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Título: Comparação eletromiográfica de métodos de entropia durantecontrações dinâmicas: fadiga neuromuscular
Título(s) alternativo(s): Electromyographic comparison of entropy methods duringdynamic contractions: neuromuscular fatigue
Autor(es): Lex, Ariely Bertolani
Orientador(es): Scalassara, Paulo Rogerio
Palavras-chave: Entropia
Sistemas de reconhecimento de padrões
Redes neurais (Computação)
Entropy
Pattern recognition systems
Neural networks (Computer science)
Data do documento: 11-Dez-2024
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Cornelio Procopio
Citação: LEX, Ariely Bertolani. Comparação eletromiográfica de métodos de entropia durante contrações dinâmicas: fadiga neuromuscular. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2024.
Resumo: Métodos de processamento de sinais e aprendizado de máquinas podem ser aplicados na área biomédica, com base em sinais biológicos. Um exemplo desses sinais é o sinal de eletromiografia, o qual possui aplicação na medicina do esporte e em reabilitação física. A partir desse sinal é possível analisar a fadiga neuromuscular, definida como o declínio da força muscular durante a contração do músculo. Neste trabalho objetiva-se comparar o desempenho de técnicas de análise de fadiga em exercícios de contrações dinâmicas, a partir de medidas de Entropia, bem como, utilizar um modelo preditivo baseado em uma rede neural convolucional unidimensional e analisar características extraídas dos sinais. Inicialmente, a partir da separabilidade dos dados e da extração de características utilizando os parâmetros de Hjorth, classificar a fadiga e a ausência de fadiga do conjunto de dados. A base de dados dispõe de sinais de três músculos do quadríceps femoral do membro inferior de 19 voluntários registrados no decorrer de uma atividade de pedalada. Nas medidas de Entropia Espectral e Entropia de Shannon, o músculo com melhor desempenho no coeficiente angular foi o músculo reto femoral (RF). A Rede Neural Convolucional (CNN) alcançou o valor de acurácia de 61,78%. Conclui-se que os métodos de análise de fadiga baseados em frequência mediana e medidas de entropia demonstram uma boa eficácia na identificação de padrões, contribuindo para a compreensão das mudanças nos sinais de eletromiografia (EMG). Já, a aplicação do modelo CNN apresentou resultados insatisfatórios, indicando que ajustes são necessários para um melhor desempenho.
Abstract: Signal processing methods and machine learning can be applied in the biomedical field based on biological signals. One example of such signals is the electromyography (EMG) signal, which has applications in sports medicine and physical rehabilitation. This signal can be used to analyze neuromuscular fatigue, defined as the decline in muscle strength during muscle contraction. This study aims to compare the performance of fatigue analysis techniques in dynamic contraction exercises using entropy measurements, as well as to employ a predictive model based on a one-dimensional convolutional neural network to analyze features extracted from the signals. Initially, by assessing data separability and extracting features using Hjorth parameters, the goal is to classify fatigue and the absence of fatigue within the dataset. The dataset consists of signals from three quadriceps femoris muscles of the lower limb, recorded from 19 volunteers during a pedaling activity. Regarding Spectral Entropy and Shannon Entropy measurements, the muscle with the best performance in terms of angular coefficient was the rectus femoris (RF) muscle. The Convolutional Neural Network (CNN) achieved an accuracy of 61.78%. It is concluded that fatigue analysis methods based on median frequency and entropy measurements demonstrate good effectiveness in pattern identification, contributing to the understanding of changes in electromyography (EMG) signals. However, the application of the CNN model yielded unsatisfactory results, indicating that further adjustments are necessary to improve performance.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36411
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