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근전도 기반 휴먼-컴퓨터 인터페이스를 위한 이중 문턱치 기법
이명준,문인혁,문무성,Lee Myungjoon,Moon Inhyuk,Mun Museong 대한의용생체공학회 2004 의공학회지 Vol.25 No.6
근육의 수의 수축에 의해 발생하는 근전도 신호는 다른 생체 신호보다는 비교적 출력 특성이 뛰어나기 때문에 많은 재활 시스템에 적용되고 있다. 본 논문에서는 상지 절단 환자 혹은 경추 손상에 의한 마비 환자를 위한 근전도 기반의 휴먼-컴퓨터 인터페이스를 제안한다. 사용자는 독립적으로 수의 수축이 가능한 두 근육 부위를 각기 혹은 동시에 움직임으로써 최대 4가지의 의도를 표현할 수 있다. 근육의 수축 정도는 근전도 진폭 신호의 절대 평균값과 미리 정해둔 문턱치를 비교하여 인식한다. 그러나 사용자가 동시에 두 근육을 수축하고자 할지라도 각각의 근육 발화 시점에 따른 시간차가 발생할 수 있기 때문에, 단순한 비교 방법으로는 동시 수의 수축에 관한 사용자의 의도를 정확하게 인식하기 어렵다. 따라서 근육의 수의 수축의 인식에 필요한 문턱치를 주 문턱치와 보조 문턱치의 이중 문턱치를 갖는 인식 방법을 제안한다. 이중 문턱치 인식 방법에 의해 두 근육이 동시에 수의 수축할 때에도 정확한 인식이 가능하므로, 각기 하나의 근육 수축 상태만을 인식하는 HCI보다도 많은 수의 인터페이스 명령을 생성할 수 있다. 구현한 실시간 근전도 처리 하드웨어를 이용하여, 정상인과 전완 절단 장애자에 대한 실험으로부터 본 논문에서 제안하는 이중 문턱치를 이용한 인식방법이 관전 의수와 전동 휠체어 제어용 HCI에 적용될 수 있음을 보인다. Electromyogram (EMC) signal generated by voluntary contraction of muscles is often used in a rehabilitation devices such as an upper limb prosthesis because of its distinct output characteristics compared to other bio-signals. This paper proposes an EMG-based human-computer interface (HCI) for the control of the above-elbow prosthesis or the wheelchair. To control such rehabilitation devices, user generates four commands by combining voluntary contraction of two different muscles such as levator scapulae muscles and flexor-extensor carpi ulnaris muscles. The muscle contraction is detected by comparing the mean absolute value of the EMG signal with a preset threshold value. However. since the time difference in muscle firing can occur when the patient tries simultaneous co-contraction of two muscles, it is difficult to determine whether the patient's intention is co-contraction. Hence, the use of the comparison method using a single threshold value is not feasible for recognizing such co-contraction motion. Here, we propose a novel method using double threshold values composed of a primary threshold and an auxiliary threshold. Using the double threshold method, the co-contraction state is easily detected, and diverse interface commands can be used for the EMG-based HCI. The experimental results with real-time EMG processing showed that the double threshold method is feasible for the EMG-based HCI to control the myoelectric prosthetic hand and the powered wheelchair.
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Treadmill에서의 경사로 정상보행에 관한 동작분석
김영호,양길태,문무성,Kim, Youngho,Yang, Giltae,Mun, Museong 대한의용생체공학회 1997 의공학회지 Vol.18 No.1
Kinematic and kinetic studies were performed to investigate the walking characteristics on a treadmill with various slopes at the same speed of 1.25m/sec. Six different slopes of the treadmill were selected . -4%(-$2.3^{\circ}$), 0%($0^{\circ}$), 5%($2.9^{\circ}$), 10%($5.7^{\circ}$), 15%($8.6^{\circ}$), and 20%($11.3^{\circ}$). With increased slopes of the treadmill, both hip and knee flexion angles significantly increased at initial contact, and the maximum hip flexion during swing phase and the maximum knee flexion during stance phase also significantly increased Ankle dorsiflexion angle at initial contact and the maximum dorsiflexion increased with increased slopes. However, the maximum plantarflexion in early swing was slightly reduced with increased slopes. Hip extension in late stance and the maximum knee flexion in early swing was not changed sigilificantly with increased slopes. As for the vertical ground reaction force, compared to the yond level walking, both the first and the second peak forces increased, but the mid-support force decreased.
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무릎 신전 제한형 보조기 착용이 보행 시 하지 내 협응에 미치는 영향
장윤희(Yoonhee Chang),정보라(Bora Jeong),강성재(Sungjae Kang),류제청(Jeicheong Ryu),김규석(Gyu Seok Kim),문무성(Museong Mun),고창용(Chang-Yong Ko) 한국재활복지공학회 2016 재활복지공학회논문지 Vol.10 No.3
본 연구의 목적은 무릎 신전 제한형 보조기 착용 후 보행시 하지 내 협응에 미치는 영향을 평가하는 하는 것이다. 본 연구에는 7명의 건강한 성인 남성(32.3±2.7 세, 175.2±3.8cm, 76.2±8.7kg)이 참여하였다. 이들은 무릎보조기를 착용하거나 착용하지 않고 10m의 평지를 보행하였다. 이때 시공간적 파라미터, 하지의 각도, 하지 내 연속상대위상(CRP)를 측정 및 계산하였다. 그 결과 시공간적 요인은 차이가 없었다 (all p > 0.05). 무릎보조기 착용 시 엉덩관절의 가동범위 및 각도 변화는 없었으나, 무릎관절의 가동범위는 감소하였으며 (65.5±3.7° vs. 60.5±3.5°, p < 0.05), 최대 굴곡 역시 감소하였다 (입각기: 31.9±4.6 vs. 25.6±5.5, 유각기: 76.7±3.1 vs. 68.9±3.4, all p < 0.05). 발목관절의 가동범위는 변화가 없었으나, 최대 배측굴곡 (22.4±2.6 vs. 19.2±2.1, p< 0.05)은 감소하였으며, 최대 족저굴곡이 증가하였다 (9.5±3.0 vs. 15.7±2.2, p<0.05). 대부분의 CRP는 차이가 없었으며, 유각기 엉덩관절과 무릎관절 사이의 CRP만 감소하였다 (93.0±7.8 vs, 84.7±4.9, p < 0.05). CRP의 표준편차는 대부분 증가하였다 (유각기 엉덩관절과 무릎관절사이: 25.1±6.7 vs. 32.4±1.9, 입각기 무릎관절과 발목관절사이: 46.0±12.9 vs. 80.1±31.1, 유각기 무릎관절과 발목관절 사이: 34.5±4.1 vs. 37.6± 3.1, all p < 0.05). 이와 같은 결과로부터 무릎 신전 제한형 보조기 착용은 관절의 각도, 하지 내 협응에는 영향을 미치지만, 보행특성에는 큰 영향을 미치는 않는다는 것을 확인하였다. The aim of this study was to evaluate Influence on intra-limb coordination in individuals wearing knee brace during walking. Seven healthy male adults (32.3±2.7 years old, 175.2±3.8cm, 76.2±8.7kg) participated. They wore knee brace or didn`t wear any knee brace and were asked to walk along a 10 m long walkway. Spatiotemporal parameters, angles of the lower limbs, and intra-limb continuous relative phase (CRP) were measured and calculated. No differences of spatiotemporal parameters were shown (all p > 0.05). There were no changes in the angle and its range of motion (ROM) in the hip for the subjects as wearing knee brace, while ROM (65.5±3.7° vs. 60.5±3.5°, p < 0.05) of the angle and maximum flexion angles (stance: 31.9±4.6 vs. 25.6±5.5, swing: 76.7±3.1 vs. 68.9±3.4, all p < 0.05) in the knee significantly decreased. No changes in ROM of angle in the ankle were shown, whereas maximum dorsiflexion decreased (22.4±2.6 vs. 19.2±2.1, p< 0.05) and maximum plantarflexion increased (9.5±3.0 vs. 15.7±2.2, p<0.05). There were no changes in most of CRP between joints. CRP between the hip and knee joints decreased (93.0±7.8 vs, 84.7±4.9, p < 0.05). Most of CRP standard deviation increased (between the hip and ankle joint during swing: 25.1±6.7 vs. 32.4±1.9, between the knee and ankle joint during stance: 46.0±12.9 vs. 80.1±31.1, between the knee and ankle joint during swing: 34.5±4.1 vs. 37.6±3.1, all p < 0.05). These results indicated that wearing knee brace affected joint angle and intra-limb coordination, but less affected gait features.
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