İfadeler sırasında yüz kası aktivitesinin kablosuz yüzey elektromiyografisi kaydı

Özet

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

1</sup>Sagol Sinirbilim Okulu, Tel Aviv Üniversitesi, ²Kulak Burun Boğaz Anabilim Dalı, Jena Üniversite Hastanesi, Friedrich-Schiller-Üniversitesi Jena, ³Elektrik Mühendisliği Okulu, Tel Aviv Üniversitesi, ⁴Anabilim Dalı Motor Araştırma, Patofizyoloji ve Biyomekanik, Travma, El ve Rekonstrüktif Cerrahi Anabilim Dalı, Jena Üniversite Hastanesi, Friedrich-Schiller-Üniversitesi Jena, ⁵X-trodes Ltd.

Bu video, bir katılımcı tarafından gerçekleştirilen video kılavuzluğunda yüz ifadeleri sırasında kablosuz yüzey elektromiyografisi (sEMG) kullanılarak yüz kası aktivitesinin invazif olmayan bir şekilde kaydedilmesi prosedürünü göstermektedir.

Protokol

İnsan katılımcıları içeren tüm prosedürler, insan refahına ilişkin kurumsal, ulusal ve uluslararası yönergelere uygun olarak gerçekleştirilmiş ve yerel kurumsal inceleme kurulu tarafından gözden geçirilmiştir.

1. Ekipman ve yazılımın hazırlanması

1. Veri toplama birimini (DAU) şarj edin: Denemeden önce kablosuz DAU'yu tamamen şarj edin.
2. Güvenli bir dijital (SD) kart hazırlayın: DAU'nun içine biçimlendirilmiş bir v30 tipi SD kart takın ve AÇIN.
3. Kesintileri en aza indirin: Paraziti önlemek için tüm cep telefonlarını sessiz moda alın ve Bluetooth'u kapatın.
4. Tablet kurulumu
   1. Elektrotların uygulamasını yükleyin ve açın (bkz.
   2. Uygulama mevcut cihazları tarayacaktır. Kimlik numarasına göre DAU'yu seçin ve tableti DAU ile eşleştirmek için Onayla'ya tıklayın.
   3. Elektrot maskesi montajını seçin ve Onayla'ya tıklayın.
   4. Ekranda görüntülenecek kanalları (1-16) seçin ve Onayla'ya tıklayın. Seçilen kanallardan gelen sinyalleri gösteren ve deneye hazır olduğunuzu gösteren bir ekran görünecektir.
      NOT: 16 kanalın tümü varsayılan olarak seçilidir.
5. Tableti bir kablo kullanarak bilgisayara bağlayın. Android tabletin evrensel seri veri yolu (USB) ayarlarını dosya aktarımından USB tethering'e değiştirin.
6. PsychoPy'yi yükleyin: PsychoPy programını (sürüm v2023.1.3) bilgisayara indirin ve kurun.
7. Protokol dosyalarını indirin: https://github.com/NeuroEngLabTAU/facial_expressions_experiment'da Github deposunu açın ve <> koduna tıklayarak ve ardından ZIP İndir'e tıklayarak tüm dosyaları indirin. Bu klasör facial_expressions.psyexp deneme dosyasını içerir; alt klasör schaede-cut-tlv deneyi çalıştırmak için gerekli videoları ve PsychoPy tarafından otomatik olarak kullanılan diğer dosyaları içerir. Klasörü bilgisayarda istediğiniz konuma çıkarın.

2. Katılımcı kurulumu

1. Elektrot maskesi uygulaması
   1. Yüz hazırlığı: Yüz kremi veya makyaj uygulanmışsa katılımcıya yüzünü temizlemesini söyleyin. Bir hazırlık jeli, alkol bazlı lifsiz bir bez veya su ve sabun kullanarak temizleyin. Cildin en az 1 dakika kurumasını bekleyin.
      NOT: Bu adım isteğe bağlıdır.
   2. Elektrot yerleşimi:
      1. Elektrot dizisi maskesinin ciltle temas eden tarafındaki koruyucu filmleri, etikette (1-6) belirtilen sırayı izleyerek dikkatlice soyun.
      2. 11 numaralı elektrodu (göz sembolü ile işaretlenmiştir) katılımcının sağ gözünün yakınına ve 8 numaralı elektrodu (burun sembolü ile işaretlenmiştir) burnun üzerine yerleştirin.
      3. 1-15 numaralı elektrotları yüzün sağ tarafına ve 16 numaralı elektrotları sol alnına takın. Referans elektrodu sağ mastoide yerleştirin. Kaslara göre elektrot pozisyonları için Şekil 1A'ya bakın.
   3. Eklenti: Maskeyi cilde hafifçe bastırın, ardından maskeyi tamamen takmak için dış şeffaf destek filmlerini tek tek dikkatlice soyun. Bu işlem sırasında maskeyi çıkarmamaya dikkat edin.
   4. DAU'yu bağlayın: Elektrot dizisi konektör kartını DAU'nun konektör soketine takın, ardından DAU'yu banda sabitleyin.
2. Fotoğrafik belgeler:
   1. Elektrot yerleşimini belgelemek için katılımcının çeşitli açılardan (90°, 45°, 0°) en az 3 fotoğrafını çekin.
3. Katılımcının oturtulması (bkz. Şekil 1B)
   1. Sandalye ve mesafe: Katılımcıyı, yüz egzersiz talimatlarının görüntüleneceği bilgisayar ekranından sabit bir mesafede (örn. 70 cm) dik bir sandalyeye oturtun.
   2. Konfor kontrolü: Katılımcının rahat bir şekilde oturduğundan ve ekranı net bir şekilde görebildiğinden emin olun.

3. Sinyal doğrulama

1. EMG sinyal kalitesini kontrol edin: Tablet uygulamasının 16 EMG elektrot sinyalinin tümünü algıladığını doğrulayın.
2. Gerekirse sorun giderin:
   1. Her elektrodu katılımcının cildine hafifçe bastırın ve hava kabarcığı kalmadığından emin olun.
   2. Sinyalin dengelenmesi için zaman tanıyın.
   3. Parazite neden olabilecek elektronik cihazlardan uzaklaşın.
   4. Sorunlar devam ederse DAU'yu yeniden takmayı veya odaları değiştirmeyi düşünün.
   5. Son çare olarak elektrot yamasını değiştirin.

4. Denemeyi çalıştırma

1. EMG kaydını başlatın: Android tablette elektrot uygulamasını açın ve Oturumu başlat'a basın.
2. Oturum ayrıntılarını doldurun.
   1. Oturum ayrıntıları için bir pencere açılacaktır. Çalışma adını, Oturum adını, Siteyi, Operatörü, Hasta Kimliğini, Yaşı, Cinsiyeti ve Açıklamaları girin.
      1. EMG veri yakalamaya başlamak için Kaydı Başlat'a tıklayın. Bu andan itibaren EMG verileri kaydedilmektedir. Ham veriler SD karta 4 kS/s örnekleme hızında kaydedilecektir.
3. Kalibrasyon (isteğe bağlı): Uygulama, katılımcının Başlat'a bastıktan sonra belirtilen temel görevleri (örn. gözlerini kapatma, çiğneme) gerçekleştirdiği bir kalibrasyon sürecini başlatacaktır. Gerekirse yeniden kalibrasyon yapılabilir. Kalibrasyon tamamlandıktan sonra Tamam'a tıklayın. İsterseniz İleri'ye tıklayarak bu adımı atlayın.
4. Deneme dosyasını açın.
   1. Bilgisayarda, PsychoPy'de açmak için indirilen deney dosyasını (facial_expressions.psyexp) çift tıklatın.
   2. Denemeyi başlatmak için Denemeyi çalıştır'ı tıklayın.
   3. İstendiğinde oturum ayrıntılarını (katılımcı numarası, oturum numarası, tablet adı) girin ve Tamam'ı tıklatın.
      NOT: Tablet adı, Android tablet ayarlarında Tablet Hakkında altında bulunabilen tabletin seri numarasıdır.
5. Oturum iş başında
   1. Katılımcının bir video kılavuzunda belirtildiği gibi 11 yüz ifadesi (Şekil 2) yapmasını sağlayın. İlk ifadeden (Rest) sonra her ifade art arda üç kez tekrarlanır. Katılımcıdan her ifadeyi 5 saniye tutması ve ardından 3 saniye dinlenmesi istenecektir.
   2. Talimatlarla doğruluğu ve senkronizasyonu sağlamak için gerekirse katılımcıları gözlemleyin ve yönlendirin.
6. Deneyi sonlandırın.
   1. Tamamlandığında, PsychoPy deneyi otomatik olarak durduracaktır. Kaydı SONLANDIR'a tıklayarak tablette EMG veri kaydını durdurun. Evet, durdur'u tıklayarak onaylayın. Oturumun tamamlandığını onaylayan bir pencere açılacak ve ardından Tamam'a tıklanacaktır.
   2. Oturum verilerini sistemin bulutuyla senkronize etmek için Senkronizasyon düğmesine basın. Tamamlandığında uygulamadan çıkın.

5. Deney sonrası veri işleme ve analizi

1. Psychopy'den veri toplayın.
   NOT: Oturum tamamlandığında, Psychopy otomatik olarak veri alt klasörüne bir CSV dosyası kaydeder. Dosya adı oturum ayrıntılarını gösterir. CSV dosyaları video adlarını, zaman damgalarını, katılımcı tanımlayıcı numarasını, oturum numarasını ve Android tablet numarasını içerir.
2. EMG verilerini dönüştürün.
   1. Elektrot sisteminin bulut hizmetinde oturum açın ve oturum ayrıntılarını seçin.
   2. EMG verilerini SD karttan yükleyin.
   3. EMG verileri içeren yüklenen XF2 dosyalarını, EDF dosyaları oluştur'u tıklatarak EDF (Avrupa veri formatı) dosya formatına dönüştürün. Çevrimdışı analiz için seçilen dosyaları indirin.
3. Temel EMG veri analizini gerçekleştirin. NOT: EDF dosyaları 16 kanaldan (EMG CH-1 ila CH-16) ham EMG verilerini, 3 kanaldan (GYRO-X, Y, Z) jiroskop verilerini ve 3 kanaldan (ACC-X, Y, Z) ivmeölçer verilerini içerir. Psychopy'den belirli yüz ifadeleri için zaman noktalarını gösteren ek açıklamalar otomatik olarak dosyaya kaydedilir. Daha fazla analiz için yalnızca 16 kanaldan alınan ham EMG verileri ve açıklamalar kullanıldı.
   1. Ham EMG verilerini bant geçiren 10-500 Hz filtre kullanarak filtreleyin.
   2. Gürültüyü azaltmak için 50 Hz'lik bir çentik filtresi uygulayın.
   3. Araştırma amacı için istenen analize devam edin.

Sonuçlar

Şekil 1: Şematik deney düzeneğine genel bakış. (A) Elektrotların yüzdeki konumları: Yüzde 1-16 kanal, sağ mastoidde bir referans elektrot. (B) Katılımcılar bir bilgisayar ekranının önünde rahatça otururlar. Bu panel Funk ve ark.'nın11 izniyle...

Malzemeler