근육의 힘이 신체 각 부분의 가속도에 미치는 영향

강곤,Khang, Gon 대한기계학회 1991 대한기계학회논문집 Vol.15 No.6

본 연구에서는 근육수축에 의해 발생되는 각 신체부분의 각가속도의 방향이 다음 두가지 요소의 변화에 따라 어떻게 달라지는가를 중점적으로 살펴보기로 한다` (1) 신체매개변수(body-segmental parameter): 길이, 무게 등, (2) 신체 각 부분의 위치. 이러한 상관관계를 더욱 명확히 이해함으로써, 주어진 운동(given task)을 FES 에 의해 수행하고자 할 때 전기적으로 자극되어야 할 근육을 사전에 선택할 수 있을 것이다. When the functional electrical stimulation is employed to recover mobility to the plegic, it is very important to understand functions of the selected muscles. I have investigated how a muscle acts to accelerate the body segments, since the body segements are connected by joints so that contraction of a muscle not only rotates the segments to which it is attached but also causes other segments to rotate by creation a reaction force at every joint, which is called the inertial coupling. I found that a single-joint muscle always acts to accelerate the spanned joint in the same direction as the joint torque produced by the muscle. However, a double-joint muscle can act to accelerate the spanned joint in the opposite direction to the joint torque produced by the muscle depending on (1) the body position, (2) the body-segmental parameters, and (3) the type of the movement. Investigating the condition number of the inertia matrix of the body-segmental model gave us some insights into how controllable the body-segmental system is for different values of the factors mentioned above. The results suggested that the upright position is the most undesirable position to independently control the three segments(trunk, thigh and shank) and that the controllability is the most sensitive to variation of the shank length and the trunk mass, which implies that accuracy is required particularly when we estimate these two body-segmental parameters before the paralyzed muscles are innervated by using electrical stimulation.

Computer Simulation of a Hydraulic Control System

강곤,이교일,Khang, Gon,Lee, Kyo-Il The Korean Society of Mechanical Engineers 1982 대한기계학회논문집 Vol.6 No.2

이 논문에서는 유압제어장치의 응답에 대하여 관성하중, 점성하중, 쿨룸(Coulomb)마찰 및 입력 신호의 주파수가 시스템에 미치는 영향을 고찰하였고, 이에 따른 속도와 압력파형을 주로 서 술하였다. 피스톤의 드리프트(drift)와 스프링하중을 제외한 대부분의 요소가 고려되었다. 추출된 방정식은 모두 무차원화 하였으며 입력 신호를 계단함수로 할 때에는 위치 피이드백 (feedback)이 삽입되었다.

FNS를 사용한 하반신마비자의 일어서기

강곤,Khang, Gon 대한의용생체공학회 1990 의공학회지 Vol.11 No.1

Functional neuromuscular stimulation(FNS)를 사용하여 하반선마비사가 앉은 상태에서부터 일어나 균형을 유지할 수 있도록 하기 위하여 FNS의 자동제어 시스댐을 개발하였다. Output feedback gain matrix를 최적제어이론을 사용하여 계산하기 위하여 비선형 선체모델을 직립위치에 대하여 선형화하였다. 제어기는 측정된 output에 의하여 매순간 각 선체조인트에 필요한 torque할 계산 하며, 이 조인트 torque는 근육이 최소한의 에너지를 사용하게끔 각 단육에 배분된다. 컴퓨터 시뮬레이션결과, 이 제어 시스템을 사용하여 각 조인트가 약 45도 정도 구부버진 상태에서 부터 직립위치를 회복할 수 있으며 팔의 움직임으로 대표되는 외부로부터의 방해를 반았블 때에도 직립 위치를 자동적으로 유지할 수 있었다. An implementation scheme of the magnetic nerve stimulator using a switching mode power supply is proposed. By using a switching mode power supply rather than a conventional linear power supply for charging high voltage capacitors, the weight and size of the magnetic nerve stimulator can be considerably reduced. Maximum output voltage of the developed magnetic nerve stimulator using the switching mode power supply is 3,000 volts and switching time is about 100 msec. Experimental results or human nerve stimulations using the developed stimulator are presented.

기능적 전기자극을 이용한 하반신마비 장애인의 독립 보행

강곤(Gon Khang) Korean Society for Precision Engineering 2002 한국정밀공학회지 Vol.19 No.4

맞춤형 생활환경 설계 및 제어 시스템

강곤(Gon Khang) Korean Society for Precision Engineering 2004 한국정밀공학회지 Vol.21 No.2

하반신 마비환자의 FES 독립보행을 위한 근육 강화 프로그램

강선화,강곤,최현주,김종문,정순열,정진상,Khang, Seon-Hwa,Khang, Gon,Choi, Hyun-Joo,Kim, Jong-Moon,Chong, Soon-Yeol,Chung, Jin-Sang 대한의용생체공학회 1998 의공학회지 Vol.19 No.1

본 연구에서는 엑서사이즈 프로그램이 FES를 이용한 하반신 마비환자의 일어서기 및 보행에 미치는 영향을 고찰하였으며, 또한 주요 다리근육들의 전기자극에 대한 수축특성과 피로특성에 주안점을 두었다. 정상인 10명과 완전 하반신 마비환자 4명의 대퇴사두근에 연속적 혹은 간헐적으로 전기자극을 가하였고, 자극주파수는 20Hz와 80Hz로 하였다. 또 근육의 길이에 따른 피로현상을 살펴보기 위하여 무릎의 각도를 90$^{\circ}$와 150$^{\circ}$로 각각 고정한 뒤 무릎신근 토크를 측정하였다. 그 결과를 바탕으로 남자 하반신 마비환자의 대퇴사두근과 장딴지근에 지난 2년간 FES엑서사이즈를 시행하였다. 무릎신근의 근력이 체중을 지지하기에 충분하다고 판단되었을 때 FES 일어서기를 시작하였으며, 자세교환 연습을 거친 뒤 평행봉 혹은 워커를 잡고 정전압 자극기와 표면전극을 사용한 4 또는 6채널 자극으로 보행하도록 하였다. 마비된 근육은 정상인과는 반대로 최적길이 부근에서 상대적으로 급격한 피로를 나타내었고, 저주와 자극과 간헐 자극이 피로를 지연시키는 것을 확인할 수 있었다. 본 실험에 참가한 환자는 FES 엑서사이즈 프로그램을 실시한 결과, 근력이 초기의 10배 정도로 증가하였고, 피로지수는 초기의 절반 정도로 감소하였으며, 엑서사이즈 횟수를 매주 6일에서 7일로 바꾼 후 근력이 눈에 띄게 향상되었다. 환자 자신의 잔존능력도 향상되어 양쪽 무릎을 10cm정도 들어올릴 수 있게 됨으로써 보행시 스윙 단계에서 이 능력을 최대한 활용할 수 있었다. 현재 환자는 워커를 잡고 스스로 자극기의 스위치를 조작하면서 4채널 자극에 의하여 10m/min의 속도로 최대 약 2분 40초의 보행이 가능하다. This research was designed to investigate how the exercise program affects paraplegic standing and walking employing functional electrical stimulation(FES). Emphasis was also given to fatigue of major lower extremity muscles induced by different types of electrical stimulation. We applied continuous and intermittent rectangular pulse trains to quadriceps of 10 normal subjects and 4 complete paraplegic patients. The frequencies were 20Hz and 80Hz, and the knee angle was fixed at 90$^{\circ}$and 150$^{\circ}$to investigate how muscle fatigue is related to muscle length. The knee extensor torque was measured and monitored. We have been training quadriceps and gastrocnemius of a male paraplegic patient by means of electrical stimulation for the past two year. 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. We used an 8-channel constant-voltage stimulator and surface electrodes. The experimental results indicated that paralyzed muscles fatigued rapidly around the optimal length contrary to normal muscles and confirmed that low frequency and intermittent stimulation delayed fatigue. Our exercise program increased muscle force by approximately 10 folds and decreased the fatigue index to 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. Both muscle force and resistance to fatigue were significantly enhanced right after the exercise was applied every day instead of 6 days a week. Up to date, the patient can walk for more than two and half minutes at 10m/min while controlling the on/off time of the stimulator by pushing the toggle switch attached to the walker handle.

표면 전극용 기능적 전기자극 시스템의 개발 및 하반신 마비환자의 보행

송동진,이정한,강곤,Song Tongjin,Yi Jeong Han,Khang Gon 대한의용생체공학회 2003 의공학회지 Vol.24 No.6

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. 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 arc 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. Clinical application of the system to a paraplegic patient showed significant increase in the knee extensor torque, the fatigue resistance, and the leg circumference, The patient can now walk about 50 meters for more than 2 minutes.

초내식성 스테인레스강의 금속이온용출특성 및 세포적합성

김철생,박진수,허억,강곤,Kim, Cheol-Sang,Park, Jin-Soo,Her, Erk,Khang, Gon 대한의용생체공학회 1996 의공학회지 Vol.17 No.1

The toxic metal ion release behaviour and the cytotoxicity of a super stainless steel (S.S.S, 22cr-20Ni -6Mo-0.25N) were investigated The measurement of the amount of static and wear- induced trace metal ion released from the steels was conducted in Hank's balanced salt solution using an electrothermal atomic absdrption spectrometry equiped with Uaphite furnace. And the in vitro cytotoxicity of the materials was assesed in cell culture. The static dissolution rates of Fe and Cr ions from the S.S.S were significantly lower than those of 316L SS. However, the Ni ion release from the S.S.S during the first 4 weeks was yester than that from 316L 55 by 15-45%. Also, the wear-in- duces dissolution rates from the steels were not correlated either with their elemental composition rates or with the static metal ion release rates. The S.S.S did not deteriorate the osteoblasts viability. And no toxic response was observed from the macrophages cultured for 7 days in RFMI 1640 medium immersed with the S.S.S specimens.

전기자극을 이용한 상실된 운동기능의 회복

엄광문(Gwang Moon Eom),강곤(Gon Khang),이정한(Jeong Han Yi),Nozomu HOSHIMIYA Korean Society for Precision Engineering 2003 한국정밀공학회지 Vol.20 No.1

그룹 관리 MAC을 적용한 커스텀 BLE 보드 설계 및 구현

노유빈(Yuvin Rho),유인태(Intae Ryoo),강곤(Gon Khang) 대한전자공학회 2020 대한전자공학회 학술대회 Vol.2020 No.8