자력학

Magnetomyography

자기장학(MMG)은 SQUID(초전도 양자 간섭 장치) 배열을 이용해 근육에서 자연적으로 발생하는 전류가 생성하는 자기장을 기록함으로써 근육 활동을 매핑하는 기법이다.[1]저속 또는 직류 전류를 검출할 수 있는 전자기술보다 성능이 뛰어나다.MMG 신호의 크기는 피코(10-12) ~ 펨토(10-15)의 척도에 있다.테슬라(T)소형화 MMG는 부피가 큰 SQUID를 웨어러블 소형화 자기 센서로 현대화할 수 있는 가능성을 제시한다.[2]

그 모터-모터 발전기 메서드의 개발을 위한 두가지 핵심 동인:도 신호[3]1)가난한 공간 분해능 때 non-invasively 최신식 EMG측정도 바늘을 정확하게 근육 활동에 접근하지만 고통스럽고, 가난한 공간 샘플링 점으로 되어 있는 작은 분야에 한정되어 가능하다 녹화 조사를 이용한다 피부에 기록했다.s;2) 금속-이슈 인터페이스로 인해 삽입형 EMG 센서의 생체적합성이 불량함.MMG 센서는 (1) 원점과 센서 사이의 거리에 따라 자기장의 크기가 크게 감소하여 MMG 공간 분해능이 향상되고 2) MMG 센서는 전기 접점이 필요하지 않으므로 생체적합성이 있는 경우 두 단점을 동시에 해결할 수 있다.물질이나 중합체는 장기적 생체 적합성을 개선할 수 있다.

기존 SQUID[1](상단) 및 소형 삽입형 자기 센서[2](하단)를 사용한 MMG.

역사

18세기 초에는 살아있는 조직에서 나오는 전기 신호가 조사되었다.이러한 연구자들은 의료 진단에서 특히 의료 분야에서 많은 혁신을 촉진했다.어떤 예는 심전도(ECG), 뇌전파(EEG), 전자기파(EMG) 등 인체 조직에서 생성되는 전기 신호를 기반으로 한다.이외에도 기술의 발달로 인체의 생체자기계측정은 전기 활성조직의 이온작용 전류에서 발생하는 자기장의 존재가 활동성을 기록하는 데 활용될 수 있다는 명확한 증거를 제공하였다.es. 첫 번째 시도로 데이비드 코헨은 차폐된 방에서 MCG를 측정하기 위해 포인트 콘택트 초전도 양자 간섭 장치(SQUID) 자력계를 사용했다.그들은 녹음된 MCG의 민감도가 이전에 녹음된 MCG보다 훨씬 높은 순서라고 보고했다.같은 연구자가 소음 평균화 없이 보다 민감한 SQUID 자력계를 사용하여 이 MEG 측정을 계속하였다.정상과 이상 피험자가 모두 기록한 EEG와 알파 리듬 MEG를 비교했다.MEG는 EEG가 제공하는 새롭고 다른 정보를 생산한 것으로 보인다.심장은 뇌나 다른 장기에 비해 비교적 큰 자기장을 생성할 수 있기 때문에 초기 생체 자기장 연구는 MCG의 수학적 모델링에서 비롯되었다. 초기 실험 연구도 MCG에 초점을 맞췄다.게다가 이러한 실험 연구들은 피할 수 없는 낮은 공간 분해능과 낮은 감각에 시달린다.y는 정교한 탐지 방법의 부족으로 인한 것이다.기술이 발전하면서 뇌기능으로 연구가 확대됐고, 1980년대부터 인공메그에 대한 예비 연구가 시작됐다.이러한 연구들은 어떤 뉴런 집단이 뇌에서 생성되는 자기 신호에 기여하고 있는지에 대한 몇 가지 세부사항을 제공했다.그러나 단일 뉴런에서 나오는 신호는 너무 약해서 감지할 수 없었다.탐지 가능한 MEG 신호를 생성하려면 10,000 덴드라이트 이상의 그룹이 그룹으로 필요하다.당시 물리, 기술, 수학적 한계가 풍부해 인간의 심전도 및 기타 생체 자기 기록과 관련된 이론과 실험의 양적 비교를 막았다.정확한 마이크로 소스 모델이 없기 때문에, 어떤 특정한 생리학적 요인이 MEG와 다른 생체자기 신호의 강도에 영향을 미치는지 그리고 어떤 요인이 달성 가능한 공간 분해능을 지배하는지 판단하기가 더 어렵다.지난 30년 동안 고립된 축과 근육 섬유에서 생체외 전류의 흐름에 의해 발생하는 자기장을 측정하고 분석하기 위해 많은 연구가 진행되었다.이러한 측정은 일부 복잡한 이론적 연구와 초민감 실내 온도 증폭기 및 신경자성 전류 탐침의 개발에 의해 뒷받침되어 왔다.요즘은 셀레벨 자기 기록 기술이 작동 전류의 정량적 측정 기법이 되었다.

오늘날 MMG 신호는 의료 진단, 재활, 건강 모니터링 및 로봇 제어에서 중요한 지표가 될 수 있다.최근의 기술 발전은 근육과 말초신경에 대한 개인의 질병을 원격으로 지속적으로 기록하고 진단할 수 있는 길을 닦았다.[4][5]출산 전 자궁의 전기생리학적 행동을 탐구하는 동기를 부여받은 MMG는 임신 중 건강 모니터링에 주로 이용됐다.[6][7][8]또한 MMG는 외상성 신경손상, 척수병변, 함정증후군 등 재활에 활용될 가능성이 있다.[9][10][11][12]

소형화 MMG

MMG 신호의 크기는 심장과 뇌의 크기보다 낮다.[10]최소 스펙트럼 밀도는 특히 10Hz와 100Hz 사이의 낮은 주파수에서 수백 fT/mHz의 검출 한계(LOD)에 도달할 수 있다.1972년 코헨과 길버의 세미나를 통해 초전도 QUID(Superconducting Quantum Interference Devices)를 이용해 MMG 신호를 발견해 녹음했다.펨토-테슬라 검출한계(LOD)가 현재 가장 민감한 기기인 데다 평균으로 atto-테슬라 LOD를 달성할 가능성이 있어 지금까지 MMG 개발을 주도했다.[13]최첨단 MMG 측정은 SQUID가 장악하고 있다.[14]그럼에도 불구하고, 그들의 초고비용과 거추장스러운 무게는 이 자기 감지 기술의 확산을 제한한다.지난 몇 년 동안 개념 증명 조사로 손 신경과 근육의 내경을 연구하기 위해 광학적으로 펌프된 자기계(OPM)가 빠르게 개발되었다.[11][15][16]물리적 크기가 작은 OPM은 최근 몇 년 동안 특히 경쟁 제조업체에서 LOD를 크게 개선했다.QuSpin Inc., FieldLine Inc., Twinleaf.OPMs로 100 fT/³ Hz 미만의 감도를 달성했다.[17][18]MMG는 주변의 자기소음에 의해 쉽게 영향을 받을 수 있는 작은 크기 때문에 아직 일반적인 방법이 아니다.예를 들어, 지구 자기장의 진폭은 약 500만 배 더 크고, 전력선에서 발생하는 환경 소음은 나노 테슬라 수준에 도달할 수 있다.또한 MMG 센싱용 SQUIDs와 OPMs를 기반으로 한 현재의 실험은 방패가 심한 방에서 행해지고 있는데, 이 실험은 개인 일상용으로 비싸고 부피가 크다.결과적으로, 소형화, 저비용 및 상온 바이오마그네틱 감지 방법의 개발은 바이오마그네틱의 광범위한 감상을 위한 중요한 단계가 될 것이다.

CMOS 기술에 통합된 판독 회로로 고성능 홀 센서가 성공적으로 수행되었다.[2]그러나 홀 센서는 홀 효과를 자극하기 위해 매우 안정적인 DC 전원 공급과 주변 소음 하에서 수집된 약한 홀 전압을 처리하기 위한 복잡한 인터페이스 회로를 필요로 한다.[19]최근 소형 터널링 자기저항 센서뿐만 아니라 자기전 센서도 웨어러블 기기의 형태로 MMG의 미래를 위해 제안되었다.그것들은 CMOS 호환성이 있고 그들의 센서 출력은 아날로그 프런트 엔드에 의해 판독될 수 있다.[23]소형화된 TMR 센서는 상대적으로 낮은 운영비로 향후 MMG 측정에 효과적인 대안이 될 수 있다.

참고 항목

참조

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