방법 논문

작은 동물을 위한 실시간 웨어러블 근전도 측정 시스템

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DOI:

10.3791/67418

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2024년 11월 15일

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1Department of Semiconductor Engineering, Gachon University, 2Department of Electronic Engineering, Gachon University, 3Department of Acupuncture and Moxibustion, Gachon University, 4School of Biological Sciences, Seoul National University

이 논문에서

요약

운동 연구에서 근전도(EMG) 분석을 위한 동물 장착형 소형 측정 장치와 함께 근육 내 전극의 설치 및 준비를 위한 프로토콜이 제시됩니다. 이 시스템은 뇌졸중 모델 쥐의 운동 회복을 조사하기 위한 실시간 EMG 데이터의 무선 전송을 가능하게 합니다.

초록

실험 동물에 대한 근육내 근전도 검사(EMG) 측정 방법은 다양한 방식으로 구현되었습니다. 이러한 방법 중 외부 측정 장치에 케이블을 묶으면 실험 동물의 이동을 제한할 수 있으며, 이식형 장치는 상당한 크기와 무게를 가진 장치가 지속적으로 존재하기 때문에 원치 않는 부작용을 유발할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 저비용, 무선, 분리형 EMG 측정 시스템과 실험 절차를 제안합니다. 이 기사는 작은 커넥터가 있는 근육 내 와이어 전극의 외과적 설치와 무선 시스템의 개발에 중점을 둡니다. 특히 이 시스템에서는 와이어 전극만 동물의 몸에 삽입됩니다. 이 시스템을 사용하면 회로 시스템을 동물의 등에 설치된 커넥터에 연결하여 EMG 측정을 쉽게 수행할 수 있으며 노트북에서 실시간 모니터링을 수행할 수 있습니다. 제안된 방법은 상세하고 단계적인 방식으로 설명되며, 이어서 쥐의 뒷다리에 근육 내 전극을 삽입하는 것과 관련된 시연이 이어집니다. 운동 연구를 위해 트레드밀 실험이 수행되고 결과 전기 생리학적 신호가 이후에 얻어지고 분석됩니다.

서론

근전도 검사는 수축 시 근섬유에서 생성된 전위를 기록하는 것입니다. 이러한 특성은 운동 뉴런에서 개별 근육으로 전송되는 신경 활성화 신호에 의해 결정됩니다. EMG는 재활, 운동, 뇌 및 신경 관련 연구에 널리 사용되며 측정 방법은 크게 표면 근전도(sEMG)와 근육 내 근전도(iEMG)로 분류할 수 있습니다1. 표면 전극은 비침습적이고 간단한 준비 과정이 필요하기 때문에 특히 웨어러블 응용 분야에서 몇 가지 이점을 제공합니다2. 이식형 sEMG는 전극이 근육을 관통할 필요가 없는 iEMG에 비해 수술 과정이 간단합니다. 이러한 장점에도 불구하고 sEMG는 근육-전극 계면의 교란, 모션 아티팩트, 전극 접촉의 품질 및 인접 근육의 신호 누화와 같은 신호 오염이 발생하기 쉽습니다1. 이러한 문제는 작은 동물과 관련된 연구에서 종종 발생하는 경우와 같이 전극이 가까이 배치될 때 특히 문제가 됩니다. 반면 iEMG는 전극 침투를 위해 추가 수술이 필요합니다. 추가 절차 단계에도 불구하고 이 방법은 전극이 근육 조직에 영구적으로 내장되어 있기 때문에 더 정확하고 누화가 적은 근육 특이적 EMG 기록을 제공합니다3. 소동물 운동 연구에서는 신뢰할 수 있는 전극 설치를 통한 근육 특이적 EMG 정보가 중요하기 때문에 iEMG가 선호됩니다4.

작은 동물의 전극에서 EMG 기록을 획득하기 위한 몇 가지 접근 방식이 보고되었습니다. 테더 케이블은 일반적으로 전극을 외부 측정 장비에 연결하는 데 사용됩니다5,6,7,8,9,10,11, 장치를 본체 내부에 이식할 수 있습니다12, 또는 무선 웨어러블 플랫폼을 동물에 배치할 수 있습니다.13. 테더 케이블은 이러한 목적을 위해 호환 가능한 상용 장비를 사용할 수 있기 때문에 가장 널리 보고되는 방법입니다. 그러나 밧줄 와이어는 동물에게 불편함을 유발하고 그들의 움직임은 종종 케이블에 의해 제한되어 연구에 영향을 미칠 수 있습니다. 이식형 장치는 무선 솔루션을 제공하지만 제한된 배터리 수명으로 인해 실험 기간이 제한될 수 있습니다. 또한 영구적으로 설치된 장치의 크기와 무게는 동물에게 스트레스와 불편함을 유발할 수 있으며, 이는 연구에 영향을 미칠 수 있습니다. 이식형 장치의 문제를 해결하기 위해 무선 전력 전송 기술이 제안되었지만 소형 장치에 대한 안정적인 에너지 링크를 유지하는 것은 일반적으로 매우 어렵습니다14. 또한 높은 전자기장에 노출되면 면역 기능 저하 및 뇌의 잠재적인 신경 퇴행성 변화와 같은 예기치 않은 결과가 발생할 수 있습니다15,16.

획득 시스템은 신호 처리를 처리하고 EMG 기록을 기지국으로 무선으로 전송하는 무선 웨어러블 플랫폼으로도 구현될 수 있습니다. 이 방법이 선호되기는 하지만 사용자에게 기술적인 문제가 될 수 있으며 실험 세부 사항은 문헌에서 완전히 다루어지지 않는 경우가 많습니다.

이 작업에서는 작은 동물의 운동 연구를 위한 간단하고 저렴하며 신뢰할 수 있는 EMG 획득 방법을 제시합니다. 한 쌍의 iEMG 전극은 쥐의 뒷다리 근육에 이식되고 증폭, 아날로그-디지털 변환기 및 무선 원격 측정을 포함한 나머지 신호 수집 시스템은 동물의 등에 장착됩니다. EMG 데이터는 실시간 모니터링을 위해 개인용 컴퓨터로 전송되며 데이터는 로컬에 기록됩니다. 뇌졸중 회복 연구에서 시스템을 시연하기 위해 트레드밀 운동 실험이 수행됩니다.

프로토콜

모든 윤리적이고 실험적인 절차 및 프로토콜에 대한 승인은 응용 프로그램 번호에 따라 기관 동물 관리 및 사용 위원회에 의해 부여되었습니다. CGU1-2021-IA0041입니다. 이 연구에는 7주 된 수컷 Sprague-Dawley 쥐가 사용되었습니다. 시약 및 장비에 대한 자세한 내용은 재료 표에 나열되어 있습니다.

1. 동물 준비

  1. 생후 7 주령에 쥐를 준비하십시오. 안전을 위해 비슷한 체중의 쥐를 함께 수용하며 케이지당 최대 3마리의 쥐를 수용합니다.
  2. 수술 전에 쥐가 스트레스 없이 적응하는지 확인하십시오. 물과 음식을 지속적으로 제공하고 침구를 주기적으로 교체하십시오.
  3. 적응 기간(약 7일) 동안 동물들이 러닝머신에 적응할 수 있도록 매일 5분 동안 16-25m/분의 속도로 러닝머신에서 달리도록 훈련시킵니다.
    알림: 쥐가 멈추거나 의도한 대로 움직이기를 거부하면 엉덩이를 부드럽게 두드려 격려하십시오.

2. 전극 준비

  1. 폴리테트라플루오로에틸렌으로 코팅된 5개의 스테인리스강 와이어를 준비하며, 그 중 4개는 140mm 길이이고 1개는 60mm 길이입니다.
  2. 140mm 길이의 와이어에 세 개의 오버핸드 매듭을 묶고 매듭을 기준으로 40mm 및 100mm에 배치합니다(그림 1A).
    알림: 와이어 전극을 근육에 삽입하는 동안 정확한 접촉을 보장하고 전극의 노출된 부분을 적절한 위치에 유지하는 것이 어려울 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 와이어에 차단 매듭을 만들어 당겼을 때 추가 삽입을 방지하여 전극이 근육 내에서 안정적으로 유지되도록 합니다.
  3. 140mm 와이어의 경우 짧은 쪽의 매듭에서 2mm 간격을 둔 다음 납땜 인두를 사용하여 2mm 동안 절연체를 부분적으로 벗겨냅니다. 긴 쪽 끝에서 절연체를 2mm 완전히 벗겨냅니다. 60mm 전극의 경우 한쪽 끝에서 2mm, 다른 쪽 끝에서 10mm 절연체를 완전히 제거합니다(그림 1).
    알림: 납땜 인두의 끝은 오염을 방지하기 위해 철저히 청소해야 합니다.
  4. 절연체를 완전히 제거한 후 커넥터 액세서리에 납땜하여 와이어를 고정합니다(그림 2B,C).
  5. 와이어가 연결된 금속 부분을 플라스틱 하우징에 조립합니다(그림 2D,E).
  6. 커넥터를 피부에 고정하기 위한 구멍이 있는 3D 프린팅 플라스틱 가이드(재료 표 참조)에 커넥터를 부착합니다. 납땜된 부분이 절개 부위에 닿지 않도록 생체 적합성 시아노아크릴레이트(그림 2F)를 도포하십시오.
  7. 0.2mm 두께의 니켈 플레이트를 자르고 구부려 커넥터를 감싸고 동물에 의한 잠재적인 손상을 방지하기 위해 보호합니다.

3. 수술

  1. 쥐를 유도 챔버(투명 합성 수지를 사용하여 맞춤 제작)에 넣고 70% 아산화질소와 30% 산소의 혼합물을 사용하여 이소플루란 농도가 2%-3%인 마취를 투여합니다. 필요한 수술 기구를 준비합니다(그림 3).
  2. 전기 이발기를 사용하여 털을 제거하고 클로르헥시딘과 알코올로 피부를 준비하여 수술 중 감염을 예방합니다(그림 4A).
  3. 측정 대상 근육이 위치한 피부를 수술용 가위로 약 10-15mm 절개합니다. 근막은 피부 아래에 있고 근육은 그 아래에 있기 때문에 먼저 가위로 피부를 자른 다음 깨끗한 천으로 부드럽게 닦아내어 근막을 제거합니다.
  4. 커넥터가 부착될 요추 부위 주위를 5-10mm 절개합니다.
  5. 멸균 트로카를 사용하여 와이어가 커넥터에서 목표 근육 위치로 통과할 수 있도록 피부 아래에 통로를 만듭니다(그림 4B).
  6. 피부 아래의 근육 위치에서 요추 쪽의 절개 부위로 trochar를 통과시킵니다.
  7. 이전 s의 전극과 커넥터를 준비합니다.tage. 요추 쪽 절개 부위의 와이어 전극을 집게를 사용하여 잡고 목표 근육의 절개 부위까지 조심스럽게 당깁니다. 와이어가 대상 근육의 위치로 당겨지면 그림 4C.
  8. 그림 4D에서 볼 수 있듯이 봉합사 바늘을 사용하여 전극선을 대상 근육으로 관통합니다.
    참고: 이 실험의 대상 근육은 운동 작업을 분석하기 위한 핵심 근육 중 하나인 내측 비복근(MG)입니다17. 7주 된 쥐에서 MG의 길이가 약 18mm이기 때문에 근육 손상을 최소화하고 정확한 EMG 측정을 보장하기 위해 약 5mm 간격으로 근육 중심 주위에 전극을 배치해야 합니다. 절연체가 제거된 부분이 근육과 잘 접촉하도록 근육을 관통하는 와이어의 길이가 5mm를 초과하는 것이 좋습니다.
  9. 근육을 통과하여 빠져나온 와이어를 다시 삽입 지점으로 안내하고 오버핸드 매듭으로 고정합니다. 나머지 와이어를 자릅니다(그림 4E).
  10. 타겟 근육에 와이어 전극을 설치한 후 절개 부위를 4-0 모노필라멘트 봉합사로 봉합합니다.
  11. 커넥터 아래의 절개 부위를 봉합합니다. 전체 와이어가 본체에 삽입되고 단단히 봉합되었는지 확인합니다(그림 5A).
  12. 그림 5B.
    알림: 동물이 커넥터를 씹지 않도록 실드가 단단히 고정되어 있는지 확인하십시오. 진통제의 경우, 카프로펜(Carprofen, 5mg/kg)을 피하로 투여하였다.
  13. 외과 수술이 완료되면 마취를 중단하고 동물의 회복을 위해 케이지를 준비합니다.
  14. 동물의 체온이 떨어지는 것을 방지하기 위해 열 램프를 켜고 감염, 염증 또는 부기의 징후와 같은 이상이 있는지 수술 부위를 모니터링합니다. 절개 부위를 철저히 소독하고 필요한 경우 연고를 도포합니다. 쥐가 마취에서 회복되면 열 램프를 제거하십시오.
  15. 식욕, 음주, 배뇨를 포함한 쥐의 행동을 모니터링하십시오.
    참고: 수술 후에는 검사를 수행하기 전에 동물을 약 2일 동안 쉬게 하십시오.

4. 인쇄 회로 기판 (PCB) 설계 및 제작

  1. EMG 측정 및 디지털화를 위한 회로를 설계하여 2개의 아날로그 증폭기 집적 회로(IC)와 마이크로 컨트롤러 장치(MCU)를 포함합니다. 확인 ampliifier의 대역폭은 5-740Hz이고 이득은 1300V/V.
    입니다. 참고: 필요한 경우 동물의 특정 요구 사항에 따라 증폭기 게인 및 대역폭을 수정하십시오18.
  2. 측정된 데이터를 호스트 장치로 전송하기 위한 무선 통신을 위해 MCU에 통합 Bluetooth 모듈을 포함합니다. 이 실험에는 2.4GHz에서 작동하는 칩 안테나가 사용되었습니다.
  3. 이 연구를 위해 충전식 3.7V Li-po 배터리와 전용 전원 관리 IC를 활용하십시오.
  4. FR4 기판에 위의 IC용 PCB를 제작합니다. 특정 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 형태로 PCB를 만듭니다. 보충 그림 1, 보충 그림 2 및 보충 그림 3을 참조하십시오.
  5. 납땜 또는 히트 건을 사용하여 PCB에 전자 부품을 채웁니다.

5. 소프트웨어 구성

  1. 펌웨어
    1. 펌웨어(Supplementary Coding File 1)를 준비하여 8비트 분해능과 2kSP의 샘플링 속도를 가진 2채널 ADC를 구성합니다. 디지털 방식으로 변환된 데이터를 어레이로 포맷하고 지정된 소프트웨어 개발 도구를 사용하여 BLE(Bluetooth Low Energy)를 통해 전송합니다.
    2. 구축하기 전에 MCU에 펌웨어를 업로드합니다.
  2. 실시간 모니터링 프로그램
    1. BLE를 통해 수신된 데이터를 실시간으로 플롯하는 프로그램을 준비합니다. 이 연구를 위해 원시 데이터를 지정된 위치(Supplementary Coding File 2).
      에 저장하는 Python 기반 플로팅 애플리케이션을 개발했습니다. 참고: 시스템은 최대 50ms의 샘플링 버퍼 지연과 약 10ms의 무선 통신 지연을 경험할 수 있습니다19,20.

6. 러닝머신 테스트

  1. 그림 6A와 같이 배터리를 준비된 회로에 연결하고 PCB를 커넥터에 부착합니다.
  2. PC에서 모니터링 프로그램을 실행하고 회로 PCB와 무선 연결을 설정합니다.
  3. 쥐를 트레드밀에 놓고 EMG 파형을 모니터링합니다. 이 연구에서 트레드밀은 25m/분의 속도로 설정됩니다(그림 6B).

7. 데이터 분석

  1. 에 저장된 EMG 데이터를 로드합니다. CSV 형식으로 저장할 수 있습니다.
  2. 신호 처리 방법을 적용하여 원치 않는 노이즈 및 간섭 신호를 제거합니다.
    참고: 엔벨로프 감지 및 스펙트럼 분석을 추가로 수행하여 운동 활동의 근육 피로와 대칭을 분석할 수 있습니다.

결과

본 연구에서는 근전도 획득을 위한 간단한 무선 방법을 제시합니다. 외과적 시술이 필요하지만 전극 삽입 및 커넥터 고정을 위한 특정 부위만 부분적으로 절개하여 동물의 부담을 크게 줄여줍니다. 이 시연에서는 전극을 하지 부위에 삽입했지만 동일한 방법을 사용하여 다른 다양한 영역에서도 유사한 전기생리학적 연구를 수행할 수 있습니다. 이 접근 방식은 테더 케이블이 필요 없고 동작 제한을 가하지 않고 지속적인 전기생리학적 신호 측정의 이점을 제공합니다. 회로 PCB의 직경은 9mm, 높이는 3mm, 무게는 총 3g입니다. 배터리 교체는 간단하며, 제안된 시스템을 통해 모터 동작을 지속적으로 모니터링할 수 있습니다. 커넥터와 장치의 부착과 EMG 파형을 보여주는 사진은 그림 7에 나와 있습니다.

이 연구에서는 쥐의 움직임 패턴을 분석하기 위해 러닝머신을 사용했습니다. 트레드밀은 동물의 움직임을 분석하는 효과적인 도구입니다17, 근육 또는 신경학적 문제를 평가할 수 있습니다. 쥐의 자유로운 움직임을 연구하는 데에도 사용할 수 있지만 이 실험은 특히 다양한 조건으로 인한 움직임 이상을 분석하는 것을 목표로 합니다. 이를 위해서는 지속적이고 반복적인 움직임이 필요하므로 트레드밀은 우리의 목적에 적합한 선택입니다.

근전도로 동물의 이동을 분석하기 위해 다양한 방법을 사용할 수 있습니다. 이러한 방법 중 대칭 인덱스는 동작 분석21,22에 사용되었습니다. 대칭 지수는 신체 양쪽에 있는 두 근육 사이의 활동 균형을 측정하며, 뇌졸중으로부터의 회복을 평가하는 데 사용했습니다.

figure-results-1
그림 1: 전선 전극 준비 공정. (A) 전선 구조 및 절연 제거 위치에 대한 그림. 근육에 와이어를 삽입할 때는 과도한 삽입을 방지하기 위해 3개의 매듭을 묶어야 합니다. (B) 전선 가장자리에서 절연체가 완전히 제거됩니다. (C) 근육 접촉을 용이하게 하기 위해 절연체를 부분적으로 제거합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 2: 전선 전극 및 커넥터 조립 공정. (A) 조립을 위한 재료의 준비. (B) 금속 부품에 와이어를 삽입하는 단계. (C) 와이어를 금속 부품에 납땜합니다. (D) 플라스틱 하우징의 개구부를 통해 와이어를 당기는 경우. (E) 와이어 및 금속 부품을 플라스틱 하우징에 삽입하는 단계. (F) 모든 전선에 대한 조립을 완료하고 시아노아크릴레이트 접착제를 사용하여 플라스틱 하우징을 봉합사 가이드(회색 부분)에 부착합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-results-3
그림 3: 시술에 필요한 수술 도구. (1) 봉합 바늘, (2) 집게, (3) 집게, (4) 수술용 가위, (5) 가는 가위, (6-7) 지혈기, (8) 바늘 홀더, (9) 준비된 전극 등 시술에 필요한 수술 도구 모음. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 4: 전극 와이어 부착 절차. (A) 등과 다리의 절개 위치. (B) 절개 부위를 통해 바늘 홀더를 삽입하여 와이어를 잡습니다. (C) 절개 부위에서 와이어를 당겨 빼냅니다. (D) 목표 근육의 재봉 기술, 5mm 간격으로 근육의 가장 두꺼운 부분 주위에 전극을 배치합니다.(E) 수술이 완료되는 최종 상태. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 5: 커넥터 배치. (A) 커넥터 아래 봉합. (B) 봉합사로 커넥터를 고정합니다. (C) 커넥터 상단에 접착제를 바르고 보호를 위해 금속 실드를 놓습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 6: 근전도 획득 시연. (A) 쥐에 장착된 근전도 획득 시스템의 사진. (B) 25m/min의 속도로 트레드밀 테스트를 수행하는 경우 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 7: 측정된 EMG 및 엔벨로프 EMG 파형. (A) 측정된 EMG 신호의 원시 파형. (B) 엔벨로프를 얻는 데 사용되는 필터링된 EMG 신호. (C) 대칭 지수 분석을 위한 임계값 라인이 있는 포락선 파형. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

보충 그림 1: PCB 회로 레이아웃의 개략도. 인쇄 회로 기판(PCB) 회로 레이아웃의 개략도로, 구성 요소 및 연결의 배열을 보여줍니다. 이 그림을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

보충 그림 2: 후면 레이어의 PCB 회로 설계. 인쇄 회로 기판(PCB)의 후면 레이어 설계, 회로에 대한 구성 요소 배치 및 라우팅을 자세히 설명합니다. 이 그림을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

보충 그림 3: 최상층의 PCB 회로 설계. 인쇄 회로 기판(PCB)의 최상층 설계로 구성 요소 및 전기 연결의 레이아웃을 보여줍니다. 이 그림을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

보충 코딩 파일 1: ADC 구성을 위한 펌웨어 준비. 8비트 해상도와 초당 2샘플(kSPs)의 샘플링 속도를 가진 2채널 ADC(아날로그-디지털 변환기)를 구성하기 위해 펌웨어를 준비하기 위한 지침입니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

Supplementary Coding File 2: Python 기반 플로팅 응용 프로그램. 데이터 시각화 및 분석을 위해 이 연구에서 사용된 Python 기반 플로팅 응용 프로그램에 대한 설명입니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

토론

이 연구는 작고 구현하기 쉽고 저렴하고 무선인 근전도 검사(EMG) 획득 시스템을 제시합니다. 이 시스템은 유선 외부 측정 장비에 의존하지 않기 때문에 케이블로 인한 신호 저하를 효과적으로 방지합니다. 커넥터를 머리 대신 등에 장착하면 수술 과정이 훨씬 쉬워지고 합병증의 위험이 줄어듭니다. 또한 이 설정은 플랫폼이 측벽에 부딪혀 신호 아티팩트로 이어질 가능성을 최소화합니다. 또한, 집중된 무게가 머리에 가해지지 않아 목의 피로를 완화합니다.

프로토콜에는 몇 가지 중요한 단계, 특히 근육 내 전극의 정확한 준비와 커넥터의 신중한 배치가 포함됩니다. 절연체가 정확하게 벗겨지고 매듭이 올바르게 묶여 있는지 확인하는 것은 전극 배치 중 과도한 삽입을 방지하는 데 필수적입니다1. 또한, 수술 후 수술 부위를 모니터링하는 것은 잠재적인 합병증을 조기에 식별하여 관련 동물의 안녕을 보장하는 데 중요합니다.

제안된 기술은 강력하지만 특정 수정을 통해 그 효과가 향상될 수 있습니다. 예를 들어, 특정 근육 크기에 따라 전극의 길이를 조정하면 접촉 품질을 향상시킬 수 있습니다. 또한 측정 중 신호 손실이나 노이즈가 발생하는 경우 문제 해결에는 연결을 확인하고 장치가 전자기 간섭으로부터 적절하게 차폐되어 있는지 확인하는 작업이 포함될수 있습니다6. 수술팀에 적절한 교육을 제공하면 절차 오류를 완화하여 전반적인 성공률을 높일 수도 있습니다.

장점에도 불구하고 장치의 무게는 약 3g으로 쥐에게는 문제가 되지 않지만 작거나 어린 쥐에게는 불편함을 유발할 수 있습니다. 이러한 불편함은 잠재적으로 보행 패턴에 영향을 미쳐 EMGore 를 통한 행동 분석에 영향을 미칠 수 있습니다. RAT를 케이지에 방치하면 장치 또는 커넥터를 보호할 수 없어 손상 위험이 있습니다13. 장치를 사용하지 않을 때 보호를 위해 금속 케이스가 구현되었지만 추가 개발을 통해 이러한 측면이 향상될 수 있습니다.

이 시스템의 중요성은 테더링 장치에 의해 부과되는 제약 없이 지속적인 고품질 EMG 기록을 제공하는 능력에 있습니다. 테더 케이블 및 대형 이식형 장치를 포함한 전통적인 방법은 종종 동물의 움직임을 제한하고 스트레스를 유발하여 결과를 왜곡할 수 있습니다5. 이 기술은 다양한 실험 맥락에서 운동 기능과 회복을 이해하는 데 중요한 데이터 수집의 높은 충실도를 유지하면서 보다 인도적인 접근 방식을 제공합니다3.

향후 작업에서는 이 기술에 대한 수많은 응용 프로그램이 있습니다. 현재 연구는 보행 중 근육 대칭을 평가하기 위해 내측 비복근(MG) 근육에 초점을 맞췄지만 방법론은 다른 근육에 적용될 수 있으며 심전도(ECG) 측정으로 확장될 수도 있습니다. 전극의 수를 늘리면 여러 부위11에서 동시 신호 수집이 가능해 근육 협응 및 기능에 대한 포괄적인 분석이 용이해질 수 있습니다. 이러한 발전은 뇌졸중 회복 및 기타 신경근 질환을 위한 재활 전략에 대한 통찰력으로 이어질 수 있습니다.

결론적으로, 제안된 EMG 획득 시스템은 동물 운동 연구 분야에서 상당한 발전을 이룹니다. 기존 방법의 한계를 해결하고 향후 연구를 위한 다양한 플랫폼을 제공함으로써 이 시스템은 다양한 실험 환경에서 운동 기능과 회복에 대한 이해를 향상시킬 수 있는 가능성을 가지고 있습니다.

공개 사항

모든 저자는 이해 상충이 없습니다.

감사의 글

본 연구는 한국연구재단(NRF-2020M3A9E4104385)과 국립나노팹센터 나노의료기기 개발사업(연구지원번호: 1711160154)의 지원을 받았습니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
0.2mm 두께의 니켈 플레이트사용 가능한 모든 벤더
3D 프린팅 필라멘트큐비콘A-100
7 주 된 RATJABIOSD (DBL) [7W M]
차폐고정용접착제 Okong1028453
ANT1Johanson Technology Inc.2450AT07A0100001T
C1, C15, C16, C20Vishay1n0201(0603)미터법
C10, C13Vishay100p0201(0603)미터법
C11, C12Vishay4p0201(0603)미터법
C14, C19Vishay0.39n, 0201(0603)미터법
C2, C17Vishay22n0201(0603)미터법
C3, C5, C6Vishay0.1u0201(0603)미터법
C4, C18Vishay2.2u0201(0603)미터법
C7Vishay4.7u0402(1005)미터법
C8, C21Vishay1u0201(0603)미터법
C9Vishay1p0201(0603)미터법
케이지JEUNG DO B& PJD-C-02
클린 천킴벌리41112
커넥터 액세서리HarwinM20-1060400플라스틱 하우징
커넥터 액세서리HarwinM20-1180042금속 부품
전기 이발기BuzzRFC-928
히트 건QUICK861DW
IC1, IC3Analog DeviceAD8232EMG 측정용 AFE
IC2북유럽 반도체nRF52832-CIAA
IsofluraneHana Pharm657801261
L1Vishay3.3n0201(0603) 미터법
Li-po 배터리TheHanTW40202513mm *10mm * 4mm, 30mAh
핀 헤더HarwinM22-2530505
R1, R2, R9, R10, R13, R14, R21, R22Vishay10M, 0201(0603), 미터법
R11, R23Vishay100k, 0201(0603), 미터법
, R12, R24Vishay1M0201(0603), 미터법
R3, R4, R5, R7, R15, R16, R17, R19Vishay180k, 0201(0603
)미터법
R8, R20Vishay768k0201(0603)메트릭
솔더 와이어알파 메탈SACX0307
납땜 인두HakkoFX-951
스테인레스 스틸 와이어는 TeflonA-M Systems793200
봉합 바늘AILEE301289
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참고문헌

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