Validation of mDurance, A Wearable Surface Electromyography System for Muscle Activity Assessment

Abstract

RESUMEN: El sistema mDurance® es una herramienta digital innovadora que combina electromiografía de superficie portátil (sEMG), computación móvil y análisis en la nube para simplificar y automatizar la evaluación de la actividad muscular. Esta herramienta está diseñada específicamente para apoyar a clínicos y profesionales del deporte en sus rutinas diarias como herramienta de evaluación en los campos de la prevención, monitoreo, rehabilitación y entrenamiento.

Este estudio tuvo como objetivo determinar la validez del sistema mDurance para medir la actividad muscular comparando los datos de sEMG con un sistema de referencia, el sistema Delsys®. Se evaluó a quince participantes durante extensiones isocinéticas de rodilla a tres velocidades diferentes (60, 180 y 300 grados/segundo) para dos músculos (recto femoral [RF] y vasto lateral [VL]) y dos ubicaciones de electrodos diferentes (colocación proximal y distal).

La contracción isométrica máxima voluntaria se realizó para la normalización de la señal, seguida de extensiones dinámicas isocinéticas de rodilla para cada velocidad. Los datos de sEMG para ambos sistemas se obtuvieron a partir de la señal cruda de sEMG tras el procesamiento y filtrado de mDurance. Se calcularon la media, la mediana, el primer cuartil, el tercer cuartil y el percentil 90 a partir de las señales de amplitud de sEMG para cada sistema.

Los resultados muestran una relación de ICC casi perfecta para el VL (ICC > 0.81) y sustancial a casi perfecta para el RF (ICC > 0.762) en todas las variables y velocidades. Los gráficos de Bland-Altman revelaron heterocedasticidad del error para la media, el cuartil 3 y el percentil 90 (60 y 300 grados/segundo) en el RF, y para la media y el percentil 90 en el VL (300 grados/segundo).

En conclusión, los resultados indican que el sistema mDurance® sEMG es una herramienta válida para medir la actividad muscular durante contracciones dinámicas en un rango de velocidades. Este sistema innovador proporciona más tiempo para los clínicos (por ejemplo, interpretación de patologías de los pacientes) y entrenadores deportivos (por ejemplo, asesoramiento a atletas), gracias al procesamiento y filtrado automático de la señal sEMG cruda y la generación de informes de actividad muscular en tiempo real. ABSTRACT: The mDurance® system is an innovative digital tool that combines wearable surface electromyography (sEMG), mobile computing and cloud analysis to streamline and automatize the assessment of muscle activity. The tool is particularly devised to support clinicians and sport professionals in their daily routines, as an assessment tool in the prevention, monitoring rehabilitation and training field. This study aimed at determining the validity of the mDurance system for measuring muscle activity by comparing sEMG output with a reference sEMG system, the Delsys® system. Fifteen participants were tested during isokinetic knee extensions at three different speeds (60, 180, and 300 deg/s), for two muscles (rectus femoris [RF] and vastus lateralis [VL]) and two different electrodes locations (proximal and distal placement). The maximum voluntary isometric contraction was carried out for the normalization of the signal, followed by dynamic isokinetic knee extensions for each speed. The sEMG output for both systems was obtained from the raw sEMG signal following mDurance's processing and filtering. Mean, median, first quartile, third quartile and 90th percentile was calculated from the sEMG amplitude signals for each system. The results show an almost perfect ICC relationship for the VL (ICC > 0.81) and substantial to almost perfect for the RF (ICC > 0.762) for all variables and speeds. The Bland-Altman plots revealed heteroscedasticity of error for mean, quartile 3 and 90th percentile (60 and 300 deg/s) for RF and at mean and 90th percentile for VL (300 deg/s). In conclusion, the results indicate that the mDurance® sEMG system is a valid tool to measure muscle activity during dynamic contractions over a range of speeds. This innovative system provides more time for clinicians (e.g., interpretation patients' pathologies) and sport trainers (e.g., advising athletes), thanks to automatic processing and filtering of the raw sEMG signal and generation of muscle activity reports in real-time.