The optimized prosthetic mass distribution was a controversial problem in the previous studies because they are not supported by empirical evidence. The purpose of the present study was to evaluate the effect of prosthetic mass properties by modeling musculoskeletal system, based on the gait analysis data from two above-knee amputees. The joint torque at hip joint was calculated using inverse dynamic analysis as the mass was changed in knee and foot prosthetic components with the same joint kinematics. The results showed that the peak flexion and abduction torque at the hip joint were 5 Nm and 15 Nm when the mass of the knee component was increased, greater than the peak flexion and abduction torque of the control group at the hip joint, respectively. On the other hand, when the mass of the foot component was increased, the peak flexion and abduction torque at the hip joint were 20 Nm and 15 Nm, greater than the peak flexion and abduction torque of the control, respectively. The hip flexion torque was 4.71-fold greater and 7.92-fold greater than the hip abduction torque for the knee mass increase and the foot mass increase on the average, respectively. Therefore, we could conclude that the effect of foot mass increase was more sensitive than that of knee mass increase for the hip flexion torque. On the contrary, the mass properties of the knee and foot components were not sensitive for the hip abduction torque. In addition, optimized prosthetic mass and appropriate mass distributions were needed to promote efficiency of rehabilitation therapy with consideration of musculoskeletal systems of amputees.
본 연구에서는 CT영상기반 3차원 고관절모델을 이용한 컴퓨터시뮬레이션을 통해서 고관절의 운동범위(Range of Motion)를 측정하는 방법을 제시하였다. 본 연구에서는 그 측정방법에 대한 기술적인 사항을 제시하고, 그 기술이 재현성 있게 실현할 수 있도록 대퇴골두 중심점의 결절, 대퇴골 외전(Abduction)/내전(adduction)회전축, 굽힙(flexion)/신전(extension) 회전축을 정의하고 측정하는 명확한 방법을 제시하였다. 외전각은 해부학적인 시상면(Sagittal plane)상의 Anterior-Posterior축에 대해 아래쪽(Inferior)면으로부터 Lateral 쪽으로의 회전각으로 정의된다. 최대외전각은 대퇴골두가 엉덩이뼈(Pelvis)의 절구(Acetabulum)의 테두리와 겹치지 않고 Anterior-Posterior축을 중심으로 회전할 수 있는 최대 외전각으로 결정된다. 굴곡각은 해부학적인 관상면(Coronal plane)상의 Medial-Lateral축에 대해 아래쪽(Inferior)면으로부터 회전각으로 정의된다. 최대굴곡각은 대퇴골이 Medial-Lateral축을 중심으로 엉덩이뼈(Pelvis)의 절구(Acetabulum)의 테두리와 겹치지 않고 회전할 수 있는 최대 굴곡각으로 결정된다. 정상고관절에 비해 인공고관절술을 받은 해당 환자의 경우, 외전에서는 60도 정도, 굽힘에서는 4도 정도 운동범위가 줄어들 수 있다는 예측이 나왔다. 본 연구에서 행한 시뮬레이션을 해보고 외전의 경우 운동범위의 감소가 예측되므로, 대퇴골두를 조금 큰 것을 고르거나 대퇴골목부의 길이 (femoral neck offset)를 길게 시술해야 할 필요가 있음을 의미한다.
The aim of this study was to investigate the characteristics of the flexion withdrawal reflex modulated during Lokomat treadmill walking in people with spinal cord injury. The influence of the limb position and movement were tested in 5 subjects with chronic spinal cord injury. EMG activities from tibialis anterior and moments of the hip joint elicited by the foot stimulation were examined during Lokomat treadmill walking. To trigger the flexion withdrawal reflex during Lokomat treadmill walking, a train of 10 stimulus pulses was applied at the skin of the medial arch. The TA EMG activity was modulated during gait phase and the largest TA reflex was obtained after heel-off and initial swing phase. During swing phase, TA EMG was 40.9% greater for the extended hip position (phase 6), compared with flexed hip position (phase 8). The measured reflex moment of the hip joint was also modulated during gait phase. In order to characterize the neural contribution of flexion reflex at the hip joint, we compared estimated moments consisted of the static and dynamic components with measured moment of the hip joint. The mean static gains of reflex hip moments for swing and stance phase are -0.1, -0.8, respectively. The mean dynamic gains of reflex hip moments are 0.25 for swing, 0.75 for stance phase. From this study, we postulate that the joint moment and muscle response of flexion withdrawal reflex have the phase-dependent modulation and linear relationship with hip angle and angular velocity for swing phase during Lokomat treadmill walking.
To generate workspace analytically using the robot kinematics, data on range of human joints motion, especially range of two degrees of freedom motion, are needed. However, these data have not been investigated up to now. Therefore, in this research, we are to investigate an interaction effect of motions with two degrees of freedom occurred simultaneously at the shoulder, virtual hip(L5/S1) and hip joints, respectively, for 47 young male students. When motion with two degrees of freedom occurred at a joint such as shoulder, virtual hip and hip joints, it was found from the results of ANOVA that the action of a degree of freedom motion may either decrease or increase the effective functioning of the other degree of freedom motion. In other words, the shoulder flexion was decreased as the shoulder was adducted or abducted to $60^{\circ}C$TEX>or abducted from $60^{\circ}C$TEX>to maximum degree of abduction, while the shoulder flexion increased as the joint was abducted from $60^{\circ}C$TEX> to $60^{\circ}C$TEX> The flexion was decreased as the virtual hip was bent laterally at the virtual hip joint, and also did as the hip was adducted or abducted from the neutral position. It is expected that workspace can be generated more precisely based the data on the range of two degrees of joint motion measured in this study.
The purpose of this study is to elucidate the mechanical characteristics of lower extremity joint movements at different walking speeds in obese people and suggest the very suitable exercise for obese person's own body weight and basic data for clinical application leading to medical treatment of obesity. This experimental subjects are all males between the ages of 20 and 30, who are classified into two groups according to Body Mass Index(BMI): one group is 15 people with normal body weight and the other 15 obese people. Walking speed is analysed at 3 different speeds ($1.5^m/s$, $1.8^m/s$, $2.1^m/s$) which is increased by $0.3^m/s$ from the standard speed of $1.5^m/s$. We calculated joint moments of lower extremity during stance phase through video recording and platform force measurement.Two-way ANOVA(Analysis of Variance, Mix) is applied to get the difference of moments according to walking speeds between normal and obese groups. Pearson's Correlation Analysis is applied to look into correlation between walking speeds and joint moments in both groups. Significance level of each experiment is set as ${\alpha}=.05$. As walking speed increases maximum ankle plantar flexion moment in the stance phase is smaller in obese group than in normal group, which is suggestive of weak toe push-off during terminal stance in obese group, and the highest maximum ankle plantar flexion moment in obese group during the middle speed walking($1.8^m/s.$). Maximum ankle dorsal flexion moment in obese group is relatively higher than in normal group and this is regarded as a kind of compensatory mechanism to decrease the impact on ankle when heel contacts the floor. Maximum knee flexion and extension moments are both higher in normal group with an increase tendency proportional to walking speed and maximum hip flexion and extension moments higher in obese group. In summary, maximum ankle plantar flexion moment between groups(p<.025), maximum knee moment not in flexion but in extension(p<.001) within each group according to increasing walking speed, and maximum hip flexion and extension moment(p<.001 and p<.004, respectively according to increasing walking speed are statistically significant but knee and hip moments between groups are not. Pearson correlation are different: high correlation coefficients in maximum knee flexion and extension moments, in maximum hip extension moment but not hip flexion, and in maximum ankle dorsal flexion moment but not ankle plantar flexion, in each group. We suspect that equilibrium imbalance develops when the subject increases walking speed and the time is around which he takes his foot off the floor.
Purpose: The purpose of this study was to investigate the muscle contraction onset time characteristics of the gluteus maximus, semitendinosus, and biceps femoris muscles at different knee flexion angles in individuals with shortened or over-lengthened hamstrings performing prone hip extension. Methods: Twenty-six participants were divided into a hamstring shortened group (n = 12) and hamstring lengthened group (n = 14). Wireless surface electromyography was used to verify the muscle onset time of the gluteus maximus, semitendinosus, and biceps femoris when performing prone hip extension at different knee flexion angles. Results: There were significant differences in the muscle onset times of the semitendinosus and biceps femoris between the hamstring shortened group and hamstring lengthened group (p < 0.05). In addition, there was a significant difference in the muscle contraction onset times among of the gluteus maximus, semitendinosus, and biceps femoris muscles when performing prone hip extension at a knee flexion of 90° in the hamstring shortened group (p < 0.05) and a knee flexion angle of 0° in the hamstring lengthened group (p < 0.05). Conclusion: In all groups, there was no effect on the onset time of the gluteus maximus muscle according based on the knee angle. In addition, the knee flexion angles affected the onset time of the muscle contraction of the gluteus maximus muscle in the hamstring shortened group and hamstring lengthened group with an abnormal length of the hamstring muscle.
Purpose: We determined the recruitment pattern of lumbar elector spinalis, gluteus maxims, inner and outer hamstring muscle during trunk flexion and extension. Methods: Thirty healthy subjects(male; 15, female; 15) without low back pain and other problems in lower extremities participated in this study. To measure the recruitment pattern, the onset times of electromyographic activity of the muscles were recorded during trunk flexion and return(extension) to standing position. Results: The medial and lateral hamstring muscle was activated first, next elector spinalis, the last, gluteus maximus in trunk flexion. In trunk extension to standing position, the order of recruitment was similar to trunk flexion although the frequency is different. There were different between male and female in flexion and extension movement. Conclusion: The recruitment order of lumbar extensor and hip extensors in trunk flexion and extension will provide database in evaluation and intervention of lower back pain and lumbo.pelvic rhythm disorder.
This study was conducted to observe the isokinetic strength (IS) of the hip, ankle, and knee joints in young age groups. Thirty eight men and thirty one women with mean age of $30.4{\pm}3.5$ and $32.8{\pm}4.4years$, respectively, were enrolled in this study. Measurements of hip flexion, extension, abduction, and adduction at $30^{\circ}/sec$, Knee flexion and extension at $60^{\circ}/sec$, ankle inversion, eversion, plantarflexion, and dorsiflexion $30^{\circ}/sec$ were conducted. Absolute IS (Nm), relative IS (Nm/kg), strength ratios, correlations between movements were observed. Significant differences in absolute and relative strength were observed between groups in all movement except in the relative ankle strength. Relative isokinetic strength ratios of hip flexion/extension were .45 and .55, knee flexion/extension were .84 and .89, ankle dorsi/plantarflexion were .30 and .29, and ankle eversion/inversion were .86 and .84 for men and women, respectively. In the hip extension, men had about three times the body weight, and women had about 2.5 times the strength. The abduction muscle had about 1.5 times the body weight of both men and women. Height and body weight showed the significantly strong correlating relationship with hip (r, .76-.86) and knee (r, .67-.84) strength. However, ankle strength showed the comparatively correlating relationship, especially in women (r, .03 - .36). Similar age and physique characteristics of female and male groups could provide useful isokinetic strength reference values for developing the exercise program for healthy and rehabilitation groups.
Kim, Min-Hee;Yoo, Won-Gyu;Yi, Chung-Hwi;Kim, Han-Sung;Kim, Su-Jin
한국전문물리치료학회지
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제15권4호
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pp.59-63
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2008
Pressure sores are painful and needless complications of critical illness. and manifest as a localized area of ischemic necrosis of tissue caused by pressure. This study analyzed the bed-backrest elevation system combined with hip and knee flexion for lower extremity lower pressure reduction. Eight healthy adults aged 21 to 26 years were recruited. The Body Pressure Measurement Mat of the TekScan system was used to measure the location and magnitude of the peak pressures on the body bed interface. The SPSS statistical package was used to analyze the significance of differences between the general bed-backrest elevation system and the bed-backrest elevation system combined with hip and knee flexion using the paired t-test. The result showed that the body-pressure of the lower extremity was more significantly reduced for the bed-backrest elevation system combined with hip and knee flexion ($26.6{\pm}4.3$ mmHg) than a general bed-backrest elevation system ($37.3{\pm}5.2$ mmHg) (p<.05).
The purpose of this study was to analyze the changes of the muscle strength and length according to the changes of evaluation postures. Subjects of this study were 13 male and 13 female students. 6 evaluation postures were selected for this study(K90H90, K90H45, K90H0, K70H90, K70H45, K70H0 ; K90=knee $90^{\circ}$ flexion, K70=knee $70^{\circ}$ flexion, H90=hip $90^{\circ}$ fleion, H45=hip $45\circ}$ flexion. H0=hip $0^{\circ}$ ). The peak torque and hamstring muscle length(from fibula head to ischial tuberosity) were measured at each postures. The peak torque level was evaluated by make use of the KIN-COM. The results were as follows : 1. The peak torque in male was significantly increased with changes of hip flexion angle but not in female(($90^{\circ}\;>\;45^{\circ}\;>0^{\circ}$). 2. The hamstring length and peat torque in male and female was significantly changed according to the alteration of evaluation postures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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