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하지 절단자를 위한 다축 회전이 가능한 인공발의 개발
Development of Multi-rotational Prosthetic Foot for Lower Limb Amputee 원문보기

재활복지공학회논문지 = Journal of rehabilitation welfare engineering & assistive technology, v.10 no.4, 2016년, pp.305 - 313  

신현준 (근로복지공단 재활공학연구소) ,  박진국 (근로복지공단 재활공학연구소) ,  조현석 (근로복지공단 재활공학연구소) ,  류제청 (근로복지공단 재활공학연구소) ,  김신기 (근로복지공단 재활공학연구소)

초록
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두 발을 번갈아 옮기며 몸을 앞으로 움직이는 단순한 동작의 반복으로 보이는 보행이란 과정은 실제 인체 내의 대부분의 근육 및 인대, 뼈가 연관되어 이루어지는 복잡한 행동이다. 신체 일부가 소실된 하퇴 절단자의 경우 생체조직이 온전히 보전되어 있는 일반인과는 달리 남은 생체 부위와 의지의 공학적인 성능에만 의존해 보행을 해야 한다는 어려운 상황에 직면하게 된다. 따라서 하퇴절단자를 위한 하퇴의지는 우선 환자가 기본적인 보행이 가능케 함과 동시에 최대한 복잡한 지면 상태에 적응할 수 있도록 설계가 되어야 한다. 원활한 보행을 위해서는 배/저굴 방향의 발목의 회전이 매우 중요하고 고르지 못한 지면 상태를 극복하기 위해서는 내/외전 방향의 족부의 회전 기능이 요구된다. 최근 생체역학적인 연구를 접목한 다양한 하퇴의지가 개발되고 있으나, 이러한 고가의 고성능 하퇴의지의 경우 주로 활동성이 높은 하지절단 환자들에 초점이 맞춰져 있다. 본 연구에서는 하퇴의지 착용자의 대다수인 활동성이 낮은 K2 레벨의 환자들을 위한 하퇴의지를 개발했다. 기본적인 보행 능력 향상을 위해서 배/저굴 방향으로의 회전이 가능한 유압식 발목을 개발했고, 이를 통해서 배/저굴 방향으로 각각 $2.5^{\circ}$$4^{\circ}$의 회전이 가능함을 확인했다. 또한 수동 조절이 가능한 유압 노즐을 탑재해 환자 개개인에 적합한 발목 회전 저항력을 설정할 수 있도록 설계했다. 내/외전 방향으로의 족부의 회전이 가능하도록 이중고무 방식의 중간재를 삽입해 각각 $3.6^{\circ}$$4.1^{\circ}$의 회전이 가능하도록 설계되어 측경사나 작은 장애물들을 극복할 수 있도록 제작했다. 본 연구를 통해 개발된 하퇴의지는 K2 레벨의 하퇴절단자들이 일상생활 중에 겪게 되는 다양한 지면 환경을 극복하는데 도움을 줄 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Movements of the lower limb are important for normal walking and smooth oscillation of the center of gravity. The ankle rotations such as dorsi-flexion, plantar-flexion, inversion and eversion allows the foot to accommodate to ground during level ground walking. Current below knee (B/K) prostheses a...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 K2 레벨의 저활동성 하퇴절단 환자를 위한 하퇴의지를 개발했다. 본 연구에서 개발한 하퇴의지의 경우 멀티 링크 방식의 유압식 발목을 통해 배/저굴 방향으로 각각 2.
  • 현재 개발되고 있는 대부분의 하퇴의지의 경우 킬재가 발의 장축 방향으로 쪼개진 형태로 제작되어 어느 정도의 내/외전 회전이 가능하도록 설계되어 있으나, 실제 장애물이나 측방 경사면을 원활히 극복하기 위한 회전량을 보유한 것은 아니다. 본 연구에서는 인공발의 내/외전을 가능하게 하고 바닥으로부터의 작은 충격을 흡수할 수 있게 하기 위해서 이중 고무 방식의 보강재를 설계했다. 이중 고무 타입의 고무는 쇼어(shore) 경도 90의 하부 경질고무와 쇼어 경도 70의 상부 연질고부를 접합해 제작했다.
  • 본 연구에서는 인공발의 배/저굴 조절을 위해서 멀티 링크 방식의 유압노즐 시스템을 설계했다. 3절 링크 방식의 유압 댐퍼는 상용 의지의 유압 링크방식에 비해서 유압실린더의 작동 범위가 더 크게 설계가 가능하고, 유지보수가 상대적으로 쉽다는 장점이 있다.
  • 본 연구를 통해서 개발된 하퇴 의지는 몇 가지 안정성 테스트를 거친 후에 실제 하퇴절단자들을 대상으로 보행 분석 테스트를 진행할 예정이다. 이 임상 테스트를 통해 이중고무의 위치 및 두께 등을 좀 더 세밀하게 조절해 K2 레벨의 하퇴절단 환자들에게 최적화된 하퇴의지를 공급하고자 한다.
  • 이에 본 연구에서는 기본적인 평지 보행능력 향상을 위해서 배/저굴 방향의 회전이 가능하도록 수동 조절식 인공 발목의 개발을 우선적으로 진행했고, 다양한 작은 장애물이나 경사면을 쉽게 지나갈 수 있도록 내/외전 방향의 외전이 가능하도록 하는 인공발을 개발했다.

가설 설정

  • [10] 작은 bump에 대한 평가는 그림 4-E)와 같이 작은 장애물을 6 부분의 위치에 설치하고 일정 변위에 대한 수직 하중과 변위를 측정했다. 장애물의 크기는 작은 돌을 가정해 높이 2Cm, 지름4Cm의 원형 장애물을 제작해 실험을 진행했다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
하퇴절단환자의 대다수가 상용 인공발의 경우 K1-K2 등급의 하퇴의지가 압도적으로 많이 보급되는 이유는 무엇인가? 하퇴절단환자는 활동성에 따라서 K1-K4 등급의 하퇴의지를 선택하게 되는데 표 1에서와 같이 숫자가 높을수록 활동성이 높은 환자들에게 적합하다. 하퇴절단자의 대다수는 상대적으로 활동성이 낮은 경우가 많기 때문에 상용 인공발의 경우 K1-K2 등급의 하퇴의지가 압도적으로 많이 보급되고 있다. K1-K2 등급의 하퇴의지를 착용하는 하퇴절단자들은 일반적으로 실내 평지보행 위주의 활동을 하고, 이동 중에 작은 장애물이나 낮은 정도의 경사로 등을 접하게 된다.
족부의 회전은 무엇에 의해 이루어 지는가? 장애를 갖지 않은 일반인이 평지보행을 할 경우에 족부의 회전은 보행안정성을 확보하는데 있어서 매우 중요한 역할을 한다. 족부의 회전은 발목의 회전과 발차제의 부분적인 회전에 의해서 이루어진다. 일반인의 경우 평지 보행 시에 heel contact 근방에서 저굴(Plantar-flexion) 방향으로 약 10° 회전을 함으로써 충격을 완화하고, toe-off 위치에서 배굴(Dorsi-flexion) 방향으로 약 20° 회전을 함으로써 보행 추진력을 얻어 연속적인 보행을 할 수 있다.
하퇴절단자의 경우 어떠한 어려움이 있는가? [1-2] 또한 내전(Inversion)과 외전(Eversion) 방향으로도 각각 4°와 7° 정도의 발목 회전을 함으로써 보행 안정성을 유지하는데, 특히 낮은 장애물(bump)이나 경사면이 있을 경우 내전, 외전 방향으로의 회전이 보행 안정성을 유지하는데 있어서 매우 중요하다.[1,3] 하퇴절단자의 경우 생체 조직이 온전히 보존되어 있는 일반인과는 달리 절단 후 남은 생체 부위와 의지의 기계적 성능에만 의지해 보행을 해야 한다는 어려움을 갖고 있다.[4] 따라서 하퇴의지는 원활한 보행을 위한 기본적인 기능인 보행 안정성 확보, 지면 조건 적응 및 충격 흡수 등의 기능을 충족해야 할 뿐 아니라 개개인의 활동성에 따라서 다양한 모드를 제공해야 한다.
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참고문헌 (16)

  1. C. Moriguchi, T. Sato, and H. Gil Coury, "Ankle movements during normal gait evaluated by flexible electrogoniometer", Revista Brasileira de Fisioterapia, vol. 11, pp. 205-211, 2007. 

  2. M. Locke, J. Perry, J. Campbell, and L. Thomas, "Ankle and subtalar motion during gait in arthritic patients", Phys. Ther., vol. 64, pp. 504-509, 1984. 

  3. G. N. Homminga and O. Kluft, "Long-term inversion stability of the ankle after rupture of the lateral ligaments", Neth. J. Surg., vol. 38, pp. 103-105, 1986. 

  4. C. L. Vaughan, B. L. Davis, and J. C. O'Connor, Dynamics of human gait. Champaign, Ill.: Human Kinetics Publishers, 1992. 

  5. F. Sup, H. A. Varol, J. Mitchell, T. Withrow, and M. Goldfarb, "Design and Control of an Active Electrical Knee and Ankle Prosthesis", Proc IEEE RAS EMBS Int. Conf. Biomed. Robot Biome chatron, vol. 2008, pp. 523-528, 2008. 

  6. R. S. Gailey, K. E. Roach, E. B. Applegate, B. Cho, B. Cunniffe, S. Licht, et al., "The Amputee Mobility Predictor: An instrument to assess determinants of the lower-limb amputee's ability to ambulate", Archives of Physical Medicine and Rehabilitation, vol. 83, pp. 613-627, 2002. 

  7. H. van der Linde, C. J. Hofstad, A. C. Geurts, K. Postema, J. H. Geertzen, and J. van Limbeek, "A systematic literature review of the effect of different prosthetic components on human functioning with a lower-limb prosthesis", J. Rehabil. Res. Dev., vol. 41, pp. 555-570, 2004. 

  8. A. K. LAPRE, "SEMI-ACTIVE DAMPING FOR AN INTELLIGENT ADAPTIVE ANKLE PROSTHESIS", Mechanical Engineering, Univ. of Massachusetts Amherst, 2012. 

  9. H. S. Cho, G. C. Cha, J. K. Park, S. K. Kim, S. M. Lee, M. S. Mun, et al., "Design of Carbon Composite Prosthetic Feet using Finite Element Methods", Journal of the Korean Society for Precision Engineering, vol. 30, pp. 769-776, 2013. 

  10. T.-S. Bae, Y.-H. Chang, S.-K. Kim, and M.-S. Mun, "Effect of Eversion Characteristics on Knee and Ankle Joint of Trans-tibial Amputees", Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A, vol. 33, pp. 886-891, 2009. 

  11. R. Versluys, P. Beyl, M. Van Damme, A. Desomer, R. Van Ham, and D. Lefeber, "Prosthetic feet: state-of-the-art review and the importance of mimicking human ankle-foot biomechanics", Disabil. Rehabil. Assist. Technol., vol. 4, pp. 65-75, 2009. 

  12. J. Perry and S. Shanfield, "Efficiency of dynamic elastic response prosthetic feet", J. Rehabil. Res. Dev., vol. 30, pp. 137-43, 1993. 

  13. F. T. Hoaglund, H. E. Jergesen, L. Wilson, L. W. Lamoreux, and R. Roberts, "Evaluation of problems and needs of veteran lower-limb amputees in the San Francisco Bay Area during the period 1977-1980", J. Rehabil. R. D., vol. 20, pp. 57-71, 1983. 

  14. H. S. Cho, "A study on the design of the prosthetic foot for lower limb amputee based on the biomechanical analysis", Ph. D. thesis, pp. 3-6, 2016. 

  15. Y. H. Chang, B. R. Jeong, S. J. Kang, J. C. Ryu, M. S. Mun, C. Y. Ko, "Evaluation of Intralimb Coordination in Transfemoral Amputee during Level Walking", Journal of rehabilitation welfare engineering & assistive technology, vol. 10, no. 2, pp. 147-153, 2016. 

  16. H. S. Cho, Y. H. Chang, J. C. Ryu, M. S. Mun, C. B. Kim, "Analysis of stair walking characteristics for the development of exoskeletal walking assist robot", Journal of rehabilitation welfare engineering & assistive technology, vol. 6, no. 2, pp. 12-15, 2012. 

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