EMG-based estimation of muscular efforts exerted during human movements

Méthode EMG-assistée pour l’estimation des efforts musculaires développés au cours du mouvement humain

¹ PRISSMH EA 4561, Université Paul Sabatier Toulouse 3, Toulouse, France
² Département de Kinésiologie, Université de Montréal, Québec, Montréal
³ Institut des Sciences du Mouvement E.-J. Marey, UMR 6233 CNRS & Université de la Méditerranée, Marseille, France
⁴ GIPSA-Lab, UMR 5216 CNRS & Université Joseph Fourier, Grenoble, France

Abstract

The quantification of muscle efforts can be very helpful in achieving important goals in clinical or sports biomechanics. However, the estimation of muscle moments and force requires to solve the problem of redundancy inherent in the musculoskeletal system. This paper covers the steps involved in developing an original EMG-based optimization methodology for estimating opposing muscle group moments and individual muscle force during static contractions or dynamic movements, even in the presence of fatigue. The combined use of numerical optimization and EMG data greatly improved our confidence in the estimates of agonist and antagonist moments, as well as muscle force. The generalization of the proposed method might be of particular interest in biomechanics of sport and exercise.

Résumé

La quantification des efforts musculaires peut être d’une importance considérable dans les différents domaines de la biomécanique. Cependant, l’estimation des moments musculaires agoniste et antagoniste ou de la force développée par chaque muscle au cours d’un mouvement nécessite de résoudre le problème de la redondance musculaire. Cet article fait la synthèse des différentes étapes du développement d’une méthode « EMG-assistée » permettant de quantifier les moments et les tensions musculaires lors de contractions isométriques ou de tâches dynamiques, en présence ou non de fatigue. En associant de manière appropriée l’optimisation numérique et l’utilisation de données électromyographiques, la méthode proposée améliore la qualité de l’estimation de ces efforts musculaires. Cette approche pourra trouver de nombreuses applications, particulièrement en biomécanique du sport.