Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.4
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pp.419-424
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2012
In addition to respiration, the nose performs three other major physiological functions-air-conditioning, filtering, and smelling. On the basis of our experience in experimental investigations of nasal airflows in normal and abnormal nasal cavity models, airflows in the normal model and three artificially deformed models, which simulate the results of surgical treatments (inferior turbinectomy), are investigated by PIV and CFD. The left cavities of all three models are normal, and the right cavities are modified as follows: (1) excision of the head of the inferior turbinate, (2) resection of the lower fifth of the inferior turbinate, and (3) resection of almost the entire inferior turbinate. The use of high-resolution CT data and careful surface rendering of three-dimensional computer models with the help of an ENT doctor provide more sophisticated nasal cavity models. Nasal airflows for both normal and deformed cases are also compared.
Kang, Moon Jeong;Jo, Young Nam;Chae, Je Wook;Yoo, Hong Hee
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.3
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pp.215-221
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2015
The elbow reflex, a principal reflex in the upper extremity, plays an important role in the diagnosis of cervical spine syndromes. In this study, the muscle activations of brachial biceps and triceps, and the kinematics of upper extremities were predicted using an activation model for the stretch reflex. The muscle activations that equated the simulation results estimated by the analysis model with the experimental results were obtained first, and the activations obtained from the simulations were compared with the electromyography signals obtained from the experiments, for model validation. The root mean squares error of the joint angles (obtained from experiments and simulation using the suggested model) was 0.056, a value that is half of that obtained using the previous model. This demonstrates that the suggested model corresponded well with the actual reflex.
Hong Y. S.;Kim M. C.;Kang H. M.;Lee C. S.;Kim C. J.;Lee J. M.;Kim D. S.;Lee K.
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.25
no.6
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pp.497-503
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2004
Numerical simulation of blood flow has been conducted based on real vessel geometries generated front DICOM medical images of abdominal and iliac bifurcated arteries of a healthy man. A program was developed to read cross sectional images of the three dimensional arteries and smoothly extract boundary coordinates of vessels. Commercial programs were employed for mesh generation and flow simulation. Pressures, velocities, and flow distributions were found to lie within normal physiological ranges. Peak velocity measured in the iliac artery by ultrasound was 20% smaller than that obtained by simulation. The trend of velocity variation in a cardiac cycle was fairly similar between the simulation and the ultrasonic measurements. Simulation based on real vessel geometry of individual patient provides information on pressure, velocity, and its distribution in the diseased arteries or arteries to be surgically treated. The results of simulation may help surgeons to better understand hemodynamic status and surgical need of the patient by revealing variation of the hemodynamic parameters. Futhermore, they may serve as basic data for surgical treatment of arteries. This research is expected to develop to a program in the future that early diagnose atherosclerosis by showing distribution of a hemodynamic index closely related to atherosclerosis in arteries.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.8
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pp.691-701
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2017
The barbell squat is a fundamental physical exercise for strengthening the lower body and core muscles. It is an integral part of training and conditioning programs in sports, rehabilitation, and fitness. In this paper, we proposed a virtual test framework for squat exercises using a Smith machine to simulate joint torques and muscle forces, based on an integrated product-human model and motion synthesis algorithms. We built a muscular skeletal human model with boundary conditions modeling the interactions between the human body and a machine or the ground. To validate the model, EMG, external forces, and squat motions were captured through physical experiments by varying the foot position. A regression-based motion synthesis algorithm was developed based on the captured squat motions to generate a new motion for a given foot position. The proposed approach is expected to reduce the need for physical experiments in the development of training programs.
A finite element-based computer simulation of excimer laser susery was conducted to study some factors on the surgery. In particular, the radius of curvature at the apex of the cornea was examined under various surgical conditions. Corneal tissue was assumed to be a nearly incompressible, linear elastic, homogeneous, isotropic material under very small deformation. The geometry of the human cornea was taken from the experimental data[1]. The simulation utilized ANSYS(Swanson Analysis System Inc.Rev.4.4A). In this study, the major factors which affect the outcomes of the excimer laser surgery were investigated. First, two patterns of surgery with various surgery thickness(40-70micrometers) were examind. The pattern#1 describes the meridian from the apex to the edge of the surgery area to be straight. And the corresponding meridian of the pattern 2 can be expressed as a quardratic function. The results show that the pattern #2 is more realistic and effective. Then, the effects of other factors were investigated based on the pattern #2. Other factors are:various diameters of the surgical area (3-8 milimeters), Young's modules(3.5-4.5MPa), and depth of surgery at the apex(40-70micrometers). Compared with the computer simulation of the radial keratotomy surgery[2], the excimer laser surgery was proven to be more effective in treating myopia patients. In conculusion, the results of the simulation are qualitative agreement with clinical experience[3] indicating the potential of the finite element model of the surgery as a guideline to the surgeon before actual surgery.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.06a
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pp.907-910
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2005
Although several artificial disc designs have been developed for the treatment of discogenic low back pain, biomechanical change with its implantation was rarely studied. To evaluate the effect of artificial disc implantation on the biomechanics of functional spinal unit, nonlinear three-dimensional finite element model of L4-L5 was developed with 1-mm CT scan data. Two models implanted with artificial discs, SB $Charit\acute{e}$ or Prodisc, via anterior approach were also developed. The implanted model predictions were compared with that of intact model. Angular motion of vertebral body, force on spinal ligaments and facet joint, and the stress distribution of vertebral endplate for flexion-extension, lateral bending, and axial rotation with a compressive preload of 400 N were compared. The implanted model showed increased flexion-extension range of motion and increased force in the vertically oriented ligaments, such as ligamentum flavum, supraspinous ligament and interspinous ligament. The increase of facet contact force on extension were greater in implanted models. The incresed stress distribution on vertebral endplate for implanted cases indicated that additinal bone growth around vertebral body and this is matched well with clinical observation. With axial rotation moment, relatively less axial rotation were observed in SB $Charit\acute{e}$ model than in ProDisc model.
The stress distribution of bone is altered by the rigid bone plate, sometimes resulting in unfavorable osteoporosis. The rigidity and the biocompatibility are important factors for the design of prosthesis, however, it is also necessary to consider the effect on the bone remodeling. In this paper, it is attempted to establish an approximate and simple method to predict the trend of the configuration of surface bone remodeling upon a bone plate using stress analysis. Thus, three dimensional finite element model of plated-human femur is generated and simulated. In addition, the stress difference method (SDM) is introduced and attempted to demonstrate the configuration of surface bone remodeling of the plated-human femur.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.14
no.5
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pp.610-616
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2004
In the research of biomechanical engineering, robotics and neurophysiology, to clarify the mechanism of human bipedal walking is of major interest. It serves as a basis of developing several applications such as rehabilitation tools and humanoid robots. Nevertheless, because of complexity of the neuronal system that interacts with the body dynamics system to make walking movements, much is left unknown about the details of locomotion mechanism. Researchers were looking for the optimal model of the neuronal system by trials and errors. In this paper, we applied Genetic Programming to induce the model of the nervous system automatically and showed its effectiveness by simulating a human bipedal walking with the obtained model.
The present study numerically investigates the glottal airflow characteristics as well as acoustic features of phonation fully coupled with dynamic behavior of vocal folds. The vocal folds are described by a low-dimensional body-covered model characterized by bio-mechanical parameters such as glottal width, vocal folds stiffness, and subglottal pressure. The flow in the vocal tract is modeled as an incompressible, axisymmetric form of the Navier-Stokes equations (INS), while the acoustic field is predicted by the linearized perturbed compressible equations (LPCE). The computed result shows that a two-mass model of vocal folds is sufficient to reproduce temporal variations in oral airflow and glottis motion produced by female speakers. It is also found that i) the glottal width has a significant effect on the amplitude of glottal flow, and thus on the amplitude of acoustic wave in the vocal tract, ii) the vocal fold tension is the main control parameter for the fundamental frequency of phonation, iii) the subglottal pressure plays an appreciable role on reproduction of the self-sustained oscillation of vocal folds, and iv) the strength of pulsating airflow and vortical structures are primarily affected by glottal width and subglottal pressure, and are closely related to pitch, loudness, and voice quality. Finally, more comprehensive explanation about the difference between one- and two-mass models is presented with discussion of effectiveness of vocal folds oscillation and voice quality.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.2
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pp.137-144
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2010
In general, spinal fusion surgery takes pressure off the pain induced nerves, by restoring the alignment of the spine. Therefore spinal fixation system is used to maintain the alignment of spine. In this study, a biomechanical study was performed comparing the SROM(Spinal Range Of Motion) of three types of system such as Rigid, Dynesys, and Fused system to analyze the behavior of spinal fixation system inserted in vertebra. Dynesys system, a flexible posterior stabilization system that provides an alternative to fusion, is designed to preserve inter-segmental kinematics and alleviate loading at the facet joints. In this study, SROM of inter-vertebra with spinal fixation system installed in the virtual vertebra from L4 to S1 is estimated. To compare with spinal fixation system, a simulation was performed by BRG. LifeMOD 2005.5.0 was used to create the human virtual model of spinal fixation system. Through this, each SROM of flexion, extension, lateral bending, and axial rotation of human virtual model was measured. The result demonstrates that the movement of Dynesys system was similar to normal condition through allowing the movement of lumbar.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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