Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.20
no.3
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pp.81-86
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2015
We fabricated a 3D knee joint model through the imaging processing. The 3D shape information is different depends on specific conditions when the shape of real knee joint is extracted from CT/MRI sliced images. The two types of joint models were fabricated by using 3D printer in order to analysis of joint movement by slight difference of 3D shape information. The compressive force experiments were performed by using knee joint model. As the results, the compressive forces were changed with respect to the difference of geometry. Consequently, feasibility test should be performed before developing biomimetic bioreactor.
It is well known that the geometry of the articular surface has a major role in determining the position of articular contact and the lines of action for the contact forces. The contact force calculation of the knee joint under the effect of sliding and rolling is one of the most challenging issues in this field. We present a 3-D human knee joint model including sliding and rolling motions and major ligaments to calculate the lateral and medial condyle contact forces from the recovered total internal reaction force using inverse dynamic contact modeling and the Least-Square method. As results, it is believed that the patella, muscles and tendon affect a lot for the internal reaction forces at the initial heel contact stage. With increasing flexion angles during gait, the decreasing contact area is progressively shifted to the posterior direction on the tibia plateau. In addition, the medial side contact force is larger than the lateral side contact force in the knee joint during normal human walking. The total internal forces of the knee joint are reasonable compared to previous studies.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.4
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pp.188-193
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2005
The purpose of this paper is to develop a more precise damper model of the joint for the quantification of the joint mechanical properties. We modified the linear damper model of a knee joint model to nonlinear one. The normalized RMS errors between the simulated and measured joint angle trajectories during passive pendulum test became smaller with the nonlinear damper model than those of the linear one which indicates the nonlinear damper model is better in precision and accuracy. The error between the experimental and simulated knee joint moment also reduced with the nonlinear damper model. The reduction in both the trajectory error and the moment error was significant at the latter part of the pendulum test where the joint angular velocity was small. The nonlinearity of the damper was significantly greater at thin subject group and this indicates the nonlinearity is a useful index of joint mechanical properties.
To analyze biomechanical effects of various types of menisectomy in the knee joint, the contact area and pressure distribution of intact the knee joint and the operated by various menisectomies were studied by using finite element method their results are compared with each other. In this study, the femur, the tibia, the articular cartilage and the menisci were three dimensionally reconstructed using MR Images of healthy knee joint in full extension of 26 years old male. Also, three dimensional finite element model of the knee joint was constructed including the models of ligaments and tendons on the reconstructed three dimensional model. Bones were considered to be rigid, articular cartilage and menisci were considered as homogeneous, isotropic and linearly elastic materials and ligaments and tendons were modeled as hyperelastic materials. Based on the results, the effects of various types of menisectomy on the knee joints are clearly elucidated.
Kim Chul-Seung;Kong Se-Jin;Kwon Sun-Duck;Kim Jong-Moon;Eom Gwang-Moon
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.7
s.184
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pp.152-158
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2006
The objective of this work is to develop the knee joint model for representing various pendulum motions and quantifying the spasticity. Knee joint model included the extension and flexion muscles. The joint moment consists of both the active moment from the stretch reflex and the passive moment from the viscoelastic joint properties. The stretch reflex was modeled as nonlinear feedback of muscle length and the muscle lengthening velocity, which is Physiologically-feasible. Moreover, we modeled the spastic reflex as having dynamic threshold to account far the various pendulum trajectories of spastic patients. We determined the model parameters of three patients who showed different pendulum trajectories through minimization of error between experimental and simulated trajectories. The simulated joint trajectories closely matched with the experimental ones, which show the proposed model can predict pendulum motions of patients with different spastic severities. The predicted muscle force from spastic reflex appeared more frequently in the severe spastic patient, which indicates the dynamic threshold relaxes slowly in this patient as is manifested by the variation coefficient of dynamic threshold. The proposed method provides prediction of muscle force and intuitive and objective evaluation of spasticity and it is expected to be useful in quantitative assessment of spasticity.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.7
s.196
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pp.133-138
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2007
It is important to understand the characteristics of amputee gait to develop more advanced prostheses. The aim of this study was quantitatively to analyze the stair climbing task for the above-knee amputee with a prosthesis and to predict muscle forces and joint moments at musculoskeletal joints by dynamic analysis. The three-dimensional musculoskeletal model of lower extremities was constructed by gait analysis and transformation software for one above-knee amputee and ten healthy people. The measured ground reaction forces and kinematical data of each joint by gait analysis were used as input data during inverse dynamic analysis. Lastly, dynamic analysis of above-knee amputee during stair climbing were performed using musculoskeletal models. The results showed that summed muscle farces of hip extensor of amputated leg were greater than those of sound leg but the opposite results were revealed at hip abductor and knee flexor of amputated leg. We could also find that the higher moments at hip and knee joint of sound leg were needed to overcome the flexion moment caused by body weight and amputated leg. In conclusion, dynamic analysis using musculoskeletal models may be a useful mean to predict muscle forces and joint moments for specific motion tasks related to rehacilitation therapy..
Purpose: The purpose of this study is to develop and evaluate a joint health self-management program for knee osteoarthritis elders in communities. Methods: This program was developed based on the IMB (information-motivationbehavioral skills) model. The program methods include education, setting and achieving goals, sharing experiences, telephone counseling, and self-monitoring. The topics of the program include joint assessment, exercise, massage, joint protection, medication, depression management, diet, and healthcare approach. The research was conducted following the principles of the nonequivalent control group pretest-posttest design. Participants were 26 subjects in the experimental group, and 27 subjects in the control group. The experimental group participated in the self-management program, and the control group received general education. Results: Both post-test scores of personal motivation, social motivation, behavior skill, self-management behavior, joint pain, joint stiffness, physical function disability, right knee extension, left knee extension, and depression were significantly different between the experimental group and the control group. Conclusion: The results of the study can be used to develop and standardize a systematic joint health self-management program. Further research is highly recommended to develop a strategy to continuously facilitate self-management of osteoarthritis patients' procedures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.9
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pp.1262-1269
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2004
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.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.1288-1293
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2003
This study predicts muscle forces acting on the lower extremity when the knee joint is in deep flexion. The whole bodies were approximated as a link model, and then the moment equilibrium equations at the lower extremity joints were derived for given reaction forces 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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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