Matrici di elettrodi stampati per elettromiografia di superficie: acquisizione, tecniche di filtraggio e influenza di parametri geometrici

The goal of superficial electromyography (sEMG) is to collect, to modify and to elaborate biological signals concerning the muscular activity. This technique allows a less invasive method to obtain EMG data than traditional needle-electromyographic techniques and represents a constantly growing branch of biomedical engineering. The data obtained by superficial electromyography can be used to evaluate the sporting activity (mainly the muscular contraction instants and the muscular fatigue), and secondarily as a diagnostic tool. To get these signals circular electrodes are generally used, which can be placed in multiple spatial configurations. The signals can be obtained using multiple differential techniques. The related signals represent the raw sEMG signals effectively obtained, which are influenced by the geometrical effects of the specific configuration adopted during the acquisition phase. These effects can be described using math models. Other signal components effecting the raw sEMG signals are the interferences, which are alien contribution effecting the temporal evolution of the main signal. In the experimental section some acquisition tests are presented, in which the data has been collected using flexible matrices of inkjet-printed silver nanoparticles electrodes. These matrices of different sizes can be placed without a specific preliminary preparation or user qualification. Once the raw signals are obtained, they are analysed using filtering techniques to remove the alien components and leaving the only “cleaned” signal useful to the purpose of the experiment, with the goal of getting generical data of muscular activity.

Lo scopo dell’elettromiografia di superficie (sEMG) è quello di prelevare, condizionare ed elaborare i segnali biologici che riguardano nello specifico l’attività muscolare. Questa tecnica offre un modo meno invasivo per ottenere dati EMG rispetto alle tecniche elettromiografiche tradizionali ad ago, e rappresenta un settore dell’ingegneria biomedica in forte espansione. I dati ottenuti dall’elettromiografia superficiale possono essere utilizzati per valutare l’attività sportiva (principalmente i momenti di contrazione e di affaticamento muscolare), e in via minore per scopi diagnostici. Per prelevare questi segnali si fa affidamento generalmente a elettrodi circolari che possono essere posizionati in diverse configurazioni spaziali, i cui segnali possono essere prelevati mediante diverse tecniche di acquisizione differenziali. I segnali prelevati dagli elettrodi rappresentano gli effettivi segnali grezzi sEMG rilevati, che sono influenzati da alcuni effetti inerenti alla geometria della specifica configurazione adottata in fase di acquisizione. Questi effetti si possono descrivere mediante dei modelli matematici. Altre componenti che pesano sul segnale grezzo sono le interferenze, ovvero componenti aliene che ne modificano l’andamento temporale. Nella parte sperimentale presentata, vengono proposti degli esempi di acquisizione realizzate utilizzando matrici flessibili di elettrodi stampati a getto di inchiostro con nanoparticelle di argento, di diverse dimensioni, indossabili senza una particolare preparazione preliminare nel trattare la pelle o qualifica dell’utilizzatore nell’applicare la matrice. Una volta acquisito il segnale grezzo è stata fatta un’analisi utilizzando specifiche tecniche di filtraggio per rimuovere i segnali parassiti e lasciare la sola componente utile allo scopo del prelievo sEMG, con lo scopo di ricavare dati generici riguardo l’attività muscolare.