경두개 자기자극 시 운동신경 유발응답 측정을 위한 근전도 측정 시스템 구축 Establishing EMG Measurement System for Measurement of Motor Nerve Response in Transcranial Magnetic Stimulation원문보기
뇌와 관련된 질병(치매, 조현병, 우울증, 파킨슨병 등)을 가진 환자의 치료 및 재활 정도의 진행을 확인하고자 하는 연구가 현재 활발히 진행되고 있는 추세이다. 그 중에서 경두개 자기 자극법(Transcranial magnetic stimulation, TMS)은 뇌 질환이 있는 환자에게 비 침습적으로 뇌 신경 조절에 사용되는 기법이기 때문에 치료에 많이 사용되고 있다. 경두개 자기 자극 시 정상인의 근피로도는 증가하는 경향을 확인할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 경두개 자기 자극 시에 운동 신경 유발 응답 측정을 위한 근전도 측정 시스템을 구축하여 피실험자의 Raw Data를 RMS 기법으로 분석하고, RMS 그래프의 경향을 통해 운동 신경 유발 응답 측정 시스템을 확인하고자 하는 것이 목표이다. 실험 방법으로는 피실험자의 위팔두갈래근의 수축과 이완 운동을 통해 피로한 상황까지 도달하게 한 후, 표면 근전도 기기를 통해 받아들인 원신호를 RMS 기법으로 분석한다. 실험 결과, RMS 그래프가 상승하는 경향을 확인 하였고, 이를 통해 구축된 근전도 측정 시스템으로 운동 신경 유발 응답을 측정한 데이터를 고려하여 개개인에 맞는 자기자극 강도 결정에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
뇌와 관련된 질병(치매, 조현병, 우울증, 파킨슨병 등)을 가진 환자의 치료 및 재활 정도의 진행을 확인하고자 하는 연구가 현재 활발히 진행되고 있는 추세이다. 그 중에서 경두개 자기 자극법(Transcranial magnetic stimulation, TMS)은 뇌 질환이 있는 환자에게 비 침습적으로 뇌 신경 조절에 사용되는 기법이기 때문에 치료에 많이 사용되고 있다. 경두개 자기 자극 시 정상인의 근피로도는 증가하는 경향을 확인할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 경두개 자기 자극 시에 운동 신경 유발 응답 측정을 위한 근전도 측정 시스템을 구축하여 피실험자의 Raw Data를 RMS 기법으로 분석하고, RMS 그래프의 경향을 통해 운동 신경 유발 응답 측정 시스템을 확인하고자 하는 것이 목표이다. 실험 방법으로는 피실험자의 위팔두갈래근의 수축과 이완 운동을 통해 피로한 상황까지 도달하게 한 후, 표면 근전도 기기를 통해 받아들인 원신호를 RMS 기법으로 분석한다. 실험 결과, RMS 그래프가 상승하는 경향을 확인 하였고, 이를 통해 구축된 근전도 측정 시스템으로 운동 신경 유발 응답을 측정한 데이터를 고려하여 개개인에 맞는 자기자극 강도 결정에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
Studies are now actively underway to confirm the degree of treatment and rehabilitation of patients with brain-related diseases (dementia, schizophrenia, depression, Parkinson's disease). Among them, Transcranial magnetic stimulation (TMS) is widely used in treatment because it is a technique that i...
Studies are now actively underway to confirm the degree of treatment and rehabilitation of patients with brain-related diseases (dementia, schizophrenia, depression, Parkinson's disease). Among them, Transcranial magnetic stimulation (TMS) is widely used in treatment because it is a technique that is used for noninvasive brain neuron control in patients with brain disorders. It can be seen that muscle fatigue of normal people increases during Transcranial magnetic stimulation. Therefore, in this paper, our purpose is to build an EMG measurement system to measure motor neuron-induced response during transcranial magnetic stimulation and We identify a motor-neutral response system using tendency in the RMS graph. As an experimental method, the Raw Data received through the surface EMG device and analyzed by RMS technique, after the contraction and relaxation movement of the biceps brachii. As a result of the experiment, we confirmed the trend of rising RMS graph, and it will can be used to determine the self-stimulation intensity for each individual in consideration of the data of the motor-neutral response.
Studies are now actively underway to confirm the degree of treatment and rehabilitation of patients with brain-related diseases (dementia, schizophrenia, depression, Parkinson's disease). Among them, Transcranial magnetic stimulation (TMS) is widely used in treatment because it is a technique that is used for noninvasive brain neuron control in patients with brain disorders. It can be seen that muscle fatigue of normal people increases during Transcranial magnetic stimulation. Therefore, in this paper, our purpose is to build an EMG measurement system to measure motor neuron-induced response during transcranial magnetic stimulation and We identify a motor-neutral response system using tendency in the RMS graph. As an experimental method, the Raw Data received through the surface EMG device and analyzed by RMS technique, after the contraction and relaxation movement of the biceps brachii. As a result of the experiment, we confirmed the trend of rising RMS graph, and it will can be used to determine the self-stimulation intensity for each individual in consideration of the data of the motor-neutral response.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 경두개 자기자극 시에 운동신경 유발 응답을 확인하기 위하여 근전도 측정 시스템을 구축 하였으며, 구축한 시스템의 운동 유발응답 분석을 위하여 피실험자가 실제 피곤함을 느낄수 있는 수준까지 위팔두갈래근 수축과 이완운동을 실시하였다. 그리고 피검자가 피로함을 느끼는 수준의 운동을 하였을 때 근전도 Raw Data를 RMS 기법을 통해 근피로도를 분석하고, RMS 그래프의 경향을 통해 운동신경 유발응답 측정을 위한 근전도 측정 시스템을 확인하고자 하는 것이 목표이다.
따라서 본 논문에서는 경두개 자기자극 시에 운동신경 유발 응답을 확인하기 위하여 근전도 측정 시스템을 구축 하였으며, 구축한 시스템의 운동 유발응답 분석을 위하여 피실험자가 실제 피곤함을 느낄수 있는 수준까지 위팔두갈래근 수축과 이완운동을 실시하였다. 그리고 피검자가 피로함을 느끼는 수준의 운동을 하였을 때 근전도 Raw Data를 RMS 기법을 통해 근피로도를 분석하고, RMS 그래프의 경향을 통해 운동신경 유발응답 측정을 위한 근전도 측정 시스템을 확인하고자 하는 것이 목표이다.
따라서 본 논문에서는 피실험자 개개인의 운동신경유발 응답을 측정하기 위하여 근전도 측정 시스템을 구축하여 실험을 진행하였고, 피실험자가 피로함을 느끼는 수준의 운동을 하였을 때, 근전도의 RMS 그래프의 경향을 확인하는 것이 목적이다. RMS 그래프가 상승하는 경향을 보일 때, 운동신경 유발 응답 측정을 위한 근전도 측정 시스템으로 사용가능할 것으로 판단한다.
피실험자가 피로함을 느끼는 수준의 운동을 하였을 때, 구축된 시스템에서 근전도 신호를 받아들였다. 받아들인 근전도 신호를 통해 RMS 기법으로 분석 후 RMS 그래프의 상승천이를 확인하고자 하였다.
본 논문에서는 경두개 자극 시 피실험자의 운동신경유발 응답을 측정하기 위한 근전도 측정 시스템을 구축하였으며, 구축된 시스템의 평가 검증하기 위해 피실험자들의 위팔두갈래근의 수축과 이완 운동을 진행하였다. 피실험자가 피로함을 느끼는 수준의 운동을 하였을 때, 구축된 시스템에서 근전도 신호를 받아들였다.
제안 방법
두 개 채널의 EMG 전극을 위팔두갈래근에 부착 후 피실험자들에게 5Kg의 무게의 아령을 들게 하여 편안한 자세에서 피실험자가 피곤함을 느끼는 수준까지 수축과 이완 운동을 실시하여 실제 근전도 경향을 분석한다.
본 근전도 측정 회로는 2채널로 구축하였으며, 입력 임피던스 5MΩ이상, 10Hz-500Hz의 주파수대역, CMRR 60dB 이상의 성능을 가지는 근전도 측정기기를 사용한다.
경두개 자극 장치와 연동을 위하여 근전도 측정 시스템의 운용 소프트웨어를 C언어로 아래 그림 4과 같이 구현하였다. 본 소프트웨어의 검증은 입력단에 1mV를 인가한 신호를 증폭하여 1300배 이상 증폭하여 주파수 응답 특성을 분석하여 실시하였다.
표면 근전 기록 장치는 피부에 부착하여 전기적 신호를 측정하는 전극과 이 신호를 증폭하고 필터링하는 본체, 그리고 데이터를 전송받아 분석하는 소프트웨어로 구성되어 있다. 전송받은 데이터를 가지고 근피로도 분석을 통해 운동신경 유발 응답을 측정한다.
대상 데이터
건강한 20대 성인 남성 3명을 대상으로 위팔두갈래근에 본 논문에서 구축한 2채널의 근전도 측정 전극을 부착하여 실험을 실시한다. 전극을 부착하기에 앞서 전극을 부착 직전에 알코올로 피부 표면을 닦아내어 피부의 이물질을 제거하여 저항을 줄이고, 피부 표면이 마른 직후 전극을 부착한다.
그림 5, 6, 7은 피실험자 S1, S2, S3의 원신호 데이터로서 데이터 구간은 11~20초의 데이터를 추출하여 분석하였고, 11~20초를 선정한 이유는 신호의 정확성을 높이기 위해 시작 부분과 끝부분을 제외한 중간 구간 11~20초 사이 구간의 데이터를 사용하였다.
3.2 실험대상
대상자는 근골격계에 질환이 없는 20대 성인 남자 3명의 데이터를 기록하고, 구축된 근전도 측정 시스템을 통해 피실험자 3명의 근전도 데이터를 분석한다.
실험에서 확인한 결과를 통해 본 논문에서 구축한 근전도 측정 시스템으로 위팔두갈래근에서 수축과 이완운동 시 추출된 원신호(Raw Data)를 RMS 분석 기법을 통해 분석하였다. 그 결과 운동을 진행하며 피로감을 느끼는 수준에서 RMS 그래프는 상승하는 경향을 확인하였다.
성능/효과
실험에서 확인한 결과를 통해 본 논문에서 구축한 근전도 측정 시스템으로 위팔두갈래근에서 수축과 이완운동 시 추출된 원신호(Raw Data)를 RMS 분석 기법을 통해 분석하였다. 그 결과 운동을 진행하며 피로감을 느끼는 수준에서 RMS 그래프는 상승하는 경향을 확인하였다. 이를 통해 본 논문에서 구축한 근전도 측정 시스템을 통하여 운동신경 유발 응답을 측정하고 RMS 기법으로 분석한 데이터를 고려하여 근피로도를 초과하지 않는 강도에서 개개인에 맞는 자기 자극 강도 결정에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
[6] 일반적으로 정적으로 근육의 수축이 유지되거나 동적으로 수축하는 동안 각 운동단위(motor unit MU)의 힘이 감소하지만 그 힘을 유지하기 위해 각 운동단위들이 보충되어 표면 근전도의 크기가 증가한다. 그리고 근피로의 징후가 표면 근전도에 영향을 끼치며 근 지구력 시간과의 상관성이 있다는 결과가 발표되었다.[8]
그림 8, 9, 10은 피실험자 S1, S2, S3의 Raw Data를 RMS 기법을 통해 분석한 그래프이다. 실험 결과 피실험자 간의 Raw Data에서 최대 근전도 원신호의 크기가 각각 차이는 나지만 RMS 분석을 통한 데이터 그래프에서 피실험자가 피로함을 느끼는 수준에서 피실험자 모두 그래프가 상승하는 경향으로 보였다.
후속연구
따라서 본 논문에서는 피실험자 개개인의 운동신경유발 응답을 측정하기 위하여 근전도 측정 시스템을 구축하여 실험을 진행하였고, 피실험자가 피로함을 느끼는 수준의 운동을 하였을 때, 근전도의 RMS 그래프의 경향을 확인하는 것이 목적이다. RMS 그래프가 상승하는 경향을 보일 때, 운동신경 유발 응답 측정을 위한 근전도 측정 시스템으로 사용가능할 것으로 판단한다.
앞으로의 연구에서는 측정 대상자의 수를 더 증가시켜 근피로도 변화에 대한 통계적 정확성을 높이는 연구가 필요할 것으로 판단된다.
그 결과 운동을 진행하며 피로감을 느끼는 수준에서 RMS 그래프는 상승하는 경향을 확인하였다. 이를 통해 본 논문에서 구축한 근전도 측정 시스템을 통하여 운동신경 유발 응답을 측정하고 RMS 기법으로 분석한 데이터를 고려하여 근피로도를 초과하지 않는 강도에서 개개인에 맞는 자기 자극 강도 결정에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
경두개 자기 자극법은 무엇인가?
뇌와 관련된 질병(치매, 조현병, 우울증, 파킨슨병 등)을 가진 환자의 치료 및 재활 정도의 진행을 확인하고자 하는 연구가 현재 활발히 진행되고 있는 추세이다. 그 중에서 경두개 자기 자극법(Transcranial magnetic stimulation, TMS)은 뇌 질환이 있는 환자에게 비 침습적으로 뇌 신경 조절에 사용되는 기법이기 때문에 치료에 많이 사용되고 있다. 경두개 자기 자극 시 정상인의 근피로도는 증가하는 경향을 확인할 수 있다.
근전도 측정 시스템은 어떻게 구성되어 있는가?
근전도 측정 시스템은 표면 근전 기록 장치로 피부표면에 전극을 부착하는 형식으로 비침습적 근전신호를 측정하는 시스템이다. 표면 근전 기록 장치는 피부에 부착하여 전기적 신호를 측정하는 전극과 이 신호를 증폭하고 필터링하는 본체, 그리고 데이터를 전송받아 분석하는 소프트웨어로 구성되어 있다. 전송받은 데이터를 가지고 근피로도 분석을 통해 운동신경 유발 응답을 측정한다.
운동신경 유발 응답을 측정하기 위해 사용하는 것은?
따라서 부상 방지를 위해 고려할 사항으로 고출력 경두개 자기자극을 환자에게 인가할 때 환자의 치료 및 재활 정도의 진행을 확인하여 적당한 자극 강도를 결정하는 것이 매우 중요하다. 이때 환자의 자극강도를 결정하기 위해 환자의 운동신경 유발 응답을 측정하는데, 유발성 응답을 측정하기 위해서는 근전도 측정 시스템을 이용한다. 경두개 자기 자극 시 정상인의 경우 근피로도가 증가한다는 연구에 따라 자극의 강도를 근전도 측정 시스템을 이용하여 근피로도를 분석하고 결정하는 것이 필수적이다.
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