노인성 혈관계 질환에 의한 절단부의 고기능성 의지 개발 = Developent of functional prosthesis for amputees with senile vascular disease

국문 초록 (Abstract)

Ⅰ. 연구개발의 목적 및 필요성
1.1 연구개발의 목적
○ 노인용 의지의 주요기능 중 가장 중요하게 영향을 미치는 부분은 경량화, 안정성 및 피부 친화성의 세가지로 구분할 수 있음.
○ 의지의 경량화를 위하여 금속중 비강도가 가장 높은 마그네슘 합금을 이용한 의지부품을 개발하고, 보행의 안정성을 확보하기 위하여 국내 최초로 의지용 소형 유압실린더를 개발하고, 당뇨와 같은 절단 장애인의 민감성 피부에 적합한 AirCondition 이 되는 소켓라이너를 개발하고자 함.
1.2 연구개발의 필요성
○ 교통사고, 산업재해 및 당뇨와 같은 혈관계 질환 등으로 팔이나 다리의 절단 환자가 증가하고 있으며, 선진국의 경우 절단장애인의 2/3가 노인으로 우리나라도 노인인구 증가 추세에 따라 노인성 질환에 의한 절단장애자가 증가하고 있음.
○ 노인용 의지의 경우 일반 다리절단장애인과는 요구되는 특성이 다름.
- 근력이 약하므로 의지가 가벼워야 함
- 균형감이 떨어지므로 보행의 안정성이 확보되어야 함
- 혈관질환이 많으므로 피부친화성이 좋은 소켓라이너를 착용하여야 함
○ 재활공학연구소에서 수년간 이 분야에 연구를 힘써 국내와 해외에 소켓라이너를 공급하고 있는 실정이며, 기술우위확보를 위하여 땀을 배출하는 새로운 개념의 소켓라이너 개발이 꼭 필요함.
Ⅱ. 연구개발의 내용 및 범위
○ 노인용 고기능/경량화 슬관절 개발(Knee) - 의지용 소형 유압실린더 개발(국내 최초 개발 시도) - 비강도를 고려한 최적의 경량화 구조해석
- 마그네슘합금을 이용한 초경량형 슬관절 개발
○ 노인 보행 및 생활 편의성과 안정성 향상을 위한 족관절 개발(Foot)
- 발 뒷굽치 높이 조절이 가능한 구조 개발
- 기계식/유압식 혼용 가능한 족관절 시스템 개발
○ 노인성 혈관계 질환에 의한 절단부 보호를 위한 Air Condition 소켓라이너 개발(Liner)
- 땀 배출을 위한 오픈셀형 소재 개발(세계 최초 개발 시도)
- Gel 타입 소재의 성형기술 개발
○ 임상시험 및 평가
Ⅲ. 연구개발결과
○ 슬관절용 소형 유압실린더 개발
- 유압장치의 밸브작동부위의 개량설계？조립 및 제어방법기술 개발
- 작동부위의 누유(Leakage)를 제로화 시킬 수 있는 실링 메카니즘 기술 개발
- 저점도 유압유의 제어기능 정밀화 및 스프링 장력 설정방법 개발
○ 마그네슘합금을 이용한 초경량형 유압식슬관절 프레임 개발
- 마그네슘합금을 고려한 최적의 구조 설계
○ 발 뒷굽 높이 조절이 가능한 발목장치 개발
- 유압실린더를 이용하여 조절범위가 큰 발목관절 시스템 개발
○ 절단부 보호를 위한 Air Condition 소켓라이너 개발
- 땀 배출을 위한 오픈셀형 소재 개발(세계 최초 개발 시도) - 타공형 라이너 및 소켓 개발
Ⅳ. 연구개발결과의 활용계획
○ 절단 장애인의 상실기능 지원에 매우 중요한 의지의 기술개발로 장애인들의 적극적인 생활영위에 도움.
○ 본 연구과제의 결과물인 기능성/경량화 슬관절, 높이가 조절되는 족관절 및 Air Condition이 되는 소켓라이너 등은 노인성 혈관계 질환에 의한 절단장애인들에게 필요한 의지를 개발하는데 핵심 기술로써 향후 다양한 의지 시스템 개발에 활용 가능.
○ 연구결과물 기술이전 및 상용화
- 국내최초로 유압식 슬관절 상용화
- 한국인의 생활에 적합한 발뒷굽높이 조절형 족관절 상용화
- 단단부 피부보호를 위하여 Air Condition이 되는 소켓라이너 상용화

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Ⅰ. The purpose and necessity of research/development
1.1 The purpose of research/development
The most important function of prothesis for the elderly is that of weight-reduction, stability, excellent affinity for skin
○ The purpose of this research is to develop prothesis components using magnesium alloy with the highest strength of metal for lightweight design of prothesis, the small hydraulic cylinder for prothesis to ensure the stability of walking as the first product in Korea and Air Controlling socket liner suitable for sensitive skin of amputees
1.2 The necessity of research/development
By traffic, industrial accidents or vascular disease the number of amputees is increasing continuously. A according to a increasing tendency of the elderly population in Korea, the amputees are increasing in number due to the senile disease
○ The prothesis used by the elderly, unlikely with the general amputees is required as followings;
- light-weightness of the prothesis due to weak muscular strength
- the higher stability of the walk due to low balance of stiffness
- excellent affinity for skin when wearing of socket liner due to vascular disease
○ The socket liner of high quality by rehabilitation engineering research is supplying in Korean market and the foreign country and we need to develop new advanced socket liner with excellent excretion for sweat
Ⅱ. The contents and scope of research/development
○ Development of high-functional and lightweight knee joint for the elderly
- Development of small hydraulic cylinder for prothesis(The first development case for development in Korea)
- Structural analysis for optimization for weight reduction with specific strength of materials
- Development of very lightweight knee joint using the alloy of magnesium
○ Development of foot for the gait of the elderly and ease of life, stability
- Development of structure adjustable the height of heel
- Development of foot with convertible mechanical and hydraulic system
○ Development of Air Controlling socket liner to protect stump of the amputees with senile vascular disease
- Development of open sell type materials for pushing out sweat to protect amputees' feet from getting wet(The worldwide first attempt to develop)
- Development of the forming technology using gel type materials
Ⅲ. The results of research/development
○ Development of small hydraulic cylinder for knee joint
- Development of the modified design, assembly technology, control methods for operating parts in valve of hydraulic system
- Development of shillings mechanism technology with zero Leakage in operating parts - Development of control technology and the setting method for tension of spring for hydraulic oil having low viscosity
○ Development of ultralight hydraulic knee frame using magnesium alloy - the optimum structural design considering magnesium alloy
○ Development of ankle device that can adjust the hight of heel
- Development of ankle system with wild adjusting range using hydraulic cylinder
○ Development o Air Controlling socket liner to protect the skin of stump
- Development of open sell type materials for pushing out sweat to protect amputees' skin(The world's first attempt to develop)
- Development of micro void type liner and socket
Ⅳ. Utilization plan of research/development products
○ As a core technology assistive devices for preventing senile vascular disease of the amputees, the functional/lightweight knee joint, foot with the function of height adjustment and Air Controlling socket liner can be utilized in various research for development of protheesis
○Technology transfer and commercialization
- Commercialization of hydraulic knee joint for the first time in Korea
- Commercialization of foot with the function of height adjustment of heel of Korean amputees
- Commercialization of Air Controlling socket liner to protect skin of stump