Estrat?gia de caracteriza??o de sinais eletromiogr?ficos baseada em redes neurais artificiais para sistemas de controle de m?quinas de movimento cont?nuo

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Sponchiado, Gr?gori Stefanello lattes
Orientador(a): Vargas, Fabian Luis lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Pontif?cia Universidade Cat?lica do Rio Grande do Sul
Programa de Pós-Graduação: Programa de P?s-Gradua??o em Engenharia El?trica
Departamento: Escola Polit?cnica
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
EMG
CPM
CAM
Palavras-chave em Inglês:
EMG
CPM
CAM
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/9333
Resumo: Human beings often suffer from lower limb injuries which are mostly related to aging and daily-motion. This impacts health and exposes human body to undesirable surgical interventions and therapies. In this scenario, the goal of this work is twofold: (a) use artificial neural network (ANN) to identify and classify muscle usage patterns based on electromyographic (EMG) signals, and (b) use the ANN?s output decision to control a Continuous Passive Motion (CPM) machine during a patient physiotherapy session. The strategy uses surface electromyography (sEMG) combined with a supervised learning method and artificial intelligence (AI) to create a feedback signal which allows these devices to function in Continuous Active Motion (CAM) mode. Methods: This work used 300 EMG signals collected from the vastus lateralis muscle of 10 healthy individuals to develop a strength classifier system. The core?s classifier is composed of a trained (backpropagation) feedforward neural network. The EMG signals are classified into predefined force levels, which in turn are used as inputs to control a CPM machine. Thus, there is a direct correspondence between each of the predefined force levels and the CPM machine linear displacement. Results: The trained ANN classifies, at real-time, EMG signals into force levels at 81 % accuracy with computational efficiency. After receiving the predefined force levels from the ANN?s output, the delay of the mechanical control system to adjust the CPM machine is less than 100 seconds. Conclusion: The AIbased assertiveness of the proposed strategy allows us to consider extending the use of single muscle EMG signals to pave the way for controlling another biomechanical machines in a near future.
id P_RS_1bc00671194c2367c84b17343452464d
oai_identifier_str oai:tede2.pucrs.br:tede/9333
network_acronym_str P_RS
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
repository_id_str
spelling Vargas, Fabian Luishttp://lattes.cnpq.br/9050311050537919http://lattes.cnpq.br/6445415160156213Sponchiado, Gr?gori Stefanello2020-11-05T19:34:38Z2019-11-28http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/9333Human beings often suffer from lower limb injuries which are mostly related to aging and daily-motion. This impacts health and exposes human body to undesirable surgical interventions and therapies. In this scenario, the goal of this work is twofold: (a) use artificial neural network (ANN) to identify and classify muscle usage patterns based on electromyographic (EMG) signals, and (b) use the ANN?s output decision to control a Continuous Passive Motion (CPM) machine during a patient physiotherapy session. The strategy uses surface electromyography (sEMG) combined with a supervised learning method and artificial intelligence (AI) to create a feedback signal which allows these devices to function in Continuous Active Motion (CAM) mode. Methods: This work used 300 EMG signals collected from the vastus lateralis muscle of 10 healthy individuals to develop a strength classifier system. The core?s classifier is composed of a trained (backpropagation) feedforward neural network. The EMG signals are classified into predefined force levels, which in turn are used as inputs to control a CPM machine. Thus, there is a direct correspondence between each of the predefined force levels and the CPM machine linear displacement. Results: The trained ANN classifies, at real-time, EMG signals into force levels at 81 % accuracy with computational efficiency. After receiving the predefined force levels from the ANN?s output, the delay of the mechanical control system to adjust the CPM machine is less than 100 seconds. Conclusion: The AIbased assertiveness of the proposed strategy allows us to consider extending the use of single muscle EMG signals to pave the way for controlling another biomechanical machines in a near future.Os seres humanos sofrem frequentemente de les?es nos membros inferiores, principalmente as relacionadas aos movimentos di?rios, sendo o envelhecimento um fator de risco. Isso afeta a sa?de e submete o corpo humano a interven??es cir?rgicas e terapias indesej?veis. Nesse cen?rio, os objetivos deste trabalho s?o: (a) usar rede neural artificial (RNA) para identificar e classificar padr?es musculares com base em sinais eletromiogr?ficos (EMG) e (b) usar a decis?o de sa?da da RNA para controlar uma M?quina Movimento Passivo (CPM, do termo em ingl?s: Continuous Passive Movement) durante uma sess?o de fisioterapia do paciente. A estrat?gia usa eletromiografia de superf?cie combinada com um m?todo de aprendizado supervisionado e intelig?ncia artificial (IA) para criar um sinal de ???????? que permite que esses dispositivos funcionem no modo de Movimento Ativo Cont?nuo (CAM, do termo em ingl?s: Continuous Active Movement). M?todos: Este trabalho utilizou 300 sinais EMG coletados do m?sculo vasto lateral de 10 indiv?duos saud?veis para desenvolver um sistema classificador de for?a. O n?cleo do classificador ? composto por uma rede neural treinada (???????????????). Os sinais EMG s?o classificados em n?veis de for?a pr?-definidos, que por sua vez s?o usados como entradas para controlar uma m?quina de CPM. Assim, existe uma correspond?ncia direta entre cada um dos n?veis de for?a pr?-definidos e o deslocamento linear da m?quina CPM. Resultados: A RNA treinada classifica, em tempo real, sinais EMG em n?veis de for?a com precis?o de 81% com efici?ncia computacional. Ap?s receber os n?veis de for?a pr?-definidos da sa?da da RNA, o atraso que o sistema de controle mec?nico leva para ajustar a m?quina de CPM ? inferior a 100 segundos. Conclus?o: A assertividade baseada em IA da estrat?gia proposta nos permite considerar a extens?o do uso de sinais EMG de m?sculo ?nico para pavimentar o caminho para o controle de outras m?quinas biomec?nicas em um futuro pr?ximo.Submitted by PPG Engenharia El?trica (engenharia.pg.eletrica@pucrs.br) on 2020-08-19T19:06:45Z No. of bitstreams: 1 GR?GORI STEFANELLO SPONCHIADO_DIS.pdf: 6486542 bytes, checksum: 16eed5b739cd58deff0aacd676499c43 (MD5)Approved for entry into archive by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2020-11-05T19:30:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 GR?GORI STEFANELLO SPONCHIADO_DIS.pdf: 6486542 bytes, checksum: 16eed5b739cd58deff0aacd676499c43 (MD5)Made available in DSpace on 2020-11-05T19:34:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GR?GORI STEFANELLO SPONCHIADO_DIS.pdf: 6486542 bytes, checksum: 16eed5b739cd58deff0aacd676499c43 (MD5) Previous issue date: 2019-11-28application/pdfhttp://tede2.pucrs.br:80/tede2/retrieve/179329/GR%c3%89GORI%20STEFANELLO%20SPONCHIADO_DIS.pdf.jpgporPontif?cia Universidade Cat?lica do Rio Grande do SulPrograma de P?s-Gradua??o em Engenharia El?tricaPUCRSBrasilEscola Polit?cnicaAprendizado de M?quinaRedes Neurais ArtificiaisEMGCPMCAMMachine LearningArtificial Neural NetworksEMGCPMCAMENGENHARIASEstrat?gia de caracteriza??o de sinais eletromiogr?ficos baseada em redes neurais artificiais para sistemas de controle de m?quinas de movimento cont?nuoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisTrabalho n?o apresenta restri??o para publica??o-2660504109272820295005004518971056484826825info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RSinstname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)instacron:PUC_RSTHUMBNAILGR?GORI STEFANELLO SPONCHIADO_DIS.pdf.jpgGR?GORI STEFANELLO SPONCHIADO_DIS.pdf.jpgimage/jpeg5809http://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/9333/4/GR%C3%89GORI+STEFANELLO+SPONCHIADO_DIS.pdf.jpgb1da2ddd23825832bfd7f2906530782eMD54TEXTGR?GORI STEFANELLO SPONCHIADO_DIS.pdf.txtGR?GORI STEFANELLO SPONCHIADO_DIS.pdf.txttext/plain102661http://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/9333/3/GR%C3%89GORI+STEFANELLO+SPONCHIADO_DIS.pdf.txt9a8b8d61b8235e876d5309c765081bdfMD53ORIGINALGR?GORI STEFANELLO SPONCHIADO_DIS.pdfGR?GORI STEFANELLO SPONCHIADO_DIS.pdfapplication/pdf6486542http://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/9333/2/GR%C3%89GORI+STEFANELLO+SPONCHIADO_DIS.pdf16eed5b739cd58deff0aacd676499c43MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-8590http://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/9333/1/license.txt220e11f2d3ba5354f917c7035aadef24MD51tede/93332020-11-05 20:00:19.942oai:tede2.pucrs.br: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://tede2.pucrs.br/tede2/PRIhttps://tede2.pucrs.br/oai/requestbiblioteca.central@pucrs.br||opendoar:2020-11-05T22:00:19Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)false
dc.title.por.fl_str_mv Estrat?gia de caracteriza??o de sinais eletromiogr?ficos baseada em redes neurais artificiais para sistemas de controle de m?quinas de movimento cont?nuo
title Estrat?gia de caracteriza??o de sinais eletromiogr?ficos baseada em redes neurais artificiais para sistemas de controle de m?quinas de movimento cont?nuo
spellingShingle Estrat?gia de caracteriza??o de sinais eletromiogr?ficos baseada em redes neurais artificiais para sistemas de controle de m?quinas de movimento cont?nuo
Sponchiado, Gr?gori Stefanello
Aprendizado de M?quina
Redes Neurais Artificiais
EMG
CPM
CAM
Machine Learning
Artificial Neural Networks
EMG
CPM
CAM
ENGENHARIAS
title_short Estrat?gia de caracteriza??o de sinais eletromiogr?ficos baseada em redes neurais artificiais para sistemas de controle de m?quinas de movimento cont?nuo
title_full Estrat?gia de caracteriza??o de sinais eletromiogr?ficos baseada em redes neurais artificiais para sistemas de controle de m?quinas de movimento cont?nuo
title_fullStr Estrat?gia de caracteriza??o de sinais eletromiogr?ficos baseada em redes neurais artificiais para sistemas de controle de m?quinas de movimento cont?nuo
title_full_unstemmed Estrat?gia de caracteriza??o de sinais eletromiogr?ficos baseada em redes neurais artificiais para sistemas de controle de m?quinas de movimento cont?nuo
title_sort Estrat?gia de caracteriza??o de sinais eletromiogr?ficos baseada em redes neurais artificiais para sistemas de controle de m?quinas de movimento cont?nuo
author Sponchiado, Gr?gori Stefanello
author_facet Sponchiado, Gr?gori Stefanello
author_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Vargas, Fabian Luis
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/9050311050537919
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/6445415160156213
dc.contributor.author.fl_str_mv Sponchiado, Gr?gori Stefanello
contributor_str_mv Vargas, Fabian Luis
dc.subject.por.fl_str_mv Aprendizado de M?quina
Redes Neurais Artificiais
EMG
CPM
CAM
topic Aprendizado de M?quina
Redes Neurais Artificiais
EMG
CPM
CAM
Machine Learning
Artificial Neural Networks
EMG
CPM
CAM
ENGENHARIAS
dc.subject.eng.fl_str_mv Machine Learning
Artificial Neural Networks
EMG
CPM
CAM
dc.subject.cnpq.fl_str_mv ENGENHARIAS
description Human beings often suffer from lower limb injuries which are mostly related to aging and daily-motion. This impacts health and exposes human body to undesirable surgical interventions and therapies. In this scenario, the goal of this work is twofold: (a) use artificial neural network (ANN) to identify and classify muscle usage patterns based on electromyographic (EMG) signals, and (b) use the ANN?s output decision to control a Continuous Passive Motion (CPM) machine during a patient physiotherapy session. The strategy uses surface electromyography (sEMG) combined with a supervised learning method and artificial intelligence (AI) to create a feedback signal which allows these devices to function in Continuous Active Motion (CAM) mode. Methods: This work used 300 EMG signals collected from the vastus lateralis muscle of 10 healthy individuals to develop a strength classifier system. The core?s classifier is composed of a trained (backpropagation) feedforward neural network. The EMG signals are classified into predefined force levels, which in turn are used as inputs to control a CPM machine. Thus, there is a direct correspondence between each of the predefined force levels and the CPM machine linear displacement. Results: The trained ANN classifies, at real-time, EMG signals into force levels at 81 % accuracy with computational efficiency. After receiving the predefined force levels from the ANN?s output, the delay of the mechanical control system to adjust the CPM machine is less than 100 seconds. Conclusion: The AIbased assertiveness of the proposed strategy allows us to consider extending the use of single muscle EMG signals to pave the way for controlling another biomechanical machines in a near future.
publishDate 2019
dc.date.issued.fl_str_mv 2019-11-28
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2020-11-05T19:34:38Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/9333
url http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/9333
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.program.fl_str_mv -266050410927282029
dc.relation.confidence.fl_str_mv 500
500
dc.relation.cnpq.fl_str_mv 4518971056484826825
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Pontif?cia Universidade Cat?lica do Rio Grande do Sul
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de P?s-Gradua??o em Engenharia El?trica
dc.publisher.initials.fl_str_mv PUCRS
dc.publisher.country.fl_str_mv Brasil
dc.publisher.department.fl_str_mv Escola Polit?cnica
publisher.none.fl_str_mv Pontif?cia Universidade Cat?lica do Rio Grande do Sul
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
instname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)
instacron:PUC_RS
instname_str Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)
instacron_str PUC_RS
institution PUC_RS
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
bitstream.url.fl_str_mv http://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/9333/4/GR%C3%89GORI+STEFANELLO+SPONCHIADO_DIS.pdf.jpg
http://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/9333/3/GR%C3%89GORI+STEFANELLO+SPONCHIADO_DIS.pdf.txt
http://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/9333/2/GR%C3%89GORI+STEFANELLO+SPONCHIADO_DIS.pdf
http://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/9333/1/license.txt
bitstream.checksum.fl_str_mv b1da2ddd23825832bfd7f2906530782e
9a8b8d61b8235e876d5309c765081bdf
16eed5b739cd58deff0aacd676499c43
220e11f2d3ba5354f917c7035aadef24
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)
repository.mail.fl_str_mv biblioteca.central@pucrs.br||
_version_ 1796793245641998336