표면 EMG에서 EPP 구성 요소의 추출

이온성 시냅스 기전에서 시냅스 후막은 탈분극 전위 전류의 싱크(sink)를 형성합니다. 원격 지점을 기준으로 했을 때, 종판(end plate) 주변의 외부 매질에는 음전위 장이 형성되며, 이는 단극 표면 EMG를 통해 검출될 수 있습니다. 만약 종판 전위(endplate potential) 또는 EPP에 해당하는 전위를 피부 표면에서 검출할 수 있다면, 이는 다양한 의료 분야에 유용한 정보를 제공할 것입니다.

안녕하세요, Mass 대학교 구강의학과 Max 구강악안면 실험실의 Kuma입니다. 오늘은 표면 EMG에서 EPP 성분을 추출하는 절차를 보여드리겠습니다. 저희 실험실에서는 EPP 특성을 연구하기 위해 이 절차를 사용합니다.

그럼 시작해 보겠습니다. 먼저 9개의 전극을 준비하십시오. 전극들을 증폭기의 적절한 위치에 연결합니다.

그중 8개는 근육 위 지점에서 신호를 기록하는 데 사용되며, 1개는 참조 전극으로 사용됩니다. 기록 전극과 참조 전극을 증폭기에 연결한 후, 디스크에 전도성 페이스트를 채웁니다. 모든 종류의 페이스트를 사용할 수 있으나, 유동성이 낮은 유형이 더 적합합니다.

전극을 피부에 부착하기 전에, 피험자가 이를 꽉 물게 하여 얼굴에서 교근의 대략적인 위치를 파악합니다. 교근의 상건은 광대뼈 활에, 하건은 하악각에 부착되므로 긴 접착 테이프를 사용하여 위치를 확인합니다. 광대뼈 활과 하악각에 각각 8개의 기록 지점을 표시합니다.

이제 8개의 기록 전극을 전극 간 거리가 동일하도록 테이프 위에 배치하고, 이 어레이를 피부 표면에 부착합니다. 첫 번째 기록 전극은 광대궁(zygomatic arch)에, 마지막 전극은 하악각(angle of mandible)에 배치합니다. 마지막으로 참조 전극을 코끝에 부착합니다.

전극이 배치되면, 기록을 시작하기 위해 근전도(ELECTROMYOGRAM) 또는 EMG 기록을 개시할 수 있습니다. 먼저 다채널 아날로그 증폭기의 파라미터를 설정하십시오. 이득(gain)은 X 500으로, 저역 통과 필터(lowpass filter)는 0.5 hertz로, 고역 통과 필터(high pass filter)는 10 kilohertz로 설정하십시오.

아날로그 증폭기의 출력 a를 아날로그-디지털 변환기에 연결합니다. 모든 연결이 완료되면, 디지털 신호는 20 kilohertz의 샘플링 속도로 LabVIEW 소프트웨어를 통해 처리됩니다. 동측에서 껌을 빠르게 씹어 응축할 때의 EMG를 기록합니다.

기록 과정이 완료된 직후 8개 채널의 트레이스가 LabVIEW 디스플레이에 표시됩니다. 이제 신호에서 EPP 성분을 추출하기 위해 말단판 전위 성분을 어떻게 추출하는지 살펴보겠습니다. 먼저, 가공되지 않은 EMG에서 활동 전위 성분을 제거하십시오.

하이컷 디지털 필터를 사용하여 10 hertz의 차단 주파수로 필터링을 시작하십시오. 양의 방향 또는 음의 방향으로 편향되는 느린 파형이 나타나야 합니다. 이 파형은 EPP에 해당하며, 극성의 차이는 종판 전류의 동기화 소스 관계를 반영합니다.

교근에서 기록할 때, 가장 하단부의 기록 지점에서 얻은 트레이스에서 파형의 가장 음의 편향(negative deflection)이 나타날 것으로 예상되며, 해당 지점에서 약 세 지점 정도 떨어진 곳에서 극성이 전환되어야 합니다. EPP 성분의 크기는 편향의 정점 또는 편향 기간 동안의 면적으로 측정할 수 있습니다. 가장 음의 편향을 보인 기준 채널에 대해 각 채널의 EPP 파형을 도식화함으로써 EPP 성분의 극성 변화를 결정할 수 있습니다.

이제 적용된 필터의 차단 주파수를 높이면, 서파(slow wave)가 진동성으로 변하게 됩니다. 진동은 차단 주파수가 증가함에 따라 증가하며, 일반적으로 30 hertz의 차단 주파수에서 뚜렷하게 나타납니다. 파형의 위상은 10 hertz 필터링된 EPP 파형의 극성이 반전되었던 트레이스 전체에서 반전될 것입니다.

진동의 위상 변화는 인접한 양성 및 음성 피크 사이의 간격에서 얻은 10 hertz 필터링된 EPP 파형에 동일한 그래프를 적용하여 확인할 수 있습니다. 이를 통해 진동 주파수의 근사치를 구할 수 있으며, 여기에 표시된 도식은 기록이 이루어진 교근을 따라 배치된 8개 지점을 나타냅니다. 이제 교근의 각 지점에서 동시에 기록된 단극 EMG 샘플을 확인해 보겠습니다.

동측 잇몸의 빠른 클렌칭(gum clenching)에 반응하여, 각 가공되지 않은 EMG에 중첩된 10 hertz 차단 주파수의 하이컷 디지털 필터를 사용하여 EPP 성분을 추출하였습니다. 이 실험에서, 하이컷 디지털 필터의 차단 주파수를 30 hertz로 설정했을 때 트레이스 -5와 -6에서 가장 음의 방향으로 편향된 파형이 관찰되었으며, 트레이스 -3에서 극성이 변경되었습니다. 서파(slow wave)는 진동을 나타냈습니다.

또한 10 hertz 필터링된 EPP 파형의 극성이 변화한 trace three에서 위상 변화가 나타났습니다. 해당 피험자에서 진동의 인접한 양성 피크 간 간격을 측정하였습니다. 16회 기록 분석 결과, 평균 피크 간 간격은 31.7 milliseconds였습니다.

지금까지 표면 EMG 기록에서 EPP 성분을 추출하는 방법을 살펴보았습니다. 이 절차를 수행할 때는 EPP 신호에 적합하도록 다양한 기록 파라미터를 설정하고, 단극 방식으로 EMG를 기록하는 것이 중요하다는 점을 기억하시기 바랍니다. 이것으로 모두 마치겠습니다.

시청해주셔서 감사합니다. 성공적인 실험 결과 얻으시길 바랍니다.