Purpose: The purpose of this study was to investigate the adverse effects of sensorimotor function at the shoulder joint according to long-term cane usage in stroke patients without apraxic behavior, in terms of the presence of shoulder joint pain, accuracy of tracking task, proprioceptive joint position sense, and nine-hole pegboard. Methods: Nineteen stroke patients with long-term cane usage (cane usage group) and nineteen stroke patients without cane usage (non-cane usage group) were recruited. All subjects were tested in pain presence, a tracking task for visuomotor function, joint reposition, and nine-hole pegboard in the shoulder joint regarding the non-affected side. Results: In the accuracy index for tracking task and the nine-hole pegboard test, significant differences were observed between the cane usage group and the non-cane usage group. However, although a higher emergence of shoulder pain and a lower accuracy for joint reposition sense were detected in the cane usage group in comparison to the non-cane usage group, there were no significant differences between the two groups. Conclusion: Our findings suggest that long-term cane usage could induce to decrease in delicate movement and coordination in the non-affected upper arm in stroke patients. In addition, they could experience high frequency of shoulder pain and poor joint reposition sense. Therefore, careful evaluation and observation will be required concerning stroke patients with long-term cane usage.
본 논문에서는 다양한 견관절 장애 증상에 적용할 수 있는 보급형 상지 재활 로봇의 설계를 다룬다. 견관절의 회전에 수반되는 관절 중심의 위치변화를 추종하고, 사용자의 상지와 장치의 무게를 상쇄하는 3자유도 견관절 추종 및 중력보상 메커니즘을 구현하였다. 다양한 방향의 어깨 재활 동작을 구현할 수 있도록 구동축의 방향을 변환하는 메커니즘을 설계하여, 견관절에 대한 구동기의 상대적인 오리엔테이션을 변화시킴으로써 대표적인 5가지 견관절 동작을 수행할 수 있었다. 동시에 재활 운동 중의 견관절의 위치 변화를 추종하여 자연스러운 견관절 운동을 구현할 수 있었다. 최소의 구동기를 사용하는 보급형 로봇으로도 다양한 견관절 질환에 효과적으로 대응할 수 있음을 확인하였다.
Purpose: The cane is one of the most popular assistive devices for stroke patients. Clinical complaints of sensorimotor functions on the ipsilateral upper limb were appealed in stroke patients who had used a cane for a long period. Therefore, we investigated whether cane usage for a long-term period affected sensoriomotor dysfunctions on the non-affected upper limb, in terms of pain presence, shoulder joint sense, a nine-hole pegboard test, and a tracking task. Methods: We recruited 12 stroke patients, who were divided into the cane-using (CU) group or the non-cane using (NCU) group, according to cane usage experience. We evaluated joint position sense for the integrity of proprioceptive reposition sense in the shoulder joint, used a nine-hole pegboard test for upper limb dexterity evaluation, and a tracking task for visuomotor coordination. Results: Four patients in the CU group had complained of shoulder pain none did in the NCU group. In addition, the CU group showed more reposition errors on the shoulder joint than the NCU group did. In addition, the CU group had more difficulty in proprioceptive sense perception and in performance of the nine-hole pegboard teat and tracking task, compared with the NCU group. Conclusion: Our findings suggest that cane usage for a long period in stroke patients could give rise to trigger joint pain and decrease proprioceptive sense. In addition, complex motor performance in the ipsilateral upper limb could deteriorate. In stroke patients who had used acane for long period, careful observation and proper intervention will be necessary.
Background: Arm swing plays a role in gait by accommodating forward movement through trunk balance. This study evaluates the biomechanical characteristics of arm swing during gait. Methods: The study performed computational musculoskeletal modeling based on motion tracking in 15 participants without musculoskeletal or gait disorder. A three-dimensional (3D) motion tracking system using three Azure Kinect (Microsoft) modules was used to obtain information in the 3D location of shoulder and elbow joints. Computational modeling using AnyBody Modeling System was performed to calculate the joint moment and range of motion (ROM) during arm swing. Results: Mean ROM of the dominant elbow was 29.7°±10.2° and 14.2°±3.2° in flexion-extension and pronation-supination, respectively. Mean joint moment of the dominant elbow was 56.4±12.7 Nm, 25.6±5.2 Nm, and 19.8±4.6 Nm in flexion-extension, rotation, and abduction-adduction, respectively. Conclusions: The elbow bears the load created by gravity and muscle contracture in dynamic arm swing movement.
Background: Limitations of shoulder range of motion (ROM), particularly shoulder internal rotation (SIR), are commonly associated with musculoskeletal disorders in both the general population and athletes. The limitation can result in connective tissue lesions such as superior labrum tears and symptoms such as rotator cuff tears and shoulder impingement syndrome. Maintaining the center of rotation of the glenohumeral joint during SIR can be challenging due to the compensatory scapulothoracic movement and anterior displacement of the humeral head. Therefore, observing the path of the instantaneous center of rotation (PICR) using the olecranon as a marker during SIR may provide valuable insights into understanding the dynamics of the shoulder joint. Objects: The aim of the study was to compare the displacement of the olecranon to measure the rotation control of the humeral head during SIR in individuals with and without restricted SIR ROM. Methods: Twenty-four participants with and without restricted SIR ROM participated in this study. The displacement of olecranon was measured during the shoulder internal rotation control test (SIRCT) using a Kinovea (ver. 0.8.15, Kinovea), the 2-dimensional marker tracking analysis system. An independent t-test was used to compare the horizontal and vertical displacement of the olecranon marker between individuals with and without restricted SIR ROM. The statistical significance was set at p < 0.05. Results: Vertical displacement of the olecranon was significantly greater in the restricted SIR group than in the control group (p < 0.05). However, no significant difference was observed in the horizontal displacement of the olecranon (p > 0.05). Conclusion: The findings of this study indicated that individuals with restricted SIR ROM had significantly greater vertical displacement of the olecranon. The results suggest that the limitation of SIR ROM may lead to difficulty in rotation control of the humeral head.
Purpose: The purpose of this study was to investigate whether ipsilateral shoulder pain affects the sensorimotor function of the same side shoulder in patients with stroke. Methods: Thirty stroke patients, who were divided into the ipsilateral shoulder pain group (n=15) and the ipsilateral shoulder non-pain group (n=15). Subjects were evaluated on performance of a tracking task, joint reposition test and 9-Hole pegboard test for sensorimotor functions, and Fugl-Meyer test and Motricity Index for functional ability of the contralateral side. Results: In comparison of the two groups, significant differences in performance on functional ability, including the Fugl-Meyer test(both upper and lower limb) and Motricity Index(only lower limb) were observed (p<0.05). With regard to sensorimotor functions, the ipsilateral shoulder pain group were observed significantly poor scores on the Accuracy Index, joint reposition score and 9-Hole pegboard test, when compared with the ipsilateral shoulder non-pain group (p<0.05). Conclusion: We found that ipsilateral shoulder pain could impede accurate performance of a movement and result in deteriorated proprioception of the ipsilateral shoulder. Therefore, careful evaluation and appropriate therapeutic intervention are essential for stroke patients who suffer from ipsilateral shoulder pain.
The human arm is modeled by three rigid bodies(the upper arm, the forearm and the hand)with seven degree of freedom(three in the shoulder, two in the elbow and two in the wrist). The objective of this work is to present a method to determine the three-dimensional kinematics of the human elbow joint using a magnetic tracking device. Euler angle were used to determine the elbow flexion-extension, and the pronation-supination. The elbow motion for the various driving conditions is measured through the driving test using a simulator. Discomfort levels of elbow joint motions were obtained as discomfort functions, which were based on subjects' perceived discomfort level estimated by magnitude estimation. The results showed that the discomfort posture of elbow joint motions occurred in the driving motion.
This study estimates the relative position between body segments using segment orientation and segment-to-joint center (S2J) vectors. In many wearable motion tracking technologies, the S2J vector is treated as a constant based on the assumption that rigid body segments are connected by a mechanical ball joint. However, human body segments are deformable non-rigid bodies, and they are connected via ligaments and tendons; therefore, the S2J vector should be determined as a time-varying vector, instead of a constant. In this regard, our previous study (2021) proposed a method for determining the time-varying S2J vector from the learning dataset using a regression method. Because that method uses a deformation-related variable to consider the deformation of S2J vectors, the optimal variable must be determined in terms of estimation accuracy by motion and segment. In this study, we investigated the effects of deformation-related variables on the estimation accuracy of the relative position. The experimental results showed that the estimation accuracy was the highest when the flexion and adduction angles of the shoulder and the flexion angles of the shoulder and elbow were selected as deformation-related variables for the sternum-to-upper arm and upper arm-to-forearm, respectively. Furthermore, the case with multiple deformation-related variables was superior by an average of 2.19 mm compared to the case with a single variable.
The purpose of this study was to analyze the golf swing motion for a soft golf clubs and regular golf club. Soft golf is a newly developed recreational sports for all ages, including the elderly and the beginners of golf. To quantify the effect of using soft golf club, which much lighter club than regular clubs, a motion analysis has been performed using a 3D optoelectric motion tracking system that utilizes active infrared LEDs and near-infrared sensors. The subject performed swing motion using a regular golf club and a soft golf club in turn. The obtained motion capture data was used to build a 3D computer simulation model to obtain left wrist, elbow shoulder and lumbar joint force and torque using inverse and forward dynamics calculations. The joint force and torque during soft golf swing were lower than regular golf swing. The analysis gave better understanding of the effectiveness of the soft golf club.
As human-friendly robot techniques improve, the concept of the wearability of robotic arms becomes important. A master arm that detects human arm motion and provides virtual forces to the operator is an embodied concept of a wearable robotic arm. In this study, we design a 7 DOF wearable robotic arm with high joint torques. An operator wearing this robotic arm can move around freely because this robotic arm was designed to have its fixed point at the shoulder part of the operator. The proposed robotic arm uses parallel mechanisms at the shoulder part and the wrist part on the model of the human muscular structure of an upper limb. To reduce the computational load in solving the forward kinematics and to prevent singularity motions of the parallel mechanism, yawing motion of the parallel mechanisms was separated using a slip ling mechanism. The total weight of the proposed robotic arm is about 4 kg. An experimental result of force tracking test for the pneumatic control system and an application example for VR robot are described to show the validity of the robot.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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