• 대한기계학회논문집A
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• 제38권10호
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• pp.1147-1155
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• 2014

인체의 근골격계 모델을 이용해 근력을 예측하기 위해서는 인체 및 근육의 물성치를 알아야 한다. 하지만 이러한 물성치들은 측정하기도 어렵고 사람마다 편차도 크다. 따라서 이러한 물성치들의 변화에 따라 근력이 얼마나 달라지는지 예측할 필요가 있다. 본 연구의 목적은 인체 및 근육 물성치의 불확실성을 고려하여 의자에서 일어서는 동작 시 인체 하지부의 근력을 예측하는 절차를 정립하는 것이다. 인체 하지부는 8 개의 Hill-type 근육-건 모델이 포함되어 있는 다물체 시스템으로 모델링 하였다. 이 모델은 시상면(sagittal plane)에서 평면운동을 하는 4 자유도 시스템이다. 각 근력은 일어서는 운동을 하는 동안 근육이 소모한 에너지가 최소화 되도록 근력이 결정된다는 가정 하에 최적화 방법을 이용하여 구하였다. 또한 인체 물성치가 불확실성을 가질 때 근력의 표준편차를 First Order Reliability Method 를 이용해 구하였다. 그 결과 주동근 근력의 표준편차는 150~300N 로 상당히 크게 계산되는 것을 알 수 있었다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제23권6호
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• pp.451-458
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• 2002

골다공증이란 골량의 감소에 의해 야기되며. 해면골 미세구조의 골밀도가 감소하는 질병이다. 약물치료(부갑상선 호르몬)법은 골소주의 두께 및 골의 강도를 어느 정도 증가시킬 수 있는 호르몬 치료법이다. 척추성형술은 골다공성 척추 압박 골절의 치료를 위하여 척추 해면골에 주사기를 통하여 골 시멘트를 주입하는 최소 침습적 수술법이다. 임상적으로 골 시멘트의 물성치에 영향을 미치더라도 점성 감소와 주입 시간 확보를 위해 중합비율을 변경하여 사용한다. 본 연구의 목적은 골 시멘트 중합비율 변경에 따른 척추 해면골의 역학적 특성을 알아보고자 한다. 본 논문에서 는 수정된 보로노이 도형을 이용하여 척추 해면골의 유한요소 모델을 생성하고, 골 시멘트의 중합비율(0.40~l.07$m\ell$/g)에 따른 척추 해면골의 강도회복 정도를 비교하였다. 또한 골다공증 치료에서 호르몬 치료와 골 시멘트 치료의 상대적인 영향을 비교 분석하였다. 분석결과 골 시멘트 치료모델의 탄성계수와 강도는 정상 상태의 약 50%로 회복되었으며, 이 값은 호르몬 치료 모델의 약 2배이다. 0.53$m\ell$/g의 중합비율에서 골 시멘트의 탄성계수와 강도가 최고이며 1.07$m\ell$/g의 중합비율에서 최소의 탄성계수와 강도(각각 42%와 49%)이지만 약물 치료보다는 더 효과적임을 알 수 있다. 척추성형술시 제작사에서 추천하는 중합비율과 다른 비율을 사용할 경우 골 시멘트의 물성치 감소뿐만 아니라 환자의 골 밀도에 따라서 해면골의 강도회복에 문제가 발생할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

• 재활복지공학회논문지
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• 제6권1호
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• pp.45-50
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• 2012

흉 요추 보조기는 후만증 관련 증상의 진행을 예방하고 통증을 완화시키기 위한 목적으로 노인성 후만증 환자의 재활을 위하여 이용되고 있다. 최근 다양한 형태의 흉 요추 보조기가 개발되고 있으나 생체역학적 효과에 관한 연구가 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 세 가지 형태 (Type 1, one-connecting frame type; Type 2, two-connecting frame type; Type 3, all-in-one type)의 흉 요추 보조기와 몸통 (trunk)의 유한요소 모델을 구현하여 보조기 착용 후 운동성 변화에 따른 몸통에서의 압력 분포 및 보조기의 응력을 비교 분석하였다. 신전 운동 시 몸통에서 확인되는 압력의 분산은 일체형의 형태를 가지는 Type 3에 의해서 가장 고르게 이루어졌으며 connecting frame 형태의 Type 1과 Type 2의 압력 분포 패턴은 크게 차이가 나지 않았다. 보조기 착용에 따른 몸통의 운동성은 Type 2 ($11.3{\sim}13.9^{\circ}$), Type 1 ($12.1{\sim}15.4^{\circ}$)와 비교하여 Type 3 ($8.5{\sim}9.4^{\circ}$)에 의하여 가장 크게 제한되었다. 모든 Type의 보조기는 20% 미만의 파단 가능성을 보였다. 따라서, 보조기 착용에 따른 등압 분포 및 운동성의 결과로 미루어 볼 때, 일체형의 흉 요추 보조기가 후만증 환자 재활에 있어 높은 효과를 제공할 것으로 사료된다.

• 한국식품위생안전성학회지
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• 제24권4호
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• pp.378-384
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• 2009

카드뮴에 대한 다양한 인체안전기준이 알려지고 있고, 각 국가마다 신장기능이상을 나타내는 뇨 중 카드뮴 농도에 차이를 나타내고 있어 국내의 역학자료를 고려한 카드뮴 인체안전기준을 검토 제안하므로 위해관리의 효율을 향상시키고자 본 연구를 수행하였다. WHO, USEPA, ATSDR에서 식이섭취량과 뇨 중 카드뮴 농도와의 상관관계를 PBPK 모델로 정립 제안한 방법 등이 검토되었으며, 최종적으로 WHO의 1일 인체섭취량 산출 모델에 따라 계산하였다. 국내 역학자료(병산리 폐광지역 인체역학조사)에 의하면 뇨 중 카드뮴 최고농도인 11.63 ug/g creatinine 수준에서도 단백뇨 등의 신장기능이상이 확인되지 않아, WHO 등 국외 역학자료를 검토하여 신장이상을 나타내기 시작하는 뇨 중 카드뮴 농도를 2.5 ug/g creatinine으로 결정하였다. 카드뮴 오염원 노출과 무관할 것으로 예측되는 우리나라 성인의 뇨 중 카드뮴 수준 0.38 ug/g creatinine과 최근에 평가된 식품섭취를 통한 카드뮴 섭취량(8.3~10.4 ug/day)의 비율이 21.8~27.3 수준에 해당됨을 확인하여 이를 WHO에서 제안된 모델에 적용하였다. 식이섭취량과 신장 이상과의 상관관계 중 카드뮴 생체이용률 10%, 흡수된 카드뮴의 배출량을 50%로 가정한 결과를 국내 인체안전기준 설정에 적용한 결과(이 가정에서 사용된 식이섭취량에 대한 뇨 중 카드뮴 농도의 비율은 24), 신장이상이 발생되기 시작하는 뇨 중 카드뮴 농도인 2.5 ug/g creatinine에 대해 예측된 카드뮴 1일 섭취량은 1 ug/kg bw/day여서, 이를 근거로 국내 카드뮴 PTWI를 7 ug/kg bw/week로 제안하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권5호
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• pp.2197-2202
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• 2011

본 논문에서는 중공을 가지는 짧은 치과용 임플란트의 생체역학적인 특성을 3차원 유한요소해석을 통하여 분석하였다. 고려된 치과용 짧은 임플란트는 골유착성을 향상시키기 위해 트리패닝 드링 등에 의해 남겨진 치골과 결합될 수 있는 중공부를 가진다. 연구를 위해 Bicon사의 길이가 짧은 임플란트를 기본 모델로 삼아 중공부가 임플란트 주변 치골의 응력분포에 주는 영향을 분석하였다. 중공부 길이, 직경 및 나사산 등의 형상변수에 따른 반복적인 유한 요소해석을 효과적으로 수행하기 위하여 ANSYS APDL을 이용하여 매개변수화된 유한요소모델을 구성하였다. 해석결과 중공부를 가지는 경우 특히 경사하중 하에서 해면골에서 발생하는 최대응력값이 크게 감소하였으며, 중공부의 형태가 해면골에서의 응력분포에 큰 영향을 주는 것으로 나타났다.

• 한국가시화정보학회:학술대회논문집
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• 한국가시화정보학회 2005년도 추계학술대회 논문집
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• pp.93-98
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• 2005

CT 스캔 데이터를 이용하여 호흡기의 컴퓨터 모델을 얻고, RP 를 이용하여 고형 모형으로 정교한 호흡기 유로 모형을 제작하였고, 호흡을 정확하게 모사하는 펌프를 만들었다. 사람의 호흡에 관한 생리적 테이터를 이용하여 캠을 제작하고 대형 피스톤 펌프를 만들어 사람의 호흡을 정확하게 모사하였다. 이를 이용하여 생리적 주기를 갖는 호흡기 내 유동에 대항 PIV 결과를 획득하였다. 최초로 정확한 기하학적 형상 및 입구와 출구 조건 하에서 인후부와 기관 내의 공기 유동장의 테이터베이스를 확보하였으므로, 향후 기존의 단순화된 모델을 이용한 실험적 수치해석적 결과들을 검정하는데 활용될 것이며 호흡기 질환의 진단과 치료에 기여할 수 있는 생리학적 병리학적 데이터를 제공할 수 있으리라 생각된다. 또한 공해 물질, 유독 물질, 흡입 약품 등의 호흡기 내 흡착 현상 규명 등에도 활용될 수 있을 것으로 보인다.

• 한국정밀공학회지
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• 제23권4호
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• pp.176-182
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• 2006

Although several artificial disc designs have been developed for the treatment of discogenic low back pain, biomechanical changes with its implantation were rarely studied. To evaluate the effect of artificial disc implantation on the biomechanics of functional spinal unit, a nonlinear three-dimensional finite element model of L4-L5 was developed with 1-mm CT scan data. Biomechanical analysis was performed for two different types of artificial disc having constrained and unconstrained instant center of rotation(ICR), ProDisc and SB Charite III model. The implanted model predictions were compared with that of intact model. Angular motion of vertebral body, forces on the spinal ligaments and facet joint, and stress distribution of vertebral endplate for flexion-extension, lateral bending, and axial rotation with a compressive preload of 400N were compared. The implanted model showed increased flexion-extension range of motion compared to that of intact model. Under 6Nm moment, the range of motion were 140%, 170% and 200% of intact in SB Charite III model and 133%, 137%, and 138% in ProDisc model. The increased stress distribution on vertebral endplate for implanted cases could be able to explain the heterotopic ossification around vertebral body in clinical observation. As a result of this study, it is obvious that implanted segment with artificial disc suffers from increased motion and stress that can result in accelerated degenerated change of surrounding structure. Unconstrained ICR model showed increased in motion but less stress in the implanted segment than constrained model.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제34권4호
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• pp.286-294
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• 2009

A high prevalence of protected horticulture farmer's work-related musculo-skeletal disorders (MSDs) have been reported in precedent studies. One of the tasks required ergonomic intervention to reduce the musculo-skeletal risks is the task of product transporting. The purpose of this study is to evaluate quantitatively the spinal load of operator using manual vehicles to predict and prevent musculo-skeletal risks. Spinal load in operators using 4 kinds of manual vehicle were analyzed. Before evaluating spinal load on operator using the manual vehicles by bio-mechanical approach, it is needed to validate human model. In this study, ADAMS LifeMOD human model shows satisfactory results, comparing with already validated model's results or measured results. While Operators pushed the manual vehicles(wheelbarrow, Trolley, 2 wheel cart, and 4 wheel cart) contained loads that were 0 N and 800 N, their spinal loads(compression force, shear force) were evaluated. The compression force demonstrated under the NIOSH action limits - 3410N - for all 4 manual vehicle's operators(McGill 1997; Marras 2000). However, the lateral shear force demonstrated over the University of Waterloo - 500N - for all 3 manual vehicle's operators except 4Wheel cart (Yingline and McGill, 1999). Therefore, operators have risks in prevalence of the musculo-skeletal disorders due to shear force. The findings of this study suggest that it need to be determine the spinal load, especially lateral shear force in designing the manual vehicles in the future.

• 재활복지공학회논문지
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• 제11권4호
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• pp.349-354
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• 2017

본 논문은 개인위생(personal hygiene)을 위한 보조기기(assistive product)의 하나인, 고령자 및 장애인을 위한 높이조절 세면기의 설계 가이드라인을 제안하였다. 본 연구에서는 기존의 세면기와 프로토타입 높이조절 세면기를 이용한 생체역학적 평가를 진행하였다. 65세 이상 남성 5명(age $68.6{\pm}4.3yrs.$, height $169.8{\pm}5.7cm$, weight $70{\pm}7.7kg$)이 피험자로 참가하였으며, 피험자가 세면기 사용시 3차원 동작측정장치를 이용하여 인체각도를 측정하고, 인체모델을 이용하여 요추에 걸리는 모멘트를 추정하여 평가하였다. 이 결과로부터 최적의 높이 조절 가능 범위가 652[mm]에서 1,162[mm]인 설계 가이드라인을 제시하였다. 일반인 5명의 피험자($25.8{\pm}1.8$세, $175.5{\pm}5.8cm$, $74{\pm}15.7kg$)를 대상으로 높이 조절 세면기의 사용시 그 유효성을 평가하였으며, 그 결과 본 논문에서 제시한 높이조절 범위가 타당함을 보였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2004년도 춘계학술대회
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• pp.1687-1692
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• 2004

CT 사진을 이용하여 살아있는 사람의 비강 형상을 얻고 RP 를 이용하여 모형을 만들고 이 모형 으로 정교한 비강 유로 모형을 제작하였고, 호흡을 정확하게 모사하는 펌프를 만들었다. 사람의 호흡 데이터를 이용하여 캠을 제작하고 대형 피스 톤 펌프를 만들어 사람의 호흡을 정확 하게 모사 하였다. 이를 이용하여 생리적 주기를 갖는 비강 내 유동에 대한 결과를 획득하고 기존의 일정유량 하의 실험결과와 비교 분석하였다.