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[후분석-근피로] 근전도의 주파수 분석법(근육피로) 개요

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작성자 최고관리자 작성일14-06-23 16:42

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표면 근전도(sEMG)의 Frequency Domain분석은 보통 근육의 피로도 등을 조사할 때 유용합니다.
고전적으로 파워 스펙트럼 분석을 많이 사용합니다.

다음 예는 정상 상태(a)와 근피로도가 높은 상태(b)에서 팔근육에 힘을 준 경우의 raw EMG입니다.

(a) 정상상태의 근수축시 raw EMG신호

   LISTINFO_41_177_0513121509.jpg

(b) 근피로가 높은 상태의 근수축시 raw EMG신호

    LISTINFO_41_177_05131215018.jpg

상기 신호들을 파워 스펙트럼 공간에서 보면 다음과 같이 근피로도가 높아지면 전반적인 파워 스펙트럼 분포가 저주파 성분쪽으로 이동하는 양상을 나타냅니다. 즉 고주파 성분이 줄어들면서 저주파 성분이 우세해지는 양상을 보입니다. 

근육이 피로해지면 근육세포의 탈분극 이후 전기적 재분극과정, 즉 회복과정이 지연됩니다. 이는 근육세포의 전기적 불응기간이 길어짐을 의미합니다. 따라서 매 탈분극간 간격에 해당하는 한 주기가 길어지게되어 서서히 저주파 성분으로 편향한 분포를 나타내게 됩니다.   

     (a) 정상상태의 근수축시

           LISTINFO_41_177_05131215031.jpg

      (b) 근 피로도가 높은 상태의 근수축시

           LISTINFO_41_177_05131215044.jpg

보통 파워 스펙트럼 공간상에서 근피로에 의한 스펙트럼 분포의 변형을 정량화하기 위해 SEF50값을 사용합니다. SEF는 Spectral Edge Freqency의 약자이며 SEF50을 흔히 Median Frequency라고도 부릅니다. 일반적으로 SEF값이 낮아질수록 근피로도가 높아짐을 의미합니다.

SEF50을 계산하는 방법은 먼저 상기 파워 스펙트럼으로부터 0~100%사이로 정규화한 누적파워분포를 구합니다. y축에 해당하는 누적파워값이 50%에 해당하는 x축의 주파수값을 읽으면 됩니다. 
용도에 따라 SEF25, SEF90,...등등도 사용하는 데 원리는 마찬가지로 각각 25%, 90% 지점에 해당하는 주파수 값을 의미합니다.

다음 예제를 보면 정상시엔 SEF50값이 92.4 Hz였는 데, 근피로 상태에서는 80.7 Hz로 낮아졌음을 알 수 있습니다.



    (a) 정상 근육 상태

      LISTINFO_41_177_05131215054.jpg


    (b) 근피로도가 높은 상태
      LISTINFO_41_177_0513121514.jpg