Objective: The objective of the present study was to analyze the relationship between strength of the lower extremity's joints and their local dynamic stability (LDS) of gait in elderly women. Method: Forty-five elderly women participated in this study. Average age, height, mass, and preference walking speed were 73.5±3.7 years, 153.8±4.8 cm, 56.7±6.4 kg, and 1.2±0.1 m/s, respectively. They were tested torque peak of the knee and ankle joints with a Human Norm and while they were walking on a treadmill at their preference speed for a long while, kinematic data were obtained using six 3-D motion capture cameras. LDS of the lower extremity's joints were calculated in maximum Lyapunov Exponent (LyE). Correlation coefficients between torque of the joints and LyE were obtained using Spearman rank. Level of significance was set at p<.05. Results: Knee flexion torque and its LDS was negatively associated with adduction-abduction and flexion-extension movement (p<.05). In addition, ratio of the knee flexion torque to extension and LDS was negatively related to internal-external rotation. Conclusion: In conclusion, knee flexion strength should preferentially be strengthened to increase LDS of the lower extremity's joints for preventing from small perturbations during walking in elderly women.
A human gait study is required for the biomechanical design of running shoes. A tow-dimensional dynamic model was developed in order to analyze lower extremity kinematics and loadings at the right ankle, knee, and hip joints. The dynamic model consists of three segments, the upper leg, the lower leg, and the foot. Each segment was assumed to be a rigid body with one or two frictionless hinge joints. The lower extremity motion was assumed to be planar in the sagittal plane. A young male subject was involved in the gait test and his anthropometric data were measured for the calculation of segement mass and moment of inertia. The experimental data were obtained from three trials of walking at 1.2m/s. The foot-floor reaction data were measured from a Kistler force plate. The kinematic data were acquired using a three-dimensional motion measurement system (Expert Vision) with six markers, five of which were placed on the right lower extremity segments and the rest one was attached to the force plate. Based on the model and experimental data for the stance phase of the right foot, the calculated vertical forces reached up to 492, 540, and 561 N at the hip, knee, ankle joints, respectively. The flexion-extension moments reached up to 155, 119, and 33 Nm in magnitude at the corresponding joints.
Seo, Hye-Jung;Seo, Mu-Jung;Shin, Hyun-Hee;Oh, Tae-Young
Journal of the Korean Society of Physical Medicine
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v.7
no.3
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pp.293-302
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2012
Background & Purpose : The purpose of this study is to evaluate the impairment of SVMC(selective voluntary motor control) of the lower extremity by assessing each joints of lower limb and to analyze the motional relationship between each joints of lower limb using SCALE(Selective Control Assessment of the Lower Extremity) during the swing phase of gait cycle in children with spastic diplegia. Method : 11 children with spastic diplegia CP who could walk independently and 10 normal developing children were participated. SCALE(Selective Control Assessment of the Lower Extremity) assessments were conducted for 11 children with CP. Gait analysis were accomplished in all participants. Qualisys motion analysis was used as a statistical tool to assess the motional relationship between hip joint, knee joint and ankle joint in each limb. We used descriptive statistics, cross-tabulation, independent t-test, linear regression to analysis motional relationship between each joints of lower limb using by SPSS ver.17.0. Result : Firstly, there were significant differences in SCALE scores between the cerebal palsy group and the control group in knee joint(p<0.05), but no significant difference in hip and ankle joints during the swing phase of gait cycle. Secondly, the difference of SCALE scores showed no statistical motional difference in knee and ankle joints during the swing phase, and showed significant motional difference in hip joints during the swing phase(p<0.05). Thirdly, there was a liner relationship between the motion of hip and ankle joints during the swing phase. Conclusion : The nature of SVMC(selective voluntary motor control) in each joints of the lower limb may reflect the ability of gait, thus SCALE may be used for assessing and for treating the cerebal palsy patients who are able to walk independently. Also we knew that the impairment of SVMC(selective voluntary motor control) increases from the proximal to the distal joints.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.35
no.1
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pp.55-61
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2018
The purpose of this study was to analyze the biomechanical differences of lower extremity joints of the frontal plane during sidestep cutting in male and female Judo athletes. In the knee and hip joint, the female group showed a smaller angle than the male group at the time of IC(initial contact). But peak knee joint adduction moment of female group was greater than male group(p<.05). Therefore, female Judo athletes were more likely to injure their knees at the point where their initial foot contacted the ground than male athletes during sidestep cutting.
The purpose of this study was to compare and analyze muscle function and EMG of the trunk and the lower extremity in short and long distance athletes and in order to determine difference in peak torque per unit weight, muscle power per unit weight, endurance ratio, and %MVIC classified by muscle. For that purpose, isokinetic muscle function tests for waist, knee, and ankle joints and EMG measurements for the trunk and the lower extremity muscle with running motion were conducted for 7 short and long distance high school athletes respectively. The study over muscle function of waist, knee, and ankle joints indicates that peak torque per unit weight of short distance athletes is higher than that of long distance athletes in extension and flexion of waist joint, plantar flexion of right ankle joint, and dorsi flexion of left ankle joint. In case of the muscle power per unit weight of short distance athletes is also higher than long distance athletes in waist, knee, and ankle joints. No difference in endurance ratio of waist, knee, and ankle joints between the two groups was founded. The results of the test over EMG of the trunk and the lower extremity show that %MVIC of erector spinae, rectus femoris, vastus medialis, vastus lateralis, and tibialis anterior is higher than that of long distance athletes in support phase. The above results proved to be the same in flight phase except for %MVIC of medial gastrocnemius. In other words, %MVIC of medial gastrocnemius for short distance athletes turned out to be higher than that of long distance athletes in flight phase.
Journal of The Korean Society of Integrative Medicine
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v.8
no.3
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pp.1-10
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2020
Purpose : The purpose of this study is to analyze the corrective effect of the general coordinative manipulation (GCM) joint intervention model on distort leg with imbalance of the lower extremity joints, pelvic and shoulder girdles, and lumbar spine. Methods : The study used a comparative analysis of the size of the distort leg and the imbalance of the lower extremity joints, pelvic and shoulder girdles, and lumbar spine before and after the application of the GCM joint intervention model. A total of 31 subjects from movement center G and the department of physical therapy at university M were selected as research subjects, and they were divided into two groups. The GCM joint intervention model was applied to 18 subjects in the bow knee group and 13 subjects in the knock knee group. The two groups received daily intervention three times a week for four weeks. The corrective effect of the GCM joint intervention model for each type of distort leg was compared and analyzed. Results : The effects of the GCM joint intervention model in correcting bow knee and knock knee with knee deformation and imbalance of the lower extremity joints, pelvic and shoulder girdles, and lumbar spine were significant in most domains (p<.05). The correlation between the bow knee and knock knee groups showed significance in most domains (p<.05). Conclusion : The GCM joint intervention model showed significant corrective effect in the bow knee and knock knee groups in terms of knee deformation, lower extremity joints, pelvic and shoulder girdles, and lumbar spine (p<.05).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.8
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pp.2101-2112
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1994
A two-dimensional biomechanical model was developed in order to calculated the lower extremity kinematics and kinetics during level walking. This model consists of three segments : the thigh, calf, and foot. Each segment was assumed to be a rigid body ; its motion to be planar in the sagittal plane. Five young males were involved in the gait experiment and their anthropometric data were measured for the calculation of segmental masses and moments of inertial. Six markers were used to obtain the kinematic data of the right lower extremity for at least three trials of walking at 1.0m/s, and simultaneously a Kistler force plate was used to obtain the foot-floor reaction data. Based on the experimental data acquired for the stance phase of the right foot, calculated vertical joint forces reached up to 0.91, 1.05, and 1.11 BW(body weight) at the hip, the knee, the ankle joints, respectively. The flexion-extension moments reached up to 69.7, 52.3, and 98.8 Nm in magnitude at the corresponding three joints. It was found that the calculated joint loadings of a subject were statistically the same for all his three trials, but not the same for all five subjects involved in the gait study.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.6
no.2
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pp.243-252
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2008
It has been reported that long-term exercise on a treadmill (running machine) may cause injury to the joints in a human's lower extremities. Previous works related to analysis of human walking motion are, however, mostly based on clinical statistics and experimental methodology. This paper proposes an analytical methodology. Specifically, this work deals with a comparison of normal walking on the ground and walking on a treadmill in regard to the external and internal impulses exerted on the joints of a human's lower extremities. First, a modeling procedure of impulses, impulse geometry, and impulse measure for the human lower extremity model will be briefly introduced and a new impulse measure for analysis of internal impulse is developed. Based on these analytical tools, we analyze the external and internal impulses through a planar 7-linked human lower extremity model. It is shown through simulation that the human walking on a treadmill exhibits greater internal impulses on the knee and ankle joints of the supporting leg when compared to that on the ground. In order to corroborate the effectiveness of the proposed methodology, a force platform was developed to measure the external impulses exerted on the ground for the cases of the normal walking and walking on the treadmill. It is shown that the experimental results correspond well to the simulation results.
Kim, Eui-Hwan;Kim, Sung-Sup;Kwon, Moon-Seok;Wi, Ung-Ryang;Lim, Jung;Chung, Chae-Wook
Korean Journal of Applied Biomechanics
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v.21
no.2
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pp.223-230
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2011
The purpose of this study was to analysis the effect of form and hardness of outsoles on the motion of the lower extremity joints and on foot pressure during gait. The subjects were 15 women(mean age, $48.5{\pm}2.4$ years), who had no serious musculoskeletal, coordination, balance or joint/ligament problems within 1 year prior to the study. The pelvic tilt, joint angles at the lower extremities and the vertical ground reaction force(GRF) were compared during gait with 3 types of shoes (A, B, C) by using one-way repeated ANOVA(p<.05). During gait, the peak tilt angle and the range of motion(ROM) of the ankle and knee joints were found to be significantly different among the 3 types of shoes. The type C shoes showed a significantly lower mean second maximum vertical GRF than types A and B. The curved outsoles of type C shoes, which had a form and hardness different from those of A and B, was designed strategically for walking shoes to provide stability to the Additionally, type C induced the dispersion of eccentric pressure and made the center of pressure roll over to the center line of the foot.
Objective : This study aimed to understand how increased heart rates at the time of drop landing during a step test would affect biomechanical variables of the lower extremity limbs. Background : Ballet performers do more than 200 landings in a daily training. This training raises the heart rate and the fatigability of the lower extremity limbs. Ballet performance high heart rate can trigger lower extremity limb injury. Method : We instructed eight female ballet dancers with no instability in their ankle joints(mean ${\pm}$ SD: age, $20.7{\pm}0.7yr$; body mass index, $19.5{\pm}1.2kg/m^2$, career duration, $8.7{\pm}2.0yr$) to perform the drop landing under the following conditions: rest, 60% heart rate reserve (HRR) and 80% HRR. Results : First, the study confirmed that the increased heart rates of the female ballet dancers did not affect the working ranges of the knee joints during drop landing but only increased angular speeds, which was considered a negative shock-absorption strategy. Second, 80% HRR, which was increased through the step tests, led to severe fatigue among the female ballet dancers, which made them unable to perform a lower extremity limb-neutral position. Hence, their drop landing was unstable, with increased introversion and extroversion moments. Third, we observed that the increasing 80% HRR failed to help the dancers effectively control ground reaction forces but improved the muscular activities of the rectus femoris and vastus medialis oblique muscles. Fourth, the increasing heart rates were positively related to the muscular activities of the vastus medialis oblique and rectus femoris muscles, and the extroversion and introversion moments. Conclusion/Application : Our results prove that increased HRR during a step test negatively affects the biomechanical variables of the lower extremity limbs at the time of drop landing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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