This paper presents musculotendon model to show the decline in muscle force during functional electrical stimulation (FES). It represent muscle activation and contraction concepts including muscle fatigue. A muscle fatigue term in activation dynamics as a function of the intracellular acidification and the pulsewidth of stimulation pulses change activation to decline muscle force. The computer simulation shows that muscle force decline in stimulation time.
The purpose of the brain-computer (machine) interface (BCI or BMI) is to provide a method for people with damaged sensory and motor functions to use their brain to control artificial devices and restore lost ability via the devices. Functional electrical stimulation (FES) is a method of applying low level electrical currents to the body to restore or to improve motor function. The purpose of this study was to develop a SSVEP-based BCI rehabilitation training system with FES for spinal cord injured individuals. Six electrodes were attached on the subjects' scalp ($PO_Z$, $PO_3$, $PO_4$, $O_z$, $O_1$ and $O_2$) according to the extended international 10-20 system, and reference electrodes placed at A1 and A2. EEG signals were recorded at the sampling rate of 256Hz with 10-bit resolution using a BIOPAC system. Fast Fourier transform(FFT) based spectrum estimation method was applied to control the rehabilitation system. FES control signals were digitized and transferred from PC to the microcontroller using Bluetooth communication. This study showed that a rehabilitation training system based on BCI technique could make successfully muscle movements, inducing electrical stimulation of forearm muscles in healthy volunteers.
Purpose : The purpose of this research was to determine the effects of Proprioceptive Neuromuscular Facilitation(PNF) and Functional Electrical Stimulation(FES) of combined on gait ability in hemiplegic gait. Methods : The subjects of this study were 13 hemiplegic patients. Each subjects was taken PNF pattern and FES of combined with 5 times per week for 4weeks. Pre- and Post-intervention change in gait ability were measured using an Timed up and Go test, stride length of the affected side, step length of the affected side. The data were analyzed using the paired t-test. Results : The results of this study were showed significantly improvement in TUG, stride length of the affected side, step length of the affected side after intervention. Conclusion : These results suggest that the Proprioceptive Neuromuscular Facilitation(PNF) and Functional Electrical Stimulation(FES) of combined exercise is an effective way of improving gait ability for hemiplegic patients.
This study divided 35 hemiplegia patients into control group having standard physical therapy and gait training and functional electrical stimulation(FES) group using FES during gait training in order to examine the effects of applying FES to ankle joint dorsiflexor on motor unit action potential. Stimulation conditions of FES were pulse rate 35 pps, pulse width $250{\mu}s$, and on-time 0.3 second, treatment hour was 30 min. and treatment period was once a day for five days a week through six weeks. For functional evaluations before and after treatment, root mean square(RMS) were measured and the following conclusions were obtained. : In RMS analysis of motor unit action potential, gastrocnemius was significantly reduced in both weight bearing(p<.001) and bearing condition (p<.05). In conclusion, application of FES to hemiplegia patients in recovery stage during gait training decreased RMS and it was interpreted that it was caused by mitigation of muscular spasticity by reduction of motor unit.
본 논문은 인체 견관절의 재활훈련을 위하여 견관절 근육에서 근전도를 측정하고 기능적 전기자극을 인가하는 실험적 연구를 다룬다. 견관절 근골격계의 구성 및 운동형상과 주요 기능을 토대로, 시상면 운동에서 주요 역할을 하는 견관절 근육을 실험대상으로 선정하였다. 첫 번째 실험으로 관절 각도에 따른 주요 근육의 표면근전도를 측정하였다. 관절 각도 변화와 표면면근전도 변화가 선형 비례하는 경향이 나타났다. 두 번째 실험으로 견관절 근육에 기능적 전기자극을 인가하면서 관절 각도를 측정하였다. 전기자극의 일정 범위에서 자극 전류 증가에 따라 관절 각도가 증가하는 경향이 나타났다. 능동형 재활훈련의 방안으로, 근전도 측정에 의해 근육의 운동의지를 감지하고 기능적 전기자극으로 근육의 장력 발생을 보조하는 게 가능함을 확인하였다.
This paper describes an improved FES system to restorp paralyzed extremities in spinal-cord-injured patients. By using time-division method in the proposed FES system, we can reduce the size and weight of system despite of increasing channels. We designed a DC-DC converter to adapt the condition of each patient. We could reduce the cost by using easily available apparatus like an IBM-PC for the stimulus-pattern-creating system and standardized parts for the protable FES system.
목적 : 본 연구는 목적은 기능적 전기자극이 경직성 뇌성마비 아동의 상지 기능에 미치는 영향을 알아보는 것이었다. 연구방법 : 11세에서 16세 사이의 경직성 뇌성마비 아동 20명을 대상으로 실험을 실시하였다. 기능적 전기자극은 1회 20분, 주당 3회, 총 8주를 실시하였고, 기능적 전기자극이 상지 기능에 미치는 영향을 알아보기 위해 Jebsen Hand Function Test, 수정된 Ashworth 척도, 3차원 동작분석을 실시하였다. Jebsen Hand Function Test, 수정된 Ashworth 척도는 실험 전부터 8주간 각 2주마다 측정을 실시하였고 3차원 동작분석은 실험 전과 8주 후에 측정을 실시하였다. 결과 : 기능적 전기자극 후, Jebsen Hand Function Test에서 6개의 하위 검사 모두에서 각 과제의 수행을 위한 경과 시간의 유의한 감소가 나타났고(p<.05), 수정된 Ashworth 척도에서도 통계학적으로 유의한 상지의 경직도의 감소가 나타났다(p<.05). 3차원 동작 분석 결과 기능적 전기자극 적용 전에 비해 적용 8주의 경과 후 손바닥 두드리기와 검지 두드리기에서는 통계학적으로 유의한 감소를 나타내었고(p<.05), 아래팔의 회내-회외 운동에서는 기능적 전기자극 적용 전에 비해 적용 8주의 경과 후에는 통계학적으로도 유의한 증가를 나타내었다. 결론 : 본 연구의 결과를 통해, 기능적 전기자극은 경직성 뇌성마비 아동의 상지 기능 향상을 위한 효과적인 치료 방법임을 알 수 있었다. 그리고 향후 기능적 전기자극을 위한 다양한 방법과 장기간의 적용에 대한 지속적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
Purpose: The purpose of this study was to investigate the effect of early ankle exercise with functional electrical stimulation(FES) on spasticity, strength and active range of motion of ankle in patients with stroke. Methods: This study included 21 patients with stroke, who were performed early ankle exercise combined FES. The exercise program comprised 5 sessions of 30 minutes per week for 4 weeks. The spasticity, strength and active range of motion of ankle were evaluated before and after training. The spasticity was measured by modified ashworth scale(MAS), strength of ankle was measured by hand-held dynamometer and active range of motion of ankle dorsi-flexion was measured by goniometer. All data were analyzed using SPSS 18.0. Results: Significant differences were observed the subjects for strength of ankle and active range of motion. The results of the study were as follow: strength of ankle was significantly increased subjects(p<.001) and active range of motion was significantly increased subjects(p<.001). Conclusion: Ankle is very important part of body in stroke patients. early ankle exercise with FES is effective for improvement of strength of ankle and active range of motion in patients with stroke. ealry ankle exercise with FES about stroke patient is very useful and effective. It is effective in clinical practice.
Purpose : The purpose of this study was to find out the effect of closed kinetic chain exercise with functional electrical stimulation(FES) of the gluteus medius on gait in stroke. Methods : 30 hemiplegic patients voluntarily participated in this study. Subjects were divided into experimental group(n=15) and control group(n=15). Experimental group was given closed kinetic chain exercise with FES of the gluteus medius and control group was given only closed kinetic chain exercise for 4 weeks. All subjects were measured 10m-walking speed, cadence, functional walking category(FAC) and modified motor assessment scale(MMAS) before and after intervention. Results : In experimental group, gait velocity, cadence, FAC and MMAS showed significant difference between pre and post test(p<.05). In control group, gait velocity, cadence and FAC showed significant difference between pre and post test(p<.05). Before intervention, gait velocity, cadence, FAC and MMAS were not significant difference between experimental group and control group(p>.05), but after intervention, gait velocity, FAC and MMAS were significant difference(p<.05). Conclusion : This study show that closed kinetic chain exercise with functional electrical stimulation(FES) of the gluteus medius is beneficial intervention for increase the wlking ability in stroke.
본 연구에서는 표면 전극을 사용하는 8채널 전기자극 시스템을 개발하였고. 이 시스템을 이용하여 하반신 마비한자의 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 자극 패턴을 손쉽게 구성하고 편집학 수 있으며 이렇게 구성/편집된 자극 패턴은 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. 본 연구에서 개발한 기능적 전기자극 시스템으로 하반신 마비환자에게 100주 동안 전기자극 엑서사이즈를 실시한 결과 근력, 다리둘레, 그리고 피로저항성의 증가를 볼 수 있었다. 전기자극 엑서사이즈로 무릎신근(knee extensor muscle)이 체중을 지지한 수 있을 정도로 증가한 후에 FES 보행을 시작하였고, 현재 2분 동안 50m 이상 보행할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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