Assessment of Low Back Muscle Adalg

Assessment of Low Back Muscle

Adalgiso Coscrato Cardozo and Mauro Gonçalves

by Surface EMG

São Paulo State University

Brazil

Surface electromyography (EMG) is wide used to analyze back muscle activity. This tool is a

non-invasive technique that allows the evaluation of muscle activity. Extensive researches

were made to understand the surface EMG techniques and its application to the analysis of

low back muscles for classifying healthy subjects and low back pain (LBP) patients, trained

and non-trained subjects, subjects under rehabilitation treatments, as well as to access the

muscle activity during labor tasks, sports practice or daily life activities.

So, the development of biomechanical tests that enable identifying standards of muscular

activity characteristic of a fatigue process, one of the causes for spine muscular-skeletal

lesions, which emerges through the task repetitiveness and overload, may be a possibility of

The aim of this chapter is to provide a global understand of EMG parameters used to access

low back muscle. For this it will be presented some issues that affect the surface EMG for

low back muscle as: the reliability of low back muscle EMG; the behavior of low back

muscle EMG during isometric contractions by means the analysis of the root mean square

(RMS), median frequency (MF) and mean power frequency (MPF); the biomechanical

parameter to identify the fatigue threshold known as Electromyographic Fatigue Threshold

(EMGFT); the used of surface EMG to the assessing low back pain; and the influence of the

manual load lifting to the EMG signal in low back muscle.

2. Reliability of low back muscle EMG

EMG has been used to study physiological aspects of muscle activity. The reliability of the

EMG spectral parameters in low back muscles has been analyzed by different authors

(Bouillard et al., 2011, van Dieën & Heijblom, 1996, Dolan et al., 1995, Ng & Richardson,

1996). This reproducibility refers to the consistency in the measurement tool used, where a

reproducible method is one that has a small measurement error (Elfving et al., 1999). When

evaluating different methods of exercise, the reproducibility of the experiment is very

important, and the test/re-test methodology is used to estimate the variability of the

measures in repeated tests (Dedering et al., 2000).

Tools commonly used for analysis of reproducibility are the Standard Error of the

Measurement (SEM) and the Intra-class Correlation Coefficient (ICC), which appear to be

complementary of each other (Elfving et al., 1999). The first can be used to check the size of

152 Applications of EMG in Clinical and Sports Medicine

the error relative to the size of the changes in the variables analyzed while the second can be

used to consider the size of the error related to differences between measures (Keating &

The ICC rang from 0.00 to 1.00, were the perfect reliability is 1.00 and the poorest is 0.0. A

high ICC reflects a small within-subject variance compared to the between-subjects variance.

There are different ways to calculate the ICC depending on the experimental design and the

composition of the group being tested (Keating & Matyas, 1998), therefore, we must be

careful when comparing it in different groups, and extrapolates it to heterogeneous

Low back muscles EMG parameters are not easily comparable between studies of

reproducibility, since the methodology often varies. In several studies (van Dieën &

Heijblom, 1996, Dolan et al., 1995, Ng & Richardson, 1996) the number of subjects varies

between 4 and 28, mostly males. Also, different locations of electrodes, test positions and

levels of muscle contraction are used by different authors in testing low back muscles

The EMG signal is generally obtained in two locations ranging between T10 and L5

vertebrae. The positions of the test usually used are: prone (Mannion & Dolan, 1994,

Moffroid, 1993, Ng & Richardson, 1996, Coleman et al., 2011), sitting (Carpenter & Nelson,

1999, van Dieën & Heijblom, 1996, Elfving et al., 2003) and standing (Cardozo & Gonçalves,

2010, Cardozo et al., 2011). The time between test and re-test ranging from 5 to 60 minutes in

a comparison intra-day and 1 to 6 days in a comparison of day (Elfving et al., 1999).

Several authors have made studies to verify reliability of surface EMG methods. Spector

(1979) found correlation coefficients ranging from 0.73 and 0.97, while Komi & Buskirk

(1970) achieved a test-retest reliability of 0.88 for surface electrodes.

Danneels et al. (2002) have reported an excellent within-day ICC for EMG parameters

performed at the maximum voluntary contraction (MVC) for both healthy and LBP

During a sub-maximal protocol Dedering et al. (2000) have shown good reliability for EMG

parameters, corroborating with study performed by Fleiss (1986), who also demonstrated

good reliability for low back muscles. In his study he found ICCs ranging from 0.443 to

0.727 for the initial MF, and ranging from 0.273 to 0.734 for the MF slope. These better

results to the initial values comparing to the slope values is supported by study of Peach et

al (1998) performed to analyze back muscle fatigue.

Another measure of reproducibility of EMG parameters is intra and inter-subject coefficient

of variation (CV), where lower values represent greater repeatability (Knutson et al., 1994).

The CV reflects the dispersion of data around the mean and it is calculated by the root

square of the standard deviation divided by the mean. The high or low values are not

considered good or bad. Some degree of variability is necessary to demonstrate

reproducibility. A low CV suggests homogeneity of the group, which allows creating a

diagnostic or a model that can be compared to other assessments. This is the basis on which

the average dynamic electromyography has been considered as a normalization value when

Since EMG analysis have been an alternative to check the resistance of low back muscles due

to the contraction time, the reproducibility of these measures becomes paramount.

According to the studies presented in the current chapter, it is possible to note that during

isometric contractions surface EMG can access low back muscles with good reproducibility.

Kết quả (Việt) 2:

Đánh giá thấp lại Muscle Adalgiso Coscrato Cardozo và Mauro Gonçalves bởi Surface EMG Đại học São Paulo nhà nước Brazil Surface điện cơ (EMG) được sử dụng rộng rãi để phân tích lại hoạt động cơ bắp. Công cụ này là một kỹ thuật không xâm lấn cho phép đánh giá các hoạt động cơ bắp. Nghiên cứu sâu rộng đã được thực hiện để hiểu các kỹ thuật EMG bề mặt và ứng dụng của nó để phân tích các cơ lưng thấp để phân loại đối tượng khỏe mạnh và bệnh nhân đau lưng thấp (LBP), được đào tạo và đối tượng không được đào tạo, đối tượng theo phương pháp điều trị phục hồi chức năng, cũng như truy cập các hoạt động cơ trong quá trình hoạt động nhiệm vụ lao động, thực hành thể thao hay cuộc sống hàng ngày. Vì vậy, sự phát triển của các bài kiểm tra cơ sinh học cho phép xác định các tiêu chuẩn của cơ bắp đặc trưng hoạt động của một quá trình mệt mỏi, một trong những nguyên nhân làm cho cột sống cơ-xương tổn thương, trong đó nổi lên thông qua các nhiệm vụ repetitiveness và tình trạng quá tải, có thể là một khả năng Mục đích của chương này là cung cấp một hiểu toàn cầu của EMG thông số được sử dụng để truy cập vào cơ lưng. Đối với điều này nó sẽ được trình bày một số vấn đề có ảnh hưởng đến bề mặt EMG cho cơ lưng như: độ tin cậy thấp EMG cơ bắp trở lại; hành vi của lưng cơ EMG trong co isometric bởi nghĩa là phân tích của các gốc có nghĩa là vuông (RMS), tần số trung bình (MF) và có nghĩa là tần số nguồn điện (MPF); các cơ sinh học tham số để xác định ngưỡng mệt mỏi được gọi là điện đồ Mệt mỏi Threshold (EMGFT); việc sử dụng của EMG bề mặt để đánh giá các cơn đau thắt lưng; và ảnh hưởng của tải trọng nâng dẫn đến tín hiệu EMG trong cơ lưng. 2. Độ bền của cơ bắp lưng EMG EMG đã được sử dụng để nghiên cứu các khía cạnh sinh lý của hoạt động cơ bắp. Độ tin cậy của các thông số phổ EMG trong cơ lưng đã có sự phân tích của các tác giả khác nhau (Bouillard et al., 2011, van Dieën & Heijblom, 1996, Dolan et al., 1995, Ng & Richardson, 1996). Tái lặp này đề cập đến sự thống nhất về các công cụ đo lường được sử dụng, trong đó một phương pháp tái sản xuất là một trong đó có một sai số đo nhỏ (Elfving et al., 1999). Khi đánh giá các phương pháp khác nhau của tập thể dục, năng tái sinh của các thử nghiệm là rất quan trọng, và các phương pháp thử nghiệm / re-test được sử dụng để ước tính sự thay đổi của các biện pháp trong các thử nghiệm lặp đi lặp lại (Dedering et al., 2000). Công cụ thường được sử dụng để phân tích của tái là lỗi chuẩn của Đo lường (SEM) và Hệ số Intra-class tương quan (ICC), trong đó xuất hiện để được bổ sung lẫn nhau (Elfving et al., 1999). Việc đầu tiên có thể được sử dụng để kiểm tra kích thước của 152 ứng dụng của EMG trong lâm sàng và y học thể thao các lỗi liên quan đến kích thước của những thay đổi trong các biến phân tích trong khi thứ hai có thể được sử dụng để xem xét kích thước của các lỗi liên quan đến sự khác biệt giữa các biện pháp (Keating & The ICC reo 0,00-1,00, là độ tin cậy hoàn hảo là 1,00 và những người nghèo nhất là 0.0. Một ICC cao phản ánh một phương sai nhỏ trong-môn so với phương sai giữa các đối tượng. Có nhiều cách khác nhau để tính toán ICC tùy vào thiết kế thí nghiệm và các thành phần của nhóm đang được thử nghiệm (Keating & Mátyás, 1998), do đó, chúng ta phải cẩn thận khi so sánh nó trong các nhóm khác nhau, và extrapolates nó không đồng nhất cơ lưng thấp thông số EMG không dễ dàng so sánh giữa các nghiên cứu của tái, kể từ khi phương pháp thường xuyên thay đổi. Trong một số nghiên cứu (van Dieën & Heijblom, 1996, Dolan et al., 1995, Ng & Richardson, 1996), số lượng các đối tượng khác nhau giữa 4 và 28, chủ yếu là nam giới. Ngoài ra, các địa điểm khác nhau của các điện cực, các vị trí thử nghiệm và mức độ co cơ được sử dụng bởi các tác giả khác nhau trong thử nghiệm cơ lưng thấp tín hiệu EMG thường thu được trong hai địa điểm khác nhau giữa T10 và L5 đốt sống. Các vị trí của các bài kiểm tra thường được sử dụng là: dễ bị (Mannion & Dolan, 1994, . Moffroid, 1993, Ng & Richardson, 1996, Coleman et al, 2011), ngồi (Carpenter & Nelson, 1999, van Dieën & Heijblom, năm 1996, Elfving et al., 2003) và đứng (Cardozo & Gonçalves, 2010, Cardozo et al., 2011). Thời gian giữa kiểm tra và tái kiểm tra khác nhau, từ 5 đến 60 phút trong một so sánh trong ngày và 1-6 ngày trong một so sánh trong ngày (Elfving et al., 1999). Một số tác giả đã thực hiện các nghiên cứu để xác minh độ tin cậy của EMG bề mặt phương pháp. Spector (1979) tìm thấy hệ số tương quan khác nhau, từ 0,73 và 0,97, trong khi Komi & Buskirk (1970) đã đạt được một độ tin cậy kiểm tra-kiểm tra lại 0.88 cho điện cực bề mặt. Danneels et al. (2002) đã báo cáo trong ngày tuyệt vời ICC cho EMG thông số biểu diễn tại sự co tự nguyện tối đa (MVC) cho cả sức khỏe và LBP Trong một tiểu tối đa giao thức Dedering et al. (2000) đã cho thấy độ tin cậy tốt cho EMG thông số, bổ chứng với nghiên cứu thực hiện bởi Fleiss (1986), người cũng đã chứng minh độ tin cậy tốt cho cơ bắp trở lại thấp. Trong nghiên cứu của mình, ông tìm thấy ICC từ 0,443 tới 0,727 cho MF ban đầu, và trong khoảng 0,273-0,734 cho độ dốc MF. Các tốt hơn kết quả với giá trị ban đầu so với các giá trị độ dốc được hỗ trợ bởi nghiên cứu của Peach et al (1998) thực hiện để phân tích lại cơ bắp mệt mỏi. Một biện pháp tái sinh của các thông số EMG là nội bộ và hệ số liên-môn số biến thiên (CV), trong đó giá trị thấp hơn đại diện cho độ lặp lại cao hơn (Knutson et al., 1994). Các CV phản ánh sự phân tán của dữ liệu xung quanh giá trị trung bình và nó được tính bằng gốc vuông của độ lệch chuẩn chia trung bình. Các giá trị cao hay thấp không được coi là tốt hay xấu. Một số mức độ của biến đổi là cần thiết để chứng minh khả năng tái. Một CV ​​thấp cho thấy sự đồng nhất của các nhóm, trong đó cho phép tạo ra một chẩn đoán hoặc một mô hình có thể được so sánh với các đánh giá khác. Đây là cơ sở mà trên đó các điện cơ động trung bình đã được coi là một giá trị bình thường khi Từ phân tích EMG đã là một thay thế để kiểm tra sức đề kháng của cơ lưng thấp do đến thời điểm co thắt, sự tái sinh của các biện pháp này trở nên hết sức quan trọng. Theo nghiên cứu trình bày trong chương hiện nay, nó có thể lưu ý rằng trong quá trình co isometric mặt EMG có thể truy cập cơ lưng thấp với khả năng tái tốt.