卓球打球別 動作의 筋電圖 分析硏究 : 포핸드와 백핸드 스트록을 중심으로

석정상 명지대학교 대학원 1982 국내석사

In the Table Tennis, we can generally divide striking form into Fore-hand Stroke and Back and Stroke. We can't decide that which is the important, but in the exercise and in the practice game, it is true that the interest degree is high in the Fore-hand stroke while the importance of the Back-hand stroke is neglected, though it is always recognized. As it is considered that the analysis can be made by comparing the striking forms of Fore-hand and Back hand, so I put an emphasis on the upper limb which is essential in the striking movement of the Table Tennis, exampling 6 mole college players who have had over 6 year carrier, and I take the 6 muscles-Deltodeus, Biceps brachii. Triceps brachii, Flexor Carpiulnaris, Brachior adial is Extensor pollicis longus, as the model objects which were used frequently and main movement muscle groups in the terms of articuli monus, articulus humeri cubiti. articuli manus, articulus humeri, cubiti. As the method of analysis of the muscle movement, Electromyogram surface electrode Induction which is necessary to induce as the physiological change and check is taken. Therefore the aims of this study is to find in detail the muscle movement time of the each muscle in the terms of "ball and impact point of racket" at the table tennis striking form, the order of muscle movement and strength of the muscle, which were checked on the electromyogram. So, as the result of the comparative-analysis, I can draw several conclusion as follows: 1. Though the difference is exist in each muscle and in each hand stroke (Fs. Bs), the duration scope of the overall muscle movement time at the table tennis striking form was o.47 - 0.67 sec. and the preparation movement time was 0.15 - 0.31 sec. and the rest movement time was 0.22-0.4 sec. so it is found that the rest movement time is longer than the preparation movement time. 2. The deltoideus in the Fore-hand stroke is long in the duration time and the rest movement time than that of Back hand stroke, which indicate meaningful difference (P<0.05) 3. Back hand stroke has the tendency of longer time-span than that of Fore-hand stroke and especially flexor carpiulnaris presents the longer time gap. (P 0.02 - 0.05) 4. While back hand stroke the other muscles work more long point except extensor pollicis longus and triceps brachii than fore-hand stroke. 5. In the distinction of Activity, Fore-hand stroke presents, the bigger tendency than that of Back hand stroke and there are something which presents the relationship extensor pollicis longus, brachior adialis, flexor carpi ulnaris, and something which presents the notable difference biceps brachii, triceps brachii, deltoideus, (P<0.02 - 0.05) 6. The muscle movement order is same except deltoideus and flexor carpiulnaris in the Fore-hand stroke and in the muscle shrink order it begins from the deltoideus in the Forehand and from the biceps brachii in the Back hand. 7. Though the difference of the each muscle Amplitude is exist, the times which the ball impact to the racket and represent the maximum of the electromyogram Amplitude are nearly accorded. 本 硏究는 卓球競技의 打球動作을 크게 區分하떤 포핸드 스트록 (Fore-hand stroke) 과 백핸드 스트록 (Back-hand stroke) 으로 나눌 수있다. 그 중 어느쪽이 더 중요하다고는 말할 수 없겠지만 평소 練習때나 실제 競技에 있어서 포핸드 스트록의 관심도가 높은 것이 사실이며 반면에 백핸드 (Back hand) 쪽의 중요성은 항상 인식되고 있으나 실제에 있어서는 등한시되는 경향이 있다. 따라서 포핸드 (Fore hand) 와 백핸드 (Back hand) 打球動作을 비교하므로써 그 분석이 가능할 것으로 사료되어 卓球選手 경력 6년 이상인 男子大學 選手 6명을 가지고 卓球打球 動作時 가장 主가 되는 身體의 上肢을 주안점으로 삼았으며 上肢의 肩關節, ?關節, 그리고 手關節을 中心으로 한 비교적 사용 빈도가 크고 主動이 되는 筋群으로써 三角筋, 上腕二頭筋, 上腕三頭筋, 尺側手根屈筋, 腕橈骨筋, 長母指伸筋 등 여섯개의 筋肉을 本硏究의 實驗대상, 筋肉으로 삼았다. 筋活動을 분석하기 위한 方法으로써는 筋肉의 電氣的인 生理變化로 유도하며 記錄하는데 필요한 筋電圖(Electromyogram; EMG) 表面電極유도법을 취하였다. 따라서 筋電圖上 기록된 卓球 打球動作時 공(Ball)과 라켓(Racket)의 임팩트(Impact) 지점을 中心으로 본 각 筋肉別 筋活動 時間과 筋活動 순서 그리고 筋의 强度등을 細部的으로 밝히는데 本硏究의 목적이 있었으며 이와 같이 비교분석된 結果로써 다음 몇가지의 結論을 얻었다. 1. 筋肉別 혹은 兩핸드(FS,BS) 別에서 差異가 있긴 하지만 卓球 打球動作에 따른 全體 筋活動 持續時間 범위는 0.47 ~ 0.67 초이고 豫動時間은 0.15 ~ 0.31 초이며 殘動時間은 0.22 ~ 0 .4초로써 豫動時間보다 殘動時間이 더 긴것을 알 수 있다. 2. 포핸드 스트록 (Fore-hand stroke) 의 三角筋 (M,del) 은 持續時間과 殘動時間에서 백핸드 스트록 (Back-hand stroke) 보다 커 意義있는 差異를 보았다.( P < 0.05 ) 3. 백핸드 스트록 (Back-hand stroke) 은 포핸드 스트록 (Fore-hand stroke) 보다 動時間이 긴 傾向性이며 특히 尺側手根屈筋(M,fcu ) 은 意義있게 긴 差異를 보였다.( P < 0.02 ~ 0.05 ) 4. 백핸드스트록 (Back-hand stroke) 은 포핸드스트록 (Fore-hand stroke) 보다 長母指伸筋 (M,epl) 과 上腕三頭筋 (M, tri) 을 제외한 筋肉의 持續時間은 긴 差異를 보였다.( P < 0.02 ~ 0.05 ) 5. 强度 (Activity) 差는 포핸드스트록 (Fore-hand stroke) 이 백핸드스트록 (Back hand-stroke) 에 비해서 큰 傾向을 보였으며 통계학적으로 有意性을 나타낸 것 ( 長母指伸筋, 腕 骨筋, 尺側手根屈筋 ) 도 있었으며 意義있는 差異를 보인 것 ( 上腕二頭筋, 上腕三頭筋, 三角筋) 도 있었다. ( P < 0.02 ~ 0.05 ) 6. 筋活動 順序는 포핸드스트록 (Fore hand-stroke) 의 三角筋 (M,del) 과 尺側手根屈筋 (M,fcu) 을 제외하고는 같으며 포핸드스트록 (Fore hand) 時는 三角筋 (M,del) 백핸드 (Back hand) 時는 上腕二頭筋 (M,bic )부터 筋收縮 順位가 되고 있다. 7. 筋肉間 주폭 (Amplitube) 의 差異는 있지만 공 (Ball) 이 라켓(Racket) 에 임팩트 (Impeat)되는 時間과 筋電圖 주폭(Amplitube) 의 最高値를 나타내는 時間은 거의 일치한다는 結論을 얻었다.

구강안면영역에서의 근전도 적용

임수현 서울대학교 치의학대학원 2013 국내석사

근전도는 운동단위의 전기활동을 활성화시켜 이를 오실로스코프에 나타냄으로써 이루어진다. 신경이나 근육세포는 휴지기엔 평형한 분극상태로 존재하는데 어떤 자극에 의해서 평형이 깨어지고 탈분극상태가 된다. 신경이나 근육의 세포막이 탈분극 및 재분극 과정에서의 전기적 활동을 활동전위라 부른다. 활동전위는 한 지점에서 발생하여 신경이나 근육의 섬유를 따라 양쪽으로 전파하게 된다. 이러한 활동전위의 발생, 전파, 동원 등을 포착하여 오실로스코프상에 나타내는 것이 전기진단의 기본 개념이다. 근전도는 신경과 근육의 전기생리학적 변화를 분석하여 진단하는 방법으로 크게 신경전도검사와 침 근전도검사로 나뉜다. 신경전도검사는 운동신경과 감각신경을 전기적으로 자극하여 근육의 반응이나 신경 자체의 반응을 분석하여 이상 유무를 판단하는 것이고, 침 근전도검사는 신경의 손상이 있거나 근육 자체에 이상이 있을 경우에 근육에 나타나는 비정상적인 전기생리학적 변화를 감지하여 이상유무를 진단하는 것이다. 근전도의 정의는 근육 내의 전기적 활동을 탐색하고 증폭하여 기록하는 것이라 할 수 있다. 최근 디지털 신호처리 기법의 발달로 빠르고 정확하게 근전도 신호를 자동 추출하고 분석할 수 있는 여러 방법들이 개발되어 왔으며, 현재 대부분의 전기진단장비에는 이러한 프로그램이 내장되어 있어 손쉽게 정량적 근전도 검사를 실시할 수 있게 되었다. 대표적으로 정량적 MUAP(motor unit action potential) 분석 방법과 분해방법(Decomposition methods)이 있다. MUAP 분석은 정통적인 접근법으로 최소한으로 근육을 수축하는 동안 MUAP를 기록하여 이를 정량적으로 평가하는 방법이다. MUAP는 운동단위의 근섬유 활동전위의 대수적인 합을 세포 밖에서 기록한 것으로 기록전극과 근섬유와의 공간적 관계와 근섬유 활동전위와의 시간적 관계에 의해 결정된다. MUAP의 형태는 운동단위의 구조, 즉 운동 단위에 속하는 근섬유의 수와 크기 및 분포와 종판의 배열에 영향을 받는다. 신경병증과 근육병증에서 나타나는 근위축이나 비대, 다양한 근섬유 반경, 근섬유 소실, 근섬유의 재생과 분리 및 신경 재분포 등에 의해 MUAP 의 형태에 변화가 오게 된다. 정밀 분해법(Precision decomposition)은 4개의 기록표 면을 갖고 있는 quaorifilar 전극으로 다채널 기록을 하여, 최대 근수축의 85~100%에서도 정확히 MUAP를 추출할 수 있는 방법으로 MUAP의 rate coding과 점증의 변화를 측정하여 운동조절 기전을 연구하는데 많이 이용되고 있다. 그러나 특수 침전극이 필요하다는 것과 특수한 지식을 가진 검사자가 자료 처리과정 중 개입하여 자료 분석시간이 길어지는 단점 때문에 임상에 사용하기에는 어려움이 있다. 근전도는 구강안면 영역에서 여러 분야에 활용되고 있다. 측두하악장애를 비롯해 교합접촉 변화, 저작 습관, 골절, 신경자극 등의 여러 가지 원인에 따른 저작근의 변화를 연구할 때 유용하게 이용된다. 측두하악장애 관련 연구들에 따르면 근전도가 신뢰성 있는 객관적인 정보를 제공할 수 있는가에 대해서 논란이 있다고 한다. 악골 골절 후의 근전도 연구에서는 관혈적 정복술을 통한 고정을 했을 때 비이환측에서 더 빠른 회복을 보인다고 한다. 편측안면경련의 미세혈관 감압술시에는 수술 후 7일 째에 비정상 활동전위가 완전소실 또는 50% 이상 소실된 경우가 90.9%, 비정항 활동전위가 50% 이하로 소실된 경우가 9.1%라는 연구가 있다. 경피성신경자극을 저작근에 가했을 때, 근수축으로 인한 근피로도가 감소된다는 근전도 연구도 있다. 전치부 개방교합시 이설근 및 구륜근 활성도 연구에 따르면 연하시를 제외하고 구륜근과 이설근 모두 근활성도가 정상교합자보다 높게 나타난다고 한다.

근전도와 심층신경망 기반 관절 토크 추정에 관한 연구

김하린 경희대학교 대학원 2019 국내석사

최근 군용/재활용 등의 여러 목적으로 인간의 운동을 보조해주는 외골격 로봇 시스템이 개발되고 있다. 다양한 환경에서 동적으로 대처하기 위해 착용자와 착용 로봇 간의 자연스러운 상호작용하는 것이 중요해졌고, 이를 위해 물리 센서, 생체신호를 사용한 착용자의 동작 의도 파악 연구가 활발히 진행되고 있다. 그중 근전도 신호는 물리적인 변위를 일으키지 않고 물리 센서보다 빠르게 측정 가능하다는 장점이 있어 동작 의도 파악 연구 분야에서 다양하게 응용되며 관절 토크와의 관계가 있음이 유추되고 있으나, 전극의 부착 위치, 잡음, 개개인의 근육 특성, 몸 상태에 영향을 많이 받는 신호이기 때문에 제한된 실험 환경, 정확한 하드웨어 설계 및 신호 처리가 필요하다. 본 논문은 부피가 큰 장비 없이 휴대가 용이한 다채널 근전도 신호 처리 모듈을 설계하여 부착 위치에 상관없이 측정된 다채널 근전도 신호만으로 심층신경망 학습 알고리즘을 이용해 관절의 토크를 추정한다. 토크 추정 시스템은 신호 측정, 신호 처리, 토크 추정의 순으로 이루어진다. 부하에 따른 착용자의 근전도 및 관절의 각도를 측정하고, 실시간으로 신호를 가공하여 저장된 데이터와 심층신경망을 사용하여 토크를 추정한다. 근전도 처리 방법, 심층신경망의 구성에 따른 토크 추정 정확도를 분석하여 적합한 조합을 제안한다. The torque estimation system measures the wearer's avionics and joint angles under load, processes signals in real time and estimates torque using stored data and in-depth neural networks. Analyzing the accuracy of the torque estimation according to the method of treating avionics, the composition of in-depth neural network, and suggesting a suitable combination. With the development of exoskeleton robot systems to assist in human motion for various purposes, such as military/rehabilitation, it became important to have a natural interaction between wearer and wearable robot to cope dynamically in different environments. Although there are various applications in the field of motion-intentional identification studies, the signals are highly affected by the attachment location, noise, individual muscle characteristics, and physical condition of the electrodes, which require a limited experimental environment, accurate hardware design, and signal processing. This paper deals with the study of designing multichannel near-field signal processing modules that are easy to carry without special equipment and estimating the torque of joints using in-depth neural network learning algorithms only measured multichannel near-field signals, regardless of their attachment location.

근전도를 이용한 안면신경 모니터링 및 마취심도의 정량적 평가 시스템 개발

김영진 성균관대학교 일반대학원 2012 국내박사

안면신경 근전도(FNEMG) 신호를 측정할 수 있는 근전도 측정기와 마취심도를 정량적으로 평가 할 수 있는 알고리즘을 개발하여, 안면신경의 손상 여부를 실시간 모니터링 할 수 있는 시스템을 개발하였다. 1. 안면신경 근전도 측정 장비 개발 안면신경의 모니터링이 가능한 근전도 측정 장비를 개발하였다. 미세한 줄기를 갖는 안면신경의 근전도 신호 획득 후 전원 노이즈를 제거하여 마취심도의 정량적 평가 위한 근전도 측정 장비를 개발하였다. 또한, 상용 제품과 비교 분석하여 신호의 획득 값을 검증하였다. 이는 기존의 근전도 측정 장비는 근육 다발에서 발생하는 종합적인 신호를 획득하였던 반면 개발된 장비를 이용함으로 써 특정 근육의 신호를 획득 및 분석하여 정확한 분석을 가능하게 한다. 또한, 신호의 세기를 증폭할 수 있도록 하여, 인체뿐 아니라 전임상 실험에 사용되는 동물들을 대상으로 적용할 수 있어 전임상 실험의 소요시간을 단축할 수 있다. 2. 전기 자극에 따른 근전도 신호 분석을 이용한 마취심도 평가 알고리즘 개발 마취 약제의 투입량을 조절하여 마취단계를 구분한 후 마취단계별 전기 자극을 주어 그에 따른 근전도 신호를 획득하였다. 획득한 근전도 신호는 필터링을 통한 잡음 제거와 개체별 정규화를 통해 33개의 특성값을 도출하였다. 도출된 근전도 신호의 특성값들을 기반으로 마취심도를 평가할 수 있는 알고리즘을 개발하였으며, 마취 단계에 따른 상관관계는 기존의 방법보다 개선된 결과를 제시하였다. 이는 향후 안면신경 검사 장비에 적용함으로 써 환자의 안면신경에 가해지는 전기 자극을 최소화하고, 수술 시간을 감소시킬 수 있다. 이로 인하여 환자는 수술에 의한 합병증 및 부작용을 예방 및 감소할 수 있고, 회복시간을 단축할 수 있다. 3. 안면신경 모니터링을 이용한 마취심도 평가 시스템 개발 안면신경의 근전도 신호 획득이 가능한 근전도기와 마취 심도를 판단할 수 있는 알고리즘을 기반으로 실시간 안면신경의 모니터링이 가능한 시스템을 개발하였다. 개발된 시스템은 수술 중 환자의 근전도 신호를 실시간으로 측정 분석할 수 있으며 이상 여부를 판단할 수 있다. 이로써 수술자는 환자 신경의 손상 여부를 판단하기 위하여 전기자극 값을 변화시킬 필요성이 없이 수술할 수 있다. 또한, 환자의 안면신경 신호를 모두 저장할 수 있어 수술 후 증빙 자료로 활용할 수 있다. 이로써 토끼를 대상으로 하여 마취심도를 정량적으로 평가할 수 있는 시스템을 개발하였다. 하지만 본 연구에서는 임상적용을 위한 전임상 실험으로 소동물인 토끼 20마리를 대상으로 연구를 수행하였지만, 실험 중 토끼의 죽음 등으로 인한 요인으로 유효성 있는 데이터는 13마리에게서만 얻을 수 있었다. 이는 향후 추가적인 연구가 필요하며, 동시에 개와 돼지 같은 중동물에 적용한 연구가 필요하다. 이처럼 동물을 대상으로 한 전임상 실험이 완료된 후에는 인체를 대상으로 하는 임상 실험을 거쳐 상품화할수 있다는 한계점이 있다.

근전도 바이오피드백 훈련이 무릎넙다리 통증을 가진 성인의 고유수용감각, 동적 안정성 및 통증에 미치는 급성 효과

박주은 한국해양대학교 대학원 2023 국내석사

Introduction: Patellofemoral pain can be caused by abnormal lateral movement of the patella due to decreased muscle activation of the vastus medialis oblique muscle. Pain greatly affects movement activity and control. Proprioception, which controls body movement, posture, and stability, requires training to restore proprioception because it may not return to normal even after the pain is relieved. Electromyography (EMG) is a common technique used in clinical settings, which utilizes visual biofeedback to correct muscle activation during exercise. However, it is unclear whether the correction of muscle activation by the EMG biofeedback training restores proprioception, dynamic stability and pain. In addition, to our knowledge, no study has investigated acute EMG biofeedback training on proprioception in adults with patellofemoral pain. Objectives: This study aimed to investigate the acute effects of EMG biofeedback training in the quadriceps femoris muscle on knee joint proprioception, dynamic stability, and pain in adults with patellofemoral pain. Methods: The participants were twenty-nine adults (23 males and 6 females) aged ≥ 20 years with patellofemoral pain. We randomly assigned participants to either the EMG biofeedback training (EBT) group (n=15, mean age: 20.13±1.55 years) or the control group (n=14, mean age: 20.93±2.43 years). Proprioception of the knee joint was measured using joint position sense (30°, 45°, and 60°) and force sense tests. A Y-balance test was performed to test the dynamic stability of the lower extremities. A visual analog scale (VAS) was used to confirm the level of knee pain. The intervention group received EMG biofeedback training to increase the muscle activation of the vastus medialis oblique muscle, providing visual biofeedback using EMG. Results: The positional error evaluated in the 45° joint position was significantly decreased after the intervention (EBT: pre= 3.76±2.33°, post= 2.11±1.85°, P=0.020), with an interaction between time and group (P=0.028), but not other joint positions (30° and 60°). There was no significant change in the force sense tests and the Y-balance test after the intervention. The VAS score reduced (EBT: pre= 3.87±2.20, post= 2.00±1.46, P=0.001), with a significant interaction between time and group (P=0.001). We also confirmed significantly increased muscle activation in vastus medialis oblique (EBT: pre= 57.84±38.97 μV, post= 88.44±58.46 μV, P=0.019) and vastus lateralis (EBT: pre= 53.01±30.53 μV, post= 64.97±33.67 μV, P=0.006). Conclusions: The findings suggest that acute EMG biofeedback training reduced knee pain in young adults with patellofemoral pain. The improvement of positional error was observed in the 45° joint position but not in others. Moreover, there were no significant changes in lower extremity dynamic stability after acute EMG biofeedback training. Further research is needed to evaluate whether short- and long-term biofeedback training with EMG used in the treatment of patellofemoral pain is associated with outcomes of proprioception. 서론: 무릎넙다리 통증은 안쪽넓은근의 근 활성 저하로 인한 무릎뼈의 비정상적인 횡방향 움직임을 일으켜 발생할 수 있으며, 통증은 움직임 활동과 조절에 큰 영향을 미친다. 신체 움직임과 자세, 안정성 등을 관장하는 고유수용감각은 통증이 회복되더라도 자연스럽게 정상적으로 돌아가지 않을 수 있어 고유수용감각을 회복하는 훈련이 필요하다. 최근 근 활성도를 높이는 효과적인 훈련 방법으로 근전도 바이오피드백이 제안되고 있다. 그러나 근전도 바이오피드백 훈련으로 인한 근 활성 비율의 교정이 고유수용감각, 동적 안정성 및 통증을 회복시키는지는 아직까지 불분명하다. 특히, 일회성 근전도 바이오피드백 훈련이 고유수용감각의 변화에 기여하는지에 대한 연구는 보고되어 있지 않다. 연구 목적: 본 연구의 목적은 무릎넙다리 통증이 있는 성인을 대상으로 넙다리네갈래근에 일회성으로 실시한 근전도 바이오피드백 훈련이 무릎 관절의 고유수용성 감각과 동적 안정성, 통증에 미치는 급성 효과를 규명하는 것이다. 연구 방법: 본 연구의 대상자는 무릎넙다리 통증을 가진 20~30대 성인 남녀 29명(남: 23, 여: 6) 이었으며, 무작위 배정 방식으로 근전도 바이오피드백 훈련군(n=15, 나이: 20.13±1.55세)과 대조군(n=14, 나이: 20.93±2.43세)으로 배정되었다. 무릎 관절의 고유수용감각은 관절위치감각 및 힘감각 검사를 실시하여 측정하였으며 하지 동적 안정성 검사를 위해 Y-balance test를 실시하였다. 통증의 척도를 확인하기 위해 무릎 관절에 대한 시각 상사 척도 검사를 실시하였다. 근전도 바이오피드백 훈련군에게는 근전도를 활용하여 시각적 바이오피드백을 제공하면서 안쪽넓은근의 근 활성도를 높이기 위한 등척성 근수축 훈련을 실시하였다. 연구 결과: 관절위치감각은 45°에서 시기간(EBT: pre= 3.76±2.33°, post= 2.11±1.85°, p= .020) 및 시기와 그룹 간 상호작용(p= .028) 효과의 유의한 차이가 나타났다. 그러나, 힘감각 및 하지 동적 안정성의 결과는 중재 전후에 유의한 차이가 없었다. 시각 척도로 측정한 통증지수는 중재 후에 유의하게 감소하였으며(EBT: pre= 3.87±2.20, post= 2.00±1.46, p= .001), 시기와 그룹간 유의한 상호작용 효과를 나타냈다(p= .001). 근전도 바이오피드백 훈련군의 안쪽(EBT: pre= 57.84±38.97μV, post= 88.44±58.46 μV, p= .019) 및 가쪽넓은근(EBT: pre= 53.01±30.53μV, post= 64.97±33.67μV, p= .006)의 근 활성도는 유의하게 향상되었다. 결론: 본 연구의 결과는 무릎넙다리 통증을 가진 젊은 성인에 있어 일회성 근전도 바이오피드백 훈련이 통증 감소에 효과적임을 시사한다. 그러나, 관절위치감각 및 힘감각으로 평가한 고유수용 감각과 동적 안정성에 대한 효과는 확인할 수 없었다.

방추형 근육의 근전도 신호발생 모델링에 관한 연구

정철기 서울시립대학교 2010 국내박사

근전도(electromyography) 신호발생 모델링은 근육의 여러 생리학적 파라메터의 추출과 비교 연구의 중요한 도구이다. 근육의 구조는 생리학적 단면을 규정하기가 어렵기 때문에 근전도 신호를 통한 분석 기법에 있어 상세한 분석을 어렵게 한다. 근전도 신호에 대한 모델링은 이러한 한계를 극복하고자 활발히 연구되어 지고 있다. 본 연구에서는 근육의 확률 분포에 근거한 생리학적 파라메터와 전기적이고 수학적인 근전도 신호발생 메커니즘을 이용한 방추형 근육의 모델링에 대하여 연구하였다. 지금까지 발표된 근전도 신호의 발생 모델은 근육의 여러 형태를 고려하지 않고 단순히 원통형 형태로 보고 모델링하였다. 이러한 모델링은 전극의 위치에 따라 실제 신호와의 비교에서 큰 오차를 유발한다. 본 논문에서는 방추형 근육의 모델링을 위하여 새로운 근전도 신호발생 모델링 방법을 제안하였다. 방추형 근육은 구조적으로 위치에 따라 단면적이 변화한다. 이러한 구조적 특성을 고려하여 전도속도와 세포막 전류의 변화를 모델링하여 방추형 근육에 적합한 새로운 근전도 신호발생 모델링 방법을 제안하였다. 제안한 모델링 방법을 MATLAB에 기반한 FM-시뮬레이터(fusiform muscle simulator)로 구현하여 다양한 조건에서 근전도 신호를 발생시켜 유효성을 비교 검증 하였다. 실제 이두박근의 전극의 위치에 따른 근전도 신호는 근육의 중심 부근에서 가장 큰 신호를 나타냈다. 반면에 근육의 건 부근에서는 중심부에 비해 10%이하로 작은 신호가 취득되었다. 기존의 원통형 모델링은 이러한 실제 근전도 신호의 변화를 나타내지 못하지만 제안한 방법은 실제 근전도 신호와 유사하게 나타났다. 시뮬레이션 결과 건 부근에서는 약 20%로 신호의 감소를 나타내었다. 본 연구는 이와 같이 방추형 근육의 새로운 모델링 방법을 제시하고 실제 실험 데이터와 비교를 통해 기존의 원통형 모델링 방법에 비해 유용함을 증명하였다. Fusiform muscle is a spindle-shaped muscle, such as the biceps brachii, which is being wider in the middle and narrowing towards both ends. The muscle fibers are arranged more or less parallel to each other and the major axis of the muscle. In this dissertation, a new modeling(fusiform modeling) method of EMG signal generation for fusiform muscle was proposed to the conventional cylindrical modeling method by suggesting scale function. This work is based on the anatomical structure of muscle system. The FM-simulator (fusiform muscle simulator) based on the line source model was designed to simulate fusiform muscle. The simulator estimate the MU(motor unit) information including the numbers of MU and muscle fiber, conduction velocity, MU diameter, fiber diameter. The performance evaluation of proposed modeling method to the cylindrical modeling method was done by comparing a real detected EMG signals with the simulated SMUAP and CMAP in biceps brachii muscle. A computer-based EMG acquisition system(SCU-6) was designed to simultaneously acquire, process, display and analyze SMUAP signal recorded during voluntary contraction and CMAP signal obtained after one supramaximal electrical stimulation of musculocutaneous nerve. The 8 channel surface array electrodes were designed with silver bar, a width of 1 mm and a length of 10 mm. The two adjacent electrodes were separated by 5 mm and used as a bipolar electrode. Finally, the resuts of fusiform modeling shows the better performance compared with cylindrical modeling by comparing a real detected EMG signals with the simulated SMUAP and CMAP in biceps brachii muscle. The results shows that the proposed fusiform modeling method can be used for the study of muscle pain in tendon area. In the future, the proposed method will be extended for the simulation of any other human spindle-shaped muscles and it can be utilized to build a tool for diagnosis and treatment assessment of neuromuscular patients.

근전도제어FES를 위한 M-wave 제거 적응알고리즘과 FPGA구현

염호준 연세대학교 2004 국내박사

근전도 신호처리를 통한 신경근 장애 판별 알고리즘 개발

이준우 부산대학교 2020 국내박사

신경근 장애는 근육병증과 신경병증으로 나뉜다. 이 두 가지를 구별하는 것은 의학적으로 매우 필요한 일이다. 치료 및 처방 그리고 재활의 방법이 병증에 따라 달라진다. 기존 신경근 장애는 진단 용도인 침 근전도를 이용하여 판별하고 있다. 하지만 침습이라는 방식이 환자들에게 거부감을 주고 있고, 의사의 경험적 판단이 많이 요구되고 있기 때문에 이에 대한 개선 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 두 가지 방안으로 개선을 하였다. 첫 번째는 침 근전도를 이용하여 취득된 개별 운동단위 활동전위를 분석하는 방법이다. 본 연구에서는 맥시칸햇 웨이블렛이 정상 운동단위 활동전위의 형상과 매우 유사하다는 것에 착안하여 신경병증을 구별해낼 수 있는 웨이블렛 특징을 추출하고 다층 퍼셉트론 신경망을 이용해 판별하는 알고리즘을 개발하였다. 두 번째는 최대 자가 등척성 수축과 반복 운동에서의 표면 근전도 신호를 활용하는 방법이다. 취득된 표면 근전도에 대한 활성도 분석, 주파수 분석등을 실시하여 36개의 특징값을 추출하였다. 랜덤 포레스트를 활용하여 근육병증, 신경병증, 정상을 구별하는 알고리즘을 개발하였다. 침 근전도 알고리즘에서는 기존 판별 특징인 시간 영역 특징값과 정확성 비교를 했다. 정상과 신경병증 샘플 10개씩 수집되었고, 여기서 추출된 운동단위 활동전위 약 1000개 데이터에 대한 웨이블렛 특징, 시간 영역 특징을 추출했다. 추출된 특징들은 각각의 다층 퍼셉트론 신경망을 훈련시키고 유효성 및 정확도 검사하는데 사용되었다. 웨이블렛 특징과 시간 영역 특징의 정확도는 각각 91.7%, 87.4%였다. 웨이블렛 특징에 각 특징의 표준편차를 추가한 특징으로 판별한 결과 98.8%의 정확도를 보였다. 표면 근전도 알고리즘에서는 표면근전도 신호에서 추출된 특징을 본 연구에서 제안한 분류 알고리즘에 적용하여 훈련과 정확도 검사를 실시하였다. 제안한 판별 알고리즘은 랜덤 포레스트 분류기 2개를 사용한 것인데, 우선 정상과 환자를 먼저 판별을 해내고, 환자로 판별된 샘플들은 다시 병증 판별하는 랜덤 포레스트 알고리즘을 통과시켜 병증을 파악하였다. 의사결정 트리, 랜덤 포레스트, 제안한 알고리즘의 정확도를 비교하였을 때 80.0%, 86.4%, 90.9%의 정확도를 보여 제안한 알고리즘의 우수성을 확인하였다. 본 연구에서 제안한 두 가지의 알고리즘을 통하여 신경근 장애 판별 환경 개선 및 자동화가 기대되어진다.

윗몸 일으키기 자세에 따른 근전도 분석

박은영 이화여자대학교 대학원 1998 국내석사

본 연구는 첫째, 윗몸 일으키기 자세에 따른 상대적분근전도를 복직근, 외복사근, 대퇴직근, 그리고 척추기립근 별로 측정ㆍ분석함으로써 복근력을 향상시키기 위한 가장 효과적인 윗몸 일으키기 자세를 찾아내기 위한 것이다. 둘째, 이 결과를 실제생활에 적용하여 윗몸 일으키기의 기초자료로 제공함으로 보다 효과적인 운동을 수행하며, 요통을 사전에 예방하기 위한 것이다. 본 연구의 피험자는 과거에 요통경험이 없고, 척추질환이 없는 13명의 대학생 및 대학원생들(19세∼24세)로 구성되었다. 실험과제의 수행조건은 발을 고정시키지 않은채 몸통각도를 30도, 60도, 90도로 조작하고, 무릎각도를 65도, 90도, 105도로 조작한 9가지 조건에서의 윗몸 일으키기 운동이었으며, 이상의 9가지 윗몸 일으키기 조건에서 피험자의 겨드랑이 부분에 띠를 매어서 각 자세에 따라 90도로 유지한 상태에서 실험자가 피험자의 뒤에서 최대의 힘으로 당겨 윗몸 일으키기 자세를 유지하도록 하였다. 즉, 실험자가 피험자를 최대로 당기는 힘의 값을 100%으로 하여 피험자가 자세를 유지하는 힘을 상대값으로 분석하는 상대적분근전도(%) 값으로 측정하였다. 상대적분근전도(%)를 측정하기 위한 실험 기자재는 미국 BIOPAC system 사의 근전도 프로그램인 AcqKnowledge Ⅲ MP 1000sw (version 3.2)를 이용하였다. 그리고 윗몸 일으키기 자세에 따른 상대적분근전도 자료의 통계적인 유의성을 검증하기 위해서 복직근, 외복사근, 대퇴직근, 척추기립근 별로 몸통각도(3)×무릎각도(3) 실험설계에 대응하는 반복측정에 의한 이원변량분석(two-way ANOVA with repeated measures on all two factors)을 실시하였다. 또한 변량분석결과가 통계적으로 유의하면 사후검증(Scheffe test)을 실시하였다. 본 연구의 분석에 의하면 첫째, 복직근에서 윗몸 일으키기의 각 자세에 대한 통계적 유의성을 검증하였을 때 몸통각도(F=2.580, p<.05)와 무릎각도(F=65.372, p<.05), 그리고 몸통각도와 무릎각도의 상호작용효과 (F=5.386, p<.05)에서 통계적으로 유의한 결과가 나타났으며, 사후검증 결과는 몸통각도 30도와 90도간에 유의한 결과가 나타났다. 몸통각도와 무릎각도와의 상호작용효과에 대한 사후검증결과는 몸통각도 30도/무릎각도 105도와 몸통각도 90도/무릎각도 105도 간, 몸통각도 30도/무릎각도 105도와 몸통각도 90도/무릎각도 90도 간, 몸통각도 30도/무릎각도 105도와 몸통각도 90도/무릎각도 65도 간, 몸통각도 30도/무릎각도 90도와 몸통각도 90도/무릎각도 105간의 순으로 유의한 결과가 나타났다. 둘째, 외복사근에서 윗몸 일으키기 각 자세에 대한 통계적 유의성을 검증하였을때 몸통각도(F=6.572, p<.05)와 무릎각도(F=51.172, p<.05), 그리고 몸통각도와 무릎각도의 상호작용효과 (F=3.776, p<.05)에서 통계적으로 유의한 결과가 나타났다. 몸통각도와 무릎각도의 상호작용효과에 대한 사후검증 결과 몸통각도 60도/무릎각도 65도와 몸통각도 90도/무릎각도 105도 간, 몸통각도 30도/무릎각도 105도와 몸통각도 90도/무릎각도 105도 간, 몸통각도 30도/무릎각도 65도와 몸통각도90도/무릎각도 105도 간, 몸통각도 60도/무릎각도 65도와 몸통각도 90도/무릎각도 90도 간, 몸통각도 30도/무릎각도 105와 몸통각도 90도/무릎각도 90도간의 순으로 유의한 결과가 나타났다. 셋째, 대퇴직근에서 윗몸 일으키기의 각 자세에 대한 통계적 유의성을 검증하였을 때 몸통각도, 무릎각도, 몸통각도와 무릎각도의 상호작용 효과에서도 유의한 결과가 나타나지 않았다. 넷째, 척추기립근에서 윗몸 일으키기 각 자세에 대한 통계적 유의성을 검증하였을 때 몸통각도, 무릎각도, 몸통각도와 무릎각도의 상호작용 효과에서도 유의한 결과를 나타내지 않았다. 결론적으로 척추의 바른 자세와 요통을 예방하는데 도움을 주며, 복근력을 강화시키는 가장 효과적인 윗몸 일으키기 자세는 복근(복직근, 외복사근)의 상대적분근전도(%)가 높고, 대퇴직근의 상대적분근전도(%)가 낮은 자세이다. 즉 몸통각도는 몸통과 지면이 이루는 각도가 낮은 상태에서 윗몸 일으키기를 수행하고, 무릎각도는 대퇴와 하퇴가 이루는 각도가 높은 상태에서 수행하였을 때 복근력이 강화되는 가장 효과적인 윗몸 일으키기를 수행할 것으로 생각된다. This study was investigated to analyze the relative integrated electromyography (iEMG) of the rectus abdominis, external oblique, rectus femoris, and erector spine, and to identify the most appropriate sit-up variation. And its purpose was to apply the results as a basic research material for the better exercise and to prevent back pain. The subjects of the study were 13 female students aging between 19-24 years with no experience of back pain and with no axial skeletal diseases attending college and graduate schools. The test was performed in 9 conditions (3 trunk angles x 3 knee angles): trunk angles were 30, 60, 90 degrees and knee angles were 65, 90, and 105 degrees. Each sit-up was tested without knee support in supine position and the myoelectric activity was monitored. After each sit-up variation was performed, the subjects were asked to hold their position with a string hanging on their armpit drawn backward and the myoelectric activity was collected. The relative percentage of the former against the latter was estimated. A two-way analysis of variation ANOVA with repeated measures on all two factors was used to evaluate differences in myoelectric activity levels of the 4 muscles. Scheffe 's test was used for evaluation of significant F values for the factors. The results were as follows: The trunk angle (F=2.580, p<.05), knee angle (F=62.372, p<.05), and the interaction effects between trunk angle and knee angle were statistically significant in the rectus abdominis muscle. Same result was shown from in the external oblique muscle for the trunk angle (F=6.572, p<.05), knee angle (F=51.172, p<.05), and interaction effect (F=3.776, p<.05). On both muscles, post hoc test results were also significant.

벤치 프레스 운동 시 그립의 너비가 상체의 근 활성도에 미치는 영향

박희홍 울산대학교 대학원 2008 국내석사

본 연구의 목적은 벤치 프레스 운동 시 바를 잡는 그립의 너비에 따라 상체 근육 활동에 어떠한 영향을 미치는지 근전도 분석을 통해 알아보는 것이다. 이를 위해 본 연구에 건강한 남자 대학생(연령: 25.5±2.7yr, 신장: 176.1±3.9㎝, 체중 72.3±8.3 ㎏, 근육량: 58.7±8.9㎏) 12명이 참가하였다. 벤치 프레스 그립에 따른 근 활성도를 분석하기 위해 근전도 측정 기구(Procomp: Thought Technology Ltd.)를 사용하여 근전도 자료를 수집하였다. 근전도 자료 측정을 위하여 대흉근, 승모근, 전면 삼각근, 상완 삼두근에 근전도 전극을 부착하였고, 적분 근전도와 표준 근전도 자료를 측정하였다. 이렇게 획득한 자료를 토대로 벤치 프레스 그립의 너비에 따른 상체 근육의 적분 근전도와 표준 근전도를 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 첫째, 대흉근은 벤치 프레스 그립의 변화에 따라 근 활성도에는 큰 영향을 받지 않았으나 그립의 너비가 넓으면 대흉근의 운동 참여도가 높아졌다. 둘째. 승모근은 벤치 프레스 운동 시 가장 적은 근 활성도를 보였으나, 그립의 너비가 좁아지면 운동 참여도가 높게 나타났다. 셋째, 전면 삼각근은 벤치 프레스 운동 시 3가지 그립에서 모두 높은 활성도를 보였으나, 그립의 변화에 따른 근 활성도와 근 참여도의 변화는 보이지 않았다. 넷째, 상완 삼두근은 벤치 프레스 운동 시 3가지 그립에서 모두 높은 활성도를 보였고, 그립의 너비가 좁아지면, 근 활성도와 근 참여도가 높아졌다. The purpose of this study was to investigated the effect of varying bench press grip on the EMG activity of the upper body muscle during bench press exercise. For this purpose 12 male students from U university were selected(age: 22.5±2.7yr, height: 176.1±3.9㎝, weight: 72.3±8.3kg, lean body mass: 58.7±8.9㎏). To assess the myoelectric activities of selected muscles, surface electrodes were attached to pectoralis major, trepezius, front deltoid and triceps brachii. IEMG and NEMG were measured for each muscles. For each variable, one way repeated ANOVA was used to determine whether there were siginificant difference among three grip bench press. When a significant difference was found in three grip bench press, post hoc analysis were performed using Tukey procedure. From the above experiment, this study analyzed muscle activities and participations in wide grip, normal grip and narrow grip during bench press and concluded as follows: First, muscular activity of pectoralis major muscle was not significantly affected depending on the change of bench press grip. However, with wider grip, its exercise participation was increased. Second, trapezius muscle showed the least muscular activity during the bench press exercise. However, with narrower grip, its exercise participation was increased. Third, front deltoid showed high activity with three types of grip during the bench press exercise. However, its muscular activity and muscular participation were not affected by the grip change. Fourth, triceps brachii showed high activity with three types of grip during the bench press exercise. Also, with narrower grip, its muscular activity and muscular participation were increased.