인체 메커니즘 분석을 통한 무릎 관절 보조기의 성능 향상. 그림 1은 현재까지 사용되는 일반적인 무릎 보호대 유형을 보여줍니다.
연구동향
본 연구는 (주)트리플씨메디칼과 산학협력을 통해 진행되었으며, 새로 개발된 원리를 이용하여 무릎관절 보조기를 대상으로 진행되었다. 그림 7은 실제 무릎 보호대를 보여준다. 그 외 부분은 현재 사용되는 대부분의 무릎 보호대와 유사하지만, 힌지 부분에는 새로 개발된 메커니즘이 적용된다. 그림에서 볼 수 있듯이. 도 8에 도시된 바와 같이, 인간의 무릎 관절은 굴곡/신전 각도에 따라 곡률 반경이 다른 대퇴 관절 표면으로 인해 시상면에서 J-곡선 형태의 복잡한 비선형 거동을 나타냅니다.
따라서, 무릎 관절 보조기의 힌지 부분이 이러한 거동을 수행하지 못하는 경우, 보조기를 착용하는 동안 인체가 이물감과 불편함을 느낄 수 있을 뿐만 아니라, 무릎 관절의 부상 및 변형을 초래할 수도 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 왕복운동 원리를 이용한 왕복운동 메커니즘을 무릎관절 보조기에 적용하였다.
석재에 사용하기에 적합한 것으로 판단되었다.
인체-기구 모델링
구체적인 분석 방법을 살펴보면, 정상적인 사람의 정상적인 보행 동작을 캡쳐한 데이터를 인체의 메커니즘 모델에 적용하여 그대로 운동하도록 설정하여 AnyBody에서 시뮬레이션을 설명하는데, 보조기를 결합한 경우에도 마찬가지입니다. 인간의 몸 모델, 모션 캡처 데이터에 따라 움직이는 모델의 움직임 브래킷은 기계적 효과가 없습니다. 그렇다면 보조기가 인체 모델에 영향을 미칠 수 있도록 하는 합리적인 방법은 실제 보조기가 인체에 작용하는 힘, 즉 보조기와 인체 모델의 접합부에서 상호작용하는 힘을 도입하는 것이어서, 그것은 동일합니다. AnyBody 내에서 원하는 보조기를 완성할 수 있습니다. 본 연구에서는 무릎 관절 보조기가 인체에 가하는 모든 힘을 도입하는 대신 과두 분리에 영향을 미치는 힘(관상면에서의 힘)만을 모델링하여 인체 모델에 적용하였다(Fig. 12). 실제 환자 환측에 보조기를 처음 착용할 때 체형과 보행습관에 맞춰 착용하고 인체모형 무릎관절의 상태에 맞춰 보조기를 조절합니다.
분석 결과를 두 가지 관점에서 살펴보았는데, 다음 장에서 하나씩 보여드리겠습니다.
Knee joint 에서의 반력
일반보행(normal)의 경우 가장 높은 값을 나타내며, 무릎관절 버팀대가 가하는 힘이 커질수록 구간에 상관없이 전체적인 모멘트 값은 감소한다. 그래프를 분석해보면, y축의 양의 값은 내측과두의 압력이 증가하는 내측 모멘트이고, 음의 값은 외측 모멘트임을 알 수 있다. 물론, 우리는 버팀대의 효과로 가정된 힘이 바깥쪽으로 모멘트를 생성하므로 전체 그래프가 아래쪽에 위치하는 것을 볼 수 있습니다.
그러나 y축 값이 음수 값을 가지면 외부 모멘트가 과도해져서 외부과두가 움직이게 된다. 특이한 점은 3.5~3.7초 구간에서 모멘트가 음의 방향으로 작용할 때 각 경우에 음의 방향의 증가폭이 다른 구간에 비해 현저히 크고 몸의 무게중심이 떨어진다는 점이다. 밖으로. 몸체의 중심선 케이스가 일치함에 따라 외부 측면 모멘트가 더 커지는 것처럼 보입니다.
박근은 또한 대내전근과 같은 교정기에 의해 영향을 받는 것으로 볼 수 있습니다. 오른발의 toe-off를 기준으로 대퇴근막장근이 버팀대의 영향을 받는 것을 알 수 있다. (Fig. 17) Toe-off는 관상면에서 안쪽으로 작용하는 모멘트의 기울기가 변화하는 지점이다. 이때 대퇴장근의 역할은 안쪽 모멘트를 만들어 내는 것이므로 바깥쪽으로 모멘트를 만들려는 우리 정강이의 영향으로 근육 활동이 증가하게 됩니다. 대퇴이두근은 허벅지의 후외측면에 위치하지만 실제로는 무릎관절의 내전/외전에 큰 역할을 하지 않기 때문에 보조기 착용 여부에 따른 효과도 미미하다(Fig. 18).
무릎 관절 보조기가 인체에 가하는 힘을 가정하여 시뮬레이션을 수행한 이전 연구(Fig. 13)에서 아쉬운 점은, 관절 반력이 음의 영역에 있는 경우에도 반력이 . 그래프를 보면 스트럿이 외부 모멘트를 형성하는 방향으로 계속해서 영향을 미친다고 합니다. 이 부분에서는 내부 모멘트를 생성하거나 모멘트를 전혀 생성하지 않음으로써 버팀목의 기능이 향상될 수 있다는 우려가 있었습니다. 그림과 같이 도 20에 도시된 바와 같이 모멘트가 음의 영역에 있을 때에는 지주가 신체에 영향을 미치지 않으며, 정상적인 보행 시 발생하는 외부 모멘트를 구간 전체에서 감지하게 된다.
또한, 타사 제품에서 얻은 아이디어를 이번 무릎 관절 보호대에 적용하여 현재 보호대의 부작용을 줄이고 외부 모멘트의 가치를 높일 수 있었습니다.
