Espasticidade é um sintoma neurológico definido por uma desordem motora que devido á hiperexcitabilidade do reflexo do estiramento provoca o aumento anormal do tônus muscular ocorrendo tanto em crianças como em adultos, afectando mais de 12 milhões de pessoas [1]. O mecanismo da espasticidade é pensado como um alongamento exagerado dependendo da velocidade, aumentando a resistência do movimento passivo. Segundo Lance e seus colaboradores em 1980 a definição para este distúrbio é: desordem motora caracterizada pelo aumento, velocidade dependente, do tônus muscular com exarcebação dos reflexos profundos, decorrente de hipersensibilidade do reflexo do estiramento [1-3]. A espasticidade em conjunto com o tonus muscular excessivo interfere com a função motora em pacientes com força muscular residual e de acordo com a sua gravidade, tem efeitos directos no quotidiano e independência diária dos que sofrem deste transtorno [4].

Para aliviar e melhorar a qualidade de vida destes pacientes e torná-los mais independentes existem terapias e cirurgias para diminuir e restaurar o controlo motor. Para programar um correcto tratamento é necessário diagnosticar e avaliar os resultados através de um método preciso e válido, no entanto de momento não há nenhum que cumpra estes requisitos.

Desenvolvimento

A literatura refere uma série de métodos capazes de distinguir a presença ou ausência de espasticidade, mas a sua quantificação está esquecida apesar de ser um factor de extrema relevância não existe um modelo válido; existe desta forma, uma dificuldade em caracterizar com exactidão este distúrbio motor apesar de existirem indicadores para tentar identificar os padrões clínicos mas não permitem avaliar com exactidão os diferentes graus da doença [5].

Um dispositivo baseado na excitabilidade dos motoneuroneos, apresenta uma relação directa entre a velocidade e o inicio do reflexo do estiramento dos músculos no cotovelo, ou seja, quanto maior a velocidade mais cedo acontece a actividade dos reflexos do estiramento. A quantificação da espasticidade é baseada na avaliação da excitabilidade dos motoneurónios. O linear de reflexo de estiramento dinâmico (DSRT), é determinado através do estiramento passivo a diferentes velocidades, descrito pelo momento em que a electromiografia sobe acima do repouso e pelo ângulo e velocidade angular neste exacto momento [1].

A electromiografia (EMG) consiste no registo da actividade eléctrica muscular, sendo uma ferramenta poderosa no análise do sistema muscular humano. Quando os músculos estão activos produzem uma corrente eléctrica geralmente proporcional à actividade muscular; EMG é o estudo da função muscular através da interpretação do sinal bioelétrico produzido pelo músculo [6].

Para medição do sinal EMG são utilizados eléctrodos, que podem ser de superfície ou de agulha, conforme se tratar de músculos superficiais ou profundos. Neste caso, os eléctrodos a usar serão eléctrodos de superfície que ao contrário dos eléctrodos de agulha não causam dor, tornando o exame mais acessível ao paciente. O SENIAM (Surface EMG for Non Invasive Assessment of Muscles) [7], recomenda a utilização de eléctrodos Ag/AgCL, associado a um gel condutor de forma a reduzir o ruído do sinal, assegurando um melhor contacto entre o eléctrodo e a pele. O sinal muscular quando medido com eléctrodos de superfície apresenta amplitudes até 5mV. A gama de frequência do sinal EMG, para uma correcta análise está limitado entre os 20Hz e os 500Hz, uma vez que frequências abaixo dos 20Hz tendem a oscilar e a serem instáveis, e abaixo dos 500Hz que é um valor um pouco acima do valor desejado [6]. 

Perante esta análise poderemos ter eléctrodos de superfície passivos em que não tem amplificação no próprio eléctrodo, ou activos com um pré- amplificador do sinal antes de ser enviado ao condicionador; estes últimos permitem a redução do ruído proveniente do movimento dos cabos.

Os eléctrodos terão uma configuração bipolar para ser possível uma alta taxa de rejeição modo comum, e desta forma mais facilmente ser possível eliminar/reduzir o ruído do sinal.

De forma a ser possível uma correcta aquisição do sinal devem ser respeitadas entre outras a distância entre eléctrodos que segundo o SENIAM [7] será de 20mm. Deverá ser também reduzida a impedância pele/eléctrodo com uma limpeza da superfície e o uso do gel específico.

O ângulo que o membro está em determinado momento é uma importante informação, para determinar o ponto onde existe maior intensidade de espasticidade. A goniometria é uma técnica de avaliação usada na fisioterapia; é capaz de medir amplitudes articulares com a utilização de um goniómetro. Desta forma o dispositivo que nos permite recolher esta informação é o goniómetro, que deverá ter um eixo livre no mínimo de 180 graus.

A velocidade angular é a velocidade com que o movimento do membro influencia directamente o estudo da espasticidade [7]. Desta forma para o equipamento em estudo é uma variável de extrema importância, pode ser determinada usando para isso um transdutor capaz de recolher esta informação, ou e de forma a reduzir o tamanho do equipamento usar para o efeito o electrogoniometro e uma base de tempo [1]. Esta velocidade angular, deverá ter uma resolução de 500º/s, capaz de cobrir a gama de velocidade do membro a estudar, uma vez que o movimento rápido é considerado superior a 200º/s [1].

De acordo com os sensores/actuadores usados, o condicionamento do sinal  torna possivel a leitura dos dados provenientes dos mesmos pela placa de aquisição. Formado por patamares de extrema importância sendo eles a amplificação, filtragem e no caso de não estarem presentes na placa de aquisição dos conversores analógicos/digitais.

Para a correcta aquisição do sinal EMG, existe a necessidade do uso de filtros passa-baixo de forma a limitar a frequência do sinal nos 500Hz, e um passa-alto para limitar a frequencia nos 10 Hz [6]. Existe ainda a possibilidade do uso de um filtro passa-banda [10, 500 Hz]. A amplificação é a fase mais importante do condicionamento, pois é responsável por disponibilizar o sinal. O amplificador de instrumentação a usar deverá ter uma série de caracteristicas possibilitando a aquisição do sinal: alta taxa de rejeição modo comum, alta impedância de entrada, baixo ruido, ganho selecionável, frequência operação [20, 500 Hz].

A placa de aquisição do sinal deverá possuir boa capacidade de expansão, baixo ruído eléctrico e taxas de aquisição superiores a 1Khz.

A taxa de amostragem do sinal, para que este possa ser reconstruído de forma correcta a partir das amostras, segundo o teorema de Nyquist [6], a taxa de amostragem deve ser no mínimo duas vezes superior à frequência mais alta do sinal.

Planeamento do Projecto

O projecto será desenvolvido nas seguintes fases:

• 1. Estudo aprofundado da espasticidade, métodos disponíveis de quantificação (3 meses).
• 2. Estudo do equipamento a desenvolver, escolha e aquisição do material (2 meses).
• 3. Implementação dos circuitos de condicionamento do sinal (1 mês).
• 4. Aquisição dos sinais analógicos, sinais fundamentais á quantificação da espasticidade (2 meses).
• 5. Processamento dos sinais EMG, velocidade angular, ângulo do membro e ponto do inicio da actividade muscular (2 meses).
• 6. Interface desenvolvida em Labview, implementação do processamento dos sinais (2 meses).
• 7. Compilação dos resultados do conjunto dos sinais, estatística dos resultados e armazenamento em ficheiro (histórico dos dados) (1mês).
• 8. Testes e ajustes ao equipamento (1 mês)
• 9. Escrita da tese (4 meses).

Referências bibliográficas

[1]Calota, A.,. Feldman, A.G., Levin, M.F., 2008. Spasticity measurement based on tonic stretch reflex threshold in stroke using a portable device. In Clinical Neurophysiology ,119, pp 2329-2337.

[2]Patrick H. McCrea, Janice J. Eng, Antony J. Hodgson, 2003. Linear spring-damper model of the hypertonic elbow: reliability and validity. In University of BC, 2054_/2324, Canada.

[3]Fabrizio Pisano, Giacinta Miscio, Carmen Del Conte, Danilo Pianca,

Elisa Candeloro, Roberto Colombo, 2000. Quantitative measures of spasticity in post-stroke patients. Rehabilitation Institute 28010 Veruno (NO), Italy.

[4]Assunta Pizzi, MD, Giovanna Carlucci, MD, Catuscia Falsini, MD, Sonia Verdesca, MD, Antonello Grippo, MD, 2005. Evaluation of Upper-Limb Spasticity After Stroke. In Clinical and Neurophysiologic Study Arch Phys Med Rehabil Vol 86

[5]Levin, M.F., 2005. On the nature and measurement of spasticity, in Clinical Neurophysiology, 116, pp. 1754-1755.

[6] Delsys, 2003. Fundamental Concepts In Emg Signal Acquisition, Retrieved 10 Jan 2010, from:

[7] Hermie J. Hermens, Bart Freriks, Catherine Disselhorst-Klug, Gunter Rau, 2000. Development of recommendations for SEMG sensors and sensor placement procedures. In Journal of Electromyography and Kinesiology, 10, pp. 361-374.