Objective: Ligament laxity and hypotonia are characteristics of Down syndrome patients. The aim of this study was to compare the landing pattern between Down syndrome patients and typically developing subjects. To compare the landing pattern, variables related to ligament laxity and hypotonia i.e. vertical stiffness and lower extremities kinematics were investigated. Method: Five subjects with Down syndrome (age: $14.6{\pm}1.8years$, mass: $47.6{\pm}6.94kg$, height: $147.9{\pm}6.0cm$) and six able-bodied subjects (age: $13.2{\pm}0.4years$, mass: $54.7{\pm}6.7kg$, height: $160.1{\pm}9.8cm$) participated in this study. Results: The vertical displacement of the center of mass, vertical reaction force, leg stiffness and range of ankle angle range among Down syndrome patients were significantly different than typically developing group. The youth with Down's syndrome appeared to receive greater vertical impact force at landing than normal youth. Conclusion: The differences in the biomechanical characteristics suggest the delay in motor development among Down syndrome patients and an increased risk of injury to the lower extremity during movement execution such as drop landing.
Objective: The purpose of this study was to investigate differences of landing strategy between people with or without chronic ankle instability (CAI) during double-leg drop landing. Method: 34 male adults participated in this study (CAI = 16, Normal = 18). Participants performed double-leg drop landing task on a 30 cm height and 20 cm horizontal distance away from the force plate. Lower Extremities Kinetic and Kinematic data were obtained using 8 motion capture cameras and 2 force plates and loading rate was calculated. Independent samples t-test were used to identify differences between groups. Results: Compared with normal group, CAI group exhibits significantly less hip internal rotation angle (CAI = 1.52±8.12, Normal = 10.63±8.44, p = 0.003), greater knee valgus angle (CAI = -6.78±5.03, Normal = -12.38 ±6.78, p = 0.011), greater ankle eversion moment (CAI = 0.0001±0.02, Normal = -0.03±0.05, p = 0.043), greater loading Rate (CAI = 32.65±15.52, Normal = 18.43±10.87, p = 0.003) on their affected limb during maximum vertical Ground Reaction Force moment. Conclusion: Our results demonstrated that CAI group exhibits compensatory movement to avoid ankle inversion during double-leg drop landing compared with normal group. Further study about how changed kinetic and kinematic affect shock absorption ability and injury risk in participants with CAI is needed.
Journal of Korean Institute of Industrial Engineers
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v.25
no.1
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pp.56-66
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1999
Shoulder joint is the most movable joint in human body with, at least, three degrees of freedom, since there are at least three bones and five joints involved in shoulder movement. Due to the complexity of the shoulder joint and the lack of appropriate anatomical data, modeling of the shoulder joint has been known to be extremely difficult. In many biomechanical models being used, shoulder joint is considered as a fixed point and it is also assumed that the shoulder joint does not noticeably move during the shoulder movement. However, such an assumption is not valid in real applications and causes inaccuracy, especially, in the area of workspace evaluation. The reachable area generated by a human becomes somewhat different from that of current models for those models fail to appropriately reflect the movement of shoulder joint's center of rotation. In this study, the location of the shoulder joint's center of rotation was obtained in relation to the location of humerus, on which a new model for reach envelope generation was developed for workspace evaluation. From the experiments conducted for three subjects, the initial location of the center of rotation was determined for each subject and subsequent changes in the instantaneous center of rotation were drawn as a function of flexion and abduction of the shoulder. Based on the regression analysis, the study suggested a new method for the generation of reach envelope. Comparisons were also made among real reach envelopes obtained from the experiment, the ones from the model, and the ones from the new method suggested in the study. As a result, the prediction errors incurred from the new method were significantly reduced when compared to the ones from the current approach.
Age-related changes in the geometry of human lumbar spine would lead to changes of its mechanical behaviors. To investigate the effects of the geometric changes, no age-related changes in the material/mechanical properties were considered. Using the finite element method. two age-related models of lumbar spine segments (L3-L4) were constructed. The annulus of the models was modeled as laminate composite elements with 16 layers and 6 materials. The spinal stiffness and facet reaction of the lumbar spine increased with the age-related geometric changes in various combined loadings. Fiber and transverse tensile strains of the inner annulus. cancellous bone stress and end-plate stress decreased with the age-related geometric changes whereas fiber/layer compressive strains of the annulus. facet reaction. ligament reaction and end-plate rigidity increased. Consequently, it appears that in the normal age-related deterioration of discs, the age-related geometric change contributes to the increase of spinal stiffness (the decrease in range of the motion segment), preventing an excessive deformation of the disc.
This study investigates the biomechanical efficacies of vertebroplasty which is used to treat vertebral body fracture with bone cement augmentation for osteoporotic patients using image and finite element analysis. Simulated models were divided into two groups: (a) a vertebral body, (b) a functional spinal unit(FSU). For a vertebral body model, the maximum axial displacement was investigated under axial compression to evaluate the effect of structural integrity. The stiffness of each FE model simulated was normalized by the stiffness of intact model. In the case of FSU model, 3 types of compression fractures were formulated to assess the influence on spinal curvature changes. The FSU models were loaded under compressive pressure to calculate the change of spinal curvature. The results according to the various factors suggest that vertebroplasty has the biomechanical efficacy of the increment of structural reinforcement in a patient who has relatively high level of BMD and a patient with the amount of 15%, PMMA injection of the cancellous bone volume. The spinal curvatures after compression fracture simulation vary from 9$^{\circ}$ to 17$^{\circ}$ of kyphosis compared to that the spinal curvature of normal model was -2.8$^{\circ}$ of lordosis. These spinal curvature changes cause the severe spinal deformity under the same loading. As the degree of compressive fracture increases the spinal deformity also increases. The results indicate that vertebroplasty has the increasing effect of the structural integrity regardless of the amount of PMMA or BMD and the restoration of decreased vertebral body height may be an important factor when the compressive fracture caused the significant height loss of vertebral body.
Park, Byoung-Keon;Koo, Bon-Yeol;Park, Eun-Joo;Chae, Jae-Wook;Lee, Soon-Hyuk;Kim, Jae-Jung
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.17
no.6
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pp.443-455
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2012
The configuration of a musculoskeletal (MS) system is closely related to the individual motions of the human body. Many researches have been focused on evaluating the associations between the MS configuration and the individual motion using patient-specific MS models, but it still remains a challenging issue to accurately predict the motion by differed configurations of the MS system. The main objective of this paper is to predict the changes of a patient-specific gait by altering the geometric parameters of the hip joint using function-based morphing method (FBM). FBM is suitable for motion analysis since this method provide a robust way to morph a MS model while preserving the biomechanical functions of the bones. Computed-muscle control technique is used to calculate the muscle excitations to reproduce the targeted motion within a digital MS model without the motion-captured data. We applied this approach to a patient who has an abnormal gait pattern. Results showed that the femoral neck length and the angle significantly affect to the motion especially for the hip abduction angle during gait, and that this approach is suitable for gait prediction.
본 연구의 목적은 드는 작업에 있어서 한국 작업자의 적정하중을 구하여 중량물 안전기준을 정하는 것이다. 본 연구에서는 주어진 작업조건하에서 피실험자가 들어올릴 수 있는 적정하중을 결정하기 위 한 기준으로서 피실험자 자신에 의해서 인지되는 스트레스 정도를 이용하는 심리육체적 방법(Psychophysical method), 주어진 작업조건하에서 요추에 가해지는 압력을 이용하는 생체역학적 방법(Biomechanical method), 주어진 작업조건하에서 피실험자의 에너지 소모량을 이용하는 생리학적 접근법등이 이용되었다. 피실험자는 학생(n=3) 두개의 군으로 나뉘어진다. 실험에 들어가기 전에 피실험자에 대한 인체측정과 근력측정을 수행 하였다. 실험은 수직면에서 드는 빈도(1,2, 와 4회/분)와 드는 높이(0-8cm 와 47-102cm)를 조합한 6가지의 작업을 무작위로 선택하여 심리육체적 방법으로 각 작업에 대한 적정하중을 구하였다. 연구결과로서 피실험 자의 신체자료와 근력의 비교로부터 신체조건은 학생이 우수하였으나, 근력은 작업자가 우수하였다. 본 연구 에서 채택된 들기의 빈도가 변함에 따라 최대허용 하중은 변하였다. 작업자군에 대하여는 빈도가 증가할수록 최대허용 하중은 감소하였으며, 학생군에 대하여는 분당 1회와 분당 4회간의 유의한 차이가 있었다. 들기의 시작-종점의 변화에따른 최대허용 하중은 통계적으로 유의하지 않았다. 위의 두 결과는 들기의 빈도가 들기의 시작-종점보다 민감한 변수임을 가리키며 이는 미국 NIOSH의 결과와 일치한다. 심리육체적 방법을 사용하여 우리나라의 젊고 건강한 남성의 대부분(99%)을 고려하여 산출된 최대허용 하중은 미국 NIOSH 안전기준과 큰 차 이가 없음을 발견하였다. 또한 이 최대허용 하중은 인체역학적방법과 생리학적 방법을 사용하여 검토한 결과, 무리가 없는 수준임이 입증되었다. 본 연구의 결과를 토대로우리나라 젊고 건강한 남성에게 적합한 무게상수는 작업자군에 대하여 25.05kg, 학생군에 대하여 20.24kg 으로 나타나 이는 미국 NIOSH 안전기준과 대체로 일치함을 발견하였다.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.1207-1210
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2004
As many humans age, degenerative lumbar spinal stenosis (DLSS) becomes a major cause of lower limb discomfort and disability. By surgical treatment method of DLSS, the existing surgical treatment methods using internal fixation have showed degeneration changes of an adjacent vertebrae and loss of lumbar spine lordosis-kyphosis due to eliminating a motion. For solving the problems of internal fixation, a novel interspinous spacer has been developed to treat DLSS by surgical treatment method. In this study, we evaluated the biomechanical effects of the interspinous spacer on the kinematics of the porcine lumbar spine before and after insertion of the implant. For this purpose, a device that is capable of measuring 3-D motions were built based on direct linear transformation (DLT) algorithm written with MATLAB program. Results showed that in extension, a change of the mean angle between the intact and the implanted specimens at L4-L5 was 1.87 degree difference and the implant reduced the extension range of motion of the L4-L5 (p<0.05). But the range of motion in flexion, axial rotation and lateral bending at the adjacent segments was not statistically affected by the implant. In conclusion, we thought that interspinous spacer may have remedical value for DLSS by flexing human lumbar spine.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.1172-1175
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2004
At present, CHS(Compression Hip Screw) is one of the best prosthesis for the intertrochanteric fracture. There is nothing to evaluate the CHS itself with the finite element analysis and mechanical tests. They have same ways of the experimental test of the ASTM standards. The purpose of this study is to evaluate the existing CHS and the new CHS which have transformational design factors with finite element analysis and mechanical tests. The mechanical tests are divided into compression tests and fatigue test for evaluating the failure load, strength and fatigue life. This finite element method is same as the experimental test of the ASTM standards. Under 300N of compression load at the lag screw head. There are less differences between Group (5H, basic type) and Group which has 8 screw holes. However, there are lots of big differences between Group and Group which is reinforced about thickness of the neck range. Moreover, the comparison of Group and Group shows similar tendency of the comparison of Group and Group . The Group is reinforced the neck range from Group. After the experimental tests and the finite element analysis, the most effective design factor of the compression hip screws is the reinforcement of the thickness, even though, there are lots of design factors. Moreover, to unite the lag screw with the plate and to analyze by static analysis, the result of this method can be used with experimental test or instead of it.
Objective: The aim of this study was to determine the kinematical characteristics of somersault with twist in the Lou Yun and Akopian motions and to provide useful information to gymnastic athletes in men's vault. Method: The study subjects were 12 male adult top athletes. After 12 trials (7 Lou Yun and 5 Akopian trials) filmed by using two digital high-speed camcorders set at 90 frames/sec, kinematical data were collected through the direct linear transformation (DLT) method. The mean differences in biomechanical variables were compared during the second flight upward phase. The kinematic characteristics of somersault with twist in the Lou Yun and Akopian motions were identified. Results: In Lou Yun motion, the vertical release velocity through horse breaking was not difficult to obtain, so the athletes had enough time to prepare for the twist. Therefore, the Lou Yun motion has an advantage to make a cat twist in the pike posture. In the Akopian motion, obtaining the horizontal velocity through horse pushing was so easy that the Akopian athletes attained a large angular impulse and angular momentum. Therefore, the Akopian motion has an advantage to making a tilt twist in the body tilting posture. Conclusion: This study suggests that gymnastic athletes should control their body segment movements in order to increase the twisting angular velocity of the whole body, which requires regulation of the longitudinal moment of inertia of the body. Moreover, athletes should prepare for the shoulder and hip twists early in order to make the landing position in advance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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