• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권4호
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• pp.165-174
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• 2011

본 연구는 롤러코스터 구조물의 구조적인 결함을 검출하기 위해서 요구되는 최적의 센서를 구성하기 위한 연구이다. 특수한 목적과 구조적인 형태의 롤러코스터를 3차원 FE 모델링을 통해 구조적 거동특성을 분석하고, 최적계측/센서 이론을 통해 합리적인 센서 위치 및 개수를 구성하였으며, 구성된 최적 센서 위치 및 개수를 바탕으로 손상 전 후에 따른 수치적인 모달 특성값을 추출해 손상평가에 활용될 기본 구조물에 대한 기초자료를 제공하였다. 본 연구의 대상구조물로 서울 어린이대공원에 위치한 롤러코스터 구조물을 선정하였고, 1/20 크기로 축소한 모형 구조물을 제작 활용하였다. 또한, 롤로코스트의 공간적인 구조의 특성으로 운동학(Kinetics)적 거둥에 따른 운동역학(Kinematics)적인 특성이 포함되도록 Spline 함수를 이용해 대상 모형 구조물을 정확히 3차원 FE 모델을 구성 후, 가이언 소거법에 근거한 모달 특성값을 추출하였고, 유효독립법(EIM) 및 최적운동에너지법(EOT) 이론을 바탕으로 최적계측/센서 위치 및 개수를 구성하였으며, 손상 전 후에 따른 모달 특성값을 추출해 크게 강성도, 유연도, 모드상관도의 관계로부터 손상(결함)을 평가하였다. 최종적으로, 본 논문에서 구성된 최적 계측/센서 이론이 타당함을 확인하였고, 강성도 및 유연도 변화를 통해 만족할 수준으로 손상이 규명되었다. 이 결과 롤러코스터 구조물의 건전도 모니터링에 필요한 거동특성 분석 및 결함검출기술 개발에 관한 최적 센서의 구성을 제시 하였다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제25권1호
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• pp.71-76
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• 2004

척추 측만증 교정 시 유합 범위에 따른 수술 후 의 효과를 분석하기 위하여 King-Moe type II 형태의 척추 측만증 환자를 대상으로 이에 대한 수학적 유한 요소 모델을 개발하였다. 유한 요소 모델을 이용하여 척추경 나사못을 이용한 고정 및 강봉 감염술 형태의 수술모사를 수행하였으며, 유합 범위를 각기 달리하여 수술 시뮬레이션 후의 척추계의 변화 즉 Cobb 각도, 첨추체 축회전, 흉추 후만각 그리고 늑골고의 변화를 정량적으로 계산하였다. 해석 결과 강봉 감염술의 경우에서 보다 강봉을 척추경 나사못에 연결시키는 과정에서 훨씬 더 많은 Cobb각도의 변화를 얻을 수 있었다. 강봉 감염술 과정에서는 약간의 Cobb각도 감소를 유발시킬 수 있었으나 오히려 척추체 축회전과 늑골 돌출고의 증가를 나타내었다 아울러 강봉과 척추경 나사못의 체결 과정이 척추 후만각 유지에도 큰 역할을 하고 있음을 알 수 있었다. 유합 범위를 변곡 발생 추체의 위치 보다 한 단계씩 길게(T4-12) 하여 60o의 강봉 감염술을 시행하였을 경우 Cobb 각도를 두 배 감소시킬 수 있었으나 급격한 늑골고와 첨추체 축회전량의 증가가 유발되었다. 해석 결과 유합 범위는 만곡 흠추체에서 변곡이 발생되는 위치 보다 한 레벨씩 작게 선정하는 것이 최적의 유합 범위임을 알 수 있었다.

• 한국체육학회지인문사회과학편
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• 제54권5호
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• pp.829-840
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• 2015

본 연구는 정상시를 가진 정상인을 대상으로 입체시 부족을 유발하여 장애물 보행 시 발생될 것으로 생각되는 하지관절의 운동 변화에 대한 운동학적 분석과 지면반력의 변화를 고찰하는 것이다. 본 연구의 대상자는 입체시 테스트를 거쳐 통과한 18명이 연구에 참여하였다(age: 22.1±2.7 years, height: 176.8±4.4 cm, weight: 67.6±5.8 kg). 3차원 동작분석 시스템과 지면반력기를 이용하여 분석한 결과는 다음과 같다. 보행속도는 장애물 보행 시 느리게 나타났다. 고관절 각변위는 대부분 보행구간에서 장애물 보행 시 굴곡이 크게 나타났다. 무릎관절 각변위는 모든 보행구간에서 장애물 보행 시 굴곡이 크게 일어났고, TO와 FC2에서 입체시 감소의 영향으로 굴곡이 크게 나타났다. 발목관절 각 변위는 FC2에서 장애물 보행 시 굴곡이 크게 나타났다. 몸통기울기는 MSt, TO, MSw에서 장애물 보행 시 신전이 크게 나타났다. 지면반력은 Fx 값(내외측힘)에서 차이가 나타나지 않았지만, Fy 값(전후힘)에서 좌우발 모두 장애물 보행 시 전방 최대힘(추진력)이 크게 나타났고, 후방 최대힘(제동력)은 오른발은 입체시부족 보행 시 크게 나타났으며, 왼발은 장애물 보행 시 크게 나타났다. Fz 값(수직힘)은 최대힘-1과 최대힘-2에서 좌우발 모두 장애물 보행 시 최대 힘이 크게 나타났고, 계곡힘에서 오른발은 입체시부족 보행이 정상시 보행보다 작은힘이 나타났다.

• 한국체육학회지인문사회과학편
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• 제55권2호
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• pp.643-655
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• 2016

본 연구는 내리막 경사의 변화에 따른 노인집단과 젊은 성인집단의 운동역학적 보행분석을 통해, 두 집단 간 보행패턴의 차이를 비교 분석하여 노인들의 운동역학적 측면에서 낙상 요소를 파악하는데 목적이 있다. 20대 건강한 젊은 성인여성집단(yrs: 21.17±1.5)과 65세 이상의 건강한 노인여성집단(yrs: 66.67±1.33)을 대상으로 각각 18명씩 실험 참여자로 선정하였으며 트레드밀 위에서 선호속도로 평지, -7.5°, -15°의 세 가지의 경사조건에서 보행을 실시하였다. 노인집단은 성인집단에 비해 내리막 보행 시 신체중심의 좌우변위가 더 큰 것으로 나타났고(p<.05), 경사에 따라 무릎과 발목 관절의 발목 가동변위는 노인집단이 더 작은 것으로 나타났다(p<.05). 엉덩관절의 가동범위에서는 집단 간 차이가 나지 않았지만 노인집단의 최대 신전 각은 성인집단보다 작은 것으로 나타났다(p<.05). 또한, 내리막 보행 시, 성인집단보다 더 적은 무릎 신전모멘트가 작용한 것으로 나타났다(p<.05). 본 연구 결과 노인들은 내리막 보행 시 낙상 위험에 더욱 노출되고 불안정한 보행을 할 것이라는 예상과 달리 젊은 성인집단보다 더욱 안정적인 보행 전략을 세워서 걷는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 노인들의 보행특성 및 낙상과 관련된 운동역학적 변인을 수집하고, 노인의 낙상을 예방하기 위한 후속연구의 기초자료로서 도움을 줄 것이라 예상된다.

• 대한정형외과학회지
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• 제56권1호
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• pp.68-75
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• 2021

목적: 견관절의 운동 기능에 대한 평가는 견관절 질환의 진단 및 경과를 파악하는 데 있어 중요하다. 본 연구는 정상군 및 견관절질환을 가진 환자군에 대해 깊이 센서 기반 동작 분석 시스템을 통한 관절 운동을 동적으로 분석하여 문헌 고찰과 함께 보고하는 바이다. 대상 및 방법: 70명의 피험자가 연구에 참여하였으며 정상군 30명과 견관절 질환을 가진 환자 40명으로 분류하였다. 견관절 질환을 가진 환자 40명은 4가지 질환(회전근개 파열, 유착성 활액막염, 충돌 증후군, 회전근개 관절병증)으로 세분화하였다. 총 3회 반복된 외전 및 내전 운동 시 시간에 따른 각도를 깊이 센서 기반 동작 분석 시스템으로 측정하였으며, 최대 외전 각도, 최대 외전 각 속도, 최대 내전 각속도, 외전/내전 시간 비를 계산하였다. 상기 매개 변수들에 대해 정상군 30명과 환자군 40명을 비교하는 한편, 정상군 30명과 4가지 질환군별 10명, 총 5개 군을 비교하였다. 결과: 견관절 질환을 가진 환자군에서는 정상군에 비해 감소된 최대 외전 각도(θ_max), 최대 외전 각속도(ω_max), 최대 내전 각속도(ω_min)를 보였으며, 증가된 외전/내전 시간 비(t_abd/t_add)를 보였다. 세분화된 질환군별 비교에서는 최대 외전 각도(θ_max)와 최대 외전각속도(ω_max)가 정상군에 비해 유착성 활액막염 환자군 및 회전근개 관절병증 환자군에서 감소되었고, 외전/내전 시간 비(t_abd/t_add)가 정상군에 비해 유착성 활액막염 환자군, 회전근개 파열 환자군 및 회전근개 관절병증 환자군에서 증가되었다. 결론: 깊이 센서 기반 동작 분석 시스템을 사용한 견관절의 운동 분석을 통해 관절 운동 범위뿐 아니라 각속도 등의 동적 운동 변수를 측정할 수 있었으며, 이를 통해 견관절의 더 정확한 기능 평가 및 심도 있는 질환의 이해가 가능할 것이다.

• 한국운동역학회지
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• 제12권2호
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• pp.143-157
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• 2002

본 연구는 6년 이상의 유도경력 소유자인 Y.대학교 유도전공자를 대상으로 맞잡기 타입과 받기신장에 따른 허벅다리걸기 동작시 3차원 영상분석법을 이용하여 운동학적 변인의 특성을 분석하는데 그 목적이 있다. 유도 맞잡기 타입과 받기신장에 따른 허벅다리걸기 동작은 비디오카메라 2대를 사용하여 촬영(30frame/sec.)하였으며, 분석을 위한 운동학적 변인들은 시간, 자세, 중심변인이며, 실험 결과에 대한 분석과 논의를 통하여 다음과 같은 결론 및 제언을 얻을 수 있었다. 허벅다리걸기 동작의 맞잡기 타입에 따른 유의한 차이는 3국면 소요시간, 걸기1단계 공격둔부각, 걸기1단계 공격무릎각, 걸기2단계 공격무릎각, 걸기2단계 지지무릎각, 걸기1단계 공격발목각, 걸기2단계 공격발목각, 걸기2단계 지지발목각에서 유의한 차이(p<.05)를 보였으며, 타입에 따른 걸기2단계 지지둔부각에서만 신장이 큰 받기에 대해서 A, B타입 모두 유의한 차이(p<.05)를 보였다. 종합해보면, 허벅다리걸기를 수행할 때 맞잡기와 상대신장이 허벅다리걸기 기술에 영향을 미친다는 것을 알 수 있었으며, 상대의 신장이 작을 경우 목 뒤를 잡는 타입 A가 시간이 단축(<.05)되었다. 따라서 경기 중 상대의 신장이 작다면 목 뒤를 잡는 것이 유리하다. 이러한 사실들을 종합해 볼 때, 유도 경기 중 허벅다리걸기를 수행할 대 맞잡기가 많은 영향을 주었다. 또한 기술의 핵심단계인 3(걸기)국면에서도 받기신장에 의한 차가 더 크게 나타나 받기신장 역시 많은 영향을 주었다. 단계별 변인들의 변화량에 있어서는 전체적으로 모든 변인들이 변화량에서 큰 차이를 나타내지는 않았다고 할 수 있다. 따라서 맞잡기와 받기신장은 상당한 관계가 있음을 알 수 있었으며 유도 경기 중 상대에 따른 다양한 잡기와 신장을 고려한 기술이 요구된다.

• 한국운동역학회지
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• 제12권2호
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• pp.17-32
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• 2002

본 연구는 클럽 샤프트의 대표적인 재질인 그라파이트(graphite)의 유연한(flexible) 클럽 샤프트(club shaft)의 특성에 따라 피험자가 운동학적(kinematics) 요인이 되는 관절의 각변위, 각속도, 각가속도, 클럽헤드의 속도와 가속도와 같은 변인들이 어떻게 적응하는지 비교 분석하여 보다 효율적인 드라이버 선택에 도움을 주며 샤프트 특성에 따른 신체관절의 움직임에 대한 자료를 제시하고자 하였다. 고속 카메라 2대의 속도는 500 fps로 하였고 각 regular,stiff, x-stiff, 자신의 클럽을 포함 각 4개의 클럽을 사용하여 각 클럽당 3번씩 촬영하였으며 목표방향에서 20m이상 벗어나는 경우의 촬영은 다시 촬영하였다. 본 연구에서는 디지타이징(digitizing)을 신체 9개 마커는 강체로 가정된 클럽과 신체분절 모델로 정의하였으며 2 대의 카메라(500fps)로부터 얻은 avi화일을 컴퓨터에 저장하고 자료로부터 Butterworth 6th order recursive digital filter를 사용하여 1차 자료를 smoothing 하고 DLT를 이용하여 3차원 좌표를 구성하도록 한다. 좌표값을 얻기 위하여 kwon3d v3.0을 이용하였다. 본 실험은 피험자 스스로 클럽의 특성에 따라 스윙의 속도를 달리 하기 때문에 스윙의 시간이 달라지며 어느 정도 클럽이 강성에 따라 스윙시간이 빨라지는 결과로 나타났다. 이것은 피험자가 샤프트가 강성(stiffness)에 따라 스윙 속도를 빨리 하게 되는 원인이 되는 것으로 생각된다. 어깨의 각변위는 클럽이 regular의 경우 임팩트에서 각속도를 계속 유지하고 있으며 stiff, x-stiff의 경우에는 어깨의 움직임이 임팩트에서 급격하게 감소되는 것을 알 수 있다. 이것은 팔의 동작과 클럽의 힘을 크게 하기 위한 동작으로 생각된다. 어깨 각속도는 클럽이 stiff할수록 각속도가 큰 감속하는 것으로 나타났다. 손목속도는 regular 클럽의 경우 손목의 감속이 늦게 되고 임팩트에서 손목의 감속이 적게 하는 것으로 나타났으며 stiff와 x-stiff의 클럽에서 임팩트 시에 순간적인 감가속으로 인해 클럽의 속도를 증가시키고 있다. 임팩트 시에 손목의 감가속은 클럽헤드의 임팩트 시 속도를 증가시키는 결과를 보였다. 클럽헤드는 regular 클럽이 임팩트전에는 속도 증가가 커지는 결과와 일치된 결과를 보이고 있다.

• 한국운동역학회지
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• 제15권1호
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• pp.29-44
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• 2005

The purpose of this study is to reveal the effects of two different kicks, the drop kick and the punt kick, into the kicking motion, through the kinetic comparative analysis of the kicking motion, which is conducted when one kicks a soccer goal. To grasp kinetic changing factors, which is performed by individual's each body segment, I connected kicking motions, which were analyzed by a two dimension co-ordination, into the personal computer to concrete the digits of it and smoothed by 10Hz. Using the smoothed data, I found a needed kinematical data by inputting an analytical program into the computer. The result of comparative analysis of two kicking motions can be summarized as below. 1. There was not a big difference between the time of the loading phase and the time of the swing phase, which can affect the exact impact and the angle of balls aviation direction. 2. The two kicks were not affected the timing and the velocity of the kicking leg's segment. 3. In the goal kick motion, the maximum velocity timing of the kicking leg's lower segment showed the following orders: the thigh(-0.06sec), the lower leg(-0.05sec), the foot(-0.018sec) in the drop kick, and the thigh(-0.06sec), the lower leg(-0.05sec), the foot(-0.015sec) in the punt kick. It showed that whipping motion increases the velocity of the foot at the time of impact. 4. At the time of impact, there was not a significant difference in the supporting leg's knee and ankle. When one does the punt kick, the subject spreads out his hip joint more at the time of impact. 5. When the impact performed, kicking leg's every segment was similar. Because the height of the ball is higher in the punt kick than in the drop kick, the subject has to stretch the knees more when he kicks a ball, so there is a significant affect on the angle and the distance of the ball's flying. 6. When one performs the drop kick, the stride is 0.02m shorter than the punt kick, and the ratio of height of the drop kick is 0.05 smaller than the punt kick. This difference greatly affects the center of the ball, the supporting leg's location, and the location of the center of gravity with the center of the ball at the time of impact. 7. Right before the moment of the impact, the center of gravity was located from the center of the ball, the height of the drop kick was 0.67m ratio of height was 0.37, and the height of the punt kick was 0.65m ratio of height was 0.36. The drop kick was located more to the back 0.21m ratio of height was 0.12, the punt kick was located more to the back 0.28m ratio of height was 0.16. 8. There was not a significant difference in the absolute angle of incidence and the maximum distance, but the absolute velocity of incidence showed a significant difference. This difference is caused from that whether players have the time to perform of not; the drop kick is used when the players have time to perform, and punt kick is used when the players launch a shifting attack. 9. The surface reaction force of the supporting leg had some relation with the approaching angle. Vertical reaction force (Fz) showed some differences in the two movements(p<0.05). The maximum force of the right and left surface reaction force (Fx) didn't have much differences (p<0.05), but it showed the tendency that the maximum force occurs before the peak force of the front and back surface (Fy) occurs.

• 생명과학회지
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• 제18권11호
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• pp.1532-1537
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• 2008

무릎인공관절 단축범위 수술자와 다축범위 수술자를 대상으로 영상분석과 근전도 분석 그리고 운동생리학적 분석을 통하여 얻은 결과는 다음과 같다. 한 계단 오르기와 내리기 동안 소요시간은 대상자들 간에 통계적으로 큰 차이(p=0.380, p=0.171)는 없었지만 평균에서는 약간의 차이가 나타났다. 단 축범위 수술자가 다축범위 수술자보다 오르기와 내리기에서 평균속도가 빠른 것으로 나타났다. 한 계단 오르기 동안 고관절의 각속도, 무릎의 각속도, 발목의 각속도는 세 관절 모두 통계적으로는 유의한 차이(p=0.078, p=0.095, p=0.069)는 없었지만 평균의 비교에서는 단축관절 수술자가 다축관절 수술자보다 빠르게 나타났다. 한 계단 오르기 동안 관절의 최대 토크는 통계적으로 차이(p=0.052, p=0.096, p=0.134)는 나타나지 않았으나 평균의 비교에서는 단축관절 수술자가 다축관절의 수술자보다 각관절의 토큐가 모두 크게 나타났다. 굴곡과 신전으로만 움직이게 단축으로 제작된 인공관절에서는 볼 수 없는 변인으로서 연구의 의미가 있다고 사료된다. 계단 오르기와 내리기 동안 외전과 내전이 일어나는 각도를 알아본 결과 통계적으로는 큰 차이는 없었으나(p=0.103) 계단 오르기 동작 ($6.2^{\circ},\;7.8^{\circ}$)이 내리기 동작($5.8^{\circ},6.4^{\circ}$)보다 약간 크게 나타났다. 다축범위 수술자와 단축범위 수술자의 등장성 수축 시 하지의 근육변화를 알아보기 위하여 $15^{\circ}-75^{\circ}$ 사이의 무릎을 펴는 동안 VM, VL, RF, BF, ST의 근육들의 EMG값을 비교해본 결과 통계적으로 유의한 차이(P<0.05)가 나타났다. Table 5에서 보면 다축범위 수술자와 단축범위 수술자간에 대퇴사두근과 무릎오금근에서 유의한 차이(p<0.05, p<0.01)를 나타내고 있다. 무릎을 펴는 등장성 수축 동작에서 VM EMG값은 단축범위 수술자가 다축범위 수술자보다 $31^{\circ}-45^{\circ}$ 그리고 $61^{\circ}-75^{\circ}$에서 더욱 크게 나타났다. BF EMG값은 모든 구간에서 단축범위 수술자가 다축범위 수술자보다 크게 나타났다. 서로 다른 4그룹에서 운동 강도별 피험자의 체지방율의 변화는 젊은 일반군(C), 노인군(E), 단축범위 수술자(S), 다축범위 수술자(M) 에서 운동시기별 측정값의 통계적 유의한 차이는 나타나지 않았으나, C 그룹에서 시기별 체지방률이 감소하였고, 고강도 운동인 HI 시기에 가장 낮은 값을 나타내었다. 반면에 E, S 및 M 그룹에서는 시기별 감소하는 경향은 있었으나, 증가된 곳도 있고 HI 시기에서는 모든 그룹에서 감소하였다. 하지만 모든 시기에서 통계적인 차이를 나타내지 않았다. 서로 다른 4그룹에서 운동강도별 피험자의 안정시대사량의 변화는 그룹별 용이한 비교를 위하여 체표면적으로 나눈 값으로 표기하였다. C 그룹에서 시기별 안정 시 대사량 값이 증가하여 저강도 운동 후 가장높은 값을 보였고 통계적으로도 유의하게 증가함을 알 수 있었다(p<0.05). 서로 다른 4그룹에서 운동 강도별 피험자의 평균에너지 지출량의 변화는 운동 중과 운동 후 30분간의 에너지 지출량의 평균값을 나타낸 것으로 시기별 C 그룹에 대하여 다른 그룹을 비교 하였다. 우선 고강도 운동 시 C 그룹에 비해 E, S, M 그룹에서 낮은 에너지 소비량 값을 보였고, 모든 그룹에서 통계적으로 낮은 값을 보였다(p<0.05). 그리고 이러한 결과는 저 강도 운동에서도 같은 경향을 보이며 나타났는데, 저강도 운동 시 평균 에너지 지출량은 C그룹에 비하여 E, S, M 그룹에서 낮은 에너지 소비량 값을 보였다. 무릎인공관절 단축범위 수술자와 다축범위 수술자를 대상으로 운동역학적인 변인과 운동생리학적 변인을 동시에 병행하여 연구를 시도한 결과 우선 실험상의 어려움들이 많이 나타났다. 현재는 인공관절 수술이 두 종류의 형태뿐만 아니라 재료가 다른 여러 종류의 인공관절도 제작되고 있다. 계속적으로 추가적인 연구가 실시되어야 할 것으로 사료된다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제32권2호
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• pp.165-176
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• 2011

The femoral nerve innervates the quadriceps muscles and its dermatome supplies anteromedial thigh and medial foot. Paralysis of the quadriceps muscles due to the injury of the femoral nerve results in disability of the knee joint extension and loss of sensory of the thigh. A child could walk independently even though he had injured his femoral nerve severely due to the penetrating wound in the medial thigh. We measured and analyzed his gait performance in order to find the mechanisms that enabled him to walk independently. The child was eleven-year-old boy and he could not extend his knee voluntarily at all during a month after the injury. His gait analysis was performed five times (GA1~GA5) for sixteen months. His temporal-spatial parameters were not significantly different after the GA2 or GA3 test, and significant asymmetry was not observed except the single support time in GA1 results. The Lower limb joint angles in affected side had large differences in GA1 compared with the normal normative patterns. There were little knee joint flexion and extension motion during the stance phase in GA1 The maximum ankle plantar/dorsi flexion angles and the maximum knee extension angles were different from the normal values in the sound side. Asymmetries of the joint angles were analyzed by using the peak values. Significant asymmetries were found in GA1with seven parameters (ankle: peak planter flexion angle in stance phase, range of motion; ROM, knee: peak flexion angles during both stance and swing phase, ROM, hip: peak extension angle, ROM) while only two parameters (maximum hip extension angle and ROM of hip joint) had significant differences in GA5. The mid-stance valleys were not observed in both right and left sides of vertical ground reaction force (GRF) in the GA1, GA2. The loading response peak was far larger than the terminal stance peak of vertical ground reaction curve in the affected side of the GA3, GA4, GA5. The measured joint moment curves of the GA1, GA2, GA3 had large deviations and all of kinetic results had differences with the normal patterns. EMG signals described an absence of the rectus femoris muscle activity in the GA1 and GA2 (affected side). The EMG signals were detected in the GA3 and GA4 but their patterns were not normal yet, then their normal patterns were detected in the GA5. Through these following gait analysis of a child who had selective injuries on the knee extensor muscles, we could verify the actual functions of the knee extensor muscles during gait, and we also could observe his recovery and asymmetry with quantitative data during his rehabilitation.