손목 손가락 관절가동범위 측정에 관한 3차원 동작분석 프로그램의 신뢰도 연구

박선하 연세대학교 대학원 2022 국내석사

본 연구는 손목과 손가락 관절가동범위 측정에 대한 3차원 동작분석 프로그램의 신뢰도를 알아보고자 하였다. 연구의 대상자는 정상인으로 손목과 손가락의 움직임에 제한이 없는 자, 본 연구의 목적을 이해하고 참여를 동의한 자 50명을 대상으로 하였다. 3차원 동작분석 프로그램의 신뢰도를 측정하기 위해 측각기와 3차원 동작분석 프로그램으로 손목과 손가락 관절가동범위를 각각 1회씩 측정하였다. 측정항목은 손목관절 굽힘·폄, 손목 자뼈쪽·노뼈쪽 치우침, 엄지 손허리손가락·손가락뼈사이 굽힘, 엄지 노뼈쪽 벌림, 검지~새끼 손허리손가락·몸쪽손가락뼈·먼쪽손가락뼈 굽힘, 검지~새끼 손허리손가락 총 11항목이었으며, 오른쪽과 왼쪽을 나누어서 측정하였다. 3차원 동작분석 프로그램의 신뢰도를 측정하기 위해 측각기를 이용한 측정값과 3차원 동작분석 프로그램을 이용한 측정값의 일치도와 불일치 양상을 비교하였다. 두 측정 도구의 측정값의 일치도를 분석한 결과 44개의 항목 중 38개 측정항목에서 매우 높은 일치도를 보였으며, 측정값의 불일치 양상을 분석한 결과 오른쪽 손목 자뼈쪽 치우침, 오른쪽 엄지 손가락뼈 사이 굽힘, 왼쪽 엄지 노뼈쪽 벌림 항목에서 불일치 양상이 나타났다. 본 연구 결과를 통해 3차원 동작분석 프로그램을 통해 관절가동범위 측정이 가능함을 알 수 있었으며, 측각기를 대체할 도구로 사용될 가능성을 알아볼 수 있었다. 또한 본 연구결과를 토대로 3차원 동작분석 프로그램을 통한 다양한 관절가동범위 측정으로 연구가 확장되고, 3차원 동작분석 프로그램이 측정의 편리성, 정확성의 장점을 기반으로 다양한 임상 분야에서 활용되기를 기대한다. The purpose of this study was to investigate the reliability of a 3D motion analysis program for measuring wrist and finger joint range of motion. The subjects of this study were 50 normal persons who had no restrictions on wrist and finger movements, and those who understood the purpose of this study and agreed to participate. To measure the reliability of the 3D motion analysis program, the range of motion of the wrist and finger joints was measured once each with a goniometer and 3D motion analysis program. Measurement items were wrist joint flexion/extension, wrist ulna/unarbitrary side bias, thumb interphalangeal flexion, thumb divergence, index finger to little finger/proximal finger bone/distal finger bone flexion, index finger~ There were a total of 11 items of the little finger and lower finger, and measurements were made by dividing the right and left sides. To measure the reliability of the 3D motion analysis program, the degree of agreement and inconsistency between the measured values ​​using the goniometer and the 3D motion analysis program were compared. As a result of analyzing the concordance of the measured values ​​of the two measurement tools, 38 out of 44 items showed a very high degree of concordance. A discrepancy pattern was found in the item of divergence of the left thumb. Through the results of this study, it was found that the joint range of motion could be measured through the 3D motion analysis program, and the possibility of using it as a substitute for the goniometer could be investigated. In addition, based on the results of this study, it is expected that the research will be expanded to measure various joint motion ranges through the 3D motion analysis program, and that the 3D motion analysis program will be utilized in various clinical fields based on the advantages of convenience and accuracy of measurement.

디지털 비디오투시검사와 3차원 동작분석기를 이용한 경추의 운동형상학적 분석

조윤상 고려대학교 대학원 2011 국내박사

Objective: Chronic neck pain is a common musculoskeletal malady in the general population. Accurate measurement of cervical range of movement (CROM) is essential in the objective assessment of neck symptomology and the effects of intervention. This study was undertaken to identify the movement patterns of the cervical spine by measurement of CROM using digital video fluoroscopy and three dimensional (3D) dynamic motion analysis in normal subjects and in patients with chronic posterior neck pain during actual movement. Method: Cervical spine motion was recorded by digital video fluoroscopy and 3D motion analysis in normal volunteers (n=17) and in patients with chronic neck pain (n=14). Simultaneous real-time recording was performed during cervical spine movements (lateral flexion, rotation, and flexion/ extension). Fluoroscopic video images were analyzed computationally. The 3D motion analysis system provided the data of cervical spine movement. Matched pair T-test and correlation analysis were used to analyze the data collected from two tests and independent T-test was used to compare the data of two groups. Results: Fluoroscopy and 3D motion analysis of cervical spine matched well during lateral flexion and rotation movements in the coronal view in the normal control or the patients with chronic neck pain. However, the two different tests did not match during flexion to extension in the sagittal view. All cervical spine movements were decreased in chronic neck pain patients compared to the normal controls, especially in rotation. Angular changes of all the cervical intervertebral segments of motion (C4/C5, C5/C6, and C6/C7) were decreased during flexion to extension in the patients with chronic neck pain. Conclusion: The 3D motion analysis showed concordance with digital video fluoroscopy and is useful to measure CROMs in the coronal view, but not in for flexion or extension in the sagittal view. Chronic neck pain might induce the decrement of all CROMs and the rotation motion showed the most apparent limitation in chronic neck pain patients. Segmental movement analysis of the cervical spine showed the limitation of flexion and extension in all the segments, implying that chronic neck pain in patients without disc pathology is accompanied by neck stiffness.

Development and Assessment of the Dual Chamber-based Drinking Aid using Muscle Activities, Kinematic Analysis and an Assistive Device Satisfaction for Stroke Patients

허서윤 인제대학교 일반대학원 2017 국내박사

This double-blind, multi-center, randomized controlled trial mainly focuses on developing an assistive aid which is suitable for stroke patients who have struggled with using there affected arms that is unable to provide motor and sensory enhancement during drinking activities and to examine the feasibility of the device for acute phase and even chronic stroke survivors. All the stroke patients (n=67) provided informed consent to the investigation. All individuals participated in 1 weeks of training for using cups randomized over dedicated UCUP (Universal-Cup) or PCUP (Placebo-cup) training with computerized exercises. All participants were assessed within 1week before and after the intervention period. The sEMG, 3-dimensional motion analysis, 3-dimensional trunk movement, assistive device satisfaction sub-tests of the Quebec User Evaluation of Satisfaction with assistive Technology (QUEST) were measured. The result presents UCUP data group compared with PCUP showed, lesser muscle activities on upper trapezius and biceps brachii in drinking phase, triceps brachii, extensor carpi radialis longus in back transport phase, and sum of whole phases, shorter movement times during drinking, back transport, total time phases, needed lesser ROM at the phase of drinking and sum of them, shorter route distance during drinking phases only, lesser tilting movement on back and total aspects in drinking phase, higher and better satisfaction on safety, easy to use, comfortable, effectiveness and total aspect, the difference was statistically significant (p<.05). there were no differences between UCUP and PCUP data group in the variation of average values in trajectory ratio (p>.05). Double Chamber-based assistive cup could be on of better way to complete ADL, especially drinking tasks, and these evidence data for determining several rehabilitation issues related to assistive devise uses.

야구 투구 동작 시 분절 파워 분석을 통한 동작의 효율이 구속과 투구 역학에 미치는 영향

배상아 국민대학교 일반대학원 2024 국내석사

In accordance with the concept of the kinetic chain, the movement of one segment generates a pattern that is transmitted to the connected segments. In particular, the sequential movements are highlighted in the pitching motion. Therefore, by analyzing the energy flow and pitching motion when a pitcher with a fast ball speed or efficient energy transfer is pitching, the efficient pitching mechanics can be estimated. Accordingly, the present study divided the groups based on ball speed and categorized the individual participants' trials as high- or low-ball speed. Subsequently, this study confirmed whether there was a high flow of mechanical energy in participants with high ball speeds and high ball speed trials. Additionally, by adopting a different perspective, the groups were divided based on their energy delivery efficiency, and the differences in their pitching mechanics were then compared. The present study recruited a sample of twenty-two male baseball pitchers who were identified as being in good health. The pitchers' age ranged from teens to early 20s. Each pitcher threw ten balls in the form of fastballs, with the objective of achieving maximal effort. The pitching motions were recorded in 2D video and synchronized with two force plates, after which they were subjected to analysis using markerless 3D motion analysis. This resulted in the extraction of kinematic, kinetic, and temporal variables, as well as the calculation of energy variables through the application of segment power analysis. 1) Comparison of mechanical energy flow into segments between participants according to ball speed A comparison of mechanical energy flow based on ball speed revealed that the high ball speed group (HS) exhibited higher energy inflow to the upper arm during the cocking phase and higher energy inflow to torso and upper arm during the acceleration phase. These findings were statistically significant and indicated that the hypothesis proposed in this study was accepted to some extent. These results may be attributed to the significant differences observed in the kinematic and temporal variables of the trunk and knee, suggesting that the mechanisms of these segments may have been engaged in energy inflow to segments. However, the shoulder anterior force in the cocking phase, the shoulder and elbow proximal forces, and the elbow flexion moment in the acceleration phase were all found to be higher in HS group. To enhance the inflow of energy to the torso and upper arm, training that reinforces the musculature of the lower extremities and abdomen is advised, but it is necessary to apply an injury management strategy. 2) Comparison of mechanical energy flow into segments within participants according to ball speed A comparison of mechanical energy flow based on ball speed revealed that the high ball speed trial (HT) exhibited a higher energy inflow to the torso during the acceleration phase. The results demonstrated that the hypothesis of this study was accepted to some extent. This may be attributed to the presence of knee extension mechanism and maximal horizontal ground reaction force in HT. However, the shoulder and elbow proximal forces in the acceleration phase were observed to be higher in HT. To enhance the energy flow of individual pitchers, training that strengthens the lower extremities is recommended, but it is essential to implement an injury prevention method. 3) Comparison of pitching mechanics between participants according to energy delivery efficiency A comparison of pitching mechanics based on energy delivery efficiency was conducted. The high energy delivery group (HE) exhibited higher shoulder abduction angle at the event of ball release and lower elbow medial force during the acceleration phase. It indicated that the proposed hypothesis has been partially validated. The results demonstrated that shoulder abduction movement may impact energy flow, and efficient energy delivery may reduce joint loads. Accordingly, in order to reduce joint loads and enhance pitching efficiency, it is essential to reinforce the shoulder joint and identify self-optimized motion that can mitigate joint loads on pitchers. 4) General conclusion The present study shows that mechanical energy flow from the torso may contribute to increase ball speed and suggest that it can reduce joint loads if energy delivery is efficient. Torso energy flow may improve pitching efficiency by increasing ball speed, but it may also increase joint loads. Nevertheless, pitchers' self-optimizing motion that increases energy delivery efficiency can control joint loads. Therefore, mechanical energy flow can be a potentially important factor influencing ball speed and joint loads. 운동 사슬 개념에 따라 한 분절의 움직임은 연결된 분절과 하나의 패턴을 생성하는데, 특히 투구 동작은 순차적인 움직임이 부각된다. 여기서 구속이 빠르거나 에너지 전달이 효율적인 투수가 투구할 때 에너지 흐름 및 투구 동작을 분석한다면 효율적인 투구 역학을 추정할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구는 구속을 기준으로 집단을 나누었고, 연구 대상자 개인의 구속이 빠른 시도와 느린 시도를 나누었다. 그리고 구속이 빠른 집단, 대상자 각 개인이 구속이 빨랐던 시도에서 에너지 흐름이 높게 나타나는지 확인하였다. 또한 관점을 전환하여 에너지 흐름을 기준으로 전달 효율이 높은 집단과 낮은 집단을 나누어 투구 동작의 차이를 비교하였다. 본 연구는 22명의 건강한 남성 야구 선수를 모집하여 투구 동작을 측정하였다. 이들은 10대에서 20대의 연령대로, 측정 장소에서 몸풀기 후 최대 노력으로 10회 투구를 전부 직구로 진행하였다. 투구 동작은 2D 영상으로 촬영되었고, 이는 지면 반력기와 동기화되었다. 이후 영상 속 투구 동작은 마커리스 동작 분석으로 모델링이 되어 동작 분석 소프트웨어에서 운동학적, 시간적, 운동역학적 변인을 산출하였고 파워 분석으로 에너지 변인이 계산되었다. 1) 투구 구속에 따른 대상자 간 분절의 역학적 에너지 흐름 비교 구속을 기준으로 나누어 에너지 흐름을 비교한 결과, 구속이 빠른 집단은 코킹 구간에서 위팔에 유입된 에너지가 높았고, 가속 구간에서 몸통, 위팔에 유입된 에너지가 높았으며, 통계적으로 유의한 차이로 나타났으므로 해당 연구의 가설이 일부 수용되었음을 보여준다. 이에 대해 몸통과 무릎의 운동학적, 시간적 변인에 유의한 차이에 의한 메커니즘이 분절의 에너지 유입 증가로 작용했을 가능성이 있다. 그러나 코킹 구간에서 어깨 앞쪽 힘, 가속 구간에서 어깨 몸쪽 힘과 팔꿈치 몸쪽 힘 그리고 팔꿈치 굽힘 모멘트가 구속이 빠른 집단에게 높게 나타났다. 몸통과 위팔의 에너지를 높게 유입하려면 하지와 몸통을 강화하는 트레이닝 적용이 고려되나, 부상 관리 전략 또한 고려할 필요가 있을 것이다. 2) 투구 구속에 따른 대상자 내 분절의 역학적 에너지 흐름 비교 연구 대상자 개인에게 구속이 빨랐던 시도와 느렸던 시도를 비교한 결과, 구속이 빨랐던 시기에는 대상자들이 가속 구간 동안 몸통에 유입된 에너지가 높았음을 확인하였고, 해당 연구의 가설이 일부 수용되었다. 이는 무릎을 펴는 메커니즘과 수평 방향으로 지면 반력이 높게 작용하여 나타났을 가능성이 있다. 다만 공을 빠르게 던졌을 때 가속 구간에서 어깨 몸쪽 힘과 팔꿈치 몸쪽 힘 또한 높게 발생했으므로 선수 개인의 에너지 흐름을 높이기 위한 하지 강화 훈련 뿐만 아니라 부상 예방을 위한 관리 방법이 요구될 것이다. 3) 에너지 전달 효율에 따른 대상자 간 투구 역학 비교 에너지 전달 효율이 높은 집단과 낮은 집단을 나누어 투구 동작을 비교한 결과, 에너지 전달 효율이 높은 집단이 공을 던진 시점에서 어깨 관절 벌림 각도가 높았고, 가속 구간에서 팔꿈치 안쪽 힘이 낮은 것을 확인하여 연구 가설의 일부가 수용되었음을 확인하였다. 이러한 결과는 어깨 벌림 동작이 에너지 흐름에 작용하였고, 에너지 전달이 높으면 일부 관절 부하를 낮출 수 있는 가능성을 보여준다. 그러므로 관절 부하를 낮추어 투구 효율을 높이려면 어깨 동작에 대한 훈련 뿐만 아니라 투수에게 부하를 낮출 수 있는 최적화된 동작을 찾기 위해 어깨 움직임을 평가할 필요가 있을 것이다. 4) 총론 본 연구 결과는 몸통의 에너지 흐름이 구속 향상에 기여했을 가능성을 보여주고, 에너지 전달이 효율적이면 관절 부하를 일부 낮출 수 있음을 시사한다. 몸통의 에너지 흐름은 구속을 높여 투구 효율을 높이는데 주요한 역할을 할 수 있으나 낮은 에너지 전달 효율은 관절 부하를 높여 투구 효율을 저하시킬 수 있다. 이는 투수가 에너지 전달 효율을 최적화한 동작을 통해 관절 부하를 조절하고 투구 효율을 향상시킬 가능성을 제안한다. 이를 통해 역학적 에너지 흐름은 구속과 관절 부하에 영향을 주는 중요한 요소로 작용할 가능성이 있음을 보여준다.

대칭형 상지운동기구를 이용한 손목의 굴곡/신전 운동 시 근장력과 관절 토크

권은진 연세대학교 대학원 2006 국내석사

우리나라에서 암에 이어 사망률 원인 두 번째를 차지하는 뇌졸중은 지속적인 간호와 관리가 요구되며 마비환자의 독립적인 일상생활을 위한 재활치료가 필요하다. 이러한 재활과정의 운동기능 회복을 규명할 객관적인 평가가 필요한데 기존 연구에서는 근장력과 관절 토크의 규명이 미비하였다본 연구에서는 정상인 성인 10과 편마비 환자 3명을 대상으로 대칭형 상지운동기구를 이용하여 손목관절의 굴곡/신전 운동을 수행하는 동안 삼차원 동작분석을 시행하고 이를 근골격 모델에 입각한 역동역학적 해석을 통하여 관절 토크 및 근장력을 결정하고 근장력과 근전도의 관계를 규명하였다.본 연구를 위하여 상체 근골격계 병력이 없는 정상 성인 남성 10명과 만성 편마비 환자 3명을 피검자로 선정하여 삼차원 동작분석, 근전도 측정과 동역학 해석을 수행하였다. 플러그인 마커세트에 입각하여 총 23개의 반사마커를 피검자의 상체에 부착한 후 동작분석시스템(Vicon Motion Systems, UK)을 사용하여 삼차원 동작분석을 수행하였다. 대칭형 상지운동기구는 한쪽 손으로 상지운동기구의 손잡이를 회전시킬 때 반대쪽 손잡이도 대칭적으로 회전되도록 제작되었다. 피검자는 신호에 따라 손목관절 굴곡/신전 운동을 시작하였으며 피검자가 8초 동안 일정한 속도로 최대굴곡에서 최대신전까지 수행하도록 하였으며 총 3번 반복 측정하였다. 근활성도와 동역학 해석을 통하여 얻은 근장력을 비교하기 위하여 근전도를 측정하였다. 본 실험에서는 손목관절의 굴곡/신전에 관여하는 2개의 근육인 요측수근굴근(Flexor Carpi Radialis), 단요측수근신근(Flexor Carpi Radialis)을 선정하였다. 근전도 신호는 1080Hz로 측정하였으며 근전도는 삼차원 동작분석시스템(Vicon Motion Systems, UK)과 동기화 하여 측정하였다. 측정된 근전도 신호는 RMS(root mean square)를 취하여 근활성도로 변환하였다. 삼차원 동작분석으로 얻어진 마커들의 궤적을 이용하여 동역학 해석을 수행하였다. 동역학 해석을 위하여 삼차원 모델링 프로그램인ADAMS(MSC Software Corp., 미국)와Lifemod(Biomechanics Research Group Inc., 미국)를 사용하였다. 체절 및 관절, 근육 등을 생성한 후 관절과 근육에 대한 강도와 제동을 설정하여 상지 근골격 모델을 생성하였다. 근육 모델링으로부터 생성된 근육은 스프링-댐퍼 특성을 지니게 되고 생성된 각근육들은 인체 분절의 특정한 위치에 부착되어 근장력 해석을 수행된다. 삼차원 동작분석시스템에서 얻은 마커 위치와 이동경로를 생성된 상지 모델에 인가한 후 반사마커와 운동수행자(motion agent)를 서로 일체화시킨 후 근골격 모델의 해석을 수행하였다. 역동역학 해석(inverse dynamics)을 통해 총 4개의 근육의 장력과 손목관절 토크를 해석하였다. 삼차원 동작분석과 근활성도, 역동역학 해석을 통하여 얻은 결과는 다음과 같다.1. 손목 관절의 굴곡/신전운동 수행 시 손목 관절의 굴곡/신전 각도는 정상인과 편마비 환자 모두 능동측 손이 수동측 손에 비하여 크며 능동측 손에 비하여 수동측 손의 최대 굴곡/신전 각도가 시간상으로 늦게 발생한다.2. 손목 관절의 굴곡/신전운동 수행 시 손목 관절의 각도는 정상인은 굴곡/신전 각도가 비슷하게 발생하나 편마비 환자의 경우 굴곡 각도에 비하여 신전각도가 작으나 수동측 손의 최대 굴곡/신전각도는 시간상으로 늦게 발생한다.3. 손목 관절의 굴곡/신전운동 수행 시 손목 관절의 토크는 정상인과 편마비 환자 모두 손목 관절의 굴곡/신전 각도와 비례하며 능동측 손이 수동측 손에 비하여 토크의 값이 크며 시간상으로 수동측 손이 능동측 손에 비하여 최대 굴곡/신전토크가 늦게 발생한다.4. 손목 관절의 굴곡/신전 운동 수행시 손목 관절의 근장력은 정상인과 편마비 환자 모두 손목 관절의 굴곡/신전 각도가 증가하면 커지며 능동측 손이 수동측 손에 비하여 근장력이 크다.5. 정상인의 경우 근장력과 근활성도를 비교하였을 때 능동측 손목 관절과 수동측 손목 관절 모두 연관이 있음을 알수 있었으며 편마비 환자의 경우 환자 스스로가 제어 가능한 능동측 손목 관절은 근장력과 근활성도의 연관성을 알 수 있었으나 스스로 제어가 불가능한 수동측 손목 관절은 연관성을 알 수 없었다.이상의 결과로부터 본 연구에서 수행된 대칭형 상지 운동기구를 이용한 손목 관절의 굴곡/신전 운동수행 시 정상인과 편마비 환자의 운동학적 분석과 직접적인 운동역학적 분석과 근장력과 근활성도의 비교/분석이 가능함을 알 수 있었으며 연구 결과를 토대로 동역학 해석을 통한 직접적인 운동역학적 분석을 통해 편마비 환자의 운동역학적 분석에 적용될 수 있을 것으로 기대한다. The stroke that occupies the second place next to cancer in terms of the cause in the death rate in Korea. A rehabilitation is necessary for hemiplegia patients for their independent life. In this regard, it is necessary to have an objective evaluation to examine closely the rehabilitation in exercise function in such rehabilitation process. However, such examination on muscular tension and joint torque was insignificant in the existing study.In this study, a three-dimensional analysis on movement was performed during the performance of flexion/extension exercise of a wrist joint by using a symmetric upper limbs exercise tool with respect to ten normal adults and three hemiplegia patients. In this regard, the joint torque and muscular tension was determined through a kinetic and mechanical interpretation based on a muscular skeleton model and the relationship between a muscular tension and an electromyogram was examined.By selecting ten normal male adults having no clinical history in muscular skeleton system in an upper body and three hemiplegia patients as examines for this study, a 3-D motion analysis, EMG measurement and inverse dynamic simulation were performed. Based on a plug-in marker set, 23 reflection markers were attached to the upper body. And a three-dimensional analysis was performed. The symmetric wrist exercise system was manufactured for a symmetric wrist exercise. The flexion/extension exercise of a wrist joint by a signal flexion/extension and was made to perform from the maximum flexion to the maximum extension in a certain speed for 8 seconds. A measurement was repeated for three times. An electromyogram was measured to compare a muscular tension. In this experiment, Flexor Carpi Radialis and Flexor Carpi Radialis, muscles related to flexion/extension of a wrist joint, were selected. The electromyogram was measured by synchronization with a three-dimensional analysis on movement. The measured electromyogram signal was transformed into a muscular activity by taking RMS. By using a 3-D analysis, a kinetic analysis was performed. For a kinetic analysis, ADAMS and Lifemod, inverse dynamic modeling programs, were adopted. After forming a segment, joint, and muscle, etc. and setting strength and braking on a joint and a muscle, the upper limbs’ muscular skeleton model was created. The muscle formed and each muscle so formed is attached to a particular part in human body’s segment and performs an muscular tension analysis. After that, a marker position obtained and a movement path from a three-dimensional movement analyzing system, a reflection marker and a motion agent were united and the interpretation on a muscular skeleton model was performed. Through a inverse dynamic analysis, 4 tensions in muscle and wrist joint torque analysis were performed. The result is as follows:1. In case of performing a flexion/extension exercise of a wrist joint, in terms of a flexion/extension angle of a wrist joint, an affected hand was bigger than a deaffected hand for both an normal subjecst and a hemiplegia patient. And the maximum flexion/extension angle for a deaffected hand occurs late in terms of time in comparison with an affected hand.2. In case of performing a flexion/extension exercise of a wrist joint, in terms of a wrist joint’s angle, an normal subjects flexion/extension angle occurs similarly. However, in hemiplegia patient, a extension angle is smaller than a flexion angle. But, the maximum flexion/extension angle for a deaffected hand occurs late in terms of time.3. In case of performing a flexion/extension exercise of a wrist joint, a wrist joint torque is proportional to a wrist joint flexion/extension angle for both an normal subjects and a hemiplegia patient. An affected hand torque is bigger than deaffected hand. In terms of time, the maximum flexion/extension angle for a deaffected hand occurs late in comparison with an affected hand.4. In case of performing a flexion/extension exercise of a wrist joint, in terms of a wrist joint’s muscular tension, if a flexion/extension angle of a wrist joint increases, both normal subjects and a hemiplegia patient get bigger. An affected muscle tesnion bigger than a deaffected hand.5. In case of an normal subjects, a wrist joint in affected and a wrist joint in deaffected are all related. In case of a hemiplegia patient, a wrist joint in affected part that a patient can control for oneself has a relation with a muscular tension and a muscular activity. However, the relation could not be found out in case of a wrist joint in deaffected that one cannot control for oneself.From the above result, it was found out that in case of performing a flexion/extension exercise of a wrist hand by using a symmetric wrist exercise system performed. In this study, a kinematics analysis on an normal subjects and a hemiplegia patient, a direct kinetic analysis, and a comparison/analysis on a muscular tension and a muscular activity were possible. It is expected to be applied to a kinematics analysis on a hemiplegia patient through a direct kinematics analysis via kinetic analysis on the basis of a research result.

다체절 발 모델 개발을 통한 보행 시 정상인과 무지 외반증 환자의 발의 세부 운동특성 분석

황성재 연세대학교 대학원 2005 국내석사

The foot, making contact with the ground, is essential in keeping the dynamic stability, while the body moves forward in human walking. But, various foot problems have been rapidly increasing in these days. These problems cause gait abnormalities, influencing on many other parts of the body. Many studies have been performed to determine biomechanics of the foot during locomotion. However, most previous studies focused on describing only ankle joint and there were few studies about the detailed foot motion of the various foot diseases. In this study, a multi-segment foot model which can make for the weakness of the previous foot model was developed for later clinical applications and then applied to the 3D motion analysis to determine detailed foot motions of normal and hallux valgus during the gait. And also we analyzed the areal plantar pressure of the foot and the muscle activity relating the foot movement along the gait cycle. A 9-segment foot model was defined to analyze the foot motion in sagittal, frontal and transverse planes during gait. Metatarsal bones were divided into medial and lateral parts to observe the change of the arch in the foot. There were three parts in the toes; hallux, medial toes and lateral toes. In addition, calcaneous, cuboid, talus and tibia were also defined. Based on the segmental definition, eight major joints in the foot were defined hallux metatarsophalangeal(MP) joint, medial MP joint, lateral MP joint, medial tarsometatarsal(TM) joint, lateral TM joint, subtalar joint, calcaneocuboid joint and talocrural joint. And totally nineteen 9mm reflective markers were attached at anatomical locations based the foot model. A user-defined motion analysis software was used for the modeling like that all markers were grouped, based on the foot anatomy and segmental coordinates, Euler angles were defined as well. The detailed foot motion of the normal and hallux valgus during the gait by using the developed multi-segment foot model was analyzed and compared. In sagittal plane, the hallux MP joint is rapidly dorsiflexed during the loading response and plantarflexed during the terminal stance for push-off process in the normal subject whereas, in the hallux valgus subject, the range of motion of the hallux MP joint is very small and specially there''s large difference in terminal stance as compared with the normal. In frontal plane, the hallux valgus sbject''s talocrural joint moved for the eversion early in the terminal stance and the subtalar joint is hyper-everted by comparison with the normal subject. In transverse plane, the talrocrural joint and the hallux MP joint moved for the hyper external rotation in hallux valgus subject. From the result''s of the comparison about the dynamic plantar pressure, we can also know that the hallux valgus walked under the large pressure in lateral side of the foot. The present multi-segment foot model would be very useful to diagnose and to treat other foot disease patients. And it also could be very helpful for the design of the special insole or shoes for the foot disease patients. 인간의 보행에 있어 지면과 접촉을 이루는 발은 에너지를 저장, 방출하여 추진력 공급 및 균형 유지의 중요한 역할을 하는 복잡하고 정교한 인체 기관이다. 그러나 최근 다양한 발 질환이 급증하고 있고, 이는 보행에 이상을 가져오게 되어, 신체의 여러 부위에 연쇄적으로 나쁜 영향을 미친다. 발의 생체역학적 기전을 규명하기 위해 많은 연구들이 이루어져 왔지만 발의 여러 관절에 대한 분석이 없었고, 다양한 발 질환에 대한 운동특성의 분석이 미비하였다.본 연구에서는 다양한 발 질환의 임상적 진단과 치료를 위해 기존의 단일체절 또는 3~4개의 다체절 발 모델의 단점들을 보완하는 9개 다체절 발 모델을 개발하고 개발된 모델을 정상인과 무지 외반증(hallux valgus) 환자군에 적용하여 보행 중 발의 세부 운동 특성을 분석하였다. 그리고 보행 시 발바닥에 작용하는 압력을 영역별로 나누어 보행주기에 따라 분석하고 이러한 분석 인자들과 관련하여 발의 주요 운동을 담당하는 근육들의 근활성도를 보행주기에 따라 분석하였다. 보행 시 발의 충격흡수 및 균형유지에 주요한 역할을 하는 활(arch)들의 변화들을 관찰하기 위해 중족골 부위를 내․외측으로 나누었고, 무지 외반증과 같은 발 질환의 적용을 위하여 발가락 부위를 엄지발가락, 내측 발가락, 외측 발가락 부위로 나누어 정의하였다. 또한 발꿈치뼈, 입방뼈, 목말뼈, 정강뼈를 각각 정의하여 총 9개의 체절의 발 모델을 개발하였다. 개발된 발 모델을 바탕으로 엄지발가락 허리관절, 내측 발가락 허리관절, 외측 발가락 허리관절, 목말밑관절, 발꿈치 입방관절, 발목관절의 총 8개 관절을 정의하고 총 19개의 마커를 해부학적으로 유의하게 위치시켜서 마커 ?V을 구성하고 다체절 모델링 프로그램을 사용하여 모든 체절과 관절들을 계층적으로 구속시켰다. 개발된 다체절 발모델을 사용하여 정상 성인군과 무지 외반증 환자군에 대한 발의 세부 운동특성을 분석하여 비교하였다. 시상면에서 엄지발가락 허리관절이 정상인의 경우 하중수용기에 급격한 굴곡을 한 후에 말기입각기에 급격한 신전을 하여 발이 지면을 차고 나가는 것을 보조하는 것에 반해 무지 외반증 환자군의 경우 전체적으로 굴곡과 신전의 운동크기가 매우 작고 특히 말기입각기시에 정상인의 운동 각도와 큰 차이를 보였다. 전두면에서는 말기입가기에 발목관절의 운동에서 정상인에 비해 환자군이 일찍 외반을 시작하는 특징과 목말밑관절의 입각기 초기에 과도한 외반을 하는 특징을 보였다. 횡단면에서는 보행주기 전체동안 발목관절과 엄지발가락 허리관절의 과도한 외회전의 특징을 보였다. 동적 발바닥 압력분포를 비교한 결과, 무지 외반증 환자군의 경우 정상인에 비해 외측으로 큰 압력을 받으면서 보행을 하고 상대적으로 내측 전족부와 엄지발가락부에 훨씬 작은 압력을 받는 것을 확인하였다. 보행 시 발의 운동에 관련된 근육들의 근활성도를 삼차원 운동특성 분석 결과 및 동적 발바닥 압력분포 결과와 연관하여 분석하여 다음과 같은 무지 외반증 환자군의 운동 특성을 찾았다.1. 무지 외반증 환자는 대부분 환부가 제 1 중족골두에 위치하기 때문에 보행 시 환부에 가해지는 자극을 피해 발의 외측으로 보행을 하는 특성이 있다.2. 그리하여 보행주기 전체적으로 발의 배굴 및 내반을 담당하고 있는 앞정강근의 과도한 활동을 유발하고 발 외측에 높은 압력을 분포시킨다. 3. 그리고 정상군에 비해 긴종아리근을 빨리 활성화 시켜서 회내 운동을 빨리 시작하여 제 2~3 중족골두로 압력중심이 지나가게 보행을 한다.이와 같은 결과를 통하여 향후 다른 다양한 발 질환의 임상적 진단과 치료를 위한 운동특성 분석이 가능하고, 발 질환 환자들을 위한 특수 안창 및 특수화의 제작에 큰 도움이 될 것으로 생각된다.

소방용 방화복의 치수체계 및 3차원 동작분석을 이용한 상의 패턴 개발

한설아 서울대학교 대학원 2009 국내박사

계단하강보행동안 주어진 체성감각자극이 청년과 노인의 하지 운동학적 반응에 관한 연구

소하주 전북대학교 대학원 2011 국내석사

The purpose of this study was to investigate changes in the center of pressure (COP), ground reaction force (GRF) and joint angles. The participants in this experiment were 5 elderly people and 5 young people, each of which was asked to descend staircases of three different heights (8cm, 16cm, and 32cm). As they climbed down the stairs, they received vibration stimulation on the lower limb. The change of COP, GRF and joint angles were analyzed during the stance phase. COP decreased as the Achilles tendon and tibialis anterior tendon were vibrated. Vertical GRF increased as the Achilles tendon was vibrated, and the joint angle differed according to vibration stimulation conditions. These results mean that ankle joint, knee joint and hip joint were influenced by the vibrations on the lower limb as the participants descended the stairs. It was concluded that the vibration stimulation on the lower limb allowed the participants to efficiently climb down the stairs.

동역학 전산모의해석을 이용한 인체 거동 분석

명성식 연세대학교 대학원 2007 국내석사

Relative contributions of lower extremity joints on the support moment were investigated in this study. Three-dimensional (3D) gait analyses were performed in normal walking and unexpected step-down walking. For both gait studies, inverse dynamics were performed to obtain each joint moment of the lower extremity, which was applied to the forward dynamics simulation to determine the contributions on the support moment at different phases of the walking. The forward dynamic simulation results showed that, in normal walking, the ankle joint contributed significantly during single-limb-support. However, the ankle joint, knee joint and hip joint worked together during double-limb-support. In unexpected step-down walking, the important contributors on the support of the body during single-limb-support were not only ankle joint but also knee joint.The agriculturists used to squat during working in sowing and harvesting season. The squatting work keeps a person in same working posture for a long time. Maintaining this posture for a long term results in musculoskeletal disorders. It is reported that the joint compression force in knee is as 7.8 times as weight in the squatting posture. The joint compression force in knee and spine was reduced by using a chair of suitable height in squatting posture. In the present paper, 3D motion analysis was used to evaluate effects of squatting posture with various height of chairs. 3D dynamic simulations were performed based on the results of 3D motion analysis to measure joint angle and torque on various height of a chair.The present research was carried out to evaluate the effects of chair heights (no chair, 10cm, 15cm and 20cm height) on lumber, hip and knee joint in squatting posture. 3D dynamic simulations were performed by using MSC.ADAMS and BRG.LifeMOD motion capture data used as input data of inverse dynamic simulation, and then joint angles and torques were calculated.The present study, analyzing the relative contributions of the lower limb joint moments for the body support, would be helpful to understand different unexpected walking conditions and compensatory mechanisms for various pathological gaits.The angle of thoracic joint has no significant difference for height change of chair. As the height of chair is increased, the magnitude of torque is decreased in lumber. In the other hands, as the height of chair is decreased, the magnitude of torque is increased in knee and hip joints. As a result, it is recommended to use suitable chair to reduce musculoskeletal disorders in the squatting. 인간은 살아가면서 생활에 필요한 사소한 동작에서부터 생활을 영위하기 위한 작업, 운동 등의 동작을 수행하고 있다. 이러한 여러 동작들 중에서 인간의 가장 중요한 활동 중에 하나는 보행이다. 그렇기 때문에 보행에 관한 연구가 중요하며 많이 수행되고 있고 이러한 보행 중에는 많은 돌발적인 상황이 발생할 수 있다. 최근에는 보행 시 상체를 지지하는 하지의 기능에 대하여 많은 연구들이 진행되고 있다. 그러나 몸의 지지에 있어서 개개의 근육과 다른 수동적 구성요소들의 영향을 모두 분석해야 하지만, 근골격 시스템의 중복성으로 인해 각 개개의 근력을 결정하는 것은 매우 복잡하고 어렵다.또한 쪼그려 앉은 작업 자세는 한국에서 작업자들에게 매우 자주 사용되는 자세이다. 쪼그려 앉은 자세는 작업의 특성상 오랜 기간 동안 반복적으로 같은 자세를 유지하게 되며, 중량물 취급 등의 작업에 비해 순간적인 생체역학적인 부하는 크지 않더라도 장기간 지속함으로 인해 작업자의 근골격계에 나쁜 영향을 끼칠 수 있다. 작업 자세 분석을 통한 근골격계 질환 해결방안은 산업계에서는 다방면으로 연구되고 있다. 그러나 농작업 자세 분석이나 농작업의 작업 강도에 대한 연구는 부족한 실정이다. 더욱이 근전도나 동작분석 시스템을 통한 객관적인 농작업 자세 분석에 대한 연구는 거의 없는 실정이다.따라서 본 연구에서는 일반적인 보행과 헛디딤 보행에서의 하지관절이 수직 지지모멘트에 미치는 영향을 삼차원 동작분석 시스템과 동역학 전산모의해석 시스템을 통하여 정량화하고 각 보행 주기에서의 각 관절 지지모멘트의 영향을 분석하였다. 또한 쪼그려 앉은 작업 자세에서의 관절의 부하를 정량적으로 판단하기 위하여 삼차원 동작분석 시스템과 전산모의해석 시스템을 이용하여 의자의 사용 없이 단순히 쪼그려 앉아서 작업을 할 시와 10, 15, 20㎝ 의자에 앉아서 작업을 하는 동안 관절 영향의 정량적인 평가를 시행하였다.보행주기에 따른 지지모멘트의 영향을 분석하기 위하여 오른발 중간입각기, 전유각기, 왼발 중간입각기로 나누어 해석하였다. 모델을 정렬한 후에, 특정한 한 관절을 제외하고 모두 0으로 한 후 0.001초 동안 해석하여 발생되는 골반중심의 수직 가속도를 계산하였다. 또한 쪼그려 앉은 자세의 분석을 위하여 각 의자 높이에 따른 관절의 영향을 분석하기 위하여 각기 다른 높이의 의자를 생성하여 각 모델을 분석하였다.분석결과는 인체가 보행 중에 상체의 수직 방향 지지에는 발목관절의 영향이 가장 크고 이러한 보행 및 돌발상황에서의 균형회복 메커니즘 또는 병적 보행에서의 보상작용 메커니즘을 이해하기 위해서는 근육의 기여도에 평가도 필요하겠다. 또한 쪼그려 앉은 자세에서 호미질 등의 작업을 할 시에는 의자를 사용하여야 하지만 의자의 높이도 또한 각 사람의 하지장의 길이에 따라 적당한 높이를 사용해야 하며 이를 보편화할 수 있는 관계를 정립하여야 하겠다.따라서 삼차원 동역학 전산모의해석의 방법을 이용하면 기존의 연구들에서는 볼 수 없었던 돌발 상황이나 병적 보행에서의 보상작용의 메커니즘을 이해하는데 기여할 것으로 생각된다. 그리고 농촌이나 산업현장에서의 여러 가지 특수한 동작에 대한 정량적인 분석이 가능하여 이전까지는 단순히 의사나 재활치료사를 통하여 진단할 수 있었던 근골격계 질환에 대하여 손쉽게 접근할 수 있을 것으로 기대한다.

3차원 동작분석법을 활용한 골프웨어 평가를 위한 기초연구

정혜원 서울대학교 대학원 2011 국내석사