Motor unit conduction velocity distribution estimation: Assessment of two short-term processing methods

Abstract

Muscle fibre conduction velocity (MFCV) can be used as an index of the structural and/or functional modifications that can occur during fatigue or pathological processes. Current evaluation of MFCV from surface electromyography (SEMG) classically produces an average value. However, a single mean value is not sufficient when modifications affect only a small part of the conduction velocity distribution. In such a case, an estimation of the whole motor unit conduction velocity distribution (MUCV) would be advantageous. The aim of this study was the evaluation of the quality of two short-term methods based on cross-correlation (CC) and peak-to-peak (PP) estimation. A comprehensive simulation program was used to generate signals with known MUCV distributions. The Dmax statistic of Kolmogorov-Smirnov was used as an error criterion to quantify the estimation error and to optimise the MUCV distribution computation algorithms. The minimum error was observed for an analysing window of 10ms for PP and 15ms for CC. Dmax was significantly lower for PP (0.195+/-0.054) than for CC (0.343+/-0.073). Various simulations showed the strong effect of the variance of the true distribution on the features of the estimated ones. Clinical data measured on the abductor pollicis brevis were studied. MUCV was estimated on a healthy subject (3.63+/-0.87ms(-1)), a patient suffering from a myopathy (2.73+/-0.51ms(-1)) and one suffering from a neuropathy (4.38+/-0.23ms(-1)). The results demonstrate the overall superiority of a peak-to-peak approach.

Methods for estimating muscle fibre conduction velocity from surface electromyographic signals

“…The detection of peaks or valleys has been applied in many studies on single MU CV (LYNN, 1979;GYDIKOV, 1981;HOGREL and DUCHENE, 2002). it is clear that the temporal resolution with which a peak is detected is limited by the sampling rate, which should thus be sufficiently high (or the signals should be re-sampled off-line).…”

Sistematização de procedimentos e algoritmos para o cálculo da velocidade de condução

“…A abordagem da estimativa por meio da média nem sempre é suficiente para expressar adequadamente os fenômenos fisiológicos, considerando que ela é influenciada por uma variedade de fatores incontroláveis (Farina et al, 2001). Outra alternativa é estimar a distribuição da VC ao longo do tempo que permite caracterizar os componentes individuais de propagação da VC (Hogrel & Duchene, 2002;Ledoux et al, 2006 …”

“…Ele é um parâmetro complexo para ser estimado com precisão, pois a sua estimativa é afetada pela contribuição de todos os potenciais de ação superficiais ativos. Isto se dá devido aos seguintes fatores: tipo e diâmetro das fibras musculares, concentrações de íons, pH, temperatura do músculo e a taxa de disparos das unidades motoras (Farina & Merletti, 2000;Farina et al, 2000b;Hogrel & Duchene, 2002).…”

“…Isto é evidenciado, por exemplo, em estudos que tratam a VC como uma distribuição para questões que estudam o processo fadiga (Farina et al, 2001). Hogrel & Duchene (2002), ressaltaram que a análise da VC como uma distribuição pode ser especialmente interessante durante processos fisiológicos como a fadiga ou estados patológicos específicos, como as miopatias. Além disso, é importante ressaltar que a estimativa da VC média é um parâmetro tendencioso, sofre influência dos potenciais de ação mais frequentes e maiores (Farina et al, 2001).…”

“…Neste trabalho foram propostos algoritmos para o cálculo da VC no domínio temporal, baseados nos propostos por Hogrel & Duchene (2002) Como considerações finais, esta tese contribui para que um profissional, que queira calcular este parâmetro, tenha uma sistematização de um processo explícito e consiga executá-lo de forma a visualizar o fenômeno graficamente. Além disso, dentro desta tese existem contribuições em cada uma das etapas que podem ser utilizadas separadamente, que apresentam conhecimentos novos e relevantes para diversas dificuldades encontradas no decorrer do cálculo da VC.…”