초록 ▼

〈총괄 목표〉 세계 경쟁력이 있는 하지의지 시스템(Lower-limb Prosthesis)의 개발 및 상품화
제 1 세부) 경사면, 계단, 평지 보행의 모드별 인식제어가 가능한 입각기, 유각기 동시제어 및 보행속도 자동 제어슬관절 장치의 개발 (경사면, 계단 및 속도 적용식, 1 실련더식, 충전 전원식, 절전회로 제어 사용).
제 2 세부) 부정 노면의 적응과 발뒤꿈치 높이 조절이 가능한 2차원 가동(굴곡신전 및 내.외전, 내외회전 적응 가능형) 발목 관절과 인공발의 개발 (슬관절 각도변환에 호응하는 인공발 및 발목관절과

〈총괄 목표〉 세계 경쟁력이 있는 하지의지 시스템(Lower-limb Prosthesis)의 개발 및 상품화
제 1 세부) 경사면, 계단, 평지 보행의 모드별 인식제어가 가능한 입각기, 유각기 동시제어 및 보행속도 자동 제어슬관절 장치의 개발 (경사면, 계단 및 속도 적용식, 1 실련더식, 충전 전원식, 절전회로 제어 사용).
제 2 세부) 부정 노면의 적응과 발뒤꿈치 높이 조절이 가능한 2차원 가동(굴곡신전 및 내.외전, 내외회전 적응 가능형) 발목 관절과 인공발의 개발 (슬관절 각도변환에 호응하는 인공발 및 발목관절과 기능별, 목적별 분화된 특수인공발 및 관절).
제 3 세부) 수경화 폴리우레탄 소켓 재료 및 제조 공정의 산업화 및 재활의료용 고성능(형상기억 기능성) 의지.보조기 제작용 폴리머 및 복합소재의 개발
제 4 세부) 보행분석을 통한 개발 의지의 임상 비교 평가와 유한요소 보행 모델의 개발(제 1임상평가 기관)
제 5 세부) 정상인과 통합제어 의지장착자의 다양한 환자에 대한 임상 실제 적용 평가(제 2임상 평가 기관)
연구개발내용 및 방법 (개조식)
1) 제 1 세부과제 : 입각기-유각기 관절 운동 및 보행속도 자동 제어 슬관절장치의 개발
- 보행속도 조절이 가능한 공압, 유압실린더 설계
- 내마모 작용에 따른 실린더 로드의 누유 차단 패킹설계
- 미세 유량 이동의 제어가 가능한 특수 노즐 설계
- 슬관절 장치 실련더의 제작, 조립 개선
- 슬관절 장치 기구학적 설계
- 다이어프래임 센서의 출력 데이터를 이용한 의지 제어기의 알고리즘 확장
- 슬관절 장치의 모드 인식에 따른 스탬 전동기의 구동 알고리즘 최적화
- 슬관절 장치 보행 기록 데이터 수신을 위한 리모트의 수신 알고리즘 개발
- RESET IC를 이용한 제어기의 운전 상태 모니터링
- 보행 기록 데이터 해석를 위한 프로그램 개발
- 모드별 보행속도 설정 시 모드에 따른 기본 데이터 설정 알고리즘 개발
- 분말야금법에 의한 무급유, 무소음, 저속용 내마모 베어링 소재개발
- 피로시험기, 의지시험기를 이용한 실린더 특성실험 및 내구성 시험
2) 제 2 세부과제 :2차원 가동 업각 제어 족관절 장치 및 인공발의 개발
가) 족부의 생체 내골격계와 근육계의 모션을 재현 할수있는 다관절식 고기능형 인공발의개발
- 족부의 생체 해부학적 분석 및 인공 대체 장치의 적용 가능성 연구
- 족부의 내골격계 및 근육계의 기능 분류 및 분석
- 다관절계 인공발의 기구학, 운동학적 메카니즘 설계
- 구조역학적 설계부 해석, 운동학적 메카니즘 해석
나) 입각기중의 슬관절 굴곡-신전각도 변화에 따른 발목관절 장치의 개발
- 경사로, 계단보행시의 안정도 개선을 위한 내.외전, 내.외회전 가능 발목관절 장치 개선
- 내.외회전 대비 회전변형(Torsion) 흡수식 발목 장치 개발
- 효율적 Push-off 및 Roll-over를 제공하는 인공 족부의 기구학적 설계 개선
다) 기능별, 목적별 기능 분화가 고려된 생체적응 인공발의 제작 및 실험
- 개발된 기능별 인공발의 임상용 시제품 제작 및 실생활 임상 실험
- 기능별 인공발의 개선 및 내구성 향상 연구
라) 첨단 인공발용 소재 개선 연구 및 제조 공정 개발
- 에너지 효율이 고려된 고기능 첨단 복합소재 Keel Spring재 개발
- 인공발 부품 제조 공정 및 시금형 개발
3) 제 3 세부과제 : 재활의료용 고생능 보조, 고정 장치의 개발 및 제품화
가) 수경화성 폴리우레탄과 탄소 섬유로 구성된 의료용 고성능 소케트의 착용평가, 분자자 설계 기술완성
- 최소 100명 이상의 환자에 시술하여 환자로부터 feed-back되는 재료 물성의 단점 보완 평가
- 상기 단점을 보완하기 위한 미세 분자 설계기술 완성
나) 저온열성형이 가능한 고성능 정형외과용 고정재(orthopedic splinting material) 재료의고도화
- 표면 개질 둥을 이용한 무기 분산제의 안정적 분산기술 개발
- 500MPa 이상의 굴곡 모듈러스를 얻기 위한 분자 설계 기술 연구
4) 제 4 세부과제 : 보행분석을 통한 개발의지의 임상평가 및 보행 모델 개발 (I)
- Quadrilateral Type 대퇴소켓 착용시 통합제어형 대퇴의지 보행에 대한 소켓 압력에 대한 임상평가
- EMG 측정을 위한 실험 방법 Quadrilateral Type 대퇴소켓에 적용/보행중 단단부 EMG 측정
- Ischial Ramus Containment Type 소켓 착용시 통합제어형 대퇴의지 보행에 대한 소켓압력에 대한 임상평가
- EMG 측정을 위한 실험 방법 Ischial Ramus Containment Type 대퇴소켓에 적용/보행중 단단부 EMG측정
- Quadrilateral! Ischial Ramus Containment Type 소켓착용 보행분석 및 소켓압력 분포에 대한 비교 및 평가
- CT 촬영과 Hpennesh를 사용한 범용 유한요소 Ischial Ramus Containment 및 Quadrilateral Type소켓 모델 개발
- 3차원 CT촬영 및 Hypermesh를 사용한 Pelvic부위를 포함하는 대퇴절단장애인 인체모델개발
- 통합제어형 대퇴의지 모델 입.유각기 보행 시뮬레이션 모델 개발(각각 Ischial Ramus Containment Type 소켓 및 Quadrilateral Type 소켓 착용한 경우)
- 통합제어형 대퇴의지 모델 입.유각기 보행 시뮬레이션 수행 (PAM-SAFE)
- 지면반발력 비교 검증, 고관절, 슬관절, 발목관절 3차원 운동/모멘트 비교 검증
- 소켓압력 분포 및 시간적 변화량 검증
5) 제 5 세부과제 : 보행분석을 통한 개발의지의 임상평가 (Ⅱ)
현재 개발된 입각기 및 유각기 동시 제어(SNS control) 인공슬관절과 에너지 보존 인공발을 장착한 국산 대퇴의지의 경사로 보행시 슬관절의 특성을 알아보고, 국산 대퇴의지의 인공발의 종류와 보행의 속도에 따른 지면 반발력과 에너지 소모량의 변화를 비교하고, 건측과 의지측의 지변반발력의 차이를 비교하여 보행시 국산 대퇴의지의 기능적 특징을 알아보고 유용성 평가하고자 한다
- 시공간적 지표, 운동형상학적 지표, 지면 반발력
- 에너지 소모량, 환자의 만족도 측정

Abstract ▼

The objective of this project was to develop a transfemoral prosthesis with swing and stance(S-N-S) phase control. The swing phase control is accomplished by a milcroprocessor controlled pneumatic cylinder. The gait speed of the patient is constantly monitored and fed back to the microprocessor and

The objective of this project was to develop a transfemoral prosthesis with swing and stance(S-N-S) phase control. The swing phase control is accomplished by a milcroprocessor controlled pneumatic cylinder. The gait speed of the patient is constantly monitored and fed back to the microprocessor and if the speed changes it generates a electrical input to the stepper motor to change the area of the opening of the nozzle inside the cylinder such that the stiffness of the cylinder changes accordingly. Therefore the prosthesis can adapt to the change of speed.
During the stance phase, the prosthesis is able to give about 10˚ flexion at the knee to make the amputee's gait more natural. Also, during the stance phase, if the amputee starts falling or faltering, the hydraulic cylinder within the prosthesis is locked to prevent the falling as the falling signal is detected .
In this project, we also developed a multi-axial prosthetic foot and torque absorber which absorbs the torsion during the stance phase. The foot allows inversion, eversion and rotation of the foot. With this foot, the amputee can work on an uneven terrain easily.
Developed also in this project is an quickly hardening socket material and socket making procedure. This procedure reqUlres a carbon composite braids of cylindrical shape and water hardening polyurethane liquid. The braid is immersed in the water hardening polyurethane and put on the stump to make a socket. This procedure only takes ten minutes and the prosthesis is ready to be fitted to the amputee.
The prosthesis and prosthetic foot developed has been evaluated through a gait analysis using VICON 370 and seven markers. The angular displacements and moment at the ankle and knee and compared with those of the normal gait. The results were very satisfactory. The prosthesis and the prosthetis foot were also subject to durability test according to the ISO requirements and they met the requirements.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 목차 ... 4
• 연구개발사업 최종보고서 요약문 ... 6
• Project Summery ... 8
• 총괄연구개발과제 연구결과 ... 9
• 1. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 9
• 2. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 내용 및 결과 ... 12
• 3. 총괄연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 26
• 4. 총괄연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 35
• 5. 총괄연구개발과제의 활용계획 ... 39
• 6. 첨부서류 ... 40
• 제1세부연구개발과제 연구결과 ... 41
• 1. 제1세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 42
• 2. 제1세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 45
• 3. 제1세부연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 73
• 4. 제1세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 118
• 5. 제1세부연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 120
• 6. 제1세부연구개발과제의 활용계획 ... 121
• 7. 참고문헌 ... 122
• 제2세부연구개발과제 연구결과 ... 123
• 1. 제2세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 124
• 2. 제2세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 125
• 3. 제2세부연구개발과제의 연구개발 결과 ... 127
• 4. 제2세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 162
• 5. 제2세부연구개발과제의 연구성과 및 목표 달성도 ... 164
• 6. 제2세부연구개발과제의 활용계획 ... 165
• 7. 참고문헌 ... 166
• 제3세부연구개발과제 연구결과 ... 167
• 1. 제3세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 168
• 2. 제3세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 168
• 3. 제3세부연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 179
• 4. 제3세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 222
• 5. 제3세부연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 223
• 6. 제3세부연구개발과제의 활용계획 ... 224
• 7. 참고문헌 ... 225
• 제4세부연구개발과제 연구결과 ... 226
• 1. 제4세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 227
• 2. 제4세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 229
• 3. 제4세부연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 258
• 4. 제4세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 325
• 5. 제4세부연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 327
• 6. 제4세부연구개발과제의 활용계획 ... 328
• 7. 참고문헌 ... 329
• 제5세부연구개발과제 연구결과 ... 330
• 1. 제5세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 331
• 2. 제5세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 332
• 3. 제5세부연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 341
• 4. 제5세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 393
• 5. 제5세부연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 396
• 6. 제5세부연구개발과제의 활용계획 ... 397
• 7. 참고문헌 ... 398
• 끝페이지 ... 400