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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10006657&local_id=10011150
압창 방지용 BION(Bionic Neuron) 기능적 전기자극을 위한 근골격모델링과 연부조직 응력해석
Reports NRF is supported by Research Projects( 압창 방지용 BION(Bionic Neuron) 기능적 전기자극을 위한 근골격모델링과 연부조직 응력해석 | 2005 Year | 김영호(연세대학교(원주캠퍼스)) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
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  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number D00083
Year(selected) 2005 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2005년 12월 26일
Year type 결과보고
Year(final report) 2005년
Research Summary
  • Korean
  • 압창(pressure ulcer) 또는 욕창(pressure decubitis)은 마비환자의 연조직에 지속적인 압력 또는 전단응력에 의해 초래되는 피하조직의 손상상태를 말한다. 욕창은 순환․ 영양․배설장애, 압박에 대한 인지장애, 감각장애, 운동제한이 있는 사람에게 나타나는 일반적인 합병증으로 피부조직에의 영양 및 산소의 결핍으로 조직의 손상 및 괴사가 일어나 염증이 심해져 뼈까지 진행되면 골수염, 패혈증 등으로 사망에 까지도 이르게 된다. 운동기능 마비환자의 약 30%가 압창을 경험하고 있으며 척수손상(spinal cord injury: SCI)환자들이 그 대표적이다.
    본 연구는 운동기능이 손상된 노인 또는 SCI 환자에게 흔히 발생하는 창상을 방지하기 위한 기능적 전기자극인 BION(Bionic Neuron) Active Seating을 기반으로 한다. USC의 Loeb 교수가 개발하여 지난 20년간 진행되고 있는 주사가능 극세 전기자극시스템인 BION은 이러한 기능적 전기자극의 새로운 시대를 열어가고 있다. BION Active Seating은 1) BION 센서 제작 및 코일드라이버 설계, 2) 인간을 대상으로 한 BION 이식 및 follow-up, 3) 최적의 전기자극인자들을 결정하기 위한 모델링 및 압력분포 측정의 3개 분야로 구성된다.
    본 연구는 분야 3)의 연구를 통해서 하지/사지 마비환자의 압창을 방지할 수 있는 최적의 BION 자극인자 결정을 하고자 한다. 1) 엉덩관절 신전근 자극에 의해 발생될 체중이동에 따른 접촉 압력분포 측정의 실험 연구와 2)내부조직의 응력분포 해석을 위한 유한요소해석의 모델링 연구를 통하여 BION Active Seating의 기전을 밝혀내고 효율을 극대화시키고자 한다.
    본 연구 결과, 건측 자극시 건측으로 체중심이 이동되고 이에 따라 환측의 압력이 상대적으로 감소하게 되며 이는 엉덩이근과 넙다리빗근을 동시에 자극할 경우 접촉압력이 가장 감소하였으며 엉덩이근과 넙다리뒷근을 동시에 자극할 경우 최대의 압력중심의 이동이 가장 크게 나타났다. 유한요소해석 결과로부터 표피에 하중이 작용하여 압창이 발생하는 경우 뼈 또는 근육 등의 심부조직에 더 큰 응력이 작용됨을 알 수 있었다. 이는 기존 연구 결과인 Daniel 등이 실험을 통해서 실제로 표피가 손상되기 전에 피부 내 심부조직이 이미 손상된다고 발표한 것과 동일한 결과이다.
    본 연구의 결과를 이용하여 압창 치료를 위해서 볼기회전판(gluteal rotation flap) 수술을 받은 SCI 환자들이 BION 이식을 통한 전기자극을 통해서 환자 자신의 체중을 주기적으로 이동시켜서 SCI 환자의 욕창을 방지 시킬 수 있을 것으로 기대된다.
  • English
  • The pressure ulcer and pressure decubitus are the injury state of the skin by continuous normal or shear stress on the skin of SCI patients. These are general complications especially in SCI patients who have problems of cognition, sensibility, and movement abilities. About 30% of SCI patients who have difficulties in movements have undergone the pressure ulcer. Patients due to the stroke, dementia and Parkinson's disease also have the pressure ulcer frequently.
    This study is based on the BION(Bionic Neuron) Active Seating which is a functional electro-stimulator to prevent the pressure ulcer and the pressure decubitus in SCI patients and elderly people who have movement disabilities. The BION, which has been developed at USC for twenty years, is a new method for the functional electro-stimulation. BION Active Seating, consists of three parts: 1) Development of BION sensor and coil driver 2) Inserting BION to human body and follow-up 3)Modelling and measurement of pressure distribution to decide factors for the optimized functional electro-stimulation. The present study, based on part 3), is consisted of two areas: 1) experimental studies to measure displacement of the center of body based on contact pressure distributions by electric stimulations on various hip extensors, and 2) finite element studies on stress distributions on internal tissue structures. This study would maximize the efficiency of BION Active Seating
    From the experimental study, we would like to induce to select muscles stimulate effectively for the prevention of pressure ulcer of the elderly or SCI patients through the analysis of pressure distributions on the buttocks and thighs, ground reaction force and the movement of COP(center of pressure) by the electrical stimulation at lower limb muscles in the sitting posture. Pressure distribution and GRF(Ground Reaction Force) on the stimulated buttock and thigh increased when gluteus maximus was stimulated. Pressure on the stimulated thigh decreased a little when each of sartorius and hamstring. When both gluteus maximus and sartorius were stimulated at the same time, pressure on the stimulated buttock and thigh increased significantly, but on the other hand pressure on the opposite buttock decreased significantly. With the simultaneous stimulation of sartorius and hamstring, both of pressure on the stimulated thigh and GRF significantly decreased due to the activation of knee flexor and medial rotator. If the healthy side is simulated, the body weight would transfer to the healthy side. Then the pressure of unhealthy side will decrease relatively. The stimulation both of gluteus maximus and sartorius at same time has effect on the largest decrease of the pressure distribution. The stimulation both of gluteus maximus and hamstring at same time has effect on the largest movement of center of pressrue. Finite element studies clearly demonstrated that much larger stress acted on deep tissues such as bones or deep muscles when a loading takes place in regions of pressure ulcer, which is the one. similar to Daniel et al.
    Periodical shift of the body weight by the electrical stimulation would prevent pressure ulcer of SCI patients or elderly people.
Research result report
  • Abstract
  • 압창(pressure ulcer) 또는 욕창(pressure decubitis)은 마비환자의 연조직에 지속적인 압력 또는 전단응력에 의해 초래되는 피하조직의 손상상태를 말한다. 욕창은 순환․ 영양․배설장애, 압박에 대한 인지장애, 감각장애, 운동제한이 있는 사람에게 나타나는 일반적인 합병증으로 피부조직에의 영양 및 산소의 결핍으로 조직의 손상 및 괴사가 일어나 염증이 심해져 뼈까지 진행되면 골수염, 패혈증 등으로 사망에 까지도 이르게 된다. 운동기능 마비환자의 약 30%가 압창을 경험하고 있으며 척수손상(spinal cord injury: SCI)환자들이 그 대표적이다.
    본 연구는 운동기능이 손상된 노인 또는 SCI 환자에게 흔히 발생하는 창상을 방지하기 위한 기능적 전기자극인 BION(Bionic Neuron) Active Seating을 기반으로 한다. USC의 Loeb 교수가 개발하여 지난 20년간 진행되고 있는 주사가능 극세 전기자극시스템인 BION은 이러한 기능적 전기자극의 새로운 시대를 열어가고 있다.
    본 연구는 하지/사지 마비환자의 압창을 방지할 수 있는 최적의 BION 자극인자 결정을 위하여 엉덩관절 신전근 자극에 의해 발생될 체중이동에 따른 접촉 압력분포 측정의 실험 연구와 내부조직의 응력분포 해석을 위한 유한요소해석의 모델링 연구를 통하여 BION Active Seating의 기전을 밝혀내고 효율을 극대화시키고자 한다.
  • Research result and Utilization method
  • 본 연구 결과, 건측 자극시 건측으로 체중심이 이동되고 이에 따라 환측의 압력이 상대적으로 감소하게 되며 이는 엉덩이근과 넙다리빗근을 동시에 자극할 경우 접촉압력이 가장 감소하였으며 엉덩이근과 넙다리뒷근을 동시에 자극할 경우 최대의 압력중심의 이동이 가장 크게 나타났다. 유한요소해석 결과로부터 표피에 하중이 작용하여 압창이 발생하는 경우 뼈 또는 근육 등의 심부조직에 더 큰 응력이 작용됨을 알 수 있었다. 이는 기존 연구 결과인 Daniel 등이 실험을 통해서 실제로 표피가 손상되기 전에 피부 내 심부조직이 이미 손상된다고 발표한 것과 동일한 결과이다.
    본 연구의 결과를 이용하여 압창 치료를 위해서 볼기회전판(gluteal rotation flap) 수술을 받은 SCI 환자들이 BION 이식을 통한 전기자극을 통해서 환자 자신의 체중을 주기적으로 이동시켜서 SCI 환자의 욕창을 방지 시킬 수 있을 것으로 기대된다.
  • Index terms
  • 압창, 욕창, 마비환자, 척수손상 환자, BION, 엉덩관절 신전근, 압력분포, 응력분포, 유한요소해석
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