방추형 근육의 근전도 신호발생 모델링에 관한 연구 = A Study on the Modeling of EMG Signal Generation of Fusiform Muscle
저자
발행사항
서울 : 서울시립대학교, 2010
학위논문사항
학위논문(박사)-- 서울시립대학교 일반대학원 : 전자전기컴퓨터공학부 2010. 8
발행연도
2010
작성언어
한국어
주제어
KDC
560 판사항(4)
발행국(도시)
서울
기타서명
Study on the Modeling of EMG Signal Generation of Fusiform Muscle
형태사항
vii, 76 p. : 삽도 ; 26 cm.
일반주기명
지도교수:김성환
참고문헌 : p.66-72
소장기관
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.
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