Validation of lower limb muscle activation estimated using musculoskeletal modeling against electromyography in the table tennis topspin forehand and backhand
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Universidad de Granada
Materia
Musculoskeletal modeling Muscle activation Electromyography Validation Modelado musculoesquelético Activación muscular Electromiografía Validación
Date
2022-12-30Referencia bibliográfica
Iino, Y., Yoshioka, S., & Fukashiro, S. (2022). Validation of lower limb muscle activation estimated using musculoskeletal modeling against electromyography in the table tennis topspin forehand and backhand. International Journal of Racket Sports Science, 4(2), 1-10.
Sponsorship
Japan Table Tennis AssociationAbstract
This study aimed to validate the lower limb muscle activation, estimated using static optimization against
electromyography (EMG), in the topspin forehand and backhand strokes. The secondary purpose was to compare
the estimated activations of the major muscles/muscle groups between the forehand and backhand strokes. Eight
male college table tennis players hit the cross-court topspin forehands and backhands with maximum effort. Stroke
motions and ground reaction forces were measured using a motion capture system and two force plates. The EMG
signals of the 16 lower-limb muscles were recorded using a wireless EMG system. The static optimization algorithm
of OpenSim was applied to stroke motions to estimate lower limb muscle activation, which was compared to EMG
activation. Of the seven muscles that showed maximum activation > 0.3 during the forehand, five showed a Pearson
correlation coefficient > 0.3 Of the four muscles that showed maximum activation > 0.3 during the backhand, all
four showed a Pearson correlation coefficient >0.3. However, some muscles, such as the bilateral gluteus medius
muscles, showed a low correlation between estimated and EMG activation. A possible cause is the co-contraction of
the relevant muscles. Concordance correlation coefficients were smaller than their respective Pearson correlation
coefficients. This result reflects that EMG envelope (activation) is also an estimate of muscle activation and is subject
to noise and confounding factors. Comparisons with additional independent measurements, such as ultrasound
muscle images and instrumented joint loading, are necessary for more robust validation of the musculoskeletal
modeling and muscle activation. The gluteus maximus and hamstrings on the playing side, and rectus femoris
on the non-playing side exhibited higher activation during the forehand than during the backhand. The overall
results suggest that the static optimization algorithm can adequately estimate lower-limb muscle activity during
the topspin forehand and backhand strokes. El objetivo de este estudio fue validar la activación muscular de las extremidades inferiores estimada
mediante optimización estática y electromiografía (EMG) en el topspin de derecha y revés. El objetivo secundario
fue comparar las activaciones estimadas de los principales grupos musculares entre los golpes de derecha y revés. Ocho jugadores hombre universitarios de tenis de mesa realizaron con el máximo esfuerzo los golpes
topspin de derecha y revés cruzados en la pista. Los movimientos de los golpes y las fuerzas de reacción del
suelo fueron medidos con un sistema de captura del movimiento y dos placas de fuerza. Las señales EMG de los
músculos de los 16 miembros inferiores fueron grabadas con un sistema EMG inalámbrico. Se usó el algoritmo
de optimización estática OpenSim para estimar la activación muscular de los miembros inferiores durante los
golpes, y luego se compararon los resultados con la activación de la EMG. De los siete músculos que mostraron
activación máxima > 0,3 en el golpe de derecha, cinco mostraron un coeficiente de correlación de Pearson > 0,3.
De los cuatro músculos que mostraron activación máxima > 0,3 durante el golpe de revés, los cuatro mostraron
un coeficiente de correlación de Pearson > 0,3. Sin embargo, algunos músculos, como el glúteo medio, mostraron
una baja correlación entre la activación estimada y la EMG. Una posible causa es la cocontracción de los músculos
involucrados. Los coeficientes de correlación de concordancia fueron menores que sus respectivos coeficientes de
correlación de Pearson. Este resultado refleja que la envolvente (activación) de la EMG es también una estimación
de la activación muscular y está sujeta a ruido y factores de confusión. Es necesario realizar comparaciones
con otras mediciones independientes, como las imágenes musculares por ultrasonido y la carga articular con
instrumentos, para lograr una validación más sólida del modelado musculoesquelético y la activación muscular.
El glúteo mayor y los isquiotibiales en el lado de juego, y el recto femoral en el lado de no juego, mostraron una
mayor activación durante el golpe de derecha que durante el revés. Los resultados generales sugieren que el
algoritmo de optimización estática puede estimar adecuadamente la actividad muscular de las extremidades
inferiores durante el topspin de derecha y revés.