The purpose of this paper is to provide the reader with a pertinent information and research trends of biomechanics in wheelchair propulsion. Biomechanical studies for wheelchair propulsion mainly focus on the most suitable propulsion performance and methods for preventing upper extremity injuries. Recent issues have concentrated on wheelchair propulsion style and cycle mainly because of the high prevalence of repetitive strain injuries in the upper extremely such as shoulder impingement and carpel tunnel syndrome. Optimizing wheelchair propulsion performances as well as medical reflections are presented throughout the review. Information on the underlying musculoskeletal mechanisms of wheelchair propulsion has been introduced through a combination of data collection under experimental conditions and a more fundamental mathematical modelling approach. Through a synchronized analysis of the movement pattern and muscular activity pattern, insight has been gained in the wheelchair propulsion dynamics of people with a different level of disability (various level of physical activity and functional potential). Through mathematical modelling simulation, and optimization (minimizing injury and maximizing performance), underlying musculoskeletal mechanisms during Wheelchair propulsion is investigated.
Individuals who propel wheelchairs have a high prevalence of upper extremity injuries (i.e., carpal tunnel syndrome, elbow/shoulder tendonitis, impingement syndrome). Musculoskeletal injuries can result from overuse or incorrect use of manual wheelchairs, and can hinder rehabilitation efforts. To better understand the mechanisms of upper extremity injuries, this study investigates the motion of the wrist during wheelchair propulsion. This study also examines changes in the variables that occur with fatiguing wheelchair propulsion to determine how the time parameters of wheelchair propulsion and the state of fatigue influence the risk of injury. A two dimensional (2-D) analysis of wrist movement during the wheelchair stroke was performed. Twenty subjects propelled a wheelchair handrim on a motor-driven treadmill at two different velocities (50, 70 m/min). The results of this study were as follows; The difference in time parameters of wheelchair propulsion (cadence, cycle time, push time, recovery time, and PSP ratio) at two different velocities was statistically significant. The wrist kinematic characteristics had statistically significant differences at two different velocities, but wrist radial deviation and elbow flexion/extension had no statistically significant differences. There were statistically significant differences in relation to fatigue in the time parameter of wheelchair propulsion (70 m/min) between initial 1 minute and final 1 minute. The wrist kinematic characteristics between the initial 1 minute and final 1 minute in relation to fatigue had statistically significant differences but the wrist flexion-extension (50 m/min) had no statistically significant differences. According to the results, the risk of musculoskeletal injuries is increased by fatigue from wheelchair propulsion. To prevent musculoskeletal injuries, wheelchair users should train in a muscle endurance program and consider wearing a splinting/grove. Moreover, wheelchair users need education on propulsion posture, suitable joint position, and proper recovery patterns of propulsion.
This study was carried out to help the comprehensive rehabilitation of spinal cord injuries by measuring propulsion force and endurance exerted on wheelchair handrims, and predicting the differences among three different rear axle positions. The BTE (Baltimore Therapeutic Exerciser) work simulator was used on 9 paraplegia to test the force and endurance during wheelchair propulsion. The 141 large wheel of the BTE work simulator and a standard wheelchair with removed handrims were used for simulating wheelchair propulsion. The neurological and demographical characteristics of the patients were collected by personal interviews and direct examinations. The Kruskal-Wallis test was used to compare force and endurance among the groups. The strongest maximum isometric strength was produced when the rear axle of the wheelchair and the acromion process were on the same coronal plane. Although there were no significant differences statistically, moving the rear axle forward did result in greater isotonic strength. The research suggests that better functional activity of persons with paraplegia is possible when the rear axle of the wheelchair is appropriately adjusted.
It is known that chronic pain and injury of upper limb joint tissue in manual wheelchair users is usually caused by muscle imbalance, and the propulsion speed is reported to increase this muscle imbalance. In this study, kinematic variables, electromyography, and ultrasonographic images of the upper limb were measured and analyzed at two different propulsion speeds to provide a quantitative basis for the risk of upper extremity joint injury. Eleven patients with spinal cord injury for the experimental group (GE) and 27 healthy adults for the control group (GC) participated in this study. Joint angles and electromyography were measured while subjects performed self-selected comfortable and fast-speed wheelchair propulsion. Ultrasound images were recorded before and after each propulsion task to measure the acromiohumeral distance (AHD). The range of motion of the shoulder (14.35 deg in GE; 20.24 deg in GC) and elbow (5.25 deg in GE; 2.57 deg in GC) joints were significantly decreased (p<0.001). Muscle activation levels of the anterior deltoid, posterior deltoid, biceps brachii, and triceps brachii increased at fast propulsion. Specifically, triceps brachii showed a significant increase in muscle activation at fast propulsion. AHD decreased at fast propulsion. Moreover, the AHD of GE was already narrowed by about 60% compared to the GC from the pre-tests. Increased load on wheelchair propulsion, such as fast propulsion, is considered to cause upper limb joint impingement and soft tissue injury due to overuse of the extensor muscles in a narrow joint space. It is expected that the results of this study can be a quantitative and objective basis for training and rehabilitation for manual wheelchair users to prevent joint pain and damage.
The purpose of this study was to investigate the possibility of using surface electromyographic signals as a measure of muscle fatigue during the wheelchair propulsion. Subjects performed wheelchair exercise tests on a motor-driven treadmill with a constant-velocity of 1.25 m/sec. During each test, the raw EMC signals were acquired from the surface electrodes attached on the belly of five muscle groups: biceps brachii, pectoralis major. deltoid, triceps brachii, and trapezius. The median power frequency(MPF), and the root mean square(RMS) amplitude were calculated for each cyclic contraction in order to quantify muscle fatigue. During the wheelchair propulsion, the MPF decreased and the RMS increased in the trapezius and deltoid. However, the decreasing MPF and the increasing RMS also fluctuated severly during dynamic muscle contractions. Therefore, the MPF and RMS values should be estimated with well-designed methods and used with caution to quantify muscle fatigue during wheelchair propulsion.
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.
This work provides the biomechanical evaluations of a manual wheelchair with a bi-directional driving system. The new propulsion strategy can be accomplished by employing a special gear system that converts the oscillatory motion of a handrim into the unidirectional output motion of a wheel. A main feature of the forward. backward propulsion is to supply continuous driving torque without break. Motion. analysis has been performed through 2-dimensional image processing for measuring the kinematic properties of the upper arm and fore arm. Then, the inverse dynamics analysis has been done for obtaining the joint torques, the handrim forces and input/output powers. Results show that the output power by the forward. reverse propulsion is almost twice as much as that by conventional propulsion. Also, the new propulsion is expected to reduce the fatigues and injuries at arm joints by employing more muscle groups for movement. In conclusion, the forward. reverse propulsion can greatly improve the performances of manual wheelchairs by providing better mobility as well as by guaranteeing several advantages from a biomechanical viewpoint. Future development of a manual wheelchair optimized for the bi-directional propulsion will further improve the propulsion performances.
Pressure ulcers are serious complications of tissue damage that can develop in patients with diminished pain sensation and diminished mobility. Pressure ulcers can result in irreversible tissue damage caused by ischemia resulting from external loading. There are many intrinsic and extrinsic contributors to the problem, including interface tissue pressure, shear, temperature, moisture, hygiene, nutrition, tissue tolerance, sensory and motor dysfunction, disease and infection, posture, and body support systems. The purposes of this study were to investigate the relationship between buttock interface pressure and seating position, wheelchair propulsion speed. Seated-interface pressure was measured using the Force Sensing Array pressure mapping system. Twenty subjects propelled wheelchair handrim on a motor-driven treadmill at different velocities (40, 60, 80 m/min) and seating position used recline ($100^{\circ}$, $110^{\circ}$, $120^{\circ}$) with a wheelchair simulator. Interface pressure consists of average (mean of the pressure sensor values) and maximum pressure (highest individual sensor value). The results of this study were as follows; No significant correlation in maximum/average pressure was found between a static position and a 40 m/min wheelchair propulsion (p>.05). However, a significant increase in maximum/average pressure were identified between conditions of a static position and 60 m/min, and 80 m/min wheelchair propulsion (p<.05). No significant correlation in maximum pressure were found between a $90^{\circ}$ recline (neutral position) and a $100^{\circ}$, $110^{\circ}$, or $120^{\circ}$ recline of the wheelchair back (p>.05). No significant difference in average pressure was found between conditions of a $90^{\circ}$ recline and both a $100^{\circ}$ and $110^{\circ}$ recline of wheelchair back. However, a significant reduction in average pressure was identified between conditions of a $90^{\circ}$ and $120^{\circ}$ recline of wheelchair back (p<.05). This study has shown some interesting results that reclining the seat by $120^{\circ}$ reduced average interface pressure, including the reduction or prevention in edema. And interface pressure was greater during dynamic wheelchair propulsion compared with static seating. Therefore, the optimal seating position and seating system ought to provide postural control and pressure relief. We need an education on optimal seating position and a suitable propulsion speeds for wheelchair users.
This work intends to investigate the effects of shift characteristics on the propulsion performance of a manual wheelchair with an automatic transmission. A planetary gear train is employed to generate a two-stage shift automatically, based on the distance traveled from rest. Motion analysis has been performed for measuring kinematic properties of the arm and then the inverse dynamics has been applied for estimating joint forces/torques. Then, a parametric study has been performed to find a set of the shift ratios and the shift intervals for optimizing propulsion performance. Results show that the propulsion performance is closely related to the shift condition. It is found that a short shift interval is desirable for a short distance propulsion. However, an optimum shift interval for a long distance propulsion is inversely proportional to the shift ratio approximately. Consequently, the automatic transmission can greatly lower the joint loadings by the speed reduction, which eventually contribute to prevent joint injuries of wheelchair users.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.