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Estimation and validation of dynamic ankle impedance for accurate ankle spasticity assessment = 발목 경직도 측정 향상을 위한 동적 발목 임피던스의 추정 및 검증
서명 / 저자 Estimation and validation of dynamic ankle impedance for accurate ankle spasticity assessment = 발목 경직도 측정 향상을 위한 동적 발목 임피던스의 추정 및 검증 / Wonseok Shin.
저자명 Shin, Wonseok ; 신원석
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2018].
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초록정보

Spasticity is a symptom of an upper motor neuron syndrome, characterized by resistance change in response to passive stretch depending on the joint velocity and position. For accurate diagnosis, quantification of individual components of resistance is required. For accurate diagnosis of spasticity, quantification of detailed components of resistance is required. Clinical evaluation criteria, known as modified Ashworth scale (MAS) however, rely on evaluator’s subjective sense and lacks analysis on individual components of resistance. This thesis deals with the development and validation of parameters that can quantitatively assess the components of resistance by estimating the dynamic impedance of ankle joints in both healthy people and stroke patients. Resistance (joint angle, resistance torque, electromyogram signal) is quantitatively measured in the ankle joint passive movement of healthy people and stroke patients through experiments. The elastic and damping parameter of muscle based on neuro-muscular model of ankle joint were estimated and validated. Analysis of the dynamic impedance components of the stroke patient group revealed that the changes in passive characteristics (elasticity, viscosity) due to hypertonia and the reflex characteristics (muscle activity and nerve signaling). The reliability of the estimated impedance components was verified through the statistical data of the estimated parameters and variance in estimated torque value. Torque estimates confirmed at least 80% model accuracy in both healthy groups and stroke patient group. Based on the research results, it is possible to provide the necessary information for the ankle rehabilitation of the stroke patients and to provide the information necessary to generate the assistance ankle joint force of the wearable rehabilitation robot.

경직은 상위운동신경 장애로 발생하는 증상으로 관절 수동 운동 시 운동 속도 및 관절의 위치에 의존하여 저항도가 변화한다. 정확한 검진을 위해서 저항도 변화 원인 요소의 정량화가 필요하지만 수정된 Ashworth 지표(MAS)로 되표되는 임상의 평가 기준은 평가자의 주관적인 감각에 의존하고 저항도를 구성하는 개별 성분에 대한 분석은 없어 신뢰성이 낮다. 본 연구는 건강한 성인 그룹 및 뇌졸중 환자 그룹의 발목관절 동적 임피던스를 추정하여 경직을 구성하는 요소들을 정량적으로 평가할 수 있는 파라미터 개발 및 검증을 수행했다. 건강한 성인 그룹 및 경직 환자 그룹의 발목 관절 수동 운동 시 저항 반응(관절 각도, 저항 토크, 근전도 신호)을 실험을 통해 정량적으로 측정 했다. 발목 관절의 신경 근육 모델을 바탕으로 저항을 구성하는 근육의 탄성, 댐핑 성분과 신장 반사 성분의 파라미터를 추정 후 신뢰성을 확인하였다. 뇌졸중 환자 그룹의 동적 임피던스 성분들을 분석한 결과 건강한 성인 그룹에 비해 근육의 고 긴장으로 인한 수동적 특성(탄성, 점성)변화, 신경회로 문제로 인한 반사 특성(근육 활성도, 신경 신호 전달 정도)변화 정도를 파악하였다. 추정한 임피던스 성분들의 신뢰성은 추정 파라미터의 통계 값 및 추정 토크 값의 편차의 정도를 통해 검증했고, 토크 추정을 통해 건강한 환자 그룹 및 뇌졸중 환자 모두에서 80% 이상의 모델 정확성을 확인했다. 연구 결과를 바탕으로 뇌졸중 환자 별 발목 재활에 적합한 정보 제공, 착용 형 하지 재활 로봇의 발목 관절 보조 힘 생성에 필요한 정보 제공이 가능하다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MME 18041
형태사항 50 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 신원석
지도교수의 영문표기 : Jung Kim
지도교수의 한글표기 : 김정
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학과,
서지주기 References : p. 43-47
주제 spasticity
diagnosis
ankle
stroke
impedance
muscle
elasticity
damping
stretch reflex
modeling
reliability
accuracy
rehabilitation
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검진
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뇌졸중
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