Force Analysis of Wrist Joint to Develop Wrist Implant and Mechanical Hand Using Optimization Technique and Finite Element Method

인공수근관절과 의수를 개발하기 위한 최적설계법과 유한요소법에 의한 수근관절의 역학적해석

Many mathematical techniques have been developed to determine the muscle forces and force distribution in biomechanical human model, because it is so important to understand internal forces resisting external loading. However, a three-dimensional mathematical model of wrist joint, which is essential to develop solid modeling and artificial wrist joint, has not been well developed. This study proposed to define three-dimensional mathematical model of distal radius and ulna of the human wrist and to develop a detailed two-dimensional finite element through comparisons to existing analytical models and experimental tests. This mathematical model were accurately recreated, allowing the internal tendon force as well as force transmission and distribution through the distal radios and ulna during dynamic loadings. The results found in this study indicate and support the findings of other investigator that cyclic loading condition results in higher compression force on distal radius and ulna and may be source of wrist disorder.

외력의 작용에 의해 발생되는 인체 내부의 내응력에 대한 이해가 중요하게 됨에 따라, 인간의 생체모델에서 근력이나 관절내에서의 응력분포를 밝히기 위한 다수의 수학적 모델이 소개되어져 왔다. 그러나 고체모델이나 인공손목관절의 개발에 무엇보다도 중요한 실제에 가까운 3차원적인 수학적 모델의 개발은 지금까지 성공적이지 못하였다. 본 연구에서는 인체의 손목관절에서 원위 요골과 척골로 구성되어진 3차원 수학적 모델과, 정교하게 재구성되어진 2차원의 유한요소법을 이용한 수학적 모델을 완성함에 있다. 본 연구에서는 동적운동시의 손목관절에서 근력과 원위 요골과 척골로 전달되어지는 힘과 관절내의 응력분포를 수학적 모델을 통하여, 정확하게 예측할 수 있는 가능성을 보여 주었다. 본 연구에서 추출되어진 결과는 동적운동 시 (반복운동), 손목관절을 이루고 있는 원위 요골과 척골에 상당히 많은 양의 힘이 전달되어 짐을 밝히었으며, 이것은 반복운동에 의하여 손목관절에 종종 발생하는 누적성질환과 깊은 연계성을 갖고 있음을 보여 주고 있다.