The purpose of this study was to investigate the functional role of foot effectiveness when humans execute running turn maneuvers. Foot rotation angle at the starting turn and body angle at the vertical axis were analyzed through three-dimensional image analysis and ground reaction force analysis. Then, we created a simple equation: foot effectiveness = total foot rotation angle/total body rotation angle at the vertical axis. This equation made it possible to explain the dynamics of angular running turns. We analyzed data from running turns(0, 30, and 60) at average initial running velocities of 4.5, as well as rotations around the vertical axis during the running turns. As a result, the stance time, foot placement, and left and right force increased.
Objective: The aim of this study was to quantitatively analyze the impact characteristics of the lower extremity on strike pattern during running. Method: 19 young subjects (age: 26.53 ± 5.24 yrs., height: 174.89 ± 4.75 cm, weight: 70.97 ± 5.97 kg) participated in this study. All subjects performed treadmill running with fore-foot strike (FFS), mid-foot strike (MFS), and rear-foot strike (RFS) to analyze the impact characteristics in the lower extremity. Impact variables were analyzed including vertical ground reaction force, lower extremity joint moments, impact acceleration, and impact shock. Accelerometers for measuring impact acceleration and impact shock were attached to the heel, distal tibia, proximal tibia, and 50% point of the femur. Results: The peak vertical force and loading rate in passive portion were significantly higher in MFS and FFS compared to FFS. The peak plantarflexion moment at the ankle joint was significantly higher in the FFS compared to the MFS and RFS, while the peak extension moment at the knee joint was significantly higher in the RFS compared to the MFS and FFS. The resultant impact acceleration was significantly higher in FFS and MFS than in RFS at the foot and distal tibia, and MFS was significantly higher than FFS at the proximal tibia. In impact shock, FFS and MFS were significantly higher than RFS at the foot, distal tibia, and proximal tibia. Conclusion: Running with 3 strike patterns (FFS, MFS, and RFS) show different impact characteristics which may lead to an increased risk of running-related injuries (RRI). However, through the results of this study, it is possible to understand the characteristics of impact on strike patterns, and to explore preventive measures for injuries. To reduce the incidence of RRI, it is crucial to first identify one's strike pattern and then seek appropriate alternatives (such as reducing impact force and strengthening relevant muscles) on that strike pattern.
Objective: The purpose of this study was to understand the injury mechanism and to provide quantitative data to use in prevention or posture correction training by conducting kinematic and kinetic analyses of risk factors of lower extremity joint injury depending on the change of direction at different angles after a landing motion. Method: This study included 11 men in their twenties (age: $24.6{\pm}1.7years$, height: $176.6{\pm}4.4cm$, weight: $71.3{\pm}8.0kg$) who were right-leg dominant. By using seven infrared cameras (Oqus 300, Qualisys, Sweden), one force platform (AMTI, USA), and an accelerometer (Noraxon, USA), single-leg drop landing was performed at a height of 30 cm. The joint range of motion (ROM) of the lower extremity, peak joint moment, peak joint power, peak vertical ground reaction force (GRF), and peak vertical acceleration were measured. For statistical analysis, one-way repeated-measures analysis of variance was conducted at a significance level of ${\alpha}$ <.05. Results: Ankle and knee joint ROM in the sagittal plane significantly differed, respectively (F = 3.145, p = .024; F = 14.183, p = .000), depending on the change of direction. However, no significant differences were observed in the ROM of ankle and knee joint in the transverse plane. Significant differences in peak joint moment were also observed but no statistically significant differences were found in negative joint power between the conditions. Peak vertical GRF was high in landing (LAD) and after landing, left $45^{\circ}$ cutting (LLC), with a significant difference (F = 9.363, p = .000). The peak vertical acceleration was relatively high in LAD and LLC compared with other conditions, but the difference was not significant. Conclusion: We conclude that moving in the left direction may expose athletes to greater injury risk in terms of joint kinetics than moving in the right direction. However, further investigation of joint injury mechanisms in sports would be required to confirm these findings.
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.
Purpose : The purpose of this study was to investigate the influence on the ground reaction force parameters according to wearing positions of backpack for during stair ascending and descending. Methods : Participants selected as subject were consisted of young female(n=10) and performed stairs walks(ascending and descending) with 2 types of wearing position(front of trunk[FT], rear of trunk[RT]). Passive(Fz 1) and active(Fz 2) forces of the vertical GRF were determined from time function and frequency domain. Also shear forces(Fx, Fy 1, Fy 2), dynamic postural stability index(MLSI, APSI, VSI, DPSI), loading rate and center of pressure (${\Delta}COPx$, ${\Delta}COPy$, COP area) were calculated from time function and frequency domain. Results : Fx, Fy 1, Fy 2, and Fz 1 in GRF didn't show significant differences statistically according to the wearing positions of backpack(p>.05), but stair descending showed higher forces than that of stair ascending. Particularly, Fz 2 of stair ascending showed higher forces than that of stair descending(p<.001), RT types showed higher than that of FT types(p<.05). MLSI, APSI, VSI, and DPSI of stair descending showed the increased stability index than that of stair ascending(p<.05), MLSI of RT types showed the decreased stability index than that of FT types(p<.05). Loading rate didn't show significant differences statistically according to the wearing positions of backpack(p>.05), but stair descending showed higher loading rate than that of stair ascending(p<.001). Also, ${\Delta}COPx$ in stair descending showed the increased movement than that of stair ascending(p<.05). Conclusions : A backpack of 10 kg(10 kg(ratio of body weights $17.61{\pm}1.17%$) showed significantly change GRF parameters according to wearing positions during stair ascending and descending. If possible, we suggest that the dynamic stability, in case of stairs walking with a smaller weights can be further improved.
The goals of this study were to provide data of 3 dimensional ground reaction force(GRF) parameters during stair ascent and descent on three different stair runs and to investigate variability and asymmetry index of them. 10 healthy adults participated in this study and performed 7 different types of gait with 10 trials each. After data analysis, following results were found. Firstly, stair run did not affect on the pattern of GRF parameters, coefficient of variation and asymmetry index. Secondly, a significant different GRF pattern was found between level walking and stair walking. Especially, ascending stair walking has only large Fz1 and small Fz3 while level walking and descending stair walking have a "M" shape connected by Fz1, Fz2 and Fz3. Thirdly, only vertical GRF parameters of stair walking revealed acceptable coefficient of variation and asymmetry index.
So, H.J.;Kwak, K.Y.;Kim, S.H.;Yang, Y.S.;Kim, N.G.;Kim, D.W.
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.32
no.1
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pp.61-73
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2011
The purpose of this study was to investigate changes in the center of pressure (COP), ground reaction force (GRF) and joint angles of elderly people and young people while stair-descent. The participants in this experiment were 5 elderly people and 5 young people, each of which was asked to descend stairs of three different heights (8 cm, 16 cm, and 32 cm). As they climbed down the stairs, they received vibration stimulation on the lower limb. The change of COP, GRF and joint angles were analyzed during the standing phase. COP decreased as the Achilles tendon and tibialis anterior tendon were vibrated. Vertical GRF increased as the Achilles tendon was vibrated, and the joint angle differed according to vibration stimulation conditions. These results mean that ankle joint, knee joint and hip joint were influenced by the vibrations on the lower limb as the participants descended the stairs. It was concluded that the vibration stimulation on the lower limb allowed the participants to efficiently climb down the stairs.
This study was to performed to get the reference data of the kinetic parameters for normal subjects according to the arm swing type. Forty-five normal subjects($22.62{\pm}2.69years$) pariticpated in this study and preformed 4 sequence according to the arm swing type as follows; first procedure-normal arm swing, second procedure-one arm swing, thrid procedure-no arm swing, fourth procedure-fitness arm swing. There were significant differences according to the arm swing type in the kinetic parameters such as walking speed, hip power, ground reaction force of vertical in terminal stance phase(p<.05). These finding can be utilized (a) as a reference for kinetic data of gait analysis in normal subjects, and (b) as an aide in evaluating and treating patients who have problems relating to gait.
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.
The purpose of this study was to compare GRF characteristics during walking wearing jogging and roller shoes. Twelve male middle school students (age: $15.0{\pm}0.0\;yrs$, height: $173.6{\pm}5.0\;cm$, weight: $587.6{\pm}89.3\;N$) who have no known musculoskeletal disorders were recruited as the subjects. Kinematic data from six S-VHS camcorders(Panasonic AG456, 60 fields/s) and GRF data from two force platform; (AMII OR6-5) were collected while subjects walked wearing roller and jogging shoes in random order at a speed of 1.1 m/s. An event sync unit with a bright LED light was used to synchronize the video and GRF recordings. GRF data were filtered using a 20 Hz low pass Butterworth. digital filter and further normalized to the subject's body weight. For each trial being analyzed, five critical instants and four phases were identified from the recording. Temporal parameters, GRFs, displacement of center of pressure (DCP), and loading and decay rates were determined for each trial. For each dependent variable, paired t-test was performed to test if significant difference existed between shoe conditions (p <.05). Vertical GRFs at heel contact increased and braking forces at the end of initial double limb stance reduced significantly when going from jogging shoe to roller shoe condition. Robbins and Waked (1997) reported that balance and vertical GRF are closely related It seems that the ankle and knee joints are locked in an awkward fashion at the heel contact to compensate for the imbalance. The DCP in the antero-posterior direction for the roller shoe condition was significantly less than the corresponding value for the jogging shoe condition. Because the subjects tried to keep their upper body weight in front of the hip to prevent falling backward, the DCP for the roller shoe condition was restricted The results indicate that walking with roller shoes had little effect on temporal parameters, and loading and decay rates. It seems that there are differences in GRF characteristics between roller shoe and jogging shoe conditions. The differences in GRF pattern may be caused primarily by the altered position of ankle, knee, and center of mass throughout the walking cycle. Future studies should examine muscle activation patterns and joint kinematics during walking with roller shoes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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