方法論記事

表情中の顔面筋活動のワイヤレス表面筋電図記録

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2025年11月10日

この記事について

要約

源：
ヒラ・マン1、ポール・F・ファンク2、イエバ・ヴェブレイテ・アデレス3、クリストフ・アンダース4、オーランド・グンティナス・リキウス2、ヤエル・ハネイン1,3,5

1テルアビブ大学サゴル神経科学部、 2イエナ大学病院耳鼻咽喉科、フリードリヒシラー大学イエナ、 3テルアビブ大学電気工学部、 4部門 運動研究、病態生理学および生体力学、外傷、手および再建外科、イエナ大学病院、フリードリヒシラー大学イエナ、 5X-trodes Ltd.

このビデオは、参加者がビデオガイド下で行う顔の表情中に、ワイヤレス表面筋電図 (sEMG) を使用して顔の筋肉活動を非侵襲的に記録する手順を示しています。

プロトコル

人間の参加者が関与するすべての手順は、人間の福祉に関する制度的、国内的、および国際的なガイドラインに従って実行され、地元の治験審査委員会によって審査されています。

1. 機器とソフトウェアの準備

  1. データ収集ユニット(DAU)の充電:実験前にワイヤレスDAUを完全に充電します。
  2. セキュアデジタル(SD)カードを準備する:フォーマットしたv30タイプのSDカードをDAU内に挿入し、電源を入れます。
  3. 中断を最小限に抑える: 干渉を避けるために、すべての携帯電話を静音モードにし、Bluetooth をオフにします。
  4. タブレットのセットアップ
    1. Androidタブレットに電極のアプリケーションをインストールして開きます( 材料表を参照)。
    2. アプリケーションは、利用可能なデバイスをスキャンします。ID番号でDAUを選択し、[確認]をクリックしてタブレットをDAUとペアリングします。
    3. 電極マスクモンタージュを選択し、「確認」をクリックします。
    4. 画面に表示するチャンネル(1〜16)を選択し、[確認]をクリックします。選択したチャネルからの信号を示す画面が表示され、実験の準備ができていることを示します。
      手記： デフォルトでは、16 チャンネルすべてが選択されています。
  5. ケーブルを使用してタブレットをコンピュータに接続します。Android タブレットのユニバーサル シリアル バス(USB)設定を、ファイルの転送から USB テザリングに変更します。
  6. PsychoPy のインストール: PsychoPy プログラム (バージョン v2023.1.3) をコンピュータにダウンロードしてインストールします。
  7. プロトコルファイルのダウンロード: https://github.com/NeuroEngLabTAU/facial_expressions_experiment で Github リポジトリを開き、<>コードをクリックし、[ZIP のダウンロード] をクリックしてすべてのファイルをダウンロードします。このフォルダーには、実験ファイル facial_expressions.psyexp が含まれています。サブフォルダ schaede-cut-tlv には、実験を実行するために必要なビデオや、PsychoPy によって自動的に使用されるその他のファイルが含まれています。コンピュータ上の目的の場所にフォルダを解凍します。

2. 参加者のセットアップ

  1. 電極マスクの塗布
    1. 顔の準備: フェイスクリームやメイクを塗った場合は、顔をきれいにするように参加者に指示します。プレップジェル、アルコールベースの繊維のない布、または水と石鹸を使用して洗浄します。皮膚を少なくとも1分間乾燥させます。
      手記： このステップはオプションです。
    2. 電極の配置:
      1. ステッカー(1-6)に示されている順序に従って、電極アレイマスクの皮膚接触側から保護フィルムを慎重に剥がします。
      2. 電極番号 11 (目の記号でマーク) を参加者の右目の近くに置き、電極番号 8 (鼻の記号でマーク) を鼻に置きます。
      3. 顔の右側に電極1〜15を、左額に電極16を取り付けます。参照電極を右側の乳様突起に置きます。筋肉に対する電極の位置については、 図1A を参照してください。
    3. 取り付け:マスクを肌にそっと押し付け、外側の透明サポートフィルムを1枚ずつ慎重に剥がしてマスクを完全に貼り付けます。このプロセス中にマスクが外れないように注意してください。
    4. DAUを接続する: 電極アレイコネクタカードをDAUのコネクタソケットに挿入し、DAUをテープに固定します。
  2. 写真ドキュメンテーション:
    1. 電極の配置を記録するために、さまざまな角度 (90°、45°、0°) から参加者の写真を少なくとも 3 枚撮影します。
  3. 参加者の着席( 図1Bを参照)
    1. 椅子と距離: 顔の運動の指示が表示されるコンピューター画面から一定の距離 (例: 70 cm) で参加者を直立した椅子に座らせます。
    2. 快適さのチェック: 参加者が快適に座り、画面がはっきりと見えることを確認します。

3. 信号の検証

  1. EMG 信号の品質を確認する: タブレット アプリケーションが 16 個の EMG 電極信号をすべて検出していることを確認します。
  2. 必要に応じてトラブルシューティングを行います。
    1. 各電極を参加者の皮膚にそっと押し付け、気泡が閉じ込められていないことを確認します。
    2. 信号が安定するまで待ちます。
    3. 干渉を引き起こす可能性のある電子機器から離れてください。
    4. 問題が解決しない場合は、DAU を再接続するか、ルームを切り替えることを検討してください。
    5. 最後の手段として、電極パッチを交換してください。

4. 実験の実行

  1. EMG記録の開始:Androidタブレットで電極アプリケーションを開き、[セッションの開始]を押します。
  2. セッションの詳細を入力します。
    1. セッションの詳細を表示するウィンドウが表示されます。「スタディ名」、「セッション名」、「施設」、「オペレータ」、「患者ID」、「年齢」、「性別」、および「備考」を入力します。
      1. [記録の開始] をクリックして、EMG データのキャプチャを開始します。この瞬間から、EMGデータが記録されています。生データは、4 kS/s のサンプリング レートで SD カードに保存されます。
  3. キャリブレーション (オプション): アプリケーションは、参加者が [開始] を押した後、指定された基本タスク (目を閉じる、噛むなど) を実行するキャリブレーション プロセスを開始します。必要に応じて再校正を行うことができます。キャリブレーションが完了したら、[OK]をクリックします。必要に応じて、[次へ]をクリックして、この手順をスキップします。
  4. 実験ファイルを開きます。
    1. コンピュータ上で、ダウンロードした実験ファイルfacial_expressions.psyexpをダブルクリックして、PsychoPyで開きます。
    2. [実験を実行] をクリックして、実験を開始します。
    3. プロンプトが表示されたら、セッションの詳細(参加者番号、セッション番号、タブレット名)を入力し、[OK]をクリックします。
      手記： タブレット名は、タブレットについての Android タブレット設定で確認できるタブレットのシリアル番号です。
  5. セッションの実践
    1. 参加者に、ビデオガイドの指示に従って11の表情(図2)を実行してもらいます。最初の式(Rest)の後、各式は3回連続して繰り返されます。参加者は、各表情を 5 秒間保持し、その後 3 秒間休憩するように求められます。
    2. 必要に応じて参加者を観察し、指導して、正確さと指示との同期を確保します。
  6. 実験を終了します。
    1. 完了すると、PsychoPyは実験を自動的に停止します。END recordingをクリックして、タブレットでのEMGデータの記録を停止します。[はい、停止します] をクリックして確認します。セッションが完了したことを確認するウィンドウが表示され、[OK] をクリックします。
    2. 同期ボタンを押して、セッションデータをシステムのクラウドに同期します。完了したら、アプリケーションを終了します。

5. 実験後のデータ処理と分析

  1. サイコピーからデータを収集します。
    手記： セッションが完了すると、Psychopy は CSV ファイルをデータ サブフォルダーに自動的に保存します。ファイル名は、セッションの詳細を示します。CSV ファイルには、ビデオ名、タイムスタンプ、参加者識別番号、セッション番号、Android タブレット番号が含まれます。
  2. EMGデータを変換します。
    1. 電極システムのクラウドサービスにログインし、セッションの詳細を選択します。
    2. SDカードからEMGデータをアップロードします。
    3. [EDF ファイルの生成] をクリックして、EMG データを含むアップロードされた XF2 ファイルを EDF (European Data Format) ファイル形式に変換します。オフライン分析用に選択したファイルをダウンロードします。
  3. 基本的な筋電図データ解析を行います。注:EDFファイルには、16チャンネル(EMG CH-1〜CH-16)の生EMGデータ、3チャンネル(GYRO-X、Y、Z)のジャイロデータ、および3チャンネル(ACC-X、Y、Z)の加速度計データが含まれています。特定の表情の時点を示すサイコピーからの注釈は、ファイル内に自動的に保存されます。さらなる分析には、16 チャネルからの生の EMG データと注釈のみを使用しました。
    1. バンドパス10-500Hzフィルターを使用して、生のEMGデータをフィルタリングします。
    2. ノイズを低減するために、50 Hzのノッチフィルターを適用します。
    3. 研究目的で目的の分析を進めます。

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結果

figure-results-1

図1:概略的な実験セットアップの概要。(A)顔面の電極の位置:顔面の1〜16チャンネル、右側の乳様突起の参照電極。(B) 参加者は、コンピューター画面の前に快適に座ります。このパネルは、Funk et al.11の許可を得て複製されています。(C、D)筋電図(EMG)信号を検証し、キャリブレーションを実行するためのEMG記録アプリケーションをセットアップします。(E) Psychopyソフトウェアによる実験の実行。(F) データ分析はオフラインで実行されます。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
アルコール準備パッドメディプラス7290010993833電極配置のために顔面部分を清掃します。
AndroidタブレットサムスンギャラクシータブS7電極アプリケーションを実行するには
ダウX-trodes株式会社XTR-BT V1.3ワイヤレスデータ収集ユニット
表情実験ファイル該当なし該当なしhttps://github.com/NeuroEngLabTAU/facial_expressions_experiment
長いType-C - Type-Cケーブル該当なし該当なしタブレットとPCの接続
Micro-SDカードサンディスク該当なしDAUに配置し、記録データを保存する
NuPrepスキンプレップジェルウィーバーと companyhttps://www.weaverandcompany.com/products/nuprep/ 電極配置のために顔面部分を清掃します。皮膚への刺激や患者の不快感を最小限に抑えながら、皮膚インピーダンスを下げます。
PCモニターフィリップス、デル 実験手順の表示
パソコン(PC)アンテック該当なしウィンドウズ10+;プロセッサー: Intel i7 プロセッサー。BT受信機。
USB SDカードリーダーSIYOTEAMのSY-368型記録した筋電図データをSDカードからPCに転送するには
XTRエクスグ16X-trodes株式会社XTELC0004005RMEMG、ECGモニタリング用ディスポーザブル16チャンネルウェアラブルドライ電極アレイパッチ
X-trodesアプリケーションX-trodes株式会社該当なしX-trodes電極のデータをAndroidタブレットに記録するアプリケーション

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タグ

sEMGEMGPsychoPy

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