초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
본 과제에서는 근골격동역학시뮬레이션에 기반한 생체기계공학 기술과 두방향 조영영상 및 2D/3D 정합에 기반한 골격 운동 측정 기술을 이용하여 족부의 운동 역학 및 근골격 질환에 대한 이해를 증진시키기 위하여 족부 골격 운동을 정밀하게 측정하고, 분석할 수 있는 시스템을 개발하였다.
● 족부 골격의 형상 및 운동 특성을 고려한 두방향 고속 엑스선 영상 기반의 족부 골격 운동 분석 시스템
● 정상 족부와 평발 족부의 골격 운동 분석
● 인체 근골격 동역학 시뮬레이션에 기반한 족부 관절 하중

□ 연구의 목적 및 내용
본 과제에서는 근골격동역학시뮬레이션에 기반한 생체기계공학 기술과 두방향 조영영상 및 2D/3D 정합에 기반한 골격 운동 측정 기술을 이용하여 족부의 운동 역학 및 근골격 질환에 대한 이해를 증진시키기 위하여 족부 골격 운동을 정밀하게 측정하고, 분석할 수 있는 시스템을 개발하였다.
● 족부 골격의 형상 및 운동 특성을 고려한 두방향 고속 엑스선 영상 기반의 족부 골격 운동 분석 시스템
● 정상 족부와 평발 족부의 골격 운동 분석
● 인체 근골격 동역학 시뮬레이션에 기반한 족부 관절 하중 분석
● 족부 하중 예측 정확성 향상을 위한 발바닥 피부의 기계적 물성치 분석

□ 연구결과
본 연구에서는 3차년간 세부 목표를 바탕으로 연구를 수행하였으면, 그것들을 11개의 항목으로 정리하면 다음과 같다.
(1) 기계적인 하중 조건과 족부 질환에 대한 문헌 조사 및 인체 근골격 모델에서 족부 모델 문헌 조사
(2) 족부골격 모델 기반의 두방향 엑스선 영상을 이용한 정밀 골격 위치 추적 기술 개발
(3) 족부 골격의 해부학적 관절 위치 제한 조건을 이용하여 여러 개의 골격을 동시에 추적하여 시간을 단축시키는 방법 개발
(4) 족부 골격 및 관절의 좌표계 설정 방법 및 족부 골격 운동 정량화 방법 개발
(5) 족부 관절 접촉 위치 정량화 방법 개발
(6) 족관절 하중 예측 모델 개발
(7) 두방향 연속 엑스선 촬영과 동시에 지면 반력 측정이 가능한 장비 개발
(8) 비정상 족부 질환 환자의 족부 운동 및 운동역학에 대한 문헌 연구
(9)일상 생활 다양한 운동 중 족부 운동 측정 분석
(10) 피험자 데이터로부터 족부 하중 분석
(11) 피험자의 질병 특성에 따른 족부 골격 운동 분석

□ 연구결과의 활용계획
주 활용 분야는 족부의 동적인 운동 분석을 임상에 사용하는 것이다. 이 연구를 통해 얻은 결과는 임상적으로 평발을 평가하고 치료하는데 있어서 지금까지와는 전혀 다른 새로운 패러다임의 정보를 제공할 수 있을 것으로 생각된다. 발은 많은 뼈와 관절로 이루어지면서 우리 몸의 체중을 지탱하는 중요하고도 복잡한 역할을 한다. 이 연구에서 쓰이게 될 두방향 투시 영상 기반의 운동 분석법은 평발 뿐만 아니라 각종 발 질환에서의 최첨단 영상 기법으로 체중부하, 동적 검사 및 3차원 영상이라는 핵심적인 요소를 갖춘 검사법으로 많은 발 질환을 이해하고 평가하는데 새로운 정보를 제공하게 될 것이고, 이를 통해 치료에 대한 새로운 접근법을 제시해 줄 것으로 생각한다. 또한, 관절운동역학에 대한 이해를 높이고, 인체 내 연조직이 기계적인 하중에 반응하는 것(mechanobiology)을 세포 실험이 아니라 생체 내의 반응으로 확인할 수 있는 기술이다.

( 출처 : 요약문 5p )

Abstract ▼

□ Purpose&contents
To develop a system to understand foot skeletal kinematics utilizing biomechanics and computer vision methods.
● System development for an accurate foot kinematics measurement method based on high speed bi-plane fluoroscopic imaging system
● Research on abnormal foot skel

□ Purpose&contents
To develop a system to understand foot skeletal kinematics utilizing biomechanics and computer vision methods.
● System development for an accurate foot kinematics measurement method based on high speed bi-plane fluoroscopic imaging system
● Research on abnormal foot skeletal kinematics and its secondary disease
● Research on the effect of conservative and surgical treatments on foot disease
● Research on the role of foot muscles using musculoskeletal dynamics simulation

□ Result
In this project we set up annual aims and performed research. They are summarized as 11 items below.
(1) Literature search on mechanical condition in the foot and related disease and foot musculoskeletal model
(2) Accurate skeletal motion tracking method using foot model and bi-plane fluoroscopic (BPF) system
(3) Simultaneous skeletal tracking in BPF system using anatomical constraints of foot
(4) A method to set up anatomical coordinate system in the foot and its quantification method
(5) Quantification of contact positions on the articular surface in the foot joints
(6) Development of a musculoskeletal foot model to estimate joint load
(7) Development of a device to measure ground reaction force during BPF imaging
(8) Literature search on the kinematics and kinetics of abnormal foot of patients
(9) Measurements and analyses of foot kinematics during daily activities
(10) Estimation of mechanical loads in the foot during activities
(11) Foot kinematics measurements of patients of foot disease

□ Expected Contribution
The main contribution of the developed methods in the advancements of clinical imaging system to analyse foot skeletal motion of patients. The results from this will help evaluate flat foot patients and develop treatments which would be able to provide new paradime in the clinical assessment of the foot disease. The bi-plane fluoroscopy system would help understand not only flat foot but also various surgical and non-surgical treatments of foot diseases. It will help assess the foot during weight bearing and moving conditions. It will also contribute understand not only skeletal disease but also diseases on connective tissues such as ligaments and articular cartilage.

( 출처 : SUMMARY 6p )

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 3연구계획 요약문 ... 4연구결과 요약문 ... 5 한글요약문 ... 5 SUMMARY ... 6연구내용 및 결과 ... 7 1. 연구개발과제의 개요 ... 7 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 35 5. 연구결과의 활용계획 ... 38 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 39 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 41 8. 참고문헌 ... 42 9. 연구성과 ... 43 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 48 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 49 12. 기타사항 ... 52별첨 1 대표연구성과 ... 53별첨 2 세부 목표 관련 증빙 ... 64끝페이지 ... 75