본 논문에서는 표면 근전도(surface electromyogram, SEMG)를 이용하여 운동단위(motor unit, MU)의 위치(location)를 추정하는 새로운 방법을 제안하였다. 운동단위의 위치에 따라 운동단위 활동전위(motor unit action potential, MUAP), 나아가서는 표면 근전도의 크기(amplitude)가 변화하므로 운동단위의 위치 추정은 근력 추정에 있어서 중요하다. 제안된 방법은 표면근전도 시뮬레이션을 통해 취득한 기준 신호와 3 채널 표면전극을 이용하여 검출한 표면 근전도 신호를 비교하여 운동단위의 위치를 추정하는 방법이다. 운동단위 위치 추정의 정확도를 파악하기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 취득한 MUAP를 본 연구에서 제안한 방법 및 기존 방법들을 적용하여 확인하였다. 시뮬레이션 결과 8[mm] 위치에 운동단위가 위치할 경우 본 논문에서 제안한 운동단위 위치 추정 방법은 0.01[mm]의 평균 추정 오차를 보였다. 반면에 Roeleveld가 제안한 추정 방법은 2.33[mm]의 평균 추정 오차를 보였으며 Akazawa가 제안한 추정 방법은 1.70[mm]의 평균 추정 오차를 보여 본 연구에서 제안한 운동단위 위치 추정 방법이 기존의 방법들에 비하여 더 정확한 위치 추정이 가능하였다.
Modelling and Simulation of the activation process for the myocardium is meaningful to understand special excitation conduction system in the heart and to study cardiac functions. In this paper, we propose two dimensional cellular automata model for the activation process of the myocardium and simulated by means of discrete time and discrete event algorithm. In the model, cells are classified into anatomically similar characteristic parts of heart; SA node, internodal tracks, AV node, His bundle, bundle branch and four layers of the ventricular muscle, each of which has a set of cells with preassigned properties, that is, activation time, refractory duration and conduction time between neighbor cell. Each cell in this model has state variables to represent the state of the cell and has some simple state transition rules to change values of state variables executed by state transition function. Simulation results are as follows. First, simulation of the normal and abnormal activation process for the myocardium has been done with discrete time and discrete event formalism. Next, we show that the simulation results of discrete time and discrete event cell space model is the same. Finally, we compare the simulation time of discrete event myocardium model with discrete time myocardium models and show that the discrete event myocardium model spends much less simulation time than discrete time myocardium model and conclude the discrete event simulation method Is excellent in the simulation time aspect if the interval deviation of event time is large.
Purpose : The purpose of this study has been performed to find the effect of horseback riding simulation training on the thickness of abdominal muscles and functional balance in children with down syndrome. Methods : This study included 10 children with down syndrome aged between 7 and 13 years. Both groups received regular neurodevelopmental treatment, also experimental group was performed for additional 15 minutes horseback riding simulation training for twice a week during 8 weeks. We measured the thickness of abdominal muscles by using ultrasonography and measured of functional balance by using Pediatric Berg's Balance for the subjects agreed to the before, after 4 weeks and 8 weeks the training. Results : There were no significant difference in the thickness of the internal oblique and external oblique muscles. There were significant difference in transverse abdominis thickness and functional balance that experimental group had increased average than control group after 4 weeks and 8 weeks training Conclusion : Horseback riding simulation training has a positive effect on the improvement of transverse abdominis muscle thickness and functional balance in children with down syndrome.
본 연구의 목적은 해부학적 근거로 제작한 5가지의 EMS 요추 복압 벨트가 요추 안정화에 미치는 영향을 연구하는 것이다. 본 연구는 요방형근, 척추세움근, 내복사근, 외복사근, 대요근으로 총 5가지의 코어 근육을 선정하여 이에 맞는 근육 모양과 통증 유발점인 압통점을 고려해 전도성 원단으로 패턴을 설계하여 복압 벨트에 결합했다. 총 4가지 동작으로 실험을 진행하여 각각 다른 EMS복압 벨트가 요추 안정화에 미치는 영향을 알아보았다. 건강한 신체의 20대 남성 5명을 대상으로 진행하였고 선정 조건은 최근 3개월 동안 요통 과거력이 없고 사전 검사를 통해 제한되는 동작이 없고, 체간의 근력이 정상등급에 속한 대상이다. 실험 동작의 순서는 하지직거상 검사, 좌전굴, 체전굴, 배근력으로 다음 동작에 제한되지 않게 선정하였다. 동작 간의 휴식은 2분으로 진행하였고, EMS복압 벨트를 착용 후 실험을 진행할 때는 혈류량 증가와 근 활성화를 위해 전기자극을 10분씩 적용하고 진행하였다. 실험 결과의 통계는 비모수 검정으로 윌콕슨 검정과 프리드만 검정을 실시함으로 구체적인 차이를 분석하였다. 본 연구의 결과 5가지의 패턴 중 5,4,3,1,2 순으로 Type별 순위 결과를 확인할 수 있었으며 각 근육의 움직임과 연관성이 있는 실험 동작에 조금 더 유의미한 결과를 확인할 수 있었다. 본 연구의 결론은 해부학적 근거로 제작된 패턴으로 인해 각 근육에 각기 다른 모양으로 전기자극을 전달하였을 때 구분되는 효과를 확인할 수 있었으며 일반인 대상으로 일상생활이나 트레이닝에 있어 요추 안정화를 향상할 수 있을 것으로 기대된다.
본 논문에서는 이구아나의 저 품질 동작 포착 데이터를 이용하여 고 품질의 애니메이션을 시뮬레이션 하는 방법을 제안한다. 적은 수의 마커를 부착하여 포착한 이구아나의 동작 데이터는 실제 움직임을 정확히 표현하지 못하고, 이 데이터에 스킨 매시(Skinned Mesh)를 입히더라도 부족한 자유도 때문에 부자연스러운 움직임을 보인다. 위와 같은 문제를 해결하기 위하여 스킨 매시의 움직임을 근육과 몸체의 탄성력으로 모델링하는 연체 시뮬레이션(Soft Body Simulation)기법을 응용하여, 자연스럽고 유연한 움직임을 시뮬레이션 하는 과정을 본 논문은 소개한다. 이구아나의 다양한 이동 방법을 표현하기 위하여 동작 포착 데이터로부터 동작 그래프(Motion Graph)를 만들고, 이를 동작 생성시 상황에 적합한 동작을 선택하는데 활용한다. 지형 위에 사용자가 입력하는 좌표를 기초로 이구아나의 목표지점을 설정하고, 이를 바탕으로 그래프 경로를 계획한다. 그 결과 생성된 평지 위를 걷는 이구아나의 동작은 불규칙한 높이를 지닌 지형 위에서 적합한 동작으로 변형 된다. 이와 같이 지형에 적응된 동작은 연체 시뮬레이션 시 필요한 목표 근육길이를 계산하는데 활용된다. 마지막으로 연체 시뮬레이션 기업을 적용하여 다양한 상황에 대응 가능한 이구아나 물리 시뮬레이션을 구현하였다.
Pain is one of the quite common symptoms in clinics and many treatment methods have been applied to relieve pain. Among the treatments, high-intensity light therapy for pain has been introduced, but this therapy has not been fully supported by confirmed efficacy due to the absence of quantitative assessments and treatment feedback data in real time. In this study, the evaluation of light distribution in tissue was performed with current high-intensity light sources quantitatively using light-tissue interaction simulations. The diffuse reflectance in tissue was generated using Monte Carlo simulation that traces photons as they undergo multiple scattering and absorption within each tissue layer (skin, fat, and muscle) and within multi-layered tissue. The results showed that the highest diffuse reflectance and the deepest penetration of tissue were achieved at ${\lambda}$=830 nm when compared with other wavelengths like ${\lambda}$=650 nm, 980 nm and 1064 nm.
Human can generate various posture and motion with nearly 350 muscle pairs. From the viewpoint of mechanisms, the human skeleton mechanism represents great kinematic and dynamical complexity. Physical and behavioral fidelity of human motion requires dynamically accurate modeling and controling. This paper describes a mathematical modeling, and dynamic simulation of human body. The human dynamic model is simplified as a rigid body consisting of 18 actuated degrees of freedom for the real time computation. Complex kinematic chain of human body is partitioned as 6 serial kinematic chains that is, left arm, right arm, support leg, free leg, body, and head. Modeling is developed based on Newton-Euler formulation. The validity of proposed dynamic model, which represents mathematically high order differential equation, is verified through the dynamic simulation.
Quantitative analysis for distribution of penetrating ultrasound in vivo is very important to determine the treatment region and method. In this paper, we constructed a simplified 2-D femoral region model that consists of skin-fat-muscle-bone layered system, and simulated the pressure distribution in the model in case of applying ultrasound using Finite Element Method(FEM). The ultrasound used in the simulation was assumed to be pulse wave and the pressure distribution was analyzed during only one period of pulse wave. In order to find the penetration depth, amplitude of pressure and sphere that ultrasound reaches in the model, we performed the simulation with varying the applied frequency, transducer size and amplitude of transducer's output. The result showed that applied frequency is inversely proportional to the penetration depth and amplitude of pressure but the amplitude of transducer's output is proportional to the amplitude of pressure in the model. Also, the sphere that ultrasound reaches was widened and the amplitude of pressure became larger as the transducer size became larger. This results were similar to that obtained from the previous model consisting of fat-muscle-bone layered system, but we observed that the pressure of ultrasound is decreased due to the decrements of pressure by the absorption coefficient of skin and the interference that depends on the reflection of ultrasound caused by the difference of acoustic impedance of skin and fat. Finally, we can infer that the model proposed in this study is closer to the realistic model than the previous ones. It shows that the results obtained from this study can be useful in designing the ultrasound treatment instrument or in setting up the treatment plan.
The trunk is inclined to the loaded side when carrying an object as one of activities of daily living. As the reaction to this behavior the human body may be inclined to his/her trunk to unloaded side. The present study investigated the biomechanical effects of weight variation for sided load carriage during walking upon joint moments and muscle torques, through the tracker agent and joint driving dynamic analysis. To perform the experiment one male was selected as subject for the study. Gait analysis was performed by using a 3D motion analysis system. Thirty nine 14mm reflective markers, according to the plug-in marker set, were attached to the subject. We used BRG.LifeMOD(Biomechanics Research Group, Inc., USA), for skeletal modeling and inverse and joint driving dynamic simulation during one gait cycle. In walking with a sided load carriage, the subject modeled held the carriage with the right hand, which weighed 0, 5, 10, 15kg, 20kg respectively. The result of this simulation showed that knee and hip in the coronal plane were inclined to the loaded side and loaded side had larger moments as the sided load carriage was increased. On the other hand thoracic and lumbar in the coronal plane had larger negative values as the sided loaded carriage was increased. The thoracic and lumbar in the transverse plane also had larger values as the sided load was increased. And the several muscles of loaded side were increased as increasing sided load. It could be concluded that human body is adopted to side loaded circumstances by showing more biologic force. These results could be very useful in analysis for delivery motion of daily life.
Stress urinary incontinence (SUI) occurs when abdominal pressure increases, such as sneezing, exercising, and laughing. Surgical and non-surgical treatments are the common methods of SUI treatment; however, the conventional treatments still require continuous and invasive treatment. Laser have been used to treat SUI, but excessive temperature increase often causes thermal burn on urethra tissue. Therefore, the optimal conditions must be considered to minimize the thermal damage for the laser treatment. The current study investigated the feasibility of the laser irradiation condition for SUI treatment using non-ablative 980 nm laser from a safety perspective through numerical simulations. COMSOL Multiphysics was used to analyze the numerical simulation model. The Pennes bioheat equation with the Beer's law was used to confirm spatio-temporal temperature distributions, and Arrhenius equation defined the thermal damage caused by the laser-induced heat. Ex vivo porcine urethral tissue was tested to validate the extent of both temperature distribution and thermal damage. The temperature distribution was symmetrical and uniformly observed in the urethra tissue. A muscle layer had a higher temperature (28.3 ℃) than mucosal (23.4 ℃) and submucosal layers (25.5 ℃). MT staining revealed no heat-induced collagen and muscle damage. Both control and treated groups showed the equivalent thickness and area of the urethral mucosal layer. Therefore, the proposed numerical simulation can predict the appropriate irradiation condition (20 W for 15 s) for the SUI treatment with minimal temperature-induced tissue.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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