인체-기구 해석을 통한 슬관절 보조기의 기능 개선

Abstract

장애인을 포함하여 하지 근력의 약화, 관절 통증 등으로 보행동작에 불편을 겪는 노년층의 인구가 계속적으로 증가하고 있다. 이러한 인구는 일상생활의 영위가 어려워짐에 따라 활동량이 적어지고 결국 약화된 근육의 기능마저 상실하게 되기 쉽다. 따라서 그들에게 정상적인 활동을 영위하게 함으로써 삶의 질을 향상시키고자 하는 운동 보조기구의 개발은 고령화 사회로 접어들고 있는 현 시점에서 필수 사항이 되었다. 슬관절 보조기는 슬관절에 불편을 겪는 환자들에게 적용되는 치료/통증 완화 목적의 외골격 기구로 기구와 착용자 간의 동기화를 이용한 형태가 대부분이다. 이러한 외골격 기구는 인체 모사형 구조이므로 운동 궤적이 사람과 매우 유사하지 않으면 불편함을 야기하고 나아가 인체에 부상을 입힐 수도 있다. 따라서 여러 형태로 슬관절 보조기 연구들이 진행되고 있는데 보조기 Hinge부에 평기어 맞물림 방식을 적용하거나 길이 가변형 방식을 적용하는 등의 Hinge mechanism을 연구하는 분야가 활성화 되어있다. 또 슬관절 보조기 착용 시 인체에 미치는 영향을 연구하는 경우도 많은데 슬관절의 견인 효과를 측정하기 위해 X-ray 촬영을 실행하는 연구, 모션캡쳐 시스템으로 동작을 분석하여 각 관절의 변화를 관찰하는 연구, 그리고 이를 통하여 생체 각 관절부위를 유한요소해석 하는 연구 등이 진행 되고 있다. 본 연구에서는 슬관절의 거동을 모사하는 새로운 Hinge mechanism을 소개하고 인체 모델과 슬관절 보조기를 결합하여 동역학 해석을 진행하였다. 여러 종류의 슬관절 질환을 알고 있는 환자들이 있겠지만 본 연구는 특별히 슬관절 안쪽 대퇴융기(Femoral Condyle)부에 골관절염(Osteoarthritis)을 앓고 있는 환자의 치료 목적인 보조기에 초점을 맞추어 진행되었다. (실제로 슬관절 안쪽 대퇴융기 부 골관절염을 앓고 있는 환자가 바깥쪽에 앓고 있는 경우보다 2배 이상 많다.) 더불어 새로운 방식의 현 슬관절 보조기의 기능을 평가해 보고 개선점을 찾아 보조기 재평가를 실행하였다.