족부 운동 및 족부 관절의 운동역학에 대한 연구는 족부 관절 부상 및 퇴행성 질환을 이해하는데 중요한 역할을 한다. 관절 하중을 측정하기 위해서는 침습적인 방법으로 힘 센서가 내장된 인공관절을 생체 내에 설치해야 한다. 힘 센서가 내장된 인공관절을 이용하여 관절 하중을 측정하기 위해서는 정형외과적인 시술이 필요한 단점이 있다. 측정이 불가능한 운동 중 생체 내 관절 운동역학은 근골격 ...
족부 운동 및 족부 관절의 운동역학에 대한 연구는 족부 관절 부상 및 퇴행성 질환을 이해하는데 중요한 역할을 한다. 관절 하중을 측정하기 위해서는 침습적인 방법으로 힘 센서가 내장된 인공관절을 생체 내에 설치해야 한다. 힘 센서가 내장된 인공관절을 이용하여 관절 하중을 측정하기 위해서는 정형외과적인 시술이 필요한 단점이 있다. 측정이 불가능한 운동 중 생체 내 관절 운동역학은 근골격 시뮬레이션 방법으로 추정 할 수 있다. 본 연구에서는 동역학적 근골격 시뮬레이션 방법을 이용하여 정상 피험자, 평발 환자의 생체 내 족부 운동 역학을 분석할 수 있는 인체 모델을 개발하였다. 또한, 수술 후 나타나는 비정상적인 운동역학 변화를 예측하였다. 첫 번째 연구에서, 임상 보행 분석을 위한 다관절 근골격 족부 모델이 개발되었다. 정상인의 족부관절에서 계산된 합모멘트를 능동 및 수동 모멘트로 분리하여 예측할 수 있는 다관절 근골격 족부 근골격 모델을 개발하였다. 예측된 결과는 이전 연구 결과와의 비교를 통하여 검증되었다. 분리 계산된 능동모멘트 및 수동모멘트는 정형외과적인 질환의 정확한 원인 진단을 위한 도구로 사용될 수 있다. 두 번째 연구에서는 평발이 보행 중 족부 관절에 미치는 운동역학을 연구하였다. 평발 피험자의 보행 분석 데이터를 획득하였으며, 정상인과 평발 환자의 능동모멘트 및 수동모멘트의 차이를 정량화하였다. 평발 피험자의 합모멘트는 전체 족부 관절에서 유의하게 감소하였다. 발목 관절에서는 능동모멘트가 유의하게 감소한 반면에, Chopart’s 관절에서는 수동모멘트가 유의하게 감소하였다. 본 연구 결과는 평발 피험자의 장애 원인 및 치료 방법 개발에 활용될 수 있다. 세 번째 연구에서는 거골하관절 유합술 후 보행 중 족부 관절 역학의 변화를 연구하였다. 정상인 및 거골하관절 유합술 후 관절 접촉력 계산을 위해 첫 번째 연구에서 개발된 다관절 근골격 족부 모델을 사용하였으며, 계산된 정상인의 관절 하중은 이전 연구 결과와의 비교를 통해 검증되었다. 거골하관절 유합술을 모방하기 위해 근골격 모델 내의 종골 및 거골 사이의 상대 운동이 제한된 모델을 구성하였다. 거골하관절 유합술 이후 악화되는 관절염의 원인을 분석할 수 있었다. 거골하관절 유합술 후 족부 관절의 하중이 유의하게 증가하였다. 본 연구를 통해서 5분절 근골격 족부 모델이 개발되었고, 정상인 뿐만 아니라 평발 및 거골하관절 유합술 후의 인체 내부 동역학 또한 예측되었다. 족부 관절의 능동모멘트, 수동모멘트, 합모멘트 및 관절 접촉력을 포함한 운동역학이 예측되었다. 정량화된 정상 및 병적 보행의 동역학은 족부 변형의 치료를 위한 의사 결정 및 최적의 치료 전략을 제안하는데 도움이 될 것으로 기대된다.
족부 운동 및 족부 관절의 운동역학에 대한 연구는 족부 관절 부상 및 퇴행성 질환을 이해하는데 중요한 역할을 한다. 관절 하중을 측정하기 위해서는 침습적인 방법으로 힘 센서가 내장된 인공관절을 생체 내에 설치해야 한다. 힘 센서가 내장된 인공관절을 이용하여 관절 하중을 측정하기 위해서는 정형외과적인 시술이 필요한 단점이 있다. 측정이 불가능한 운동 중 생체 내 관절 운동역학은 근골격 시뮬레이션 방법으로 추정 할 수 있다. 본 연구에서는 동역학적 근골격 시뮬레이션 방법을 이용하여 정상 피험자, 평발 환자의 생체 내 족부 운동 역학을 분석할 수 있는 인체 모델을 개발하였다. 또한, 수술 후 나타나는 비정상적인 운동역학 변화를 예측하였다. 첫 번째 연구에서, 임상 보행 분석을 위한 다관절 근골격 족부 모델이 개발되었다. 정상인의 족부관절에서 계산된 합모멘트를 능동 및 수동 모멘트로 분리하여 예측할 수 있는 다관절 근골격 족부 근골격 모델을 개발하였다. 예측된 결과는 이전 연구 결과와의 비교를 통하여 검증되었다. 분리 계산된 능동모멘트 및 수동모멘트는 정형외과적인 질환의 정확한 원인 진단을 위한 도구로 사용될 수 있다. 두 번째 연구에서는 평발이 보행 중 족부 관절에 미치는 운동역학을 연구하였다. 평발 피험자의 보행 분석 데이터를 획득하였으며, 정상인과 평발 환자의 능동모멘트 및 수동모멘트의 차이를 정량화하였다. 평발 피험자의 합모멘트는 전체 족부 관절에서 유의하게 감소하였다. 발목 관절에서는 능동모멘트가 유의하게 감소한 반면에, Chopart’s 관절에서는 수동모멘트가 유의하게 감소하였다. 본 연구 결과는 평발 피험자의 장애 원인 및 치료 방법 개발에 활용될 수 있다. 세 번째 연구에서는 거골하관절 유합술 후 보행 중 족부 관절 역학의 변화를 연구하였다. 정상인 및 거골하관절 유합술 후 관절 접촉력 계산을 위해 첫 번째 연구에서 개발된 다관절 근골격 족부 모델을 사용하였으며, 계산된 정상인의 관절 하중은 이전 연구 결과와의 비교를 통해 검증되었다. 거골하관절 유합술을 모방하기 위해 근골격 모델 내의 종골 및 거골 사이의 상대 운동이 제한된 모델을 구성하였다. 거골하관절 유합술 이후 악화되는 관절염의 원인을 분석할 수 있었다. 거골하관절 유합술 후 족부 관절의 하중이 유의하게 증가하였다. 본 연구를 통해서 5분절 근골격 족부 모델이 개발되었고, 정상인 뿐만 아니라 평발 및 거골하관절 유합술 후의 인체 내부 동역학 또한 예측되었다. 족부 관절의 능동모멘트, 수동모멘트, 합모멘트 및 관절 접촉력을 포함한 운동역학이 예측되었다. 정량화된 정상 및 병적 보행의 동역학은 족부 변형의 치료를 위한 의사 결정 및 최적의 치료 전략을 제안하는데 도움이 될 것으로 기대된다.
Analysis of the kinetics in the foot play an important role in understanding foot and ankle injury and degenerative diseases. In order to measure the in vivo joint forces, an artificial joint with a built-in force sensor must be installed by an invasive method. There is a disadvantage that an orthop...
Analysis of the kinetics in the foot play an important role in understanding foot and ankle injury and degenerative diseases. In order to measure the in vivo joint forces, an artificial joint with a built-in force sensor must be installed by an invasive method. There is a disadvantage that an orthopedic procedure is necessary to measure the joint load using a force sensor. Unmeasurable in vivo joint kinetics can be estimated by a musculoskeletal simulation method. In this study, we developed a foot model that can analyze the foot kinetics of normal feet and feet with pathologic disorders using a dynamics simulation method. We also predicted abnormal biomechanical changes after surgery. In the first study, a multi-segment musculoskeletal foot model was developed for clinical gait analysis. Active and passive moments were calculated separately along with the net moments in the foot joints of normal people. The predicted results were evaluated through comparison with previous research results. Separated active and passive moments can be used as an accurate clinical diagnostic tool for disease. In the second study, the kinetics of flatfoot subjects during walking were analyzed. The gait analysis data of the subjects with flat feet were obtained and the differences of the active and passive moments between normal and flat feet were quantified. The net moments of the flatfoot subjects decreased significantly in the foot joints. Active moments were significantly reduced in ankle joints, while passive moments were significantly reduced in Chopart's joints. The results of this study are expected to be useful for the development of treatment methods and understanding the causes of disability of flatfoot subjects. In the third study, changed kinematics and kinetics in foot joints during walking was estimated after subtalar joint fusion that is recommended surgery for alleviating pain in the flatfoot. The multi-segment foot model developed in the first study was used to calculate joint contact forces in normal and subtalar fused foot joint and the calculated joint load of the normal subjects was evaluated by comparison with the results of previous studies. To mimic subtalar joint fusion, relative motion between the calcaneus and talus within the musculoskeletal model was constrained. The aggravation of arthritis after subtalar joint fusion was identified. The load of foot joints increased significantly after the subtalar joint fusion. In conclusion, a five-segment musculoskeletal foot model was developed, and human internal kinetics were estimated in the flatfoot and subtalar fused foot. Moments including net, active and passive and joint contact forces in the foot were estimated. Quantified kinetics of normal and pathologic walking can be used to help decision making for the treatment of foot deformity and suggesting optimal treatment strategies.
Analysis of the kinetics in the foot play an important role in understanding foot and ankle injury and degenerative diseases. In order to measure the in vivo joint forces, an artificial joint with a built-in force sensor must be installed by an invasive method. There is a disadvantage that an orthopedic procedure is necessary to measure the joint load using a force sensor. Unmeasurable in vivo joint kinetics can be estimated by a musculoskeletal simulation method. In this study, we developed a foot model that can analyze the foot kinetics of normal feet and feet with pathologic disorders using a dynamics simulation method. We also predicted abnormal biomechanical changes after surgery. In the first study, a multi-segment musculoskeletal foot model was developed for clinical gait analysis. Active and passive moments were calculated separately along with the net moments in the foot joints of normal people. The predicted results were evaluated through comparison with previous research results. Separated active and passive moments can be used as an accurate clinical diagnostic tool for disease. In the second study, the kinetics of flatfoot subjects during walking were analyzed. The gait analysis data of the subjects with flat feet were obtained and the differences of the active and passive moments between normal and flat feet were quantified. The net moments of the flatfoot subjects decreased significantly in the foot joints. Active moments were significantly reduced in ankle joints, while passive moments were significantly reduced in Chopart's joints. The results of this study are expected to be useful for the development of treatment methods and understanding the causes of disability of flatfoot subjects. In the third study, changed kinematics and kinetics in foot joints during walking was estimated after subtalar joint fusion that is recommended surgery for alleviating pain in the flatfoot. The multi-segment foot model developed in the first study was used to calculate joint contact forces in normal and subtalar fused foot joint and the calculated joint load of the normal subjects was evaluated by comparison with the results of previous studies. To mimic subtalar joint fusion, relative motion between the calcaneus and talus within the musculoskeletal model was constrained. The aggravation of arthritis after subtalar joint fusion was identified. The load of foot joints increased significantly after the subtalar joint fusion. In conclusion, a five-segment musculoskeletal foot model was developed, and human internal kinetics were estimated in the flatfoot and subtalar fused foot. Moments including net, active and passive and joint contact forces in the foot were estimated. Quantified kinetics of normal and pathologic walking can be used to help decision making for the treatment of foot deformity and suggesting optimal treatment strategies.
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