한글초록:본 연구에서는 표면전극을 사용하는 8 채널 전기자극 시스템을 개발하였고, 이 시스템을 이용하여 하반신 마비환자의 근력강화를 위한 전기자극 엑서사이즈와 FES 보행을 하였다. 본 연구에서 개발한 전기자극 시스템은 컴퓨터 프로그램, 전기자극기, 그리고 컴퓨터 프로그램과 전기자극기를 연결하는 통신부분으로 구성되어 있다. 컴퓨터 프로그램에서는 마우스를 이용하여 임의의 자극패턴을 손쉽게 구성하고 편집할 수 있으며, 이렇게 구성/편집된 자극패턴은 동원곡선(recruitment curve)을 통하여 자극 파라미터로 변환된다. 자극 파라미터는 ...
한글초록:본 연구에서는 표면전극을 사용하는 8 채널 전기자극 시스템을 개발하였고, 이 시스템을 이용하여 하반신 마비환자의 근력강화를 위한 전기자극 엑서사이즈와 FES 보행을 하였다. 본 연구에서 개발한 전기자극 시스템은 컴퓨터 프로그램, 전기자극기, 그리고 컴퓨터 프로그램과 전기자극기를 연결하는 통신부분으로 구성되어 있다. 컴퓨터 프로그램에서는 마우스를 이용하여 임의의 자극패턴을 손쉽게 구성하고 편집할 수 있으며, 이렇게 구성/편집된 자극패턴은 동원곡선(recruitment curve)을 통하여 자극 파라미터로 변환된다. 자극 파라미터는 직렬통신을 이용하여 전기자극기에 전달된다. 전기자극기는 주제어부에 1개, 각 채널에 1개씩 총 9개의 마이크로프로세서로 구성되어 있다. 주제어부의 마이크로프로세서가 컴퓨터 프로그램과 통신을 하고 각 채널의 마이크로프로세서를 제어한다.비장애인 6명과 하반신 마비환자 1명의 대퇴사두근에 전기자극을 가하고 무릎토크를 측정함으로써 자극조건과 자극파형에 따른 근육의 수축특성과 피로특성을 고찰하였다. 자극조건으로는 주파수(20Hz와 80Hz), 자극방식(연속자극과 간헐자극), 그리고 근육의 길이(무릎각도 90°와 150°)를 선택하였으며, 자극파형으로는 인체 자극에 대표적으로 사용되는 네 가지 파형(단극성 구형파, 비대칭 균형 양극성 파형, 비대칭 비균형 양극성 파형 그리고 정현파형)을 선택하였다. 비장애인 5명은 정현파형으로 자극할 때 근력이 가장 크게 유발되었고, 피로저항성(fatigue resistance)도 5명 중에서 4명에게서 가장 큰 것으로 나타났다. 환자와 비장애인 1명은 비장애인 5명보다 큰 평균전력 값으로 자극한 결과, 근력은 네 가지 파형 모두 비슷하게 유발되었다. 또한 정현 파형으로 자극할 때 피로저항성이 환자에서는 가장 낮았던 반면에 비장애인 1명에서는 가장 높았다.본 연구에서 개발된 8 채널 자극시스템을 L1 불완전손상 환자에게 적용하여 그 결과를 고찰하였다. 대퇴사두근에 정기적인 전기자극 엑서사이즈를 실시하였고, 근력이 체중을 지지하기에 무리가 없다고 판단되었을 때 일어서기 연습을 시작하였으며, 그 후 평행봉과 워커(walker)를 이용한 보행 연습을 시행하였다. 100주 동안 전기자극 엑서사이즈를 실시한 결과 근력, 다리둘레, 그리고 피로저항성의 현저한 증가를 볼 수 있었다. 해당 환자는 현재 워커 손잡이에 부착한 스위치로 자극기의 on/off 시간을 스스로 조절하면서 2분 동안 50m 이상 보행할 수 있다영문초록:We developed a PC-based 8-channel electrical stimulation system for transcutaneous functional electrical stimulation (FES), and applied it to FES exercise and paraplegic walking. The PC program consists of four parts: a database, a stimulation pattern generator, a stimulus parameter converter, and an exercise program. The stimulation pattern can be arbitrarily generated and edited by using the mouse on the PC screen, and the resulting stimulus parameters are extracted from the recruitment curves, and transmitted to the 8-channel stimulator through the serial port. The stimulator has nine microprocessors: one master and eight slaves. Each channel is controlled by the slave microprocessor, and is operated independently.We applied continuous and intermittent rectangular pulse trains to quadriceps of 10 healthy subjects and 4 complete paraplegic patients. The frequencies were 20Hz and 80Hz, and the knee angle was fixed at 90°and 150°to investigate how muscle fatigue is related to muscle length. Four typical waveforms of the pulse train were selected to investigate how the waveform affected muscle force and fatigue resistance. The knee extensor torque was measured and monitored. The experimental results indicated that paralyzed muscles fatigue rapidly around the optimal length contrary to normal muscles, and confirmed that low frequency and intermittent stimulation delays fatigue. The experimental results also suggested that the sinusoidal waveform may lead to the highest muscle torque and the highest fatigue resistance in both the healthy subjects and the paralyzed subjects when the muscles are partially stimulated. This result, however, needs confirmation through more experiments.We have been training quadriceps and gastrocnemius of a male paraplegic patient by means of electrical stimulation for the past seven years. FES standing was initiated when the knee extensors became strong enough to support the body weight, and then the patient started FES walking utilizing parallel bars and a walker. The exercise program increased muscle force by approximately 10 folds and decreased the fatigue index to a half of the initial value. In addition, the exercise enabled the patient to voluntarily lift each leg up to 10cm, which was of great help to the swing phase of FES walking. Up to date, the patient can walk for more than two and half minutes while controlling the on/off time of the stimulator by pushing the toggle switch attached to the walker handle
한글초록:본 연구에서는 표면전극을 사용하는 8 채널 전기자극 시스템을 개발하였고, 이 시스템을 이용하여 하반신 마비환자의 근력강화를 위한 전기자극 엑서사이즈와 FES 보행을 하였다. 본 연구에서 개발한 전기자극 시스템은 컴퓨터 프로그램, 전기자극기, 그리고 컴퓨터 프로그램과 전기자극기를 연결하는 통신부분으로 구성되어 있다. 컴퓨터 프로그램에서는 마우스를 이용하여 임의의 자극패턴을 손쉽게 구성하고 편집할 수 있으며, 이렇게 구성/편집된 자극패턴은 동원곡선(recruitment curve)을 통하여 자극 파라미터로 변환된다. 자극 파라미터는 직렬통신을 이용하여 전기자극기에 전달된다. 전기자극기는 주제어부에 1개, 각 채널에 1개씩 총 9개의 마이크로프로세서로 구성되어 있다. 주제어부의 마이크로프로세서가 컴퓨터 프로그램과 통신을 하고 각 채널의 마이크로프로세서를 제어한다.비장애인 6명과 하반신 마비환자 1명의 대퇴사두근에 전기자극을 가하고 무릎토크를 측정함으로써 자극조건과 자극파형에 따른 근육의 수축특성과 피로특성을 고찰하였다. 자극조건으로는 주파수(20Hz와 80Hz), 자극방식(연속자극과 간헐자극), 그리고 근육의 길이(무릎각도 90°와 150°)를 선택하였으며, 자극파형으로는 인체 자극에 대표적으로 사용되는 네 가지 파형(단극성 구형파, 비대칭 균형 양극성 파형, 비대칭 비균형 양극성 파형 그리고 정현파형)을 선택하였다. 비장애인 5명은 정현파형으로 자극할 때 근력이 가장 크게 유발되었고, 피로저항성(fatigue resistance)도 5명 중에서 4명에게서 가장 큰 것으로 나타났다. 환자와 비장애인 1명은 비장애인 5명보다 큰 평균전력 값으로 자극한 결과, 근력은 네 가지 파형 모두 비슷하게 유발되었다. 또한 정현 파형으로 자극할 때 피로저항성이 환자에서는 가장 낮았던 반면에 비장애인 1명에서는 가장 높았다.본 연구에서 개발된 8 채널 자극시스템을 L1 불완전손상 환자에게 적용하여 그 결과를 고찰하였다. 대퇴사두근에 정기적인 전기자극 엑서사이즈를 실시하였고, 근력이 체중을 지지하기에 무리가 없다고 판단되었을 때 일어서기 연습을 시작하였으며, 그 후 평행봉과 워커(walker)를 이용한 보행 연습을 시행하였다. 100주 동안 전기자극 엑서사이즈를 실시한 결과 근력, 다리둘레, 그리고 피로저항성의 현저한 증가를 볼 수 있었다. 해당 환자는 현재 워커 손잡이에 부착한 스위치로 자극기의 on/off 시간을 스스로 조절하면서 2분 동안 50m 이상 보행할 수 있다영문초록:We developed a PC-based 8-channel electrical stimulation system for transcutaneous functional electrical stimulation (FES), and applied it to FES exercise and paraplegic walking. The PC program consists of four parts: a database, a stimulation pattern generator, a stimulus parameter converter, and an exercise program. The stimulation pattern can be arbitrarily generated and edited by using the mouse on the PC screen, and the resulting stimulus parameters are extracted from the recruitment curves, and transmitted to the 8-channel stimulator through the serial port. The stimulator has nine microprocessors: one master and eight slaves. Each channel is controlled by the slave microprocessor, and is operated independently.We applied continuous and intermittent rectangular pulse trains to quadriceps of 10 healthy subjects and 4 complete paraplegic patients. The frequencies were 20Hz and 80Hz, and the knee angle was fixed at 90°and 150°to investigate how muscle fatigue is related to muscle length. Four typical waveforms of the pulse train were selected to investigate how the waveform affected muscle force and fatigue resistance. The knee extensor torque was measured and monitored. The experimental results indicated that paralyzed muscles fatigue rapidly around the optimal length contrary to normal muscles, and confirmed that low frequency and intermittent stimulation delays fatigue. The experimental results also suggested that the sinusoidal waveform may lead to the highest muscle torque and the highest fatigue resistance in both the healthy subjects and the paralyzed subjects when the muscles are partially stimulated. This result, however, needs confirmation through more experiments.We have been training quadriceps and gastrocnemius of a male paraplegic patient by means of electrical stimulation for the past seven years. FES standing was initiated when the knee extensors became strong enough to support the body weight, and then the patient started FES walking utilizing parallel bars and a walker. The exercise program increased muscle force by approximately 10 folds and decreased the fatigue index to a half of the initial value. In addition, the exercise enabled the patient to voluntarily lift each leg up to 10cm, which was of great help to the swing phase of FES walking. Up to date, the patient can walk for more than two and half minutes while controlling the on/off time of the stimulator by pushing the toggle switch attached to the walker handle
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