근로시간제도의 합리적 규율방안 연구 : 근로시간 특례 및 적용제외 제도 중심으로

최대술 고려대학교 노동대학원 2011 국내석사

근로기준법은 1953년 5월 10일 제정된 이후 산업구조의 변화, 노동시장 및 고용형태의 다양화 등으로 인하여 20차례 이상의 개정을 거치면서 오늘의 제도에 이르고 있다. 그간에 수차례에 걸쳐, 제도 운영을 통하여 도출된 문제점에 대하여 ILO협약, 선진국가의 제도 등을 참고하여 우리나라 실정에 맞도록 제도개선을 추진하여 왔다. 이러한 과정에서 근로시간과 관련된 부분에 대하여도 여러 차례에 걸쳐 제도개선을 추진하였으나 일부 미흡한 부분에 대하여는 앞에서 논하였다. 그 간에 근로시간 관련 부분에 대한 제도개선은 근로시간 단축과 유연적 근로시간제(탄력적, 선택적 근로시간제, 간주, 재량근로시간제 등)를 중심으로 추진되어 왔다. 그 이외의 부분에 대하여는 제도개선이 미진하여 현실에 맞지 않는 법규 등이 있다. 따라서, 우리나라의 근로시간제도가 선진제도로 발전하기 위해서는 근로자의 건강보호와 문화생활을 도모하고 산업발전에 기여하는 방향으로 제도개선이 필요하고, 그간에 제기된 문제점에 대하여도 우선 개선되어야 할 것이다. 첫째, 최대 한도근로시간(총 근로시간) 제도를 도입하여야 한다는 것이다. 우리나라 장시간근로의 원인 중에 하나가 근로시간의 범위가 명확하지 않다는 것이다. 따라서 근로시간의 범위를 법정기준근로시간, 연장근로시간, 휴일근로시간으로 규정하고, 최대 한도근로시간을 설정할 필요가 있다. 여기서 휴일근로시간은 연장근로시간에 포함하여 규정할 수 있을 것이다. 최대 한도근로시간의 설정방법은 일 단위와 주단위 또는 월단위의 방법으로 설정할 수 있다. 그리고 최대 한도근로시간은 근로자의 유형별, 즉 일반근로자, 연소자, 유해위험업무 종사자, 임산부 등으로 구분하여 설정하는 방안도 강구할 필요가 있다. 둘째, 연장근로제도에 대하여도 일부 개선할 필요가 있다. 우선 연장근로시간에 대하여 월단위 또는 연단위의 누계적 한도시간의 설정이 필요하고 이를 초과하는 경우에는 근로시간계좌제를 도입하여 그 초과부분에 대하여는 휴가를 의무적으로 실시하도록 하는 것이다. 그리고 임신한 근로자에 대한 연장근로금지에 대한 제도개선도 필요하다. 즉 임신한 근로자는 사용자에 그 사실을 통보하는 제도를 도입하고, 경이한 업무에 종사하는 임신근로자가 명시적으로 청구하는 경우에는 최소한 시간내(예; 1일 1시간)에서 연장근로를 가능하도록 할 필요가 있다. 또한 탄력적·선택적 근로시간제에서의 연장근로제한 또는 축소하는 방안이 필요하고 이를 개선할 필요가 있다. 마지막으로 법정기준시간을 초과하여 연장근로를 하고자하는 경우 그 합의(동의) 방법의 개선이 필요하다. 개별 근로자의 연장근로는 현재와 같이 합의로 가능할 것이나 집단으로 연장근로를 실시하는 경우에는 단체협약 또는 취업규칙에 정하는 바에 따라 근로자대표와 서면합의로 가능할 수 있도록 하는 방안도 강구할 수 있을 것이다. 물론 개별근로자의 명시적인 반대가 있으면 그 근로자에 대하여는 제외할 수 있을 것이다. 셋째, 휴일근로시간에 대한 제도개선이 필요하다. 즉 휴일근로에 대하여 법령에 특별히 규정하지 않은 상태에서 법제56조에서 휴일근로시 가산수당지급을 규정하고 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위해서는 별도의 휴일근로시간을 규정하기 보다는 연장근로시간의 범위 이내(주 12시간)에서 휴일근로시간까지 포함하도록 개선하는 방안이 있고, 다른 한편으로는 휴일근로를 금지하되 만약 휴일근로를 실시한 경우에는 소정근로일에 대체휴일을 부여하도록 규정할 수 있을 것이다. 넷째, 근로시간 및 휴게시간의 특례규정의 개선이 필요하다. 현행 특례규정은 연장근로시간의 한도제한이 없어 장시간근로가 이루어 지고, 휴게시간에 대하여도 계속근로 한도시간이 없어 피로누적으로 인한 근로자의 건강보호와 재해예방에 문제가 제기되고 있다. 따라서 연장근로시간과 휴게시간(계속근로 시간)의 변경에 대한 한도시간을 설정하여야 하고, 또한 특례 대상업무의 범위가 너무 광범위 하여 특례로서의 효과가 없으므로 특례 대상업종과 직종을 세분화하고 규모별로 적용범위를 재규정할 필요가 있다. 그리고 특례제도의 운영방식에 있어 현행 근로자대표와 서면합의 방식에서 개별근로자의 합의(동의)방식을 추가로 도입할 필요가 있다. 다섯째, 근로시간 및 휴일·휴게의 적용제외 규정에 대한 제도개선이 필요하다. 현행 적용제외 규정은 근로기준법 제정시부터 현재까지 시행하면서 거의 개정없이 운영함으로써 현실에 부합하지 않는 측면이 있다. 우선 농림, 수축산업에서 대형화, 기계화 등으로 근로시간을 관리할 수 있는 능력이 있음에도 근로시간 등을 적용하지 않아 근로자의 근로조건 보호에 문제가 있다. 즉 업종별, 규모별(법인, 개인)로 세분화하여 적용 가능한 부분에 대하여는 일부 규정(근로시간, 휴일, 휴게)이라도 적용하는 방안을 강구할 필요가 있다. 그리고 감시·단속적 근로자의 범위와 유효한 승인기간을 당해 근로자에 한정하는 방안으로 개선할 필요가 있고, 그 승인기준에 대하여는 근로조건의 중요한 부분을 적용제외 하는 것이므로 법령에서 구체적으로 규정할 필요가 있다. 또한 관리·감독업무 또는 기밀취급업무에 종사하는 자에 대한 판단기준을 명확하게 규정할 필요가 있고, 근로자의 범위와 업무범위 등을 고려하여 판단기준을 명시할 필요가 있다. 마지막으로 화이트칼라 계층의 근로시간 등에 대한 적용제외규정의 도입필요성이다. 최근 서비스업의 증가와 IT산업의 발달 등으로 근로시간의 유연한 운영의 필요성이 증가하고 있다. 특히 사무관리직, 감독직, 컴퓨터 등 전문직에 종사하는 자에 대하여는 업무성과를 근로시간의 단위로 측정하기가 곤란한 경우가 많다. 따라서 이러한 문제점을 개선하기 위하여 “(가칭)화이트칼라 계층”에 대하여 근로시간 및 휴일·휴게시간을 적용 제외하는 제도도입이 필요하다는 것이다. 그 도입방안으로 적용대상은 업무의 성격상 근로시간으로 업무의 양과 질을 판단하기 어려운 업무에 종사하는 자로 관리·감독직, 사무직(행정직), 전문직, 외근근로자 등으로 볼 수 있을 것이다. 그리고 적용제외 대상근로자의 소득수준의 범위와 고소득자 등을 고려하여 그 적용범위를 정하고, 적용제외 규정(내용)의 범위도 함께 설정할 필요가 있다. 이와 같은 새로운 제도를 원활하게 도입하기 위해서는 사전에 예상되는 문제점에 대한 예방장치가 필요하고, 그 적용대상을 세분화하여 감독직과 전문직에 대하여 우선 도입하는 등 단계적으로 도입하는 방안도 고려할 수 있을 것이다.

수요예측 평가를 위한 가중절대누적오차지표의 개발

최대일 홍익대학교 대학원 2015 국내석사

기업에서는 이익을 최대화하면서 고객수요를 만족시키는 생산수준, 인력수준, 재고수준 등을 결정하기 위해 총괄계획을 수립한다. 이러한 총괄계획의 수립에서 예측수요는 중요한 투입물이다. 만약 부정확한 예측수요를 바탕으로 총괄계획을 수립한다면 판매손실이나 이익손실, 과잉재고와 과잉생산능력을 초래하게 된다. 따라서 적절한 예측모형을 선정하는 것이 중요하다. 일반적으로 적합한 예측모형을 선정하기 위해 MAD, MSE, MAPE, CFE와 같은 예측오차 평가지표를 활용하여 예측모형을 평가한다. 그러나 이러한 지표들로 우수하게 평가되는 예측모형들이 실제 생산운영에서 비용 최소화 또는 이익 최대화를 달성하지 못하는 사례가 존재했다. 따라서 본 논문에서는 총괄계획 수립에 적합한 수요예측모형의 선정을 위해 비용 또는 이익 측면에서 예측모형의 성능을 평가할 수 있는 새로운 지표로 가중절대누적오차지표(Weighted Absolute and Cumulative Forecast Error:WACFE)를 제안하다. 기존 지표들은 예측오차에 초점을 맞추지만 그 오차로 인한 결과는 고려하지 않는다. WACFE는 이러한 기존 지표들을 보완하기 위해 예측오차와 그 오차로 인해 발생하는 이익과 비용에 초점을 맞춘 지표이다. 제시한 지표의 우수성을 검증하기 위해 총괄계획 선형모형을 활용한 실험을 시행하였고, 그 결과로 WACFE가 다른 기존 지표들에 비해 비용과의 상관관계가 가장 우수함을 확인했다. Corporations set aggregate plan that decide level of production, human resources, inventories to maximize profits and fulfill customer's demands. What' the most important in this process is demand forecasts. If a corporation sets a plan based on a wrong estimation of demands, it causes loss of sales and profits, and overstock and overcapacity. Thus, it's important to decide an appropriate forecasting methods. Generally, there are error evaluation measures such as MAD, MSE, MAPE, CFE which are used to assess forecasting methods. However, there were some examples that forecasting methods that scored highly in an evaluation by such measures couldn't achieve maximum profits or minimum costs. Thus, this study suggests WACFE(Weighted Absolute and Cumulative Forecast Error) as a new metric to evaluate a forecasting methods. Existing metrics only focus on errors, and they don't consider about results that errors might cause. WACFE focuses on not only errors and also costs and profits which errors might cause. To demonstrate superiority of WACFE, this study operated tests on using linear model for aggregate planning, and as a result, WACFE proved superior correlations with costs better than other metrics.

初等學校에서의 處罰方法에 관한 硏究

최대일 春川敎育大學校 1998 국내석사

법원내 ADR에 관한 연구

최대일 高麗大學校 2011 국내석사

분쟁사건이 급증하면서 법원으로서는 양적으로 사건의 부담이 커지고 소송에 의한 분쟁 해결은 구조적으로 내재적인 한계가 있어 당사자로서도 질적으로 만족할 만한 해결을 얻어내지 못하고 있다. 이에 각국에서는 전통적인 재판절차를 보완하도록 소송 대체적 분쟁해결제도(ADR)가 등장하였다. 우리 역시 법원에서 활용되고 있는 제도로서 법원조정과 화해권고결정, 제소전화해가 있다. 본 논문의 목적은 이러한 제도의 문제점을 검토하고 개선방안을 제시하는데 있다. 이는 앞으로 분쟁해결시스템의 구조에서 법원의 위상을 정립하는 단계로서 의미가 있다. 조정의 본질은 당사자의 자기결정권에 의한 제도라는 점에 있는데, 법원이 관여하는 법원내 ADR은 여기에 사건의 효율적 사건처리와 조정절차와 소송절차의 분리라는 점에서 비밀유지의 보장이라는 점이 강조되어야 한다. 이런 기준으로 현재 시행되고 있는 법원내 ADR에는 ADR이라는 본질에 부합하지 않은 점이 있다. 각국에서 활용되는 법원내 ADR을 비교법적으로 살펴보면 우리의 법원내 ADR에 시사하는 점을 도출할 수 있는데 이를 운영상, 효력상의 관점으로 나누어 검토한다. 법원내 ADR이 지니는 운영상 측면에서 문제점과 이에 대한 개선방안은 다음과 같다. 법원조정에서 조정에 갈음하는 결정과 연결되어 수소법원조정이 많은 비중을 차지하고 있다는 점이다. 이에 대해서는 최근에 시행되고 있는 법원조정센터와 조기조정이 대안으로서 가능성이 있다. 화해권고결정은 수소법원조정과 중복되는 면이 있기에 수소법원조정의 지양이라는 점에 의의를 가질 수도 있으나 이의권이 보장되지 않으면 화해라는 의미에서 문제가 있을 수 있다. 제소전화해는 소송상화해와 동일하게 성질과 효력이 논의되는데 구별해서 파악해야 한다. 그리고 제소전화해에서의 법원이 공증의 역할이라고 보이기에 제소전화해의 남용과 법원의 위상 정립차원에서 제소전화해를 폐지하는 것도 고려할 만한데, 대안으로서는 변호사 화해제도가 있다. 법원내 ADR이 지니는 효력면에서의 문제점은 기판력의 인정에 있다. 법원내 ADR에는 법규정상 확정판결과 같은 효력이 부여되는데, 이러한 효력에 기판력이 필연적으로 포함된다고 볼 것이 아니다. 또한 기판력은 법적안정성의 확보에 정당성의 근거가 있기에 법원의 관여 정도라는 점에서 보더라도 법원내 ADR에 기판력을 인정할 것이 아니다. 이에 대한 개선방안으로 권리구제 차원에서 해석론이 논의되고 있는데 입법론상 개정이 필요해 보인다. 법원내 ADR은 앞으로 다양한 ADR이 발전하면 전체 분쟁해결 시스템의 일부가 될 것이다. 따라서 재판과의 관계에서 법원내 ADR은 ADR로서 자리매김하고 법원은 재판이 반드시 필요한 사건에만 집중할 수 있는 구조가 되어야 한다. 이를 위해서는 소송과 법원내 ADR, 그리고 법원외 ADR과의 연계가 필요한데, 이러한 모델로서 미국의 멀티도어 코트하우스 모델이 의미가 있다. 그리고 연계를 위해 시효중단과 ADR기관과 조정위원의 확보가 필요하다.

Vision 시스템을 利用한 移動로봇 制御에 관한 硏究

최대일 成均館大學校 1997 국내석사

중학교 과학수업에서 웹기반 TGT 협동학습 프로그램의 적용 효과

최대일 한국교원대학교 교육대학원 2007 국내석사

The purpose of this study was to investigate the effect of the Web-based TGT cooperative learning program that was developed for a middle school science class. To proceed with the research, a Web-based TGT cooperative learning program was developed, and 6 classes of 2nd graders from K middle school in Seoul were selected for this research. While the experimental group of 3 classes (105 students) learnt using a Web-based TGT cooperative learning program, the comparative group of 3 classes (105 students) took lecture-centered classical classes. Students' achievements and attitudes before and after the class processes were tested and analysed. A t-test was conducted in order to judge if the class processes showed any meaningful differences in terms of students' achievements and attitudes. After the class processes, a questionnaire for TGT cooperative learning was assessed only by the experimental group, and then the responses were analysed. The test results and the statistical data were analyzed by SPSSWIN 12.0 at 0.05 level. The followings are the results of study: As students' achievements of both the experimental and comparative group showed a statistically significant difference, the Web-based TGT cooperative learning classes can have more positive influence on students' achievements than the classical ones. However, the detailed comparison result according to learners' levels failed to show any significant difference. As the attitudes of all of the upper, mid, and lower level students showed a statistically significant difference, the Web-based TGT cooperative learning classes can have more positive influence on students' attitudes to science classes than the classical ones. The analysis of the responses of a questionnaire for TGT cooperative learning from the experimental group, after the class processes, told some strong and weak points of this learning program. On the one hand, the game-typed classes equipped with a computer system helped students understand and solve scientific questions, facilitated collaboration and affection between teammates, and encouraged them to take part in classes actively. But on the other hand, this classes ,in some cases, made students lose interests in the classes when they were grouped with unwilling teammates. Some students, what is worse, felt the burden how to get good team grades, and the whole class often fell into an inattentive atmosphere. To conclude, the Web-based TGT cooperative learning classes can have more positive influence on students' achievements and attitudes than the classical ones. The more effective science classes will be expected if the Web-based TGT cooperative learning programs are developed and applied in the basis of further study of strengths and weaknesses pointed out from the students' survey. 이 연구는 중학교 과학수업에서 웹기반 TGT 협동학습 프로그램을 개발하여 그 적용 효과를 알아보고자 하였다. 연구를 위하여 웹기반 TGT 협동학습 프로그램을 개발하였고 연구대상으로 서울시 소재 중학교 2학년 6개반(210명)을 선정하여 실험집단 3개반(105명)은 웹기반 TGT 협동학습을 실시하고, 통제집단 3개반(105명)은 교사강의 중심의 전통적 수업을 실시하였다. 수업 처치 전, 후의 학업 성취도와 과학 학습태도 변화 검사를 실시하여 그 결과를 분석하였다. 수업처치에 따라 학습능력별 학업성취도와 과학 학습 태도에서 유의미한 차이기 있는지 알아보기 위하여 t-검증을 실시하였다. 수업처치 후 실험집단에만 TGT 협동학습에 대한 의견을 조사하여 그 반응을 분석하였다. 연구결과, 실험집단은 수업처치에 따른 학업 성취도 면에서 통계적으로 유의미한 차이를 보이므로 웹기반 TGT 협동학습이 전통적 학습보다 학업 성취도 면에서 긍정적인 영향을 준다고 할 수 있다. 그러나 세부적으로 학습능력별 결과 비교에서는 유의미한 차이가 나타나지 않았다. 수업처치에 따른 과학 학습 태도 검사결과 학습능력별 상위, 중위, 하위 학생들 간 모두 통계적으로 유의미한 차이가 나타났으며, 이는 웹기반 TGT 협동학습이 전통적 학습보다 과학 학습 태도 향상에 긍정적인 영향을 준다고 할 수 있다. 수업처치 후 실험집단을 대상으로 웹기반 TGT 협동학습에 대한 의견을 분석한 결과, 컴퓨터를 활용한 게임형식의 수업이 과학문제를 풀고 이해하는데 도움을 주었고 조원 간 협동심과 친근감이 커졌으며 수업에 적극적으로 참여할 수 있었다 등이 장점으로 나타났다. 그러나 단점으로는 마음이 맞지 않는 조원과 함께 할 때 수업 흥미가 오히려 떨어지며 수업분위기가 산만해지고 팀 점수 획득의 부담감이 나타났다. 이상의 연구결과로부터 웹기반 TGT 협동학습은 일반적인 학습보다 학업 성취도와 과학적 학습능력 향상에 긍정적인 효과를 나타내며 웹기반 TGT 협동학습에 관한 학생들의 의견을 바탕으로 단점을 보완하고 장점을 극대화하는 방향으로 프로그램 계발 활용한다면 보다 효과적인 과학수업이 이루어질 수 있을 것이라 기대된다.

중학생의 진로장벽이 진로준비행동 및 진로결정 자기효능감에 미치는 영향 : 긍정심리자본의 조절효과

최대일 건국대학교 교육대학원 2021 국내석사

본 연구는 중학생의 진로장벽이 진로준비행동과 진로결정 자기효능감에 미치는 영향에서 긍정심리자본의 조절효과를 검증하고자 하였다. 이를 위해 중학생 470명(남 301명, 여 169명)을 대상으로 진로장벽, 진로준비행동, 진로결정 자기효능감, 긍정심리자본의 측정 척도로 구성된 설문을 실시하였다. 설문 결과는 SPSS 25.0을 활용하여 조절 회귀분석 (moderated regression)을 실시하였다. 본 연구의 결과 첫째, 중학생이 지각하는 진로장벽이 진로준비행동에 유의한 부적인 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 진로준비행동의 2개 하위요인인 진로탐색과 진로개발 모두에 유의한 부적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 둘째, 중학생이 지각하는 진로장벽이 진로결정 자기효능감에 유의한 부적인 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 진로준비행동의 3개 하위요인인 진로결정, 문제해결, 진로탐색 모두에 유의한 부적인의 영향을 미치는 것으로 나타났다. 셋째, 중학생이 지각하는 진로장벽이 진로준비행동에 미치는 영향 관계에서 긍정심리자본의 조절 효과가 나타나지 않았고, 긍정심리자본의 하위요인들 또한 조절 효과를 나타내지 않았다. 넷째, 중학생이 지각하는 진로장벽이 진로결정 자기효능감에 미치는 영향 관계에서 긍정심리자본의 조절 효과가 나타나지 않았다. 그러나 긍정심리자본의 하위요인들 중에서 희망과 회복탄력성이 진로결정 자기효능감에 조절 효과를 갖는 것으로 나타났다. 이와 같은 연구결과를 바탕으로 하여 중학생의 진로교육에서의 시사점과 연구의 제한점 및 후속 연구에 대한 필요성에 대해 제안하였다. The purpose of this study was to verify the moderating effect of positive psychological capital in the effects of career barriers on career preparation behavior and career decision-making self-efficacy of middle school students. To this end, a questionnaire consisting of 470 middle school students (301 males, 169 females) consisting of career barriers, career preparation behavior, career decision-making self-efficacy, and positive psychological capital was conducted. The survey results were analyzed using the moderated regression analysis method using SPSS 25.0. The results of this study are as follows. First, it was found that the career barrier perceived by middle school students had a significant negative effect on the career preparation behavior, and it was found to have a significant negative effect on both the two sub-factors of career preparation behavior, career search and career development. Second, it was found that the career barriers perceived by middle school students had a significant negative effect on the career decision-making self-efficacy. Has been shown to affect. Third, in the relationship of the effect of career barriers perceived by middle school students on career preparation behavior, the positive psychological capital did not show any moderating effect, and the sub-factors of the positive psychological capital also did not show any moderating effect. Fourth, in the relationship of the effect of career barriers perceived by middle school students on career decision-making self-efficacy, the positive psychological capital's moderating effect did not appear. However, among the sub-factors of positive psychological capital, hope and resilience were found to have a moderating effect on career decision-making self-efficacy. Based on these findings, the implications and limitations of the research and the need for follow-up research were proposed in middle school students' career education.

청소년 기독교 교육 연구

최대일 장로회신학대학교 2000 국내석사

Study on glycol chitosan based nanoparticles for tumor specific CT/US dual imaging

최대일 서강대학교 대학원 2016 국내석사

본 연구에서는 기존의 computed tomography (CT) 조영제와 ultrasound (US) 조영제의 한계점을 극복하고 각각 영상의 장점을 융합한 암 표적형 CT/US 이중 영상화를 진행하였다. 생체 적합성 고분자인 glycol chitosan (GC)에 소수성 분자인 diatrizoic acid (DTA)를 접합하여 CT 영상이 가능한 나노입자를 합성하였다. 제조된 나노입자에 초음파 영상 적용을 위해 perfluoropentane (PFP)를 봉입하여 CT/US 이중 영상화가 가능한 조영제를 개발하였다. 제조된 나노입자의 물리화학적인 특성을 DLS, TEM, UV-vis 등을 통하여 평가하였고, MTT assay를 통해 나노입자의 세포 내 독성을 평가하였다. 또한 나노입자의 이중 영상화에 대한 가능성을 in vitro 상에서 CT와 US를 통해서 확인하였다. glycolchitosan 기반의 나노입자는 종양 부위에 선택적으로 축적 되는 거동을 확인하였고, 종양 동물 모델에서 CT와 US의 이중 영상화를 확인하였다. 본 연구를 통해 개발된 나노입자는 CT를 통해 종양의 위치 정보를 획득하고, US를 통해 질병 부위의 구체적인 실시간 정보를 획득 할 수 있다. Targeted imaging systems that can access early and detailed information on diseases have received much attention as an alternative to conventional contrast agents. The development of polymeric nanoparticles for cancer-targeted imaging in clinics still remains challenging due to few resolution and sensitivity. Multimodal imaging has recently come into the spotlight in order to these limitations. We suggest here that iodinated and echogenic nanoparticles are useful as computed tomography (CT) and ultrasound (US) imaging concurrently for early-detection and real-time monitoring for cancer. In this study, CT/US dual imaging system was prepared by following bellow two step: First, the diatrizoic acid (DTA) as a CT contrast agent was conjugated to the backbone of the glycol chitosan (GC). And, perfluoropentane (PFP), a US contrast agent, was encapsulated into the GC-DTAs by O/W emulsion method, leading to GC-DTA-PFP nanoparticles with CT/US contrast agents. The GC-DTA-PFP NPs appeared a stable spherical nanostructure in physiological environment, and it was monitored to in vitro CT and US signal, respectively. The nanoparticles were effectively accumulated into the tumor site by EPR-effects, allowing to tumor-specific CT/US imaging. This approach to developing iodinated and echogenic nanoparticles may provide useful strategy for early detection of tumor region by fast whole-body CT scanning and then those real-time monitoring by US imaging.

유한요소해석을 이용한 척추 불안정성 및 극돌기간 삽입술의 생체역학적 평가

최대경 경희대학교 2013 국내석사

Low back pain is a common disease in the world. Low back pain has been known to be related with spinal instability. However, there is a controversy about the evaluation of instability because there is a lack of consensus regarding quantitative clinical or radiological definition of the instability. In addition, the major factors to affect on the instability has not been elucidated although the disc degeneration, disc injury, or ligament injury were considered to result in such instability. Spinal decompression surgery with spinal fusion is a widely used surgical procedure for the treatment of spinal instability in the lumbar spine. However, it has been known that spinal decompression surgery causes the spinal instability. Some cadaveric and finite element (FE) studies have reported that adjacent segment degeneration may reduce adverse effects on the adjacent levels resulting from fusion by maintaining physiologic ROM as well as pressure. Therefore the interspinous process spacers(IPS) have been recently used due to its advantages such as motion preserving and less subsidence of the implant to the osteoporotic bone. However, the various influences by different types of IPSs and pretension of ligatures on the lumbar spine are still unknown. Therefore, the purpose of this study was to develop the finite element models of lumbar spine for biomechanical simulation and evaluate the biomechanical effects of spinal instability and various IPSs based on finite element analysis. A three dimensional FE model of the L3-L4 functional spinal unit was developed from 1-mm thickness of computed tomography (CT) images. Clinical data and results of previous studies were taken for determining attachment points of ligaments and material properties of the model. Then, the model in which the SSL was removed (SSL), the model in which the ISL was removed (ISL), the model in which both the SSL and ISL were removed (SSL+ISL), and the model in which the post-bone of superior vertebrae were separated (Isthmic defect) were developed to represent the spinal instability. Three dimensional FE models of five different IPSs such as CoflexTM, WallisTM, VikingTM, DiamTM and Spear® and one pedicle screw system were developed. Interspinous process surgeries and spinal fusion based on the clinical protocol were virtually performed using the developed FE models of the lumbar spine and implants. Effects of spinal instability and pretension of ligature on the results of interspinous process surgery were analyzed in flexion, extension movements. Inferior plane of L4 vertebra was fixed in all directions. For the spinal instability models, flexion-extension moments of 7.5Nm were applied with a compressive force of 400 N and shear force. For the IPS models, flexion-extension moments of 7.5Nm were applied with a compressive force of 400 N along the direction from upper vertebra center to the lower one on the superior plane of L3 vertebra. Pretension of the ligature was varied from 0N to 400N with an increment of 100N. In this study, ranges of motion (ROMs) in flexion and extension movements, sagittal translation of superior vertebrae and maximum von-Mises stress at the spinous process in extension movement were analyzed using ABAQUS StandardTM ver. 6.10(Simulia Corp., U.S.A.). The intersegmental angles were increased to 8.3 ~ 11.8° in the Case1 and to 12.5 ~ 19.2° in the Case4. For the SSL, ISL, SSL+ISL, and isthmic defect models, the angles were increased by 7%, 13%, 25%, and 51% in the Case1, and by 54%, 64%, 82%, and 133% in the Case4, respectively, in comparison to the intact model in the Case1. The Case4 showed larger rotation angles in comparison with the Case1. For the SSL, ISL, SSL+ISL, and isthmic defect models, the translations were increased by 19%, 22%, 25%, and 33% in the Case1, and by 55%, 58%, 63%, and 80% in the Case4, respectively, in comparison to the intact model in the Case1.The results show that the combination of spine injury and loading condition accelerated rotational and translational instability although each factor could affect on the instability. Pretension of ligature acting on spinous process constrained flexion movement of the IPS implanted models and tended to reduce ROMs of flexion movement of the models. In spite of increase of pretension of ligature, ROMs of IPS implanted models were higher than ROMs of fusion models in flexion and extension movement. Because IPSs are inserted between upper and lower interspinous processes, the maximum stress on interspinous process is occurred in extension. Therefore additional force which generated extension movement by pretension increased maximum von-Mises stress on the interspinous process. High von-Mises stress on the spinous process means the high risk of the subsidence of the osteoporotic bone related with failure of surgery. The results of this study showed that excessive pretension of ligature could increase the risk of subsidence of the osteoporotic bone and decrease the ROMs of flexion-extension movement. Therefore the magnitude of pretension of ligature should be carefully considered in the interspinous process surgery. We analyzed biomechanical effects of spinal instability and biomechanical characteristics of different types of interspinous implants. The results indicated that the combination of factors could be considered to have higher influence on the translational or rotational instability rather than a single factor. While all kinds of interspinous implants studied in this study increased stability of motions segment in extension, tremendously different values of maximum von-Mises stress was shown in each implant. Therefore, the influence of interspinous implants on subsidence of interspinous process should be considered in the interspinous implant surgery, as well as the increase of stability of motion segment. The results of this study could be useful for investigating the mechanism of spinal instability and evaluating and selecting surgical options and implants in spinal surgeries. 척추는 위쪽의 머리를 받쳐주고, 아래쪽은 골반과 연결되는 근골격계에서 가장 복잡한 관절로써 인체를 지지하고, 몸의 평형을 유지하며, 뇌에서 척추 안으로 내려오는 척수를 보호하는 매우 중요한 역할을 한다. 이렇게 중요한 역할을 하고 있는 척추에서 요통의 유병률이 80%에 이른다고 보고되고 있으며, 여러 가지 요통의 원인 중 척추성 원인이 가장 빈번한 요통을 유발한다고 알려져 있다. 척추성 원인은 척추 불안정성과 관련이 있으며, 척추 불안정성의 원인으로 추간판 퇴행, 인대 결손 등이 있다고 보고되었다. 하지만, 이러한 원인들이 척추 불안정성에 미치는 영향은 명확하게 분석되어 있지 않다. 현재 척추 불안정의 치료를 위한 수술적 치료방법으로 척추 감압술과 유합술이 널리 사용되고 있다. 그러나 척추 분절의 감압 정도가 심한 경우에는 척추 감압술이 수술 분절의 척추 불안정성을 일으키는 것으로 보고되었으며, 척추 유합술은 수술 분절을 고정시킴으로써 인접 분절의 회전 각도나 후관절의 접촉력, 추간판의 내압을 증가시켜 인접분절의 퇴화를 가속화시켜 인접분절질환을 유발한다고 보고되고 있다. 따라서 기존의 척추 유합술의 임상적 문제점을 보완하기 위하여 역동적 안정술 중의 하나인 척추 극돌기 사이에 고정체를 삽입하는 극돌기간 삽입술이 제안되어 임상에서 시술되고 있다. 하지만 비교적 새로운 임플란트이기 때문에 생체역학적 특성 연구가 매우 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 생체역학 해석용 유한요소 모델을 개발하고, 이를 이용하여 척추 불안정성 및 극돌기간 삽입술의 생체역학적 평가를 수행하였다. 척추에 병변이 없는 사람의 CT 영상과 기존 문헌에서 제시하고 있는 모델링 기법, 해부학 정보, 척추의 물성 정보 등을 이용하여, 정상 요추의 유한요소 모델을 개발하였다. 개발한 검증된 정상 요추의 유한요소 모델을 이용하여 척추 불안정 모델을 개발하였다. 정상 모델에 후방 구조물의 인대를 제거하거나 협부에 골절을 발생시킴으로써 척추의 불안정을 부여하였다. 또한 실제 수술방법에 따라서 5가지 다양한 극돌기간 임플란트와 척추경 나사못 시스템을 삽입하여 가상 수술을 시행하였다. 척추가 불안정해지는 경우 전, 후방으로 전단력이 발생하기 때문에 질환이 발생한 분절에 굽힘 시 전방, 신전 시 후방으로 전단력을 가하였다. 극돌기간 임플란트를 삽입하는 경우 고정끈으로 임플란트를 극돌기에 고정할 때 고정끈의 예장력을 0, 100, 200, 300, 400 N으로 변화시켰다. 각각의 척추 분절에 인체의 무게를 고려한 추적경로하중을 부가하고, 상위 추체의 상단에 다양한 방향의 모멘트를 가하여 척추 불안정성 및 극돌기간 삽입술의 생체역학적 특성 분석을 위한 가상시험을 수행하였다. 부상의 종류에 따라서 정상, 인대 결손, 협부 결손 순으로 불안정성이 점차 증가하였으며, 하중 조건에 따라서 전단력을 고려할 때 대부분의 모델에서 척추 불안정성의 기준을 초과하였다. 즉, 각각의 요소가 불안정성에 영향을 미친다고 할지라도 인대 결손과 협부 결손, 전단력 등의 요소가 복합적으로 작용할 때 더 큰 척추의 불안정을 일으킨다고 말할 수 있다. 또한 자세의 불균형이나 척추 근육의 불안정적인 작용 등의 영향으로 인해 발생할 수 있는 전단력도 척추 불안정성의 원인이 되는 중요한 요인이 될 수 있음을 알 수 있었다. 척추 극돌기간 임플란트와 척추경 나사못을 삽입한 경우 극돌기간 임플란트 삽입 시 척추경 나사못 시스템에 비하여 큰 굽힘 운동이 발생하였다. 하지만 고정끈의 예장력이 증가함에 따라 척추경 나사못 시스템과 비슷한 굽힘 운동을 나타냄으로써 수술 분절의 안정성을 효과적으로 높일 수 있을 것으로 판단된다. 또한 극돌기간 임플란트의 고정끈의 예장력을 증가시켰을 때 기저물질에 발생하는 최대 von-Mises 응력이 감소하였다. 하지만 예장력이 증가함에 따라서 극돌기에 발생하는 응력이 증가하였으며, 극돌기의 피로수명은 감소하였다. 골밀도가 낮은 환자의 경우 정상인에 비하여 임플란트가 뼈를 침강하거나 극돌기가 피로 골절되는 위험성이 증가할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 유한요소 해석을 이용하여 척추 불안정성의 생체역학적 평가를 하고, 극돌기간 임플란트를 사용한 수술법에서 나타날 수 있는 다양한 문제점을 파악할 수 있었다. 본 연구의 결과는 향후 불안정성의 원인 및 기전을 규명하는데 도움이 될 수 있을 뿐만 아니라 척추 질환 환자의 수술적 및 비수술적 다양한 치료 방법을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다. 또한 다양한 극돌기간 임플란트에 대한 생체역학적 성능 평가 결과와 개발한 척추 유한요소 모델을 이용한 가상시험 기술은 다양한 수술 방법의 효과 검증 및 검토, 기존 척추 수술용 임플란트의 문제점 분석 및 개선, 새로운 척추 수술법 및 척추 임플란트의 개발 등에 매우 유용하게 활용될 수 있을 것이다.