비침습적 반려견 근전도 측정을 위한 생체적합 하이드로겔 전극 개발 및 예비검증 = Biocompatible Hydrogel Electrodes for Non-Invasive Canine sEMG Development and Preliminary Validation

국문 초록 (Abstract)

고령 반려견에서 근골격계 및 신경계 질환의 발병률이 증가함에 따라, 재활치료 효과를 객관적으로 평가할 수 있는 정량적 도구에 대한 요구가 지속적으로 제기되고 있다. 그러나 현재 임상에서 활용되는 평가는 대부분 수의사의 주관적 판단에 의존하고 있어, 치료효과의 표준화된 비교와 보호자와의 객관적 소통에 한계가 있다. 표면 근전도(surface electromyography, sEMG)는 근육 활성도를 비침습적으로 정량화할 수 있는 유망한 기술이지만, 반려견의 풍부한 피모와 피부 특성으로 인해 전극-피부 접촉이 불안정하고 신호 품질이 저하되는 문제가 있어 실제 임상 적용에는 제약이 존재한다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하기 위해 삭모 없이도 안정적인 전극 접촉과 충분한 전기 전도성을 확보할 수 있는 젤라틴 기반 생체적합 하이드로겔 전극을 개발하고, 이를 활용한 반려견 표면 근전도 측정 가능성을 단계적으로 평가하였다. 개발된 하이드로겔은 피부 자극을 최소화하기 위해 안전성이 검증된 성분으로 조성하였으며, 임피던스 측정을 통해 전도성 및 전기적 안정성을 검증하였다. 이후 단일 개체 및 다수 개체를 대상으로 한 예비 실험을 통해, 하이드로겔 적용 시 삭모 없이도 표면 근전도 신호를 안정적으로 획득할 수 있는지를 평가하였다. 그 결과, 하이드로겔 전극은 비삭모 조건에서도 기준 범위 이내의 낮은 임피던스를 유지하며 근활성 변화에 따른 신호 패턴을 안정적으로 반영하였다. 또한 정적 및 동적 조건 모두에서 근활성도의 증가 경향이 일관되게 관찰되어, 반려견에서 표면 근전도의 활용 가능성을 확인할 수 있었다. 다만, 유선 장비 사용에 따른 동적 조건에서의 아티팩트 발생과 전극 재부착 시 재현성 확보의 어려움 등 일부 한계가 확인 되었으며, 향후 표준화된 부착 프로토콜과 측정 환경 개선이 요구된다. 본 연구는 비삭모 조건에서 반려견 표면 근전도 측정을 위한 새로운 전극 접근법의 가능성을 제시한 예비 연구로서, 수의 재활 분야에서 근거 기반 평가 체계 구축을 위한 기초 자료를 제공한다는 점에서 의의를 가진다. 개발된 하이드로겔 전극은 향후 재활 치료 평가뿐만 아니라 다양한 동물 생체신호 측정 기술로의 확장 적용 가능성을 지닌 소재로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As the incidence of musculoskeletal and neurological diseases increases in elderly companion dogs, there is a growing need for quantitative tools to objectively evaluate the effects of rehabilitation therapy. However, most assessment methods currently used in clinical practice rely largely on subjective judgment by veterinarians, which limits standardized comparison of treatment outcomes and objective communication with pet owners. Surface electromyography (sEMG) is a promising non-invasive technique for quantifying muscle activity, but its clinical application in dogs is limited due to unstable electrode-skin contact caused by dense hair and specific skin characteristics, resulting in poor signal quality. To address these limitations, this study developed a gelatin-based, biocompatible hydrogel electrode designed to achieve stable electrode contact and sufficient electrical conductivity without hair removal. The hydrogel was composed of materials with verified safety to minimize skin irritation, and its electrical conductivity and stability were evaluated through impedance measurements. Stepwise pilot experiments were then conducted in a single dog and multiple dogs to assess whether stable sEMG signals could be obtained under non-shaved conditions. The results showed that the hydrogel electrode maintained low impedance values within an acceptable range even without hair removal and reliably reflected changes in muscle activity. Consistent increases in muscle activation were observed under both static and dynamic conditions, supporting the feasibility of sEMG measurements in companion dogs using the proposed approach. However, several limitations were identified, including motion artifacts during dynamic tasks due to the use of wired equipment and difficulties in achieving reproducible measurements after electrode reattachment. These findings indicate the need for improved measurement environments and standardized electrode placement protocols in future studies. This study serves as a preliminary investigation demonstrating the feasibility of a novel non-shaving electrode approach for canine sEMG measurement. It provides foundational data for the development of evidence-based assessment methods in veterinary rehabilitation. The proposed hydrogel electrode also shows potential for broader application in various animal biosignal measurement systems.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1. 연구 배경 및 필요성 1
• 2. 연구목표 4
• II. 본론 6
• 1. 하이드로겔 조성 및 제조 6
• 2. 실험장비 8
• 3. 측정 및 분석방법 11
• 4. 실험 설계 15
• III. 결과(Results) 24
• 1. 하이드로겔의 전기적 특성 결과 24
• 2. 단일 개체 표면 근전도 측정 결과 32
• 3. 다수 개체 표면 근전도 측정 결과 36
• IV. 고찰 및 결론 38
• 1. 고찰 38
• 2. 결론 41
• 참고문헌 42
• 국문초록 47
• 영문초록 49
• 부록 51