표면 근전도 분석 방법 - RMS(활성도) 분석과 주파수(피로도) 분석

표면 근전도는 개별적인 운동단위 활동전위를 분석할 수 있는 침 근전도와 달리 해당 근육의 운동단위의 종합의 신호에 대한 분석 방법을 사용하여야 한다. 표면 근전도 신호분석 방법에는 RMS 분석과 주파수 분석이 있다.

 

표면근전도 신호의 RMS는 피 시험자 내에서의 근 활성도를 파악할 수 있는 특징(feature)이다. RMS 분석은 표면 근전도 원신호를 절대값으로 변환하는 Rectification 과정을 거친 후 적절한 저주파 통과 필터(Low pass Filter)를 통과시키거나, 적절한 구간(window)을 잡아서 RMS(Root Mean Square)를 계산하여 활성도를 파악할 수 있다. RMS를 사용할 때는 RMS의 구간을 20 ms ~ 500 ms으로 설정하는 것이 일반적이다. 빠른 동작일 경우에는 좁은 구간을, 느린 동작이거나 정적인 동작일 경우는 넓은 구간을 사용하게 된다.

 

하지만 표면근전도 신호의 RMS 값에는 큰 단점이 있다. 측정 근육이 다르거나 같은 근육이라고 하더라도 피시험자, 측정 위치에 따라 차이가 있어 근전도 신호의 레벨의 완벽한 정량적 비교는 불가능하다. 따라서 참고(Reference)에 대한 RMS값을 분석하는 것이 일반적이다. 참고하는 값은 보통 MVIC(Maximal Voluntary Isometric Contraction)값을 많이 사용하고, 이 값을 %MVIC이라고 한다.

 

 

다른 표면근전도 분석 방법은 주파수 분석이다. 표면근전도 신호와 같이 복잡한 신호의 특성을 분석하기 위해서 가장 일반적으로 많이 사용되는 방법이다. 표면근전도 원신호 중 수축구간에 대하여 푸리에 변환(Fourier Transform)을 하거나 STFT(Short Time Fourier Transform)을 하여 주파수 특성을 파악할 수 있다. 표면근전도 신호의 정량적인 크기는 절대적인 의미를 가지지 못하는 경우가 많기 때문에 신호의 주된 주파수 영역이나 범위를 계산하여 근육의 활성도를 진단하기도 한다. 주된 주파수 영역이나 범위를 계산하는 방법으로는 MDF(Median Frequency)와 MPF(Mean Power Frequency)가 있다.

중앙 주파수(MDF)는 파워 스펙트럼 P(f)을 동일한 면적을 갖는 두 개의 반으로 나누는 주파수 값으로 정의된다. 과도한 근 수축에 의한 근피로가 발생하면 중앙 주파수가 낮아진다. 이를 이용한 피로도(fatigue) 식은 다음과 같다.

 

 

운동 초기의 중앙 주파수에서 후기의 중앙 주파수가 얼마만큼 낮아졌는지를 통해 피로도를 분석한다. 중앙 주파수는 운동에 의해 낮아지기도 하지만, 질병으로 인한 근육의 질이 떨어져 낮아지기도 한다. 운동 주파수 분석을 통하여 MDF, 피로도 2가지의 특징값을 추출할 수 있다.