Despite the widespread use of laterally wedged insoles for patients with knee osteoarthritis and medially wedged insoles for controlling rearfoot pronation, an understanding of the effects of wedged insoles was limited and sometimes controversial. The objective of this study was to evaluate the effect of wedged insoles on the kinematics and kinetics of normal gait. Ten male subjects without history of lower limb disorders were recruited. Each subject performed four gait cycles under each of seven conditions; shod with 5$^{\circ}$, 8$^{\circ}$ and 15$^{\circ}$, 8$^{\circ}$ and 15$^{\circ}$ laterally wedged insoles. In order to determine statistical differences among seven conditions, the measured temporal spatial variables, angular displacements, joint moments, and ground reaction forces were compared with a one-way analysis of variance. Some significant changes induced by wedged insoles were apparent in joint moments and ground reaction forces. The medially wedged insole increased the laterally directed ground reaction force and varus moments at the ankle force and varus moments at the ankle and the knee.
It is important to analyze the characteristics of normal gait in clinical and biomechanical aspects. Although gait characteristics can be varied by anthropometric, racial and cultural factors, normal gait studies have been performed mostly for Western people. The present study conducted a gait analysis for Korean young adults and compared the gait characteristics with those of Western people for the establishment of Korean normal gait data. A total of thirty-two adults in twenties(20 males and 12 females) were participated in the gait experiment and their spatio-temporal and kinematic/kinetic gait characteristics were analyzed. The comparison of the gait characteristics between Korean and Western people, revealed that the stride length and walking speed of Korean were significantly smaller than those of Western people by 0.1~0.3m and 0.15~0.40m/s respectively. And the knee abduction moment of Korean was larger than that of Western people, while the other moments(such as hip flexion/extension moments, abduction/adduction moments, and knee flexion/extension moments) were smaller than those of Western people. The ranges of joint angles between the gait studies were largely different with each other, but most of motion patterns and excursions were similar.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제9권1호
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pp.30-33
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2008
Understanding the characteristics of amputee gait is key in developing more advanced prostheses. The aim of this study was to quantitatively analyze a stair-climbing task for transfemoral amputees with a prosthesis and to predict the muscle forces and joint moments at musculoskeletal joints using a dynamic analysis. A three-dimensional musculoskeletal model of the lower extremities was constructed from a gait analysis using transformation software for two transfemoral amputees and ten healthy people. The measured ground reaction forces and kinematical data of each joint from the gait analysis were used as input data for an inverse dynamic analysis. Dynamic analyses of an transfemoral amputee climbing stairs were performed using musculoskeletal models. The results showed that the summed muscle forces of the hip extensor of an amputated leg were greater than those of a sound leg. The opposite was true at the hip abductor and knee flexor of an amputated leg. We also found that higher moments at the hip and knee joints of the sound leg were required to overcome the flexion moment caused by the body weight and amputated leg. Dynamic analyses using musculoskeletal models may be a useful means to predict muscle forces and joint moments for specific motion tasks related to rehabilitation therapy.
One of the important functions of prosthetic foot is the foot inversion-eversion which is so important when walking on uneven surfaces. The aim of our study was to evaluate the effect of foot eversion angle especially on knee and ankle joint for transtibial amputees by motion analysis. The experimental data were collected from three transtibial amputees and then ten healthy individuals. To simulate walking on side sloping ground, we used custom-made slope (5, 10, 15 degrees). Motion analysis was performed by 3-dimensional motion analyzer for 6 dynamic prosthetic feet. The results showed that knee abduction moments of amputated leg were decreased but those of sound leg were mainly increased as foot eversion angle increased. And ankle abduction moments of sound leg were inconsistent in magnitude and tendency between control and experimental group. Therefore foot eversioncharacteristics should be considered to develop advanced prosthetic foot.
Purpose: The purpose of this study was to compare the effects of force of ipsilateral versus contralateral cane usage on knee moments in healthy young adults. Methods: A convenience sample of 10 subjects volunteered for this study. Subjects walked over a force plate under three different conditions; unaided and ipsilateral cane and contralateral cane. Analysis of data on moment of the knee joint and ground reaction force was performed using the OrthoTrak program. Results: Flexion moment of the knee was decreased with the contralateral cane, but increased with the ipsilateral cane compared with normal gait. Extension moment of the knee was decreased with the contralateral cane compared with normal gait(p<0.05) and it was showed a greater decrease with the contralateral cane than with the ipsilateral cane gait(p=0.00). Valgus moment of the knee joint was increased with the ipsilateral cane but decreased with the contralateral cane. Vertical ground peak force was decreased with the ipsilateral cane compared with normal gait (p<0.05). Conclusion: The following conclusions were drawn from our data. Contralateral cane gait is more efficacious for persons with weakness of knee extensors, however, for a patient with varus deformity, the cane should be used in the ipsilateral hand.
Purpose : The purpose of this study was to investigate the characteristics of the Flex-OA shoe, a specific functional shoe, in terms of the range of motion (ROM) of hip and knee joint during walking when compared to a standardized shoe. Methods : Twenty-six healthy adults (18 males, 6 females) participated in this study. Subjects performed 8 walking trials consisting of two different shoe conditions to evaluate the hip and knee ROM using a three-dimensional motion capture system. Visual 3D motion analysis software was finally used to coordinate the kinematic data. Result : The total ROM and maximal abduction range of the hip joint in the coronal planes when wearing the Flex-OA shoe were significantly increased during walking compared to wearing a standard shoe (p<.05). On the other hand, significantly increased ROM was observed in the sagittal plane when wearing the Flex-OA shoe in the knee joints compared to a standard shoe (p<.05). Conclusion : Although clinical application of the specific functional shoe has known clearly positive effects on knee moments, the results of this study could provide important clues to explain the background of these effects in terms of the hip and knee joints when applying a specific functional shoe.
The purpose of this study was to investigate the effects of strength training on knee joint torque during walking in an adolescent with trisomy-21 Down syndrome. One adolescent with Down syndrome and one normal child participated in this study. Strength training consisted of eight exercises: squat, hamstring curl, hip adduction, hip abduction, knee extension, toe raise, sit-ups, and hyperextension of the waist. The participant with Down syndrome was participated in strength training for 12 weeks, three times a week, three sets, 10-15 RM; resistance was adjusted according to the principle of progressive overload. To measure the effect of strength training, isokinetic strength variables and knee joint torques were measured before training and after 12 weeks of training. The participant with Down syndrome had some abnormalities in controlling knee motion during walking due to muscle hypotonia, ligament laxity, and weakness of muscles. Post-training isokinetic strength increased compared to pre-training measurements. Knee range of motion were increased after strength training. Strength training did not affect ad/adduction and in/exteranl moments but did have an effect on flexor/extensor moment and timing.
Objective: This study investigated the different in isokinetic peak strength of the knee joint, and kinetics and kinematics in drop landing pattern of lower limb between the patellofemoral pain syndrome (PFPS) patients and normal. Method: 30 adult females were divided into the PFPS (age: 23.13±2.77 yrs; height: 160.97±3.79 cm, weight: 51.19±4.86 kg) and normal group (age: 22.80±2.54 yrs, height: 164.40±5.77 cm, weight: 56.14±8.16 kg), with 15 subjects in each group. To examine the knee isokinetic peak strength, kinematics and kinetics in peak vertical ground reaction force during drop landing. Results: The knee peak torque (Nm) and relative strength (%) were significantly weaker PFPS group than normal group. In addition, PFPS group had significantly greater hip flexion angle (°) than normal group. Moreover, normal group had significantly greater moment of hip abduction, hip internal rotation, and left ankle eversion than PFPS group, and PFPS group had significantly greater moment of knee internal rotation. Finally, there was significant differences between the groups at anteroposterior center of pressure. Conclusion: The PFPS patients had weakened knee strength, and which can result in an unstable landing pattern and cause of more stress in the knee joints despite to effort of reduce vertical ground reaction force.
This study predicts muscle forces acting on the lower extremity when the knee joint is in deep flexion. The whole body was approximated as a link model, and then the moment equilibrium equations at the lower extremity joints were derived far given reaction farces against the ground. Measurement of deep flexion was carried out by placing ten markers on the body. This study calculated the moment acting at each Joint from the equations of force and moment, classified the complicated muscles around the knee joint, and then predicted the muscle forces to balance the joint moment. Two models were proposed in this study: the simpler one that consists of three groups of muscle and the more detailed one of nine groups of muscle.
In the present study, an electro-mechanical KAFO (knee-ankle-foot orthosis) which satisfies both the stability in stance and the knee flexion in swing was developed and evacuated in eight polio patients. A knee joint control algorithm suitable for polio patients who are lack of the stability in pre-swing was also developed and various control systems and circuits were also designed. In addition, knee flexion angles and knee moments were measured and analyzed for polio patients who used the developed KAFO with the three-dimensional motion analysis system. Energy consumption was also evaluated for the developed KAFO by measuring the movement of the COG (center of gravity) during gait. From the present study, the designed foot switch system successfully determined the gait cycle of polio patients and controlled knee joint of the KAFO, resulting in the passive knee flexion or foot clearance during swing phase. From the three-dimensional gait analysis for polio patients, it was found that the controlled-knee gait with the developed electro-mechanical KAFO showed the knee flexion of 40$^{\circ}$∼45$^{\circ}$ at an appropriate time during swing. Vertical movements of COG in controlled-knee gait (gait with the developed electro-mechanical KAFO) were significantly smaller than those in looked knee gait(gait with the locked knee Joint). and correspondingly controlled-knee gait reduced approximately 40% less energy consumption during horizontal walking gait. More efficient gait patterns could be obtained when various rehabilitation training and therapeutic programs as well as the developed electro-mechanical KAFO were applied for polio patients.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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