Mekanomiyogram (MMG) kasların mekanik aktivitesini belirlemek için kullanılan faydalı ve deri üzeri (noninvaziv) bir metottur. MMG sinyalleri, motor ünitelerin mekanik aktivitelerinden kaynaklı kas yüzeyindeki titreşimlerin çeşitli özel dönüştürücüler (ivmeölçer, mikrofon) vasıtasıyla kaydedilmesi sonucu elde edilir [83, 84, 85, 86]. Mekanik titreşimler, kas kasılması ile kas fiberlerinde meydana gelen basınç dalgalarının sebep olduğu boyutsal değişiklikleridir. MMG sinyalleri bir dizi aktif kas fibrillerinin ürettiği basınç dalgalarının bir sonucudur ve kasın mekanik aktivitesi olarak da açıklanır [85, 86]. MMG sinyalinin genliğinin miktarı, kasılmaya katılan motor birimlerin sayısına bağlıdır. Motor ünitelerin ateşleme hızı arttığında MMG genliği de artar. Kütle, viskozite ve basınç kişiden kişiye farklılık göstereceği için her bir kişinin kas titreşim frekansları farklı olacaktır [155]. MMG sinyalinin elde edilmesine ilişkin temsili görüntü Şekil 3.10’da verilmiştir.
Şekil 3.10. MMG sinyalinin elde edilmesi
19. yüzyılın sonlarında fizyolog Marey uyarılmış kasılma sırasında kas kalınlığındaki değişikliği kaydetmek için özel bir miyograf tasarlamıştır. Yirminci yüzyılın başlarından bu yana kasların enine çap değişim analizleri güvenilir bir araç olarak kabul edilmiş ve çeşitli fizyoloji kitaplarında kas kasılma sürecini tanımlamak için kullanılmıştır [156]. Kasın enine mekanik hareketinin belirlenmesinde ivmeölçeri ilk kullanma çalışmalarını Lammert, Jorgensen ve Einer-Jensen yapmıştır. Özellikle Lammert ve Jorgensen tek bir motor ünitenin yüzey titreşimlere katkısını tespit etmeyi başarmışlardır [157]. Daha sonraları MMG'nin elde edilmesi için çok düşük kütleye (2g'den daha az) sahip dönüştürücüler piyasada kullanılmıştır. Çünkü bu dönüştürücüleri çift taraflı bant ile yapıştırmak mümkündü ve bu tarz dönüştürücülerde kas yüzey dinamiklerini engelleyebilecek hiçbir ek basınç girişimi yoktu. Bu teknik, istemli [85, 158] veya uyarılmış [159-165] kasılmaların MMG'sini algılamada günümüze kadar kullanılmıştır.
MMG, EMG'ye göre bazı avantajlar sağlar. Örneğin çeşitli sebeplerle oluşan deri empedans değişimlerinden etkilenmez [166, 167]. Diğer bir avantajı yüksek elektromanyetik gürültünün bulunduğu ortamlarda EMG kullanımı elverişli olmamasına rağmen, bu ortamlarda MMG kullanımı başarılı sonuçlar verebilmektedir [100, 101, 102]. Bu tez çalışmasında kullanılan örnek bir MMG sinyali Şekil 3.11’de gösterilmiştir.
Şekil 3.11.Tez çalışmasından alınan örnek MMG görüntüsü
Kas yorgunluğu değerlendirmelerinde MMG sinyallerinin analizleri sıkça kullanılmaktadır. Frekans ve zaman ekseninde MMG sinyallerinden öznitelikler çıkarılarak kas yorgunluğu analizleri yapılabilir. Bir çalışmada yorulan kastan alınan MMG sinyalleri ile yorgunluğun var olmadığı kastan elde edilen MMG sinyalleri incelenmiş ve arasında farklılıklar gözlenmiştir [100]. Kas yorgunluğu üzerine yapılan frekans analizlerinde yorgunluğun oluşumu ile kas iletim hızındaki azalışa bağlı olarak yüksek frekanslardan düşük frekanslara geçiş gözlenmiştir [168]. Zaman ekseni analizinde, kaslar yoruldukça daha fazla motor ünite kasılmaya dâhil olur ve MMG sinyallerinin genliği artar [169].
Kas kasılması sonucu oluşacak mekanik sinyaller ivmeölçerler, mikrofonlar, piezoelektrik kontak sensörler ve lazer mesafe ölçerler gibi dönüştürücüler vasıtasıyla kaydedilebilmektedir. Watakabe çalışmasında MMG kayıtları için piezoelektrik kontak sensör ve kondanser mikrofon kullanmıştır [170, 171]. Fakat piezoelektrik kontak sensörünün mekanik davranışı vücut yüzeyi ve kontak basıncından olumsuz etkilenebilmektedir [170, 172, 173]. Kondanser mikrofonun frekans tepkisi, deri yüzeyi ve mikrofon elementi arası hava bölmesinin büyüklüğünden etkilenmektedir [171]. İvmeölçerler ise daha hafif ağırlıklara sahip olması, daha küçük boyutlarda yer kaplaması, kolay monte edilebilirliği ve yüksek güvenilirliğinden dolayı MMG ölçümlerinde sıkça kullanılmaktadır [174].
İvme fizikte, hızın birim zamana bağlı değişimi [175] veya hızın zamana göre türevi olarak tanımlanır. Hareket halindeki bir cismin hızı zamanla değişiyor ise bu değişimin hızı o cismin ivmesi olarak adlandırılır. Maddelerin hareket esnasındaki ivmelerini ölçüp elektriksel sinyallere dönüştüren algılayıcılara ivmeölçer denilmektedir. Günümüzde ivmeölçerler bilimsel araştırmalarda, sanayide birçok cihazda ve günlük yaşamda sıkça kullanılmaktadır. Büyüklüğü ise uzaklık / zaman2 olan bir vektörel niceliktir ve cismin hem hızının hem de yönünün şiddetlerindeki değişimini gösterir [176, 177]. İvmeölçer yardımıyla ölçülen ivmenin birimi ( ⁄ ) veya ( ) ile ifade edilir. Eğer uzayda ya da herhangi bir çekim alanının kapsamında değil isek sensör üzerine değerinde bir yerçekimi kuvveti etki etmektedir. Bu da yaklaşık olarak 9,8 ⁄ ’dir. Ölçü skalası olarak ± 1 , ± 2 , ± 4 ... gibi değerler ile ifade edilmektedir.
Günümüzde ivme sensörleri mikro elektromekanik (MEMS) üretim teknikleri ile üretilmektedirler. Yapılarına göre farklı türde ivme sensörleri bulunmaktadır. Bunlar;
- Kapasitif: İki metal yüzey arasındaki mesafenin harekete bağlı olarak değişmesi ile değişen kapasitansın çıkış sinyalindeki voltajı değiştirmesi prensibi ile çalışmaktadır.
- Resistif: Sensör muhafazası içerisinde bulunan çok ince tellerin ivmelenme sırasında bükülerek kesit alanlarının değişmesi ve buna bağlı olarak dirençlerinin değişmesi prensibine dayanır.
- Piezoresistif: Hızdaki değişimin piezoelektrik malzeme üzerinde yarattığı stresin elektrik sinyallerine dönüştürülmesi ile çalışır.
- Hall effect: Hareket sırasında yerin manyetik alanından kaynaklanan küçük değişimleri algılayarak bunları elektrik sinyallerine dönüştüren sensörlerdir. İvmeölçerlerde kullanım amacına göre dikkat edilmesi gereken önemli hususlar vardır. Bunlardan birincisi sensörün çözünürlüğüdür. Çözünürlük algılanan ivmedeki
değişim başına sensörün çıkışında ölçülen voltaj değişimi miktarıdır ( ⁄ ). İkinci önemli husus sensörün cevap süresidir. İvmede meydana gelen değişime sensörün ne hızda cevap verdiğinin göstergesidir. Üçüncü önemli husus ise sensörün maksimum ve minimum ölçebildiği ivme miktarı yani ölçüm aralığıdır.