Electromyograph (EMG)

Berbicara mengenai elektronika dan sinyal elektromiograf maka kita akan menemukan suatu pengetahuan yaitu elektronika medika. Elektronika medika merupakan suatu cabang ilmu yang menggabungkan antara ilmu elektronika, instrumentasi, computer dan medika. Beberapa istilah yang familiar dengan elka medika adalah perekaman sinyal Electromyograph(EMG), electrocardiograph (ECG), electroencephalograph (EEG), electrooculograph (EOG) dan lain sebagainya . Dalam perkembangannya, bidang elektronika medika merupakan bidang ilmu yang cukup unik dan sangat diperlukan umumnya pada teknologi  medis. Namun, dalam perjalanannya bidang ilmu ini kurang familiar di beberapa jurusan elektro di beberapa perguruan tinggi.

Dalam bahasan kali ini, mengulas potensial elektrik pada otot dalam kaitannya sebagai biosignal yang dapat direkam dan dimanfaatkan untuk control alami ke aplikasi robot maupun pada aplikasi peralatan instrumentasi medis. Maka, bagaimanakah sebuah otot mampu menghasilkan sinyal elektrik?

• Otot manusia

Tubuh manusia terdiri dari jaringan otot dengan masing-masing bentuk yang spesifik secara homeostatis yaitu otot jantung, jaringan otot dan syaraf otot. Jaringan otot tubuh manusia berisi seratus sel yang bentuknya silender dan bersama digabungkan dengan jaringan syaraf. Gambar 2.1 berikut menunjukkan struktur otot.

Gambar 2.1. Struktur otot

Pada tubuh manusia otot merangsang untuk kontraksi yang dibangkitkan oleh sinyal dari otot seperti pada gambar 2. Axon atau fiber yang panjang dan berbentuk silinder. Yang berkembang melalui spinal nerves dan otak kemudian disebarkan ke cabang-cabang yang dimana cabang-cabang tersebut merupakan gabungan dari fiber.

Diantara otot – otot tersebut untuk mencapai ke cabang – cabangnya biasanya secara individual.

 

 Gambar 2.2. Contoh dari motor unit otot

  Gambar 2.3. Psikologi otot

Semua unit motor neuron dapat sebagai otot fibers,  masing- masing otot fibers adalah sebuah otot neuron kombinasi dari single motor neuron dan semua otot fibers dapat dikontrol yang disebut sebagai motor unit. Aktifitas dari motor neuron, semua otot fibers dapat dirangsang oleh neuron yang dibangkitkan sinyal elektrik.

Psikologi kontraksi otot dikontrol oleh :

1.               Aktifitas dari motor unit dengan otot.

2.               Mengontrol frekuensi dari rangsangan motor neuron dari masing-masing    motor unit.

Hampir semua rangsangan listrik yang dibangkitkan dan konduksi oleh masing – masing fibers kurang dari 100 µV, konduksi dari beberapa fibers tegangannya berbeda dan cukup lebar untuk dideteksi oleh elektrode, perubahan tegangan didapatkan pada saat kontraksi .

Potensial potensial listrik yang dihasilkan oleh otot saat kontraksi dan relaksasi ini berupa sinyal elektromyograph. Selain dapat melakukan  perubahan tegangan, otot manusia memiliki kemampuan untuk melakukan berbagai macam gerak. Pada gambar 8 berikut adalah contoh gerak  pada lengan yang melibatkan otot bisep dan trisep yaitu gerak ekstensi-fleksi.Gerak ekstensi-fleksi ini merupakan gerakan menekuk dan membengkok, dimana gerakan ayunan ke depan merupakan (ante)fleksi dan ayunan ke belakang disebut (retro)fleksi/ekstensi. 

Gambar 2.4. Gerak lengan

• EMG

Electromyogram adalah teknik untuk mengevaluasi dan merekam aktivitas sinyal otot. Aktivitas Electromyogram ditunjukkan oleh Electromyograph. Electromyograph berfungsi untuk mendeteksi adanya potensial listrik yang dihasilkan oleh otot saat kontraksi dan relaksasi.

Dalam Electromyograph, terdapat beberapa teknik pengukuran yang meliputi :

1.    Surface Electromyograph (SEMG)

Adalah teknik non-invasive untuk mengukur hasil aktifitas elektrik otot dari proses kontraksi dan relaksasi

2.    Fire Wire Electromyograph (Intramuscular EMG)

Adalah teknik invasive untuk mengukur hasil aktivitas elektrik otot dari proses kontraksi dan relaksasi.

3.    Neuromuscular Electrical Simulation (NMES)

Burst  dari Pulsa elektrik merangsanag kontaksi otot yang ditargetkan otot melalui electrode.

         Gambar 2. 5. Typical pulsa pada NMES

Pada sinyal EMG dapat ditunjukkan beberapa sinyal dan kegunaannya sebagai berikut :

1.      Raw EMG signal adalah sinyal EMG alami (unprocessed) yang dicirikan dengan puncak positif dan  negatif. Nilai amplitudo dan frekuensi dari sinyal ini memberikan informasi tentang kontraksi atau relaksasi otot. Hal ini berguna ketika mempelajari waktu pengaktifan otot atau untuk verifikasi kualitas sinyal dan mendeteteksi artifact sinyal. Raw EMG signal ditunjukkan pada gambar 2.6. berikut :

Gambar 2.6. Raw  EMG signal

2.      RMS EMG adalah root mean squared dari  raw signal dan merepresentasi mean power dari sinyal.Hal ini berguna saat mempelajari waktu pengaktivan otot dan untuk mengukur level aktivasi otot seperti level istirahat atau menghitung kekuatan yang dibangkitkan otot. Ditujukkan pada gambar 2.7. berikut :  

Gambar 2.7. RMS  EMG signal

3.      Frequency Spectrum of EMG adalah sinyal raw EMG  yang dikonversi dalam domain frekuensi  dengan melakukan perhitungan Fast Fourier Transform  menggunakan data poin yang ada. Spektrum frekuensi menyatakan nilai firing frekueinsi dalam otot. Frekuensi ini umumnya menerima SEMG frekuensi yang relevan  dengan range antara 20 - 500Hz. Dengan  memperhatikan spektrum frekuensi dapat juga memberikan informasi seperti kelelahan otot.

 Gambar 2. 8. EMG signal dalam domain frekuensi

Begitulah karakteristik otot beserta tipe sinyal EMG yang dapat dihasilkan dari pergerakan otot. Sinyal EMG hasil akuisisi data tersebut dapat diolah dengan metode-metode seperti pemfilteran dengan filter digital maupun menggunakan jaringan syaraf tiruan sehingga siap digunakan dalam suatu aplikasi maupun untuk diagnosis. (MS)

Sumber : Pendahuluan TA-MS 2009