퇴행성관절염은 많은 인구가 앓고 있는 노인성 질병 중의 하나로 기계적인 원인과 생물학적인 원인에 의해 발생하고 진행한다고 보고되고 있다. 특히 슬관절은 보행 중에 많은 하중을 받고, 퇴행성관절염이 가장 흔한 관절이다. 이 글에서는 이전 보고들과 현재 인구 결과들을 바탕으로 보행역학과 퇴행성관절염에 대해 알아본다.
수동 휠체어의 추진은 추진 동작의 낮은 효율로 인하여 사용자의 상지 관절에 고통과 부상까지 유발할 수 있다. 이에 따라 수동 휠체어 추진 중에 발생하는 상지 관절의 운동역학적 해석이 필요하다. 본 연구에서는 수동 휠체어 추진 중 상지 관절에 작용하는 토크를 구할 수 있는 2차원 역동역학 모델을 개발하였다. 개발한 모델은 시상면에서 상완, 하완, 손에 해당하는 3개의 체절로 상지를 구성하였고 몸통으로부터 3개의 체절을 회전조인트로 연결한 개방연쇄구조를 갖는다. 역동역학 해는 뉴턴-오일러 방법으로 구하였고 요구되는 입력자료는 실험을 통하여 획득하였다. 수동 휠체어 추진에 필요한 상지 거동의 운동학적 자료는 3차원 동작분석 시스템에서 추출하였고 역동역학 모델의 외력에 해당하는 운동역학적 자료는 브레이크식 다이나모미터에서 추출하였다. 역동역학 모델을 이용한 해석을 통하여 수동 휠체어 추진에 따른 상지 관절의 회전각과 관절 토크를 구하였다. 개발된 모델은 상지 관절에 관한 생체역학적 해석 도구이며 적은 노력으로 3차원 역동역학 모델로 확장하는 토대가 된다.
본 연구에서는 영화나 게임 등에서 사용되는 인간형 관절체의 움직임을 만들어내기 위하여 동역학 시뮬레이션을 이용하는 방법을 제안한다. 동역학을 이용하여 동작을 생성하는 방법은 실제 배우가 연기하기 힘들어서 동작 포착을 활용할 수 없는 경우, 키프레임 방식에 비해 보다 사실적이고 효과적으로 동작을 만들어 내는 장점이 있다. 하지만 시간이 많이 소요되고 결과 동작을 예측하거나 제어하기 힘들기 때문에 지금까지 활용도가 낮았다. 본 연구에서 제안하는 방법은 복잡한 최적화나 컨트롤러 모델링과정 없이 동작 포착 데이터를 이용한 비례 미분 제어기를 통해서 포착된 동작과 유사한 패턴을 가지는 관절 제어기를 만들어낸다. 특히, 내부 관절 제어기뿐만 아니라 최상위 관절에 작용하는 가장제어기를 생성하여 포착된 동작의 관절 궤적을 보다 효과적으로 흉내 낼 수 있게 한다. 생성된 제어기의 매개변수를 조정함으로써 여러 가지 효과를 만들어 낼 수 있으며, 동시에 다양한 동작 패턴도 적용 가능하다. 마지막으로 제어기를 통해 시뮬레이션 되는 동작과 원래 동작 포착된 결과를 혼합하거나 보간함으로써 최종 동작을 생성한다.
관절연골은 우리의 일상생활중 또는 스포츠나 여가활동과 같이 다양한 활동중에 발생되는 역학적 부하를 조절하는 기능적 구성요소이다. 관절연골의 구성과 생화학적 구조 및 물리학적 특성간 사이의 상호작용은 적은 마찰과, 마모에 저항하는 성실, 충격의 흡수와 분산에 중요한 역할을 한다. 그러나 이 관절연골의 퇴행성 변화가 발생하게 되면 관절연골 자체의 기능장해 뿐만 아니라 관절의 다른 구성요소에도 손상을 축적시키게 되어 종국에는 관절 전체 구성요소의 장애와 기능적 수준의 감소로 이끌어간다. 관절연골의 퇴행을 일으키는 원인으로는 외상, 퇴행성질환, 류마티스질환 신경근질환, 관절구축등 여러 가지 질병으로 인하여 발생될 수 있다. 그러나 이러한 질병을 중재하고 치료하기 위하여 역학적 부하나 관절가동을 제한하는 고정도 연골의 생합성기능에 영향을 미쳐 연골의 퇴행성 변화를 촉진하게 된다. 건강한 기능을 수행하기 위해서는 적절한 관절부하와 관절운동을 통한 역학적 자극이 제공되어야 하며 물리치료영역에서 접하는 고정환자에 대한 적절한 역학적 자극 제공 방안이 마련되어야 할 것이다.
이 역학조사는 J피혁 토글 공정 근로자 중 일부에서 손가락 관절이 휘는 등 근골격계 질환 의심자가 발견되어 위 증상과 작업내용의 상관관계를 규명하기 위하여 노동부가 산업안전보건연구원에 역학조사를 의뢰하여 조사를 시행하였다. 본 조사의 목적은 첫째로 역학조사 의뢰내용인 근골격계 질환 의심자의 작업과의 관련성 규명이며, 둘째로 근골격계 증상 조사와 진찰을 통해 근골격계 질환의 진단과 작업환경 개선안을 도출하며, 넷째로 대상 사업장의 근골격계 질환 예방관리 프로그램을 구축하는데 있다.
본 연구는 달리기 시 속도와 경사변화가 하지관절의 생체역학적 요인에 미치는 영향을 보고자 한다. 이를 위해 20대 성인남성 15명이 트레드밀에서 2.7, 3.3 m/s와 -9°, -6°, 0°, 6°, 9°로 달리기를 실시하였고, 속도와 경사 변화에 따른 주행특성(보장, 보빈도), 생체역학적 변인(발목, 무릎, 엉덩관절의 가동범위, 모멘트, 관절파워), 지면반력(수직지면반력, 부하율, 제동력, 추진력)을 측정하였다. 연구결과, 주행특성은 오르막 달리기(UR)가 내리막 달리기(DR)에 비해 크게 나타났다(p<.05). 하지관절의 가동범위와 수직지면반력은 UR에서 크게 나타났고(p<.05), 하지관절의 모멘트와 제동력, 추진력, 부하율은 DR에서 크게 나타났다(p<.05). 관절파워는 발목관절은 DR에서 크고, 엉덩관절에서는 UR이 크게 나타났다(p<.05). 이러한 결과로부터 3.3m/s의 속도로 DR을 달리는 경우에서 발목관절 부상의 영향이 클 것으로 예상된다.
인체 근골격 시스템에 대한 다물체 동역학 모델을 이용한 동작중의 인체 내부의 생체역학 분석 및 평가 기술에 대하여 기술하였다. 의료영상과 사체실험 결과를 기본으로 하는 인체 다물체 동역학 모델과 3차원 동작분석 시스템을 이용한 인체 동작분석기술을 이용하여 생체내 발생하는 관절기구학, 관절모멘트 관절접촉력 및 근력을 예측하는 기술을 보행과 팔굽혀펴기 두 동작에 적용하였다. 본 연구에서 개발한 인체 다물체 동역학 모델링 기술과 3차원 동작분석기술은 다양한 동작을 수행하는 생체의 분석 및 평가 기술로 활용성이 높을 것으로 생각한다.
본 논문은 장비의 동작분석기법을 이용하여 운전자가 핸들을 돌릴 때 팔의 관절 운동에 대한 생체역학적 해석을 수행하였다. 모형 운전석에서 운전자가 핸들을 돌릴 때 모션 캡쳐(motion capture) 시스템을 이용하여 팔의 3차원 운동궤적을 구하고, 이 결과를 이용하여 팔의 근-골격계 모델에 대한 역기구학 해석과 역동역학 해석을 수행함으로써 팔 관절의 변위와 관절 토크의 크기를 계산하였다. 각 관절의 회전 운동은 동시에 복합적으로 발생하며, 관절 운동의 크기의 관점에서 팔꿈치 관절의 회내-회외, 어깨 관절의 내전-외전, 굴곡-신전, 손목 관절의 굴곡-신전 등이 주요한 운동임을 확인할 수 있었다. 모형 운전석의 운전 자세, 핸들의 각도 및 좌석에 대한 상대적 위치와 관련된 설계변수에 대한 관절운동의 민감도 해석을 통하여 운전 자세와 핸들의 위치가 조향 동작에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다.
다양한 연구결과에도 불구하고 전신진동운동이 인체에 미치는 기전은 명확히 제시되고 있지 않으며, 진동이 하지관절의 운동역학적 변화에 대해 분석한 연구는 미비한 실정이다. 그러므로 이 연구는 어떠한 하지관절의 운동역학적 변인이 수직점프 능력에 영향을 미치는지 분석하고자 한다. 최근 6개월간 하지에 정형외과적 병력이 없는 건강한 성인 남성 5명과 여성 5명은 5분간 30Hz의 전신진동운동을 실시한 전 후로 스쿼트 점프를 각각 3회씩 실시하였고, 수직점프 시 하지관절의 운동역학적 변화를 분석하기 위하여 3D 영상분석 시스템을 활용하였다. 대상자들의 스쿼트 점프 높이는 전신진동운동 처치 이후 향상되는 것으로 나타났으며, 발목과 무릎관절에서 하지관절 모멘트와 파워가 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 지면반력 값과 엉덩관절의 모멘트와 파워는 전신진동운동의 처치 전 후에 통계적으로 유의한 차이가 나지 않는 것으로 나타났다. 30Hz의 전신진동운동을 실시한 결과 발목과 무릎관절은 진동이 인체내 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났으나 엉덩관절의 경우 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.
목적: 견관절 인공관절 수술의 궁극적인 목표는 정상 견관절 해부학의 복원이다. 대상 및 방법: 견관절의 정상 해부학은 개인에 따라 다양하므로 수술 전 이를 정확하게 파약하여야 하며, 정상 해부학의 변이에 따라 인공관절 삽입물이 적절하게 변형되어 삽입되어야 한다. 결과 및 결론: 따라서 인공 견관절 치환술의 최선의 임상 결과를 위해 고려하여야 할 해부학적 요인, 인공 치환물의 요인, 수술 술기에 따른 요인에 대하여 알아 보고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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