biomecânica, Departamento de Trauma, Mão e Cirurgia Reconstrutiva, Hospital Universitário de Jena, Universidade Friedrich-Schiller Jena, ⁵X-trodes Ltd.

Este vídeo demonstra o procedimento para registro não invasivo da atividade muscular facial usando eletromiografia de superfície sem fio (sEMG) durante expressões faciais guiadas por vídeo realizadas por um participante.

Protocolo

Todos os procedimentos envolvendo participantes humanos foram realizados em conformidade com as diretrizes institucionais, nacionais e internacionais para o bem-estar humano e foram revisados pelo conselho de revisão institucional local.

1. Preparação de equipamentos e software

1. Carregar unidade de aquisição de dados (DAU): Carregue totalmente a DAU sem fio antes do experimento.
2. Prepare um cartão digital seguro (SD): Insira um cartão SD do tipo v30 formatado dentro do DAU e ligue-o.
3. Minimize as interrupções: coloque todos os telefones celulares no modo silencioso e desligue o Bluetooth para evitar interferências.
4. Configuração do tablet
   1. Instale e abra o aplicativo dos eletrodos (consulte Tabela de Materiais) no tablet Android.
   2. O aplicativo procurará os dispositivos disponíveis. Selecione o DAU por número de identificação e clique em Confirmar para emparelhar o tablet com o DAU.
   3. Escolha a montagem da máscara do eletrodo e clique em Confirmar.
   4. Selecione os canais (1-16) a serem exibidos na tela e clique em Confirmar. Uma tela mostrando sinais dos canais selecionados aparecerá, indicando prontidão para o experimento.
      NOTA: Todos os 16 canais são selecionados por padrão.
5. Conecte o tablet ao computador usando um cabo. Altere as configurações do barramento serial universal (USB) do tablet Android de transferência de arquivos para tethering USB.
6. Instale o PsychoPy: Baixe e instale o programa PsychoPy (versão v2023.1.3) no computador.
7. Baixar arquivos de protocolo: Abra o repositório do Github em https://github.com/NeuroEngLabTAU/facial_expressions_experiment e baixe todos os arquivos clicando em <> código e depois clicando em Baixar ZIP. Esta pasta contém o arquivo de experimento facial_expressions.psyexp; schaede-cut-tlv com os vídeos necessários para executar o experimento e outros arquivos usados automaticamente pelo PsychoPy. Extraia a pasta para o local desejado no computador.

2. Configuração do participante

1. Aplicação de máscara de eletrodo
   1. Preparação do rosto: Instrua o participante a limpar o rosto se houver aplicação de creme facial ou maquiagem. Limpe usando um gel de preparação, um pano sem fibras à base de álcool ou água e sabão. Deixe a pele secar por pelo menos 1 min.
      NOTA: Esta etapa é opcional.
   2. Colocação do eletrodo:
      1. Retire cuidadosamente as películas protetoras do lado em contato com a pele da máscara do feixe de eletrodos, seguindo a ordem indicada no adesivo (1-6).
      2. Coloque o eletrodo número 11 (marcado com um símbolo de olho) próximo ao olho direito do participante e o eletrodo número 8 (marcado com um símbolo de nariz) no nariz.
      3. Prenda os eletrodos 1-15 no lado direito do rosto e o eletrodo 16 na testa esquerda. Coloque o eletrodo de referência na mastóide direita. Consulte a Figura 1A para obter as posições dos eletrodos em relação aos músculos.
   3. Fixação: Pressione suavemente a máscara na pele e, em seguida, retire cuidadosamente as películas de suporte transparentes externas, uma a uma, para prender totalmente a máscara. Tenha cuidado para não retirar a máscara durante este processo.
   4. Conecte a DAU: Insira a placa do conector da matriz de eletrodos no soquete do conector da DAU e prenda a DAU à fita.
2. Documentação fotográfica:
   1. Tire pelo menos 3 fotos do participante de vários ângulos (90°, 45°, 0°) para documentar a colocação do eletrodo.
3. Assento do participante (ver Figura 1B)
   1. Cadeira e distância: Sente o participante em uma cadeira vertical a uma distância fixa (por exemplo, 70 cm) da tela do computador onde as instruções de exercícios faciais serão exibidas.
   2. Verificação de conforto: Certifique-se de que o participante esteja sentado confortavelmente e possa ver a tela claramente.

3. Validação de sinal

1. Verifique a qualidade do sinal EMG: Verifique se o aplicativo do tablet detecta todos os 16 sinais do eletrodo EMG.
2. Solucione o problema, se necessário:
   1. Pressione cada eletrodo suavemente contra a pele do participante e certifique-se de que nenhuma bolha de ar fique presa.
   2. Dê tempo para que o sinal se estabilize.
   3. Afaste-se de dispositivos eletrônicos que possam causar interferência.
   4. Se os problemas persistirem, considere reconectar o DAU ou trocar de sala.
   5. Como último recurso, substitua o adesivo do eletrodo.

4. Executando o experimento

1. Iniciar gravação EMG: Abra o aplicativo de eletrodos no tablet Android e pressione Iniciar sessão.
2. Preencha os detalhes da sessão.
   1. Uma janela aparecerá para detalhes da sessão. Insira o nome do estudo, nome da sessão, local, operador, ID do paciente, idade, sexo e comentários.
      1. Clique em Iniciar Gravação para iniciar a captura de dados EMG. A partir deste momento, os dados EMG estão sendo registrados. Os dados brutos serão salvos no cartão SD a uma taxa de amostragem de 4 kS/s.
3. Calibração (opcional): O aplicativo iniciará um processo de calibração em que o participante executa tarefas básicas especificadas (por exemplo, fechar os olhos, mastigar) após pressionar Iniciar. A recalibração pode ser realizada, se necessário. Após a conclusão da calibração, clique em OK. Ignore esta etapa, se desejar, clicando em Avançar.
4. Abra o arquivo de experimento.
   1. No computador, clique duas vezes no arquivo de experimento baixado, facial_expressions.psyexp, para abri-lo no PsychoPy.
   2. Clique em Executar experimento para iniciar o experimento.
   3. Insira os detalhes da sessão (número do participante, número da sessão, nome do tablet), quando solicitado, e clique em OK.
      NOTA: O nome do tablet é o número de série do tablet que pode ser encontrado nas configurações do tablet Android em Sobre o tablet.
5. Sessão em ação
   1. Peça ao participante que faça 11 expressões faciais (Figura 2) conforme instruído por um guia em vídeo. Após a primeira expressão (Rest), cada expressão é repetida três vezes consecutivas. O participante será solicitado a segurar cada expressão por 5 s, seguido de um descanso de 3 s.
   2. Observe e oriente os participantes, se necessário, para garantir a precisão e a sincronização com as instruções.
6. Termine o experimento.
   1. Quando concluído, o PsychoPy interromperá o experimento automaticamente. Pare a gravação de dados EMG no tablet clicando em END recording. Confirme clicando em Sim, parar. Uma janela confirmará que a sessão foi concluída e clique em OK.
   2. Pressione o botão Sincronizar para sincronizar os dados da sessão com a nuvem do sistema. Quando concluído, saia do aplicativo.

5. Tratamento e análise de dados pós-experimento

1. Colete os dados do Psychopy.
   NOTA: Quando a sessão for concluída, o Psychopy salvará automaticamente um arquivo CSV na subpasta de dados. O nome do arquivo indica os detalhes da sessão. Os arquivos CSV contêm nomes de vídeo, carimbos de data/hora, número de identificação do participante, número da sessão e número do tablet Android.
2. Converta os dados EMG.
   1. Faça login no serviço de nuvem do sistema de eletrodos e selecione os detalhes da sessão.
   2. Carregue os dados EMG do cartão SD.
   3. Converta arquivos XF2 carregados contendo dados EMG para o formato de arquivo EDF (European data format) clicando em Gerar arquivos EDF. Faça o download dos arquivos selecionados para análise offline.
3. Realize análises básicas de dados EMG. NOTA: Os arquivos EDF contêm dados brutos de EMG de 16 canais (EMG CH-1 a CH-16), dados de giroscópio de 3 canais (GYRO-X, Y, Z) e dados de acelerômetro de 3 canais (ACC-X, Y, Z). As anotações do Psychopy indicando pontos de tempo para expressões faciais específicas são salvas no arquivo automaticamente. Para análise posterior, foram utilizados apenas dados EMG brutos de 16 canais e anotações.
   1. Filtre os dados brutos de EMG usando um filtro passa-banda de 10-500 Hz.
   2. Aplique um filtro de entalhe de 50 Hz para reduzir o ruído.
   3. Prossiga com a análise desejada para o propósito da pesquisa.

Resultados

Figura 1: Visão geral da configuração experimental esquemática. (A) Posições dos eletrodos na face: 1-16 canais na face, um eletrodo de referência na mastóide direita. (B) Os participantes estão sentados confortavelmente em frente a uma tela ...

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