피부 전처리는 표면 근전도(sEMG) 수집 중 데이터 무결성을 보장하기 위한 절대적인 전제 조건입니다. 이는 모발 제거, 마찰, 알코올 소독을 통해 피부 표면을 물리적, 화학적으로 변화시켜 근육과 전극 사이의 전기 저항, 즉 접촉 임피던스를 대폭 줄이는 것을 포함합니다.
엄격한 피부 준비 없이는 신체와 센서 사이의 인터페이스가 신호를 저하시키는 저항기로 작용합니다. 전처리는 피부 임피던스를 5kΩ 미만으로 떨어뜨려 신발 분석에 필요한 미묘한 근육 신호가 환경 간섭으로 인해 묻히는 것을 방지하는 데 필수적입니다.
신호 충실도의 물리학
접촉 임피던스 감소
인간의 피부는 죽은 세포층, 오일, 모발로 인해 본질적으로 전류에 저항이 있습니다.
피부 전처리는 이러한 장벽을 제거하여 접촉 임피던스를 5kΩ 미만이라는 목표치로 낮춥니다. 낮은 임피던스는 근육에서 생성된 약한 전기 신호가 센서에 도달하기 전에 감쇠(약화)되지 않도록 보장합니다.
신호 대 잡음비(SNR) 개선
높은 임피던스는 잡음에 대한 안테나와 같습니다.
저항을 낮추면 환경에서 발생하는 전자기 간섭(EMI)의 포착을 최소화할 수 있습니다. 이는 높은 신호 대 잡음비를 초래하여 화면의 데이터가 배경 잡음이 아닌 실제 근육 활동을 나타내도록 보장합니다.
전처리 프로토콜
기계적 준비
직접적인 연결을 설정하려면 물리적 장벽을 제거해야 합니다.
이는 일반적으로 모발 면도와 피부 표면에 가벼운 마찰을 가하는 것을 포함합니다. 이러한 단계는 비전도성 각질층(죽은 피부의 외부층)을 물리적으로 제거합니다.
화학적 세척
표면이 마찰된 후에는 화학적 세척이 필요합니다.
알코올 소독을 사용하면 각질, 천연 오일, 땀과 같은 절연 유기물을 제거할 수 있습니다. 이를 통해 전극이 깨끗하고 전도성이 있는 표면에 접촉하도록 보장합니다.
신발 테스트에서 중요한 이유
깊은 근육 데이터 캡처
신발 안정성은 모니터링하기 어려운 깊고 미묘한 근육에 크게 의존합니다.
정확한 전처리는 무지외전근과 후경골근의 신호를 캡처하는 데 매우 중요합니다. 이 근육들은 발과 다리 깊숙이 위치하기 때문에 표면 신호가 약하고 깨끗한 연결 없이는 쉽게 가려질 수 있습니다.
동적 안정성 분석
신발 테스트에는 달리기 또는 방향 전환과 같은 고속 움직임이 포함됩니다.
이러한 동적 동작은 움직임 아티팩트를 유발합니다. 낮은 임피던스 연결은 다양한 신발 구성 요소로 인해 발생하는 근육 활성화의 변화가 움직임 잡음에 묻히지 않고 정확하게 감지되도록 보장합니다.
피해야 할 일반적인 함정
높은 임피던스의 대가
임피던스가 5kΩ 이상으로 유지되면 데이터가 신뢰할 수 없게 됩니다.
고주파 환경 잡음은 생리적 신호를 모방하거나 가릴 수 있습니다. 이는 신발이 근육 성능에 미치는 영향에 대한 잘못된 결론으로 이어집니다.
일관성 없는 준비
전처리는 모든 피험자와 테스트 세션에 걸쳐 균일해야 합니다.
일관성 없는 마찰 또는 세척은 가변적인 데이터 품질을 초래하여 다양한 신발 프로토타입의 성능을 객관적으로 비교하는 것을 불가능하게 만듭니다.
목표에 맞는 올바른 선택
신발 성능 데이터를 실행 가능하게 만들려면 특정 테스트 목표에 맞게 접근 방식을 조정하세요.
- 신발 안정성 평가가 주요 초점이라면: 후경골근과 같은 깊은 안정근의 저진폭 신호를 캡처하기 위해 엄격한 마찰을 보장하세요.
- 고속 달리기 분석이 주요 초점이라면: 빠른 움직임 중에 신호 드리프트를 유발하는 땀과 오일을 제거하기 위해 철저한 알코올 세척을 우선적으로 고려하세요.
운동선수와 센서 간의 인터페이스를 먼저 마스터하지 않고는 신발 성능에 대한 신뢰할 수 있는 통찰력을 얻는 것은 불가능합니다.
요약 표:
| 단계 | 작업 | 주요 목표 |
|---|---|---|
| 기계적 | 면도 및 가벼운 마찰 | 저항을 낮추기 위해 모발과 죽은 피부(각질층)를 제거합니다. |
| 화학적 | 알코올 소독 | 더 나은 전극 접촉을 위해 오일, 땀, 각질을 제거합니다. |
| 임피던스 목표 | < 5 kΩ | 신호 잡음 및 환경 간섭(EMI)을 최소화합니다. |
| 결과 | 높은 SNR | 후경골근과 같은 깊은 근육 안정근에 대한 명확한 데이터를 보장합니다. |
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참고문헌
- Koji Murofushi, Kazuyoshi Yagishita. Differences in trunk and lower extremity muscle activity during squatting exercise with and without hammer swing. DOI: 10.1038/s41598-022-17653-7
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