Medical and biological engineering

, Volume 12, Issue 2, pp 182–187 | Cite as

Static hysteresis loop of electrically stimulated muscles

  • Amadej Trnkoczy
Article

Abstract

The paper discusses the existence of a static hysteresis loop of a functionally electrically stimulated (f.e.s.) muscle. Hysteresis was observed in the relation between the amplitude of the stimulation pulses by which the muscles peroneus and tibialis anterior were stimulated, and the resulting dorsal flexion moment in the ankle joint. An attempt was made to prove the existence of a static hysteresis loop by two methods. With the first method, the disturbing influence of the time delay between the stimulation voltage and isometric moment was taken into account, and the fatigue during measurements was neglected. With the second method, both problems were avoided by fast sampling of the static hysteresis loop. It was found that the static hysteresis loop exists, that its average width amounts to 9% of the maximum isometric moment and that its form strongly depends on the experimental subject and on the position of the stimulation electrodes. The width of the loop and the deviations that result from the unrepeatability of the f.e.s. responses are of the same order. Therefore the static hysteresis loop, with the present state of the f.e.s. technology, is not important in the modelling of the f.e.s. muscles.

Keywords

Static hysteresis loop f.e.s. muscle 

Sommaire

Cette communication fait état de l'existence d'une boucle d'hystérésis statique dans le muscle soumis à une stimulation électrique fonctionnelle (s.e.f.). On a pu constater de l'hystérésis dans le rapport entre l'amplitude des impulsions stimulantes agissant sur le long péronnier et le jambier antérieur d'une part, et le moment de flexion dorsale résultant dans l'articulation de la cheville d'autre part. On a cherché à prouver l'existence d'une boucle d'hystérésis en retenant deux méthodes. Pour la première méthode, on a pris en considération l'effet perturbateur de l'action différée entre la tension de stimulation et le moment isométrique sans tenir compte de la fatigue entraînée par les mesures. Pour la deuxième méthode, on a évité les deux problèmes en effectuant un échantillonage rapide de la boucle d'hystérésis statique. On a constaté que la boucle d'hystérésis statique existe en fait, que sa largeur moyenne correspond à 9% du moment isométrique maximum, que sa forme est largement fonction du sujet considéré et de la position des électrodes stimulatrices. La largeur de la boucle et les écarts qui résultent du fait que les réponses à la s.e.f. ne peuvent être répétées sont du même ordre de grandeur. Par conséquent, la boucle d'hystérésis statique—dans l'état actuel de la technologie s.e.f.—ne revêt aucune importance pour le modelage des muscles assujettis à une s.e.f.

Zusammenfassung

Die Arbeit erörtert das Vorhandensein einer statischen Hysteresisschleife bei einem funktionselektrisch stimulierten (f.e.s.-) Muskel. Hysteresis wurde im Verhältnis der Amplitude der Stimulationsimpulse, mit denen der Wadenmuskel und der vordere Schienbeinmuskel stimuliert wurden, zum resultierenden Dorsalflexionsmoment im Knöchelgelenk festgestellt. Es wurde versucht, das Vorhandensein einer statischen Hysteresisschleife durch zwei Methoden nachzuweisen. Bei der ersten Methode wurde der störende Einfluss der Verzögerung zwischen der Stimulationsspannung und dem isometrischen Moment berücksichtigt und die Ermüdung während der Messungen vernachlässigt. Beim zweiten Verfahren wurden beide Schwierigkeiten durch schnelles Abtasten der statischen Hysteresisschleife vermieden. Es wurde festgestellt, dass die statische Hysteresisschleife vorhanden ist, ihre durchschnittliche Breite 9% des maximalen isometrischen Moments beträgt und ihre Form stark vom Versuchsobjekt und der Anordnung der Stimulationselektroden abhängt. Die Breite der Schleife und die Abweichungen, die sich aus der Unwiederholbarkeit der f.e.s.-Reaktionen ergeben, sind von gleicher Grössenordnung. Im gegenwärtigen Stadium der f.e.s.— Technik ist also die statische Hysteresisschleife für die Darstellung von f.e.s.—Muskeln nicht von Bedeutung.

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Copyright information

© International Federation for Medical & Biological Engineering 1974

Authors and Affiliations

  • Amadej Trnkoczy
    • 1
  1. 1.Institute J. Stefan and Faculty for Electrical EngineeringUniversity of LjubljanaLjubljanaYugoslavia

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