상세유한요소 모델링을 통한 보행중인 인체족부의 족저압 해석

Pressure Analysis of Plantar Musculoskeletal Fascia while Walking using Finite Element Analyses

단층촬영 영상정보를 이용하여 근육, 연부조직 및 골 구조 등을 포함한 발의 상세한 유한요소해석모델을 개발하여 보행과정을 모사하였고, 발과 직접 접촉하는 신발밑창 형상의 고려 여부에 따른 보행 중의 발바닥 압력의 변화를 비선형 접촉해석으로 계산하였다. 해석결과 직립 정지상태나 보행 중에는 공통으로 뒤꿈치가 지면에 닿을 때 압력집중이 가장 높았으며, 편평한 밑창보다 발바닥 곡면과 같은 밑창을 사용한 보행해석에서 뒤꿈치의 압력집중이 덜하고 접촉면이 더 넓었다. 이러한 보행모델 및 해석은 발바닥의 압력집중에 취약한 당뇨병 환자 전용 의료보조신발(압력을 넓게 분포시켜 집중의 강도를 낮출 수 있는) 개발의 수단으로 활용될 수 있음을 보였다.

An efficient 3D finite element walking model that considers the detailed shapes of muscles, ligaments, bones, skin, and soles was developed based on a real computed tomography (CT) scan image of a foot, and nonlinear contact analyses were performed to investigate pressure changes. The highest pressure occurs at the rear bottom of the foot when standing and walking. The pressure on the outsole with a curved foot bottom surface is lessened and distributed over a wider area than in the case of a flat outsole. The result shows that a shoe sole shape optimized for diabetes patients can relieve the foot pressure concentration and prevent further worsening of symptoms.