EMG.MMG 디지털 근기능 분석

1장
EMG·MMG 융합 이해의 출발점: 근육 신호의 의미, 응용 지형도, 학습 로드맵
1.1 EMG와 MMG의 기본 개념: 같은 근육, 다른 물리량
1.2 의공학·재활공학·인간공학에서의 활용 지형도
1.3 전체 파이프라인: 문제 정의에서 의사결정까지
1.4 안전·윤리·표준화: 생체신호 실험의 기본 체력
1.5 최근 연구 동향: 웨어러블, 센서 융합, AI, 설명가능성

2장
EMG·MMG 신호의 기초: 파형, 잡음, 주파수 대역, 정규화, 대표 특징
2.1 EMG·MMG 신호는 무엇을 담고 있는가
2.2 원신호 관찰의 중요성: 분석 전에 먼저 보아야 할 것
2.3 시간적 특성: 진폭, 지속시간, 수축 구간
2.4 주파수 특성: EMG와 MMG의 대역 차이
2.5 잡음과 아티팩트의 기본 분류
2.6 정규화의 개념: 비교 가능한 신호 만들기
2.7 대표 특징값의 기초: RMS, MAV, IEMG, MDF, MNF, MMG 진폭
2.8 신호 해석에서 흔히 발생하는 오류

3장
EMG·MMG 측정 시스템과 프로토콜: 전극·센서 배치, 샘플링, 동기화, 안전관리
3.1 측정 시스템의 전체 구조: 생체신호가 데이터가 되기까지
3.2 EMG 전극 배치: 근복, 근섬유 방향, 전극 간격, 기준 전극
3.3 MMG 센서 선택: 가속도계, 콘덴서 마이크로폰, 압전 센서
3.4 센서 고정과 기계적 결합: MMG 품질을 좌우하는 핵심 조건
3.5 샘플링 주파수, 양자화, 분해능의 기본 원리
3.6 동기화: 힘센서, 영상, IMU, 이벤트 마커의 연결
3.7 측정 전 품질관리: 피부 준비, 접촉 불량, 포화, 교차혼입
3.8 안전·윤리·개인정보 보호와 실험 기록

4장
근육 생리와 수축 기전: 운동단위, 전기-기계 결합, 힘-길이/속도 관계, 피로
4.1 근육의 구조와 수축 단위
4.2 전기-기계 결합: 신경 신호가 힘으로 바뀌는 과정
4.3 운동단위 동원과 발화율 조절
4.4 운동단위 변화가 EMG·MMG에 미치는 영향
4.5 힘-길이 관계와 관절 각도의 영향
4.6 힘-속도 관계와 구심성·편심성 수축
4.7 근섬유 유형과 신호 특성
4.8 근피로: 중추성 피로와 말초성 피로
4.9 피로 실험 설계: 등척성 수축과 동적 과제

5장
EMG·MMG 기초 신호처리와 특징 추출: 필터링, 정류, 포락선, 정규화, 시간·주파수 분석
5.1 신호처리의 목적: 잡음 억제와 의미 보존
5.2 EMG·MMG 잡음원의 분류와 처리 전략
5.3 필터링의 기본: 고역통과, 저역통과, 대역통과, 노치 필터
5.4 필터 차수, 차단주파수, 위상 지연
5.5 정류, 평활, 포락선 추출
5.6 창 길이와 중첩: 민감도와 안정성의 균형
5.7 정규화: MVC, 기준수축, 세션 정규화
5.8 시간영역 특징: RMS, MAV, IEMG, WL
5.9 주파수영역 특징: MDF, MNF, 대역 에너지
5.10 시간-주파수 분석: STFT와 웨이블릿의 기초
5.11 신호처리 파라미터 보고 기준

6장
재활에서의 EMG·MMG 활용: 기능 평가, 바이오피드백, 운동학습, FES·로봇 연계
6.1 재활 평가에서 EMG·MMG가 제공하는 정보
6.2 근활성 타이밍, 협응, 보상 움직임 평가
6.3 바이오피드백의 원리와 설계 요소
6.4 운동학습과 개인화
6.5 기능적 전기자극(FES)과 EMG·MMG 연계
6.6 로봇 보조 재활과 안전 제어
6.7 원격재활에서의 장기 추세와 순응도 관리
6.8 뇌졸중, 근골격계 손상, 노인 기능저하 사례

7장
EMG·MMG 연구 설계와 검증: 프로토콜, 신뢰도, 타당도, 통계 설계, 보고 표준
7.1 연구 질문을 실험 설계로 전환하기
7.2 PICO·PECO 기반 연구 구조화
7.3 대상자, 과제, 조건, 출력변수 설정
7.4 프로토콜 표준화와 문서화
7.5 전극·센서 배치의 반복성 확보
7.6 신뢰도: ICC, SEM, MDC, CV
7.7 타당도: 기준타당도, 구성타당도, 생태학적 타당도
7.8 표본수, 무작위화, 눈가림, 혼란변수 통제
7.9 데이터 누수 없는 검증 설계
7.10 연구 보고서와 논문 작성 체크리스트


8장
웨어러블 EMG·MMG 장치 설계: 센서, AFE, ADC, MCU, 전력, 동기화, 안전
8.1 웨어러블 EMG·MMG 시스템의 기본 구조
8.2 EMG 센서 설계: 전극, 임피던스, CMRR, 절연
8.3 MMG 센서 설계: 가속도계, 마이크로폰, 압전 센서
8.4 아날로그 프론트엔드(AFE)와 증폭·필터링
8.5 ADC, 샘플링, 분해능, 데이터량
8.6 MCU와 펌웨어: 수집, 버퍼링, 기본 QC
8.7 BLE와 무선 전송의 기초
8.8 전력 예산과 배터리 수명 설계
8.9 센서 부착성, 착용성, 피부 자극 관리
8.10 장치 수준의 안전·보안·문서화

9장
EMG·MMG 분석 파이프라인과 모델링: 세그먼테이션, 특징 조립, 분류·회귀, 검증, 실시간 구현
9.1 분석 파이프라인의 전체 구조
9.2 제5장 신호처리 결과를 모델 입력으로 변환하기
9.3 세그먼테이션: 창 길이, 스텝 크기, 중첩
9.4 특징 벡터 구성과 스케일링
9.5 특징 선택과 차원 축소
9.6 분류 모델: 동작 인식, 상태 판별, HMI 제어
9.7 회귀 모델: 토크, 피로도, 기능 수준 추정
9.8 모델 비교의 원칙
9.9 사람 단위·세션 단위 분리 검증
9.10 데이터 누수와 정규화 누수 방지
9.11 실시간 구현: 지연시간, 안정성, 안전 규칙
9.12 온디바이스 추론과 경량 모델
9.13 재현 가능한 분석 보고서 작성법

10장
EMG·MMG 현장 응용: 근피로, 근기능 평가, 동작 인식, 스포츠, 산업안전
10.1 응용 시스템의 공통 구조: 측정-QC-분석-피드백
10.2 근피로 평가: 시간·주파수 지표와 복합 지표
10.3 근기능 평가: 근활성, 협응, 좌우 비대칭
10.4 근력·토크 추정과 생체역학 모델의 결합
10.5 동작 인식과 인간-기계 인터페이스(HMI)
10.6 스포츠 훈련과 피로 모니터링
10.7 산업안전과 작업부하 평가
10.8 근골격계 질환 예방을 위한 현장형 프로토콜
10.9 응용 분야별 지표 선택 가이드

11장
임상·재활 검증과 보고 체계: 신뢰도, 타당도, 반응도, 임상적 의미
11.1 임상 질문 정식화: 대상, 과제, 결과, 의사결정
11.2 신호 지표와 임상 기능 지표의 연결
11.3 임상 신뢰도: 반복 측정과 현장 재현성
11.4 임상 타당도: 근기능을 정말 반영하는가
11.5 반응도: 치료와 훈련 변화에 민감한가
11.6 최소임상중요차이와 최소검출변화의 구분
11.7 임상 보고 문장 작성법
11.8 치료사·환자·기관 관점의 리포트 설계
11.9 임상 워크플로와 데이터 거버넌스


12장
스마트폰 기반 EMG·MMG 현장 운용: 앱, 로그, 장기 모니터링, 업데이트, 데이터 거버넌스
12.1 장치 설계에서 현장 운용으로의 전환
12.2 스마트폰 앱의 역할: 수집, QC, 피드백, 리포트
12.3 버퍼링, 스트리밍, 패킷 손실 관리
12.4 앱 기반 QC 안내와 사용자 재부착 가이드
12.5 온디바이스 추론과 클라우드 분석의 역할 분담
12.6 사용자 피드백 화면과 알림 설계
12.7 장기간 로그와 순응도 분석
12.8 업데이트 정책: 앱, 펌웨어, AI 모델 변경관리
12.9 데이터 거버넌스: 익명화, 접근권한, 보안, 동의
12.10 현장 배포 시나리오와 운영 체크리스트

13장
EMG·MMG 기반 AI 분석: 설명가능성, 불확실성, 편향, 안전, 배포·모니터링
13.1 EMG·MMG 데이터와 AI 분석의 가능성
13.2 특징 기반 모델과 딥러닝 모델의 선택 기준
13.3 데이터 분할과 성능 평가의 함정
13.4 설명가능 인공지능(XAI): 결과를 어떻게 설명할 것인가
13.5 불확실성 추정: 모를 때 멈추는 시스템
13.6 편향과 공정성: 대상자 집단별 성능 차이
13.7 모델 드리프트와 장기 성능 모니터링
13.8 AI 안전 모드와 인간 참여형 의사결정
13.9 배포 후 업데이트와 성능 재검증
13.10 AI 분석 보고서 작성 체크리스트

14장
EMG·MMG 기반 의료기기와 디지털 헬스케어: 임상시험, 규제, 보험급여, 사업화
14.1 연구 결과에서 의료기기·디지털 헬스케어로
14.2 근거 생성 로드맵: 파일럿, 통제 연구, 실사용증거(RWE)
14.3 평가변수 선택: 신호 지표와 임상 기능 지표
14.4 임상시험 설계: 대상자, 대조군, 무작위화, 눈가림
14.5 위험관리와 안전 설계: ISO 14971:2019 개념
14.6 의료기기 소프트웨어와 SaMD 개념
14.7 사용적합성과 사용자 오류 관리
14.8 보험급여와 비용-효과 평가
14.9 가치 제안: 환자, 치료사, 병원, 산업 현장 관점
14.10 사업화 전략과 시판 후 모니터링

15장
EMG·MMG의 미래 연구 로드맵 : 센서 융합, 디지털 바이오마커, 원격재활, 표준화, 오픈사이언스
15.1 EMG·MMG 연구의 변화: 실험실에서 일상으로
15.2 웨어러블화와 장기간 데이터의 가능성
15.3 EMG+MMG+IMU 센서 융합
15.4 디지털 바이오마커 설계와 검증
15.5 개인화 모델과 도메인 적응
15.6 원격재활과 디지털 치료 서비스
15.7 표준화, 오픈데이터, 재현성의 중요성
15.8 윤리, 개인정보, 노동 감시 문제
15.9 향후 연구주제 10선
15.10 15주 수업 로드맵과 캡스톤 과제 제안

참고문헌