Reliability of digital filtering on surface electromyographic activity of respiratory muscles in patients with COVID-19

Emanuel Fernandes Ferreira da Silva Júnior; Shirley Lima Campos; Wagner Souza Leite; Rômulo de Aquino Coelho Lins; Marilú Gomes Netto Monte da Silva; Marcelo Renato Guerino

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Reliability of digital filtering on surface electromyographic activity of respiratory muscles in patients with COVID-19

Silva Júnior, Emanuel Fernandes Ferreira da ^[1] ; Campos, Shirley Lima ^[2] ; Leite, Wagner Souza ^[1] ; Lins, Rômulo de Aquino Coelho ^[1] ; Silva, Marilú Gomes Netto Monte da ^[1] ; Guerino, Marcelo Renato ^[3]
1. [1] Universidade Federal de Pernambuco
  
  Universidade Federal de Pernambuco
  
  Brasil
2. [2] Universidade Federal de Minas Gerais
  
  Universidade Federal de Minas Gerais
  
  Brasil
3. [3] Universidade de Campinas (UNICAMP)
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Localización: Cuadernos de Educación y Desarrollo, ISSN-e 1989-4155, Vol. 16, Nº. 8, 2024
Idioma: inglés
Títulos paralelos:
- Confiabilidad del filtrado digital en la actividad electromiografíca de superficie de los músculos respiratorios en pacientes con COVID-19
- Confiabilidade da filtragem digital na atividade eletromiográfica de superfície dos músculos respiratórios em pacientes com COVID-19
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Resumen
- español
  La Electromiografía de superficie (sEMG) es valiosa para evaluar la actividad muscular respiratoria, pero la influencia de los campos electromagnéticos puede afectar la precisión de las señales. Este estudio tiene como objetivo comparar los valores de Root Mean Square (RMS) de las señales de sEMG de los músculos respiratorios en pacientes con COVID-19 recibiendo terapia de oxígeno en la UCI antes y después del filtrado digital de la señal. Este análisis exploratorio forma parte de un estudio transversal registrado en ClinicalTrials.gov (NCT05572853). Se registraron señales de sEMG de los músculos esternocleidomastoideo, escaleno, diafragma y recto abdominal en pacientes con COVID-19 recibiendo terapia de oxígeno de bajo flujo. Los datos de RMS fueron analizados y procesados utilizando el software Scilab 6.1.1 antes y después de aplicar un filtro con una muesca de 60 Hz y un ancho de banda entre 20-500 Hz. Se incluyeron 71 pacientes con una edad media de 55 ± 14 años, predominantemente hombres (73.2%). La actividad muscular permaneció sin cambios después del filtrado de la señal, mostrando una mayor intensidad de RMS (antes/después del filtro) para los músculos escaleno (14.0 ± 8.6 / 8.5 ± 6.2), esternocleidomastoideo (12.0 ± 8.8 / 6.8 ± 7.8), diafragma (11.7 ± 8.1 / 5.4 ± 7.1) y recto abdominal (10.4 ± 4.7 / 3.1 ± 1,9). La atenuación de RMS fue significativa para todos los músculos (p < 0.001), sin acuerdo entre la pre y post-filtrado en el análisis de Bland-Altman. El filtro digital aplicado atenuó los valores de RMS manteniendo la misma activación muscular respiratoria, mejorando la identificación de la señal al reducir el ruido.
- English
  A Eletromiografia de superfície (EMGs) é valiosa para avaliar a atividade muscular respiratória, mas a influência dos campos eletromagnéticos pode prejudicar a precisão dos sinais. Este estudo tem como objetivo comparar os valores de Root Mean Square (RMS)dos sinais de EMGs dos músculos respiratórios em pacientes com COVID-19 recebendo oxigenoterapia na UTI antes e após a filtragem digital.Esta análise exploratória faz parte de um estudo transversal registrado no ClinicalTrials.gov (NCT05572853). Os sinais de EMGs dos músculos esternocleidomastoideo, escaleno, diafragma e reto abdominal foram registrados em pacientes com COVID-19 recebendo oxigenoterapia de baixo fluxo. Os dados de RMS foram analisados e processados usando o software Scilab 6.1.1 antes e depois da aplicação de um filtro com um Notch de 60 Hz e uma banda passante entre 20-500 Hz.Foram incluídos 71 pacientes com idade média de 55 ± 14 anos, predominantemente do sexo masculino (73.2%). A atividade muscular permaneceu inalterada após a filtragem do sinal, apresentando maior intensidade de RMS (pré-filtro/pós-filtro) para os músculos escaleno (14.0 ± 8.6 / 8.5 ± 6.2), esternocleidomastoideo (12.0 ± 8.8 / 6.8 ± 7.8), diafragma (11.7 ± 8.1 / 5.4 ± 7.1) e reto abdominal (10.4 ± 4.7 / 3.1 ± 1.9). A atenuação de RMS foi significativa para todos os músculos (p < 0.001), sem concordância entre pré e pós-filtragem na análise de Bland-Altman. O filtro digital aplicado atenuou os valores de RMS mantendo a mesma ativação muscular respiratória, melhorando a identificação do sinal ao reduzir o ruído.
- português
  Introduction: Surface electromyography (sEMG) is valuable for assessing respiratory muscle activity, but the influence of electromagnetic fields can impair the accuracy of the signals. This study aims to compare the Root Mean Square (RMS) values of sEMG signals from respiratory muscles in COVID-19 patients receiving oxygen therapy in the ICU before and after digital filtering. Methods: This exploratory analysis is part of a cross-sectional study registered on ClinicalTrials.gov (NCT05572853). sEMG signals from the sternocleidomastoid, scalenus, diaphragm, and rectus abdominis muscles were recorded in COVID-19 patients receiving low-flow oxygen therapy. The RMS data were analyzed and processed using Scilab 6.1.1 software before and after applying a filter with a 60 Hz notch and a passband between 20-500 Hz. Results: 71 patients with a mean age of 55 ± 14 years, predominantly male (73.2%), were included. Muscle’s activity remained unchanged after signal filtering, showing higher RMS intensity (pre-filter/post-filter) for the scalene (14.0 ± 8.6 / 8.5 ± 6.2), sternocleidomastoid (12.0 ± 8.8 / 6.8 ± 7.8), diaphragm (11.7 ± 8.1 / 5.4 ± 7.1), and rectus abdominis (10.4 ± 4.7 / 3.1 ± 1.9) muscles. RMS attenuation was significant for all muscles (p < 0.001), with no agreement between pre- and post-filtering from Bland-Altman analysis. Conclusions: The applied digital filter attenuated RMS values while maintaining the same respiratory muscle activation, enhancing signal identification by reducing noise.