Design considerations for invasive electromyographic sensors
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-12-29
Department
Major/Subject
Electronic and Digital Systems
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Automation and Electrical Engineering
Language
en
Pages
53
Series
Abstract
Electromyography (EMG) is the recording of electrical activities of the muscle and is applied in fields such as prosthetic control and neurorehabilitation. The recordings can be done either through non-invasive surface electromyography (sEMG) or invasive intramuscular electromyography (iEMG). The advantages of sEMG include ease of use and safety achieved through simple sensor placement over the skin, but it suffers from lower selectivity and accuracy. In contrast, the iEMG offers higher selectivity and accuracy by inserting the sensor into the muscle, but it requires biocompatibility, more complex sensor design, and precise sensor placement. The aim of this master’s thesis is to develop an in vitro process for iEMG sensor design. To achieve this, a commercial wire electrode was exposed to synthetic electric signals consisting of selected sine waves and chirps. The tests were done in vitro with a modified ballistic gel phantom in a controlled laboratory environment. The phantoms were carefully designed to closely replicate electrophysiological characteristics of the muscle tissue. The obtained data was used to systematically evaluate the electrode performance and derive electrical temporal/frequency parameters of sensor under development. The main findings of the study suggest that the in vitro testing process can sufficiently describe the presented iEMG sensors, as well as identify their characteristics that can be leveraged for further sensor developments. While the results are promising, and the applicability of the process is high, there is still room for improvement. Namely, the testing should be done with other electrodes and electrode setups as well as consideration of other design parameters should be considered. Still, the process is versatile and easy to expand upon, thus providing a sound platform for further research.Elektromyografia (EMG) on lihasten sähköisen toiminnan nauhoitus ja sitä sovelletaan aloihin kuten proteesin hallintaan ja hermokuntoutukseen. Mittaus voidaan tehdä joko ei-invasiivisella pinnan elektromyografialla (sEMG) tai invasiivisella lihaksen sisäisellä elektromyografialla (iEMG). sEMG:n hyötyihin kuuluvat helppokäyttöisyys ja turvallisuus, jotka saavutetaan laittamalla yksinkertaisesti anturi ihon päälle, mutta se kärsii alhaisemmasta selektiivisyydestä ja tarkkuudesta. Sitä vastoin iEMG tarjoaa korkeamman selektiivisyyden ja tarkkuuden asettamalla anturi lihakseen, mutta se vaatii bioyhteensopivuutta, enemmän kompleksista anturin suunnittelua ja tarkkaa anturin sijoittamista. Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää in vitro prosessi iEMG-antureiden suunnittelulle. Tavoittaakseen tämän, kaupallinen lankaelektrodi altistettiin keino-tekoisille sähköisille signaaleille, jotka koostuivat siniaalloista ja sirkutuksista. Testit tehtiin in vitro muokatulla ballistisella geelifantomilla hallitussa laboratoriotilassa. Fantomit suunniteltiin huolellisesti kopioimaan lihaskudoksen sähköfysiologisia ominaisuuksia. Saatua dataa käytettiin systemaattisesti arvioimaan elektrodin toimintakykyä ja johtaa testatun sensorin sähköisiä aika-/taajuusparametreja. Tutkimuksen päähavainnot viittaavat siihen, että in vitro testausprosessi voi riittävästi kuvailla esiteltyjä iEMG-antureita sekä tunnistaa niiden ominaisuuksia, joita voidaan hyödyntää anturien jatkokehityksessä. Vaikka tulokset ovat lupaavia ja prosessin soveltuvuus on korkea, on olemassa vielä parantamisen varaa. Testaus pitäisi nimittäin tehdä muilla elektrodeilla ja elektrodijärjestelyillä sekä muita suunnitteluparametrejä pitäisi harkita. Prosessi on kuitenkin monikäyttöinen ja helposti laajennettavissa, mikä tarjoaa hyvän pohjan jatkotutkimukselle.Description
Supervisor
Vujaklija, IvanKeywords
electromyography, EMG, sensor, invasive, electrode, in vitro, chirp