Orientador: Carlos Arturo Levi D'Ancona / Texto em português e inglês / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-24T18:45:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lucio_AdeliaCorreia_D.pdf: 1271743 bytes, checksum: 0b9b6397ac1c0ba8278df2217374c852 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Objetivos: O objetivo do presente estudo foi comparar as duas modalidades de eletroterapia mais utilizadas na prática clínica para o tratamento de sintomas do trato urinário inferior (STUI), a eletroestimulação transcutânea do nervo tibial e eletroestimulação intravaginal, em mulheres com esclerose múltipla (EM) bem como investigar a influência na função sexual e Qualidade de Vida (QV). Métodos: Foi realizado um ensaio clínico prospectivo, randomizado e cego, composto por trinta mulheres com EM e STUI alocadas aleatoriamente em um dos três grupos e foram tratadas durante 12 semanas: Grupo I: treinamento dos músculos do assoalho pélvico (MAP) com biofeedback eletromiográfico (EMG) e eletroestimulação placebo (GI, n= 10), Grupo II: treinamento dos MAP com biofeedback EMG e eletroestimulação intravaginal (GII, n= 10), Grupo III: treinamento dos MAP com biofeedback EMG e eletroestimulação transcutânea do nervo tibial (GIII, n= 10). As avaliações, realizadas antes e após o tratamento, foram: teste do absorvente de 24 horas, diário miccional de três dias, função dos MAP de acordo com o esquema PERFECT, tônus e habilidade de relaxamento dos MAP, flexibilidade da abertura vaginal e estudo urodinâmico que avaliou a capacidade cistométrica máxima, complacência da bexiga, amplitude máxima da hiperatividade detrusora, fluxo máximo (Qmax), pressão do detrusor no Qmax e volume residual pós-miccional. Foram utilizados os questionários: OAB-V8, ICIQ-SF, Qualiveen e, o questionário de sexualidade, FSFI. Resultados: Após o tratamento, todos os grupos apresentaram redução no peso dos absorventes e redução dos episódios de urgência e urge incontinência. Apresentaram melhora em todos os domínios do esquema PERFECT, diminuição da pontuação dos questionários OAB-V8, ICIQ-SF e aumento na pontuação dos domínios excitação, lubrificação vaginal, satisfação no escore total do questionário FSFI. GII melhorou significantemente quando comparado à GI e GIII em relação ao tônus, flexibilidade e capacidade de relaxamento dos MAP e na pontuação do questionário OAB-V8. Conclusão: Os resultados sugerem que o treinamento dos MAP isoladamente ou em combinação com a eletroestimulação transcutânea do nervo tibial ou eletroestimulação intravaginal é eficaz no tratamento de STUI e função sexual de mulheres com EM, sendo que a combinação do treinamento dos MAP com a eletroestimulação intravaginal oferece vantagens adicionais na redução do tônus muscular e STUI / Abstract: Objectives: The aim of this study is to compare two methods of electrotherapy, most used in clinical practice for the treatment of lower urinary tract symptoms (LUTS), the transcutaneous tibial nerve electrostimulation and intravaginal electrostimulation in women with multiple sclerosis (MS) and its influence on sexual function and Quality of Life (QOL) of these women. Methods: A prospective, randomized, blinded clinical trial was carried out. Thirty women with MS and LUTS were randomly allocated into one of three groups and received treatment for 12 weeks: Group I: pelvic floor muscle training (PFMT) with electromyographic (EMG) biofeedback and sham electrostimulation (GI, n=10), Group II: PFMT with EMG biofeedback and intravaginal electrostimulation (GII, n=10), Group III: PFMT with EMG biofeedback and transcutaneous tibial nerve stimulation (GIII, n=10). Assessments, performed before and after the treatment, included: 24 hours pad test, three days bladder diary, PFM functioning according to the PERFECT scheme, tone and ability to relax PFM, flexibility of vaginal opening and maximum cystometric capacity, bladder compliance, maximum amplitude of detrusor overactivity, maximum flow rate (Qmax), detrusor pressure at Qmax and post-void residual volume outcomes of urodynamic study. The questionnaires included: OAB-V8, ICIQ-SF, Qualiveen and, the questionnaire of sexuality, FSFI. Results: After treatment, all groups showed a reduction in pad weight and reduced episodes of urgency and urge incontinence. They also showed improvements in all domains of the PERFECT scheme, decreased scores of OAB-V8 and ICIQ-SF questionnaires and increased scores of arousal, vaginal lubrication, satisfaction and total score domains of FSFI questionnaire. GII was significantly improved when compared to GI and GIII related to tone, flexibility and relaxation of PFM and, also, in the score of OAB-V8 questionnaire. Conclusion: The results suggest that PFMT alone or in combination with intravaginal electrostimulation or transcutaneous tibial nerve electrostimulation is effective in the treatment of LUTS and sexual function in MS patients, with the combination of PFMT and intravaginal electrostimulation offering some advantage in the reduction of muscle tone and LUTS / Doutorado / Fisiopatologia Cirúrgica / Doutora em Ciências

The thesis deals with the effect of two methods of physical therapy on myofascial trigger point, in particular combined therapy (US + TENS) and ultra- electrostimulation. Furthermore, there is investigated whether the release of MTrP is reflected in values of pressure pain threshold in chained muscles and there is discussed the use of combined therapy as an objectification tool. The theoretical part of the thesis deals with general and latest knowledge about myofascial trigger points. There are discussed some possibilities of the therapy with emphasis on physical therapy and transcutaneous electroneurostimulation, which form the basis for combined therapy (CT) and ultra-electrostimulation. The research part evaluates the effect of combined therapy and ultra-electrostimulation on a group of 12 probands randomly divided into two subgroups. Values of pressure pain threshold sensitivity, visual analogue pain scale (VAS) and the minimum intensity of electric current necessary to induce muscle contraction (measured by combined therapy) are used for objectification. Ultra-electrostimulation has proven to be a more effective method in VAS values, but in summary, the results cannot be considered statistically significant. The effect of MTrP release (of the trapezius muscle) on the chained muscles could not...

No / A significant number of people in the UK experience chronic pain, resulting in high levels of suffering and reduced quality of life. Management of chronic pain is complex, time consuming and not always successful. Good communication between patients and healthcare professionals is essential to ensure realistic treatment plans and outcomes can be negotiated. Accurate assessment is also key, and nurses play a fundamental role in ensuring patients with chronic pain receive the most appropriate care.

Objectifs: Hepatocyte Growth Factor (HGF) améliore la régénération axonale et la survie des motoneurones lors du développement embryonnaire. Son rôle dans la régénération des nerfs périphériques lésés chez l’adulte n’a pas encore été étudié. Notre objectif est de déterminer l’expression de HGF dans la moelle épinière murine suite à une axotomie, avec ou sans stimulation électrique, directe ou transcutanée. Méthodes: Soixante souris C57BL/6 adultes ont été divisées en 5 groupes : Contrôle (n=12), Placebo (n=12), Axotomie (n=12, lacération et réparation immédiate du nerf sciatique), Directe (n=12, lacération, réparation immédiate et stimulation électrique directe proximale du nerf sciatique, 1h, 20 Hz) et Transcutanée (n=12, lacération, réparation immédiate et stimulation électrique transcutanée proximale du nerf sciatique, 1h, 20 Hz). Les moelles épinières ont été recueillies 1, 3, 7 et 14 jours suivant l’intervention. L’expression de HGF a été évaluée par technique d’hybridation in situ. Résultats: Nos résultats démontrent une augmentation de l’expression de HGF dans les moelles épinières murines suite à l’axotomie. Cette augmentation est plus rapide suite à la stimulation électrique, autant directe que transcutanée. L’expression de HGF devient localisée aux zones motrices de la moelle épinière murine dans les groupes Axotomie, Directe et Transcutanée. Conclusions: HGF, facteur neurotrophique impliqué de le développement et la survie des motoneurones, a une expression altérée suite à la lacération du nerf sciatique. Ceci suggère fortement qu’il participe aussi à la régénération des nerfs moteurs. De plus, l’expression plus rapide de HGF suite à la stimulation électrique suggère son implication dans l’augmentation de la régénération nerveuse. / Purpose: Hepatocyte Growth Factor (HGF) plays a role in promoting axonal growth and survival of motoneurons during embryonic development. This factor might also be important in directing the regeneration of adult motoneurons following laceration. We aim to identify the expression patterns of HGF following axotomy, with or without direct or transcutaneous electrical nerve stimulation in a mouse model. Methods: Sixty adult C57BL/6 mice were divided into 5 groups: Control (n=12), Sham (n=12), Axotomy (n=12, sciatic nerve laceration and immediate repair), Direct (n=12, sciatic nerve laceration, immediate repair and application of direct electrical stimulation on the proximal nerve end, 1h, 20 Hz) and Transcutaneous (n=12, nerve laceration and immediate repair followed by proximal transcutaneous electrical stimulation, 1h, 20 Hz). Spinal cords were harvested at 1, 3, 7 and 14 days post-surgery. The expression patterns of HGF were measured using in situ hybridization. Results: Our results showed an upregulation of HGF expression in mouse spinal cords following sciatic nerve axotomy. This occurred more quickly following electrical stimulation in both Direct and Transcutaneous groups. The expression pattern of HGF became localized to the motor neuron pools in the Axotomy, Direct and Transcutaneous groups. Conclusions: HGF, a growth factor involved in directing the outgrowth of motor axons in development, has an altered expression pattern following sciatic nerve laceration, suggesting it may also play a role in directing motoneuron regeneration. Furthermore, rapid change in the expression pattern of HGF following electrical stimulation suggests it may also be involved in the upregulation of nerve regeneration following electrical stimulation.

Wireless operation, near-field or far-field, is a core functionality of any mobile or autonomous system. These systems are battery operated or most often utilize energy scavenging as a means of power generation. Limited access to power, expected long and uninterrupted operation, and constrained physical parameters (e.g. weight and size), which limit overall power harvesting capabilities, are factors that outline the importance for innovative low-power approaches and designs in advanced low-power wireless applications. Low-power approaches become especially important for the wireless transceiver, the block in charge of wireless/remote functionality of the system, as this block is usually the most power hungry component in an integrated system-on-chip (SoC). Three such advanced applications with stringent power requirements are examined including space-based exploratory remote sensing probes and their associated radiation effects, millimeter-wave phased-array radar for high-altitude tactical and geological imaging, and implantable biomedical devices (IMDs), leading to the proposal and implementation of low-power wireless solutions for these applications in SiGe BiCMOS and CMOS and platforms.

Submitted in partial compliance with the requirements for the Master’s Degree in Technology: Chiropractic, Durban University of Technology, 2014. / Background: Myofascial Pain and Dysfunction (MPD) is a diagnosis commonly encountered by practitioners, hence, there are several treatment approaches employed by various practicing physicians. Practitioners are required to perform evidence-based protocols on patients; however, such intervention becomes increasingly difficult with the increasing volume of evidence available with regards to treatment of MPD. A systematic review provides a well-structured, critical analysis of the available protocols, and as such, provides practitioners with an evidence-based summary of the available modalities and the effectiveness of these modalities. Thus, the aim of the study was to systematically review and evaluate the literature to determine the effects of various non-invasive modalities on MPD. Objectives: Studies investigating various non-invasive modalities were identified, evaluated against the inclusion criteria and then reviewed against PEDro criteria to present current available evidence regarding their effectiveness as a source of treatment for MPD. Methods: A literature search was conducted, based on key terms including: active and latent myofascial trigger points, manual therapy, manipulation, acupressure, massage, muscle stretching, ultrasound, transcutaneous electric nerve stimulation, electric stimulation therapy, magnetic field therapy, and exercise therapy. Databases searched were: PubMed, EBSCOhost, Medline, CINAL, Proquest, Health Source, Sport Discus, Science Direct, Springer Link, Google Scholar and Summons. The articles were screened according to inclusion and exclusion criteria, after which a secondary hand and reference searches were performed. Thereafter, the articles were reviewed by four independent reviewers and the researcher. The PEDro Scale was used to determine methodological rigor of the included studies. The results were then analysed and ranked. Results: Following the screening process during data collection for this study, a total of 25 studies were identified and included. The review and ranking of these studies revealed a moderate level of evidence present for the effectiveness of Topical Agents. A limited level of evidence was noted for TENS, Ischemic Compression, Ultrasound, Laser and Other Modalities. Approximately 25% of the reviewed studies involved combination therapies; hence their outcomes cannot be applied to the effectiveness of individual modalities. Conclusion: Upon comparison of the quality of evidence available for the various types of modalities present for the treatment of MPD, it was noted that Topical Agents were supported by a stronger level of evidence than TENS, Ischeamic Compression, Ultrasound, Laser and Other Modalities. However, due to a lack of strong overall evidence for any of these modalities it has been concluded that more research is required to establish which modality is in fact the most effective.

CAPES / A insuficiência respiratória gerada pela lesão medular, em pessoas com tetraplegia e paraplegia torácica alta, tem sido uma das principais causas de morte desses indivíduos. A paralisação, total ou parcial, dos músculos abdominais e do diafragma dificulta a produção de tosse e diminui o volume corrente da ventilação. Este problema pode ser amenizado por meio do tratamento com estimulação elétrica funcional transcutânea (EEFT), na musculatura diafragmática e abdominal, sincronizada com a respiração espontânea. Poucos estudos têm sido direcionados a esta área e foi constatado que é de grande interesse científico que seja desenvolvido um sistema capaz de automaticamente sincronizar a estimulação elétrica com os eventos de inspiração (estimulação diafragmática) e expiração (estimulação abdominal). Por isso, nesta dissertação, desenvolveu-se um sistema de aquisição de sinal respiratório e detecção dos eventos de inspiração e expiração para sincronismo da EEFT durante a respiração tranquila. O sistema emprega uma cinta elástica acoplada a uma célula de carga baseada em strain gauges para a aquisição do sinal respiratório. Um algoritmo, baseado em análise estatística do sinal, foi desenvolvido para a detecção das fases de inspiração e expiração.Testes foram realizados em oito voluntários hígidos. A cinta foi posicionada na região da última costela, e sinais foram adquiridos com o auxílio de um osciloscópio digital. Um fisioterapeuta ajudou na análise dos sinais. Foi realizada a contagem de inspirações e expirações detectadas corretamente. O resultado dos testes alcançou a taxa de 82% de acerto na detecção dos eventos inspiratórios, e 96% para os eventos expiratórios. Os resultados indicam que o sistema desenvolvido é eficiente para a aquisição de sinais respiratórios e o algoritmo criado pode propiciar a sincronização da EEFT, com o paciente tratado em posição quase estática. / The respiratory failure, caused by spinal cord injury in people with high thoracic paraplegia and tetraplegia, has been the major cause of death for those individuals. The total or partial paralysis of the abdominal muscles and the diaphragm hinders the production of cough and decreases tidal volume. This problem can be alleviated by treatment with transcutaneous functional electrical stimulation (TFES), on diaphragm and abdominal muscles synchronized with the spontaneous respiration. Few studies have been conducted on this matter, and it was found that is of great scientific interest the development of a system capable of automatically triggering the electrical stimulation with inspiration (diaphragmatic stimulation) and expiration events (abdominal stimulation). Therefore, in this work, a respiratory signal acquisition system was developed for the detection of inspiration and expiration events for triggering the electrical stimulation during quiet breathing. The system employs an elastic belt attached to a load cell based on strain gauges for acquiring the respiratory signal. An algorithm based on signal statistical analysis was developed for the detection of inspiration and expiration events. Tests were carried out in eight healthy volunteers. The belt was positioned at the last rib region, and signals were obtained with the aid of a digital oscilloscope. A physical therapist helped in the analysis of the signals by counting the inspiratory and expiratory events. The results reached the accuracy of 82% in the detection of inspiratory events, and 96% for expiratory events. The results indicate that the developed system is effective for the acquisition of respiratory signals and the created algorithm can provide synchronization of TFES with the patient in quasi-static situation during treatment.

CNPq / Introdução: As pessoas com lesão medular (LM) podem ter seus músculos paralisados ativados por meio da estimulação elétrica funcional (FES) sobre vias neurais presentes próximas à pele. Estas estimulações elétricas são importantes para a recuperação do trofismo neuromuscular ou durante o controle de movimento por próteses neurais. No entanto, ao longo da aplicação da FES, a fadiga ocorre, diminuindo a eficiência da contração, principalmente devido à hipotrofia neuromuscular presente nessa população. A aquisição da vibração das fibras musculares como indicador de fadiga é registrada por meio da técnica de mecanomiografia (MMG), que não sofre interferências elétricas decorrentes da aplicação da FES. Objetivo: Caracterizar a vibração do músculo reto femoral durante protocolo de fadiga neuromuscular eletricamente evocada em pessoas com lesão medular completa. Método: 24 membros (direito e esquerdo) de 15 participantes (idade: 27±5 anos) do sexo masculino (A e B na American Spinal Injury Impairment Scale) foram selecionados. Um estimulador elétrico operando como fonte de tensão, desenvolvido especialmente para pesquisa, foi configurado com: freqüência de pulso em 1 kHz (20% de ciclo de trabalho) e trem de pulsos (modulação) em 70 Hz (20% período ativo). O sinal triaxial [X (transversal), Y (longitudinal) e Z (perpendicular)] da MMG foi processado com filtro Butterworth de terceira ordem e banda passante entre 5 e 50 Hz. Previamente ao protocolo, a tensão de saída do estimulador foi incrementada (~3 V/s evitando-se a adaptação/habituação dos motoneurônios) até alcançar a extensão máxima eletricamente estimulada (EMEE) da articulação do joelho. Uma célula de carga foi usada para registrar a resposta de força, onde após a sua colocação, a intensidade da FES necessária para alcançar a EMEE foi aplicada e registrada pela célula de carga como 100% da força (F100%). Durante o protocolo de fadiga neuromuscular, a intensidade do estímulo foi incrementada durante o controle para manter a força em F100%. Quatro instantes (I - IV) foram selecionados entre F100% e a incapacidade da FES manter a resposta de força acima de 30% (F30%). O sinal foi processado nos domínios temporal (energia), espectral (frequência mediana) e wavelet (temporal-espectral com doze bandas de frequência entre 5 e 53 Hz). Os dados extraídos foram normalizados pelo instante inicial (I) gerando unidades arbitrárias (u.a.), e testados com estatística não paramétrica. Resultados: A frequência mediana não apresentou significância estatística. Em relação aos eixos de deslocamento da MMG, o eixo transversal mostrou o maior número de resultados estatisticamente significantivos. A energia da vibração das fibras musculares (domínio temporal) indicou diminuição entre os instantes I (músculo fresco) e II (pré-fadiga), como também entre os instantes I e IV (fadigado) com redução significativa. O domínio wavelet teve como foco o eixo transversal, especialmente as bandas de frequência de 13, 16, 20, 25 e 35 Hz, por terem indicado redução significativa durante a fadiga neuromuscular; principalmente, a banda de 25 Hz, que indicou redução significativa entre o instante I (valor da mediana dos dados de 0,53 u.a.) e os demais instantes [II (0,30 u.a), III (0,28 u.a.) e IV (0,24 u.a.)]. Conclusão: A fadiga neuromuscular é caracterizada pela redução da energia do sinal no eixo de deslocamento transversal (X) da vibração do músculo reto femoral, em pessoas com lesão medular completa, tanto no domínio temporal quanto principalmente no domínio wavelet, sendo a banda de frequência de 25 Hz a mais relevante, porque sua energia diminui com a ocorrência da fadiga neuromuscular. Estes achados abrem a possibilidade de aplicação em sistemas de malha fechada durante procedimentos de reabilitação física utilizando FES ou no controle de próteses neurais. / Introduction: People with spinal cord injury (SCI) may have the paralyzed muscles activated through functional electrical stimulation (FES) on neural pathways present below the skin. These electrical stimulations are important to restore the neuromuscular trophism or during the movement control using neural prostheses. However, prolonged FES application causes fatigue, which decreases the contraction strength, mainly due the neuromuscular hypotrophy in this population. The acquisition of myofibers’ vibration is recognized by mechanomyography (MMG) system and does not suffer electrical interference from the FES system. Objective: To characterize the rectus femoris muscle vibration during electrically evoked neuromuscular fatigue protocol in complete spinal cord injury subjects. Methods: As sample, 24 limbs (right and left) from 15 male participants (age: 27±5 y.o.) and ranked as A and B according to American Spinal Injury Impairment Scale) were selected. An electrical stimulator operating as voltage source, specially developed for research, was configured as: pulse frequency set to 1 kHz (20% duty cycle) and burst (modulating) frequency set to 70 Hz (20% active period). The triaxial [X (transverse), Y (longitudinal) and Z (perpendicular)] MMG signal of rectus femoris muscle was processed with a third-order 5-50 Hz bandpass Butterworth filter. A load cell was used to register the force. The stimulator output voltage was increased (~3 V/s to avoid motoneuron adaptation/habituation) until the maximal electrically-evoked extension (MEEE) of the knee joint. After the load cell placement, the stimuli magnitude required to reach MEEE was applied and registered by the load cell as muscular F100% response. Stimuli intensity was increased during the control to keep the force in F100%. Four instants (I - IV) were selected from F100% up to the inability to keep the FES response force above 30% (F30%). The signal was processed in temporal (energy), spectral (median frequency) and wavelet (temporal-spectral with twelve band frequencies between 5 and 53 Hz) domains. All data were normalized by initial instant, creating arbitrary units (a.u.), and non-parametric tests were applied. Results: The median frequency did not show statistical significance. Regarding the MMG axes, the transverse axis showed most statistical differences. The MMG energy (temporal domain) indicates the decrease between the instants I (unfatigued) and II (pre-fatigue), as well as instants I and IV (fatigued). The wavelet domain focused on the transverse axis, especially on 13, 16, 20, 25 and 35 Hz frequency bands, for having shown significant reduction proven during neuromuscular fatigue. In focus on 25 Hz band frequency that showed a constant decrease between instants I (median value from data de 0.53 a.u.) with subsequent instants [II (0.30 a.u.), III (0.28 a.u.) and IV (0.24 a.u.). Conclusion: Neuromuscular fatigue is characterized by energy decrease in MMG X-axis (transverse) signal of vibration on the rectus femoris muscle for complete spinal cord injured subjects, in the temporal domain but mainly in the wavelet domain. The 25 Hz is the most important band frequency because its energy decreases with neuromuscular fatigue. These findings open the possibility of application in closed-loop systems during physical rehabilitation procedures using FES or in the control of neural prostheses.

CAPES / A insuficiência respiratória gerada pela lesão medular, em pessoas com tetraplegia e paraplegia torácica alta, tem sido uma das principais causas de morte desses indivíduos. A paralisação, total ou parcial, dos músculos abdominais e do diafragma dificulta a produção de tosse e diminui o volume corrente da ventilação. Este problema pode ser amenizado por meio do tratamento com estimulação elétrica funcional transcutânea (EEFT), na musculatura diafragmática e abdominal, sincronizada com a respiração espontânea. Poucos estudos têm sido direcionados a esta área e foi constatado que é de grande interesse científico que seja desenvolvido um sistema capaz de automaticamente sincronizar a estimulação elétrica com os eventos de inspiração (estimulação diafragmática) e expiração (estimulação abdominal). Por isso, nesta dissertação, desenvolveu-se um sistema de aquisição de sinal respiratório e detecção dos eventos de inspiração e expiração para sincronismo da EEFT durante a respiração tranquila. O sistema emprega uma cinta elástica acoplada a uma célula de carga baseada em strain gauges para a aquisição do sinal respiratório. Um algoritmo, baseado em análise estatística do sinal, foi desenvolvido para a detecção das fases de inspiração e expiração.Testes foram realizados em oito voluntários hígidos. A cinta foi posicionada na região da última costela, e sinais foram adquiridos com o auxílio de um osciloscópio digital. Um fisioterapeuta ajudou na análise dos sinais. Foi realizada a contagem de inspirações e expirações detectadas corretamente. O resultado dos testes alcançou a taxa de 82% de acerto na detecção dos eventos inspiratórios, e 96% para os eventos expiratórios. Os resultados indicam que o sistema desenvolvido é eficiente para a aquisição de sinais respiratórios e o algoritmo criado pode propiciar a sincronização da EEFT, com o paciente tratado em posição quase estática. / The respiratory failure, caused by spinal cord injury in people with high thoracic paraplegia and tetraplegia, has been the major cause of death for those individuals. The total or partial paralysis of the abdominal muscles and the diaphragm hinders the production of cough and decreases tidal volume. This problem can be alleviated by treatment with transcutaneous functional electrical stimulation (TFES), on diaphragm and abdominal muscles synchronized with the spontaneous respiration. Few studies have been conducted on this matter, and it was found that is of great scientific interest the development of a system capable of automatically triggering the electrical stimulation with inspiration (diaphragmatic stimulation) and expiration events (abdominal stimulation). Therefore, in this work, a respiratory signal acquisition system was developed for the detection of inspiration and expiration events for triggering the electrical stimulation during quiet breathing. The system employs an elastic belt attached to a load cell based on strain gauges for acquiring the respiratory signal. An algorithm based on signal statistical analysis was developed for the detection of inspiration and expiration events. Tests were carried out in eight healthy volunteers. The belt was positioned at the last rib region, and signals were obtained with the aid of a digital oscilloscope. A physical therapist helped in the analysis of the signals by counting the inspiratory and expiratory events. The results reached the accuracy of 82% in the detection of inspiratory events, and 96% for expiratory events. The results indicate that the developed system is effective for the acquisition of respiratory signals and the created algorithm can provide synchronization of TFES with the patient in quasi-static situation during treatment.

CNPq / Introdução: As pessoas com lesão medular (LM) podem ter seus músculos paralisados ativados por meio da estimulação elétrica funcional (FES) sobre vias neurais presentes próximas à pele. Estas estimulações elétricas são importantes para a recuperação do trofismo neuromuscular ou durante o controle de movimento por próteses neurais. No entanto, ao longo da aplicação da FES, a fadiga ocorre, diminuindo a eficiência da contração, principalmente devido à hipotrofia neuromuscular presente nessa população. A aquisição da vibração das fibras musculares como indicador de fadiga é registrada por meio da técnica de mecanomiografia (MMG), que não sofre interferências elétricas decorrentes da aplicação da FES. Objetivo: Caracterizar a vibração do músculo reto femoral durante protocolo de fadiga neuromuscular eletricamente evocada em pessoas com lesão medular completa. Método: 24 membros (direito e esquerdo) de 15 participantes (idade: 27±5 anos) do sexo masculino (A e B na American Spinal Injury Impairment Scale) foram selecionados. Um estimulador elétrico operando como fonte de tensão, desenvolvido especialmente para pesquisa, foi configurado com: freqüência de pulso em 1 kHz (20% de ciclo de trabalho) e trem de pulsos (modulação) em 70 Hz (20% período ativo). O sinal triaxial [X (transversal), Y (longitudinal) e Z (perpendicular)] da MMG foi processado com filtro Butterworth de terceira ordem e banda passante entre 5 e 50 Hz. Previamente ao protocolo, a tensão de saída do estimulador foi incrementada (~3 V/s evitando-se a adaptação/habituação dos motoneurônios) até alcançar a extensão máxima eletricamente estimulada (EMEE) da articulação do joelho. Uma célula de carga foi usada para registrar a resposta de força, onde após a sua colocação, a intensidade da FES necessária para alcançar a EMEE foi aplicada e registrada pela célula de carga como 100% da força (F100%). Durante o protocolo de fadiga neuromuscular, a intensidade do estímulo foi incrementada durante o controle para manter a força em F100%. Quatro instantes (I - IV) foram selecionados entre F100% e a incapacidade da FES manter a resposta de força acima de 30% (F30%). O sinal foi processado nos domínios temporal (energia), espectral (frequência mediana) e wavelet (temporal-espectral com doze bandas de frequência entre 5 e 53 Hz). Os dados extraídos foram normalizados pelo instante inicial (I) gerando unidades arbitrárias (u.a.), e testados com estatística não paramétrica. Resultados: A frequência mediana não apresentou significância estatística. Em relação aos eixos de deslocamento da MMG, o eixo transversal mostrou o maior número de resultados estatisticamente significantivos. A energia da vibração das fibras musculares (domínio temporal) indicou diminuição entre os instantes I (músculo fresco) e II (pré-fadiga), como também entre os instantes I e IV (fadigado) com redução significativa. O domínio wavelet teve como foco o eixo transversal, especialmente as bandas de frequência de 13, 16, 20, 25 e 35 Hz, por terem indicado redução significativa durante a fadiga neuromuscular; principalmente, a banda de 25 Hz, que indicou redução significativa entre o instante I (valor da mediana dos dados de 0,53 u.a.) e os demais instantes [II (0,30 u.a), III (0,28 u.a.) e IV (0,24 u.a.)]. Conclusão: A fadiga neuromuscular é caracterizada pela redução da energia do sinal no eixo de deslocamento transversal (X) da vibração do músculo reto femoral, em pessoas com lesão medular completa, tanto no domínio temporal quanto principalmente no domínio wavelet, sendo a banda de frequência de 25 Hz a mais relevante, porque sua energia diminui com a ocorrência da fadiga neuromuscular. Estes achados abrem a possibilidade de aplicação em sistemas de malha fechada durante procedimentos de reabilitação física utilizando FES ou no controle de próteses neurais. / Introduction: People with spinal cord injury (SCI) may have the paralyzed muscles activated through functional electrical stimulation (FES) on neural pathways present below the skin. These electrical stimulations are important to restore the neuromuscular trophism or during the movement control using neural prostheses. However, prolonged FES application causes fatigue, which decreases the contraction strength, mainly due the neuromuscular hypotrophy in this population. The acquisition of myofibers’ vibration is recognized by mechanomyography (MMG) system and does not suffer electrical interference from the FES system. Objective: To characterize the rectus femoris muscle vibration during electrically evoked neuromuscular fatigue protocol in complete spinal cord injury subjects. Methods: As sample, 24 limbs (right and left) from 15 male participants (age: 27±5 y.o.) and ranked as A and B according to American Spinal Injury Impairment Scale) were selected. An electrical stimulator operating as voltage source, specially developed for research, was configured as: pulse frequency set to 1 kHz (20% duty cycle) and burst (modulating) frequency set to 70 Hz (20% active period). The triaxial [X (transverse), Y (longitudinal) and Z (perpendicular)] MMG signal of rectus femoris muscle was processed with a third-order 5-50 Hz bandpass Butterworth filter. A load cell was used to register the force. The stimulator output voltage was increased (~3 V/s to avoid motoneuron adaptation/habituation) until the maximal electrically-evoked extension (MEEE) of the knee joint. After the load cell placement, the stimuli magnitude required to reach MEEE was applied and registered by the load cell as muscular F100% response. Stimuli intensity was increased during the control to keep the force in F100%. Four instants (I - IV) were selected from F100% up to the inability to keep the FES response force above 30% (F30%). The signal was processed in temporal (energy), spectral (median frequency) and wavelet (temporal-spectral with twelve band frequencies between 5 and 53 Hz) domains. All data were normalized by initial instant, creating arbitrary units (a.u.), and non-parametric tests were applied. Results: The median frequency did not show statistical significance. Regarding the MMG axes, the transverse axis showed most statistical differences. The MMG energy (temporal domain) indicates the decrease between the instants I (unfatigued) and II (pre-fatigue), as well as instants I and IV (fatigued). The wavelet domain focused on the transverse axis, especially on 13, 16, 20, 25 and 35 Hz frequency bands, for having shown significant reduction proven during neuromuscular fatigue. In focus on 25 Hz band frequency that showed a constant decrease between instants I (median value from data de 0.53 a.u.) with subsequent instants [II (0.30 a.u.), III (0.28 a.u.) and IV (0.24 a.u.). Conclusion: Neuromuscular fatigue is characterized by energy decrease in MMG X-axis (transverse) signal of vibration on the rectus femoris muscle for complete spinal cord injured subjects, in the temporal domain but mainly in the wavelet domain. The 25 Hz is the most important band frequency because its energy decreases with neuromuscular fatigue. These findings open the possibility of application in closed-loop systems during physical rehabilitation procedures using FES or in the control of neural prostheses.