Purpose: The purpose of this study was to investigate examine how the kinematics and kinetics of lower limb joints were changed depending on the unstable shoes (US) during sit-to-stand task (SitTS). Methods: Nineteen healthy females were participated in this study. The subjects performed sit-to-stand task with US and barefoot. The experiment was repeated three times for each tasks with conditions. The kinematics and kinetics of lower limb joint were measured and analyzed using a 3-D motion analysis system. A paired t-test was utilised performed for to identificationy of changes in mean of angle, force, and moment between both the two conditions. Results: The results of this study showed kinematic differences in lower limb joints during SitTS based on the US. The hip, knee, and ankle angle showed statistically significant differences during SitTS. At the initial of SitTS, Tthe force and moment of the hip flexor, hip extensor, knee flexor, knee extensor, ankle flexor, and ankle extensor showed statistically significant differences. At the terminal of SitTS, Tthe force and moment of the hip flexor, hip extensor, knee flexor, knee extensor, ankle flexor, and ankle extensor showed statistically significant differences. At the maximum of SitTS, Tthe moment of the hip extensor showed statistically significant differences. The force and moment of the ankle flexor, extensor moment showed statistically significant differences. Conclusion: Therefore, Wwearing US is considered to influence on the lower limb joints kinematics and kinetics during SitTS movements, and thus suggests the possibility that of reducing the risks of pain, and osteoarthritis caused by changes in the loading of lower limb joints.
Objective:This research analyzed the lower-limb motion in kinetic and kinematic way while walking on various terrains to develop Foot-Ground Contact Detection (FGCD) algorithm using the Inertial Measurement Unit (IMU). Background: To estimate the location of human in GPS-denied environments, it is well known that the lower-limb kinematics based on IMU sensors, and pressure insoles are very useful. IMU is mainly used to solve the lower-limb kinematics, and pressure insole are mainly used to detect the foot-ground contacts in stance phase. However, the use of multiple sensors are not desirable in most cases. Therefore, only IMU based FGCD can be an efficient method. Method: Orientation and acceleration of lower-limb of 10 participants were measured using IMU while walking on flat ground, ascending and descending slope and stairs. And the inertial information showing significant changes at the Heel strike (HS), Full contact (FC), Heel off (HO) and Toe off (TO) was analyzed. Results: The results confirm that pitch angle, rate of pitch angle of foot and shank, and acceleration in x, z directions of the foot are useful in detecting the four different contacts in five different walking terrain. Conclusion: IMU based FGCD Algorithm considering all walking terrain possible in daily life was successfully developed based on all IMU output signals showing significant changes at the four steps of stance phase. Application: The information of the contact between foot and ground can be used for solving lower-limb kinematics to estimating an individual's location and walking speed.
Purpose: The purpose of this study is to compare kinematics on lower limbs between stair walking with high heel and barefoot in healthy adult women. Methods: 18 healthy adult women were recruited in this study. The subjects performed stair ascent and descent with high heels and barefoot. The experiment was conducted in random order and repeated three times for each stair walking with high heels and barefoot. The movements of lower limb joints were measured and analyzed using a three-dimensional analysis system. Results: The ankle, knee, and hip flexion angles on the sagittal plane exhibited statistically significant differences between stair ascent and descent with high heels and barefoot. The pelvic forward tilt angles showed statistically significant differences only during stair ascent. The ankle inversion, hip abduction and pelvic lateral tilt angles on the frontal plane showed statistically significant differences between stair walking with high heels and barefoot. On the transverse plane, the hip rotation angles showed statistically significant differences between the high-heeled and barefoot gait during stair ascent and descent. However, the pelvic rotation angles showed no statistically significant differences. Conclusion: Therefore, wearing high-heeled shoes during stair walking in daily life is considered to influence lower limb kinematics due to the high heel, and thus poses the risks of pain, and low stability and joint damage caused by changes in the movement of lower limb joints.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.9
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pp.799-807
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2017
In this paper, a new method is proposed for estimating pedestrians' walking velocity based on lower-limb kinematics and wearable inertial measurement unit (IMU) sensors. While the soles and ground are not in contact during the walking cycle, the walking velocity can be estimated by integrating the acceleration output of the inertial sensor mounted on the pelvis. To minimize the effects of acceleration measurement errors caused by the tilt of the pelvis while walking, the estimated walking velocity based on lower-limb kinematics is imposed as the initial value in the acceleration signal integration process of the pelvis inertial sensor. In the experiment involving outdoor walking for six minutes, sensor drift due to error accumulation was not observed, and the RMS error in the walking velocity estimation was less than 0.08 m/s.
Background: Landing from a step or stairs is a basic motor skill but high incidence of lateral ankle sprain has been reported during landing with inverted foot. Objects: This study aimed to investigate the effect of landing height and visual feedback on the kinematics of landing and supporting lower limbs before and after the touch down and the ground reaction force(GRF)s. Methods: Eighteen healthy females were voluntarily participated in landing from the lower (20 cm) and the higher (40 cm) steps with and without visual feedback. To minimize the time to plan the movement, the landing side was randomly announced as a starting signal. Effects of the step height, the visual feedback, or the interaction on the landing duration, the kinematic variables and the GRFs at each landing event point were analyzed. Results: With eyes blindfolded, the knee flexion and ankle dorsiflexion on landing side significantly decreased before and after the touch down. However, there was no significant effect of landing height on the anticipatory kinematics on the landing side. After the touch down, the landings from the higher step increased the knee flexion and ankle dorsiflexion on both landing and supporting sides. From the higher steps, the vertical GRF, anterior GRF, and lateral GRF increased. No interaction between step height and visual feedback was significant. Conclusion: Step height and visual feedback affected the landing limb kinematics independently. Visual feedback affected on the landing side while step height altered the supporting side prior to the touch down. After the touch down, the step height had greater influence on the lower limb kinematics and the GRFs than the visual feedback. Findings of this study can contribute to understanding of the injury mechanisms and preventing the lateral ankle sprain.
Patients with cerebral palsy or arthritis have deformities in lower limb which cause unstable gait or posture and pains. Surgeons perform a deformity correction osteotomy with surgical plan. But sometimes they find the unexpected angular or rotational deformation after surgery. The problems are that there is no method to predict the result of a surgical plan and also there are so many factors to must consider in surgical planning step such as clinical measurements, rotation angle, wedge angle, morphology of lower limb, etc. This paper presents new methods for planning the deformity correction osteotomy efficiently. There are two approaches based on the 3D mesh model and the accurate assessment of the patient's lower limb. One is the manual pre-simulation of surgery using forward kinematics. And the other is the automatic surgical planning using inverse kinematics and nonlinear optimization. Using these methods, we can predict and verify the results of various surgical treatments and also we can find a more effective surgical plan easily compared to conventional methods.
Purpose: This study examined the effects of the lower limb alignment on the pelvis, hip, and knee kinematics in people with genu varum during stair walking. Methods: Forty subjects were enrolled in this study. People who had intercondylar distance ${\geq}4cm$ were classified in the genu varum group, and people who had intercondylar distance <4cm and intermalleolar distance <4cm were placed in the control group. 3D motion analysis was used to collect the pelvis, hip, and knee kinematic data while subjects were walking stairs with three steps. Results: During stair ascent, the genu varum group had decreased pelvic lateral tilt and hip adduction at the early stance phase and decreased pelvic lateral tilt at the swing phase compared to the control group. At the same time, they had decreased minimal hip adduction ROM at the early stance and decreased maximum pelvic lateral tilt ROM and minimum hip rotation ROM at the swing phase. During stair descent, the genu varum group had decreased pelvic lateral tilt at the early stance and decreased pelvic lateral tilt and pelvic rotation at the swing phase. In addition, they had decreased pelvic frontal ROM during single limb support and increased knee sagittal ROM during the whole gait cycle. Conclusion: This study suggests that a genu varum deformity could affect the pelvis, hip and knee kinematics. In addition, the biomechanical risk factors that could result in the articular impairments by the excessive loads from lower limb malalignment were identified.
Journal of the Korean Society of Physical Medicine
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v.16
no.4
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pp.1-11
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2021
PURPOSE: Lumbosacral orthosis (LSO) is often used to help manage low back pain because it is economical and effective. This study examined the effects of flexible and semirigid LSOs on the lower-limb joint angles in walking in patients with chronic low back pain. METHODS: The effects of the lumbosacral orthosis during gait on the sagittal, frontal, horizontal planes and the change in lower limb angle were examined in fourteen chronic low back pain patients who walked without wearing a LSO, wearing a flexible LSO, and wearing a semirigid LSO in random order for three-dimensional motion analysis. RESULTS: The flexion of the hip and knee joints decreased more significantly during walking with an LSO than without one. The genu valgum angles were reduced in the stance phase more during walking with an LSO than without one. The external rotation of the knee joints in the stance phase increased more during walking with an LSO than without one. CONCLUSION: The angles of the lower-limb joints of patients with chronic low back pain are affected by walking with an LSO, and the effects increased as the LSO stiffened.
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.
International Journal of Internet, Broadcasting and Communication
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v.12
no.3
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pp.226-232
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2020
Repetition of landing with visual control in sports and training is common, yet it remains unknown how landing with visual control affects postural stability and lower limb kinetics. The purpose of this study was to test the hypothesis that landing with visual control will influence on lower limb control for intrinsic dynamic postural stability. Kinematics and kinetics variables were recorded automatically when all participants (n=10, mean age: 22.00±1.63 years, mean heights: 177.27±5.45 cm, mean mass: 73.36±2.80 kg) performed drop landings from 30 cm platform. Visual control showed higher medial-lateral force, peak vertical force, loading rate than visual information condition. This was resulted from more stiff leg and less time to peak vertical force in visual control condition. Leg stiffness may decrease due to increase of perturbation of vertical center of gravity, but landing strategy that decreases impulse force was shifted in visual control condition during drop landing. These mechanism explains why rate of injury increase.
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