기능적 전기 자극 제어를 위한 위상기반 보행 진행도 추정방법
Functional Electrical Stimulation Control on Phase-Based Gait Evolution Estimation
- 주제(키워드) 족하수 , 기증적 전기 자극 , 보행 진행도 , 자극 프로파일
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 공경철
- 발행년도 2019
- 학위수여년월 2019. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000063751
- UCI I804:11029-000000063751
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
족하수를 겪는 편측 부전 마비 환자의 기능적 전기 자극 보조를 하기 위해서는 복잡한 기능적 전기 자극 프로파일을 족하수를 겪는 편측 부전 마비 환자의 보행 단계에 따라 최적의 시점에 제공되어야 하며 이를 위한 실시간 보행 진행도 추정이 요구된다. 본 논문에서는 족하수를 겪는 편측 부전 마비 환자의 위상 기반 보행 진행도 추정을 기반한 기능적 전기 자극 제어 방법이 제안되었다. 위상 평면에 허벅지 각도 및 각속도로 표현된 위상을 사용함으로써 위상 기반 보행 진행도 추정을 했다. 허벅지 각도 및 각속도 측정을 위해 관성측정 센서가 사용되었다. 허벅지 각도와 각속도를 선정한 이유는 족하수를 겪는 편측 부전 마비 환자의 보행에서 여전히 주기적으로 반복되는 것과, 발 뒤꿈치의 지면 접촉 시 발생하는 진동에 강인하기 때문이다. 두 개의 기능적 전기 자극 프로파일을 보행 진행도 추정을 사용하여 적용했다. 자극 프로파일 중 하나는 일반적으로 걷는 사람의 경골 전근의 근전도를 근전도 센서로 측정하여 획득했으며 다른 하나는 기능적 전기 자극에서 일반적으로 사용되는 사다리꼴 프로파일이다. 실험 결과 특정 자극 프로파일이 발목 관절 운동, 활성화된 근전도 및 허벅지 각도의 측면에서 효율적인 보행을 생성할 수 있다. 이를 토대로 개별 환자에게 적합하게 형성된 최적의 복잡한 자극 프로파일을 제안된 보행 진행도 추정 방법에 의해 실현될 수 있다고 생각된다.
more초록/요약
In order to assist functional electrical stimulation of hemiparetic patients with foot-drop, it is required to patients should have a complex functional electrical stimulation profile at the optimal time according to the walking stage of hemiparetic patients with foot-drop. In this thesis a functional electrical stimulation(FES) control strategy based on a phase-based gait evolution estimation for hemiparetic patients with foot-drop is proposed. The phase-based gait evolution estimation enables estimating gait evolution by using phases expressed with thigh inclination(TI) and thigh inclining velocity in the phase plane. The TI was chosen due to a periodic rhythm of patients over gait cycle which weak but still functions and robustness against the heel strike which is critical to the use of an IMU. Two FES profile were explored and generated over gait evolution. One of the stimulation profiles was modelled on an EMG profile the tibialis anterior muscle of a normally walking person and the other one was a conventional trapezoidal profile. In the experiment, the proposed FES control strategy was controlled by the estimated gait evolution. It is shown that a certain stimulation profile could produce effective and efficient walking in the aspects of ankle joint movements, activated EMGs, and TI. Finally, it is believed that an optimal stimulation profile that would exist by individual patient, however complex the profile is, can be realized by the proposed control strategy.
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