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[실험설계] 실시간 근전도 분석에 의한 실험 프로토콜 점검하기

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작성자 최고관리자 작성일14-06-23 16:43

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일반적으로 생체신호 연구에 있어서 제일 중요한 단계는 '실험 프로토콜을 설계하는 과정'입니다. 왜냐하면 목표하는 요인과는 무관한 주변 영향요인들이 통제되지 못하고 함께 반영된 실험 프로토콜이나, 일관된 한 방향성의 생체변화를 방해하는 반대적인 속성의 자극들이 적당한 휴지기도 없이 제시되는 실험 프로토콜이라면 아무리 모범적인 피험자에 대해 측정을 하거나 고도의 최첨단 분석기법을 도입한다 할지라도 유의미한 연구결과를 얻을 수 없기 때문입니다.

생체신호 연구시 실험 프로토콜 구상 및 설계단계에서 실시간 분석기능을 활용하시면 실험결과의 유의미성를 어느정도 예측해 볼 수 있어 최적의 실험설계가 가능해집니다.즉 머리속으로 구상한 실험 프로토콜에 따라 근전도신호를 측정하면서, 파워스펙트럼, MEF, MF, RMS등과 같은 근피로도, 근수축력과 같은 근육특징 지표들의 시간흐름에 따른 변화추이를 실시간 관찰하게 되면 각 프로토콜 단계에서 기본적인 근육상태의 변화가 실제로 생기는지, 생긴다면 얼마만큼의 큰 변화인지 등...을 현장에서 파악하실 수 있게됩니다. 뿐만 아니라 실험 진행과정상의 문제점들도 현장에서 바로 파악되므로 이런저런 방식으로 방법을 바꾸어 시도해가면서 현실적인 최적의 실험 프로토콜을 찾으실 수 있게 됩니다.

보통 잘못 설계된 실험 프로토콜인 줄도 모른 채, 대량의 피험자들을 동원하여 힘들게 실험을 끝낸 후에, 데이타 후분석 과정(post processing)에서 이러한 문제점들이 발견되어 재실험을 해야하거나 유의미한 변화가 나타나지 않아 논문을 쓰지 못하는 경우가 의외로 많습니다.

따라서 실험프로토콜 설계 및 테스트 단계시 실시간 분석결과를 모니터링하시면 연구자가 해당 신경생리학적 지표변화에 대한 감을 잡기가 쉬우므로 좀 더 목적에 맞는 실험진행방법을 구상하실 수 있게 됩니다.

근전도 측정시 실시간 분석결과를 함께 보시기 원하시면 다음 과정과 같이 실시간 분석창에 원하는 분석법을 추가하시면 됩니다. 예로 근전도의 대표적인 분석법들인 파워스펙트럼, MEF, MF,RMS변수들의 시간흐름에 따른 변화를 실시간 분석법으로 설정해보겠습니다. 먼저 하기 그림과 같이 측정창 하단에 있는 'Analysis' 라고 표시된 탭을 클릭하십시오.

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다음 그림과 같이 분석바(Analysis Bar)와 함께 분석창이 나타납니다.  
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상기 분석바에서 'Select'그룹에 있는 'Moving Window'라고 표기된 아이콘을 클릭하면 분석을 적용할 데이타 길이와 이전 데이타 부분과의 중첩비율을 설정할 수 있는 대화상자가 나타납니다.

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기본값은 5초, 25%로 설정되어 있으며 다음 그림과 같이 5초동안의 데이타 구간에 대해 분석을 시행하며 이전 분석구간 길이와 25%중복하면서 분석구간이 이동함을 의미합니다.

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상기 대화상자에 원하는 값을 설정한 후, 'Apply'버튼을 클릭하면, 다음 그림과 같이 'Select Moving Window'분석이 분석창의 'Raw Data' 하위에 추가등록되면서 데이타창에도 해당창이 탭형식으로 추가됩니다. 

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분석창은 여러 분석법들이 상하위구조로 연결된 피라미드 구조로 표시됩니다. Raw Data는 측정할 근전도 데이타를 의미하며 하위구조로 등록된 Moving Window는 이후 분석을 시행할 구간을 5초씩 25%중첩된 조건에 맞게 차례로 추출하는 역할을 합니다. 측정이 진행되면서 차례로 추출된 구간에 대해 여러가지 분석법을 적용할 수 있습니다.


상기 추출된 근전도 구간에 대해 대표적인 주파수 분석법인 파워스펙트럼 분석을 시행하려면 상기그림과 같이 분석창에 등록된 'Select Moving Window'를 한번 클릭해서 체크표시CD-TS-2.2_1_459_031017142836.jpg로 선택되게 한 후  분석바(Analysis Bar)에서 'Power Spectrum Analysis'그룹에 있는 'Power Spectrum Estimation...'아이콘을 클릭하십시오.

'Moving Window'와 마찬가지로 'Power Spectrum'분석이 분석창에 추가 등록되며 파워스펙트럼 분석결과를 보여줄 새로운 창이 다음 그림과 같이 탭형식으로 추가됩니다.
 
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상기 방식으로 파워 스펙트럼 분석 이외에도 여러가지 원하시는 분석법들을 추가설정하실 수 있습니다.

예를 들어 근전도 기존 논문들에서 흔히 사용하는 Median Edge Frequency(MEF)나 Mean Frequency(MF)등을  보실려면 다음 그림과 같이 분석창에 등록된 'Power Spectrum'를 한번 클릭해서 체크표시CD-TS-2.2_1_459_031017142836.jpg로 선택되게 한 후 분석바(Analysis Bar)에서 'Simple Parameter Calculation'그룹에 있는 'Low-Edge Value' 와 'Mean-Edge Value' 아이콘을 차례로 클릭하십시오.

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MEF는 SEF 50%에 해당하는 값이므로 'Low-Edge Value'분석시에 50%를 설정해 주시면 됩니다.
(참고로 SEF 90%, SEF 95%값을 얻으실려면 90,95를 각각 설정해 주시면 됩니다.)   
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근전도에서 진폭정보인 RMS(Root Mean Squared)값을 함께 실시간 보시려면 다음 그림과 같이 'Select Moving Window'를 선택하신 후 'Root Mean Squared'분석법을 클릭하시면 됩니다.
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다음 그림과 같이 분석창에 RMS가 추가되었음을 확인하실 수 있습니다. 시간흐름에 따른 각 측정부위별 RMS값의 변화패턴을 보시길 원하시면 다음 그림과 같이 'Histoy over Moving Window'분석을 추가하시면 됩니다.
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원하는 분석법 설정이 완료되면 하단의 'Device'탭을 눌러 다시 측정창으로 돌아가 측정을 시작하시면 됩니다. 실시간 분석법을 적용하면 근전도 측정이 데이타 손실없이 연속적으로 진행되면서 분석결과들를 함께 관찰할 수 있으므로 측정 중 피험자의 상태에 따른 해당 분석결과의 변화를 바로 확인하실 수 있습니다.

측정 중 다음 그림에 표시된 탭을 클릭하면 분석결과창들을 자유롭게 이동하면서 관찰하실 수 있습니다.

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'Raw Data'탭을 클릭하시면 현재 측정 중인 근전도 데이타가 흘러가는 모습을 보실 수 있습니다.
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예를 들면 측정 중 'History of RMS' 탭을 클릭하시면 다음 그림과 같이 각 채널별 RMS값이 시간흐름에 따라 어떻게 변해가는 지를 한 눈에 쉽게 파악하실 수 있습니다. 참고로 다음 그림의 수평축은 시간을 나타내며 수직축의 각 채널은 측정전극이 부착된 해당 근육부위를 의미합니다.

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보통 실시간 분석법은 꼭 필요한 분석법들로 구성하며 20개 이내로 설정하는 것이 좋습니다.