فصل نامه علمی پژوهشی مهندسی پزشکی زیستی

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اعضای هیات تحریریه

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پیوندهای مفید

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

اخبار و اعلانات

استفاده از تغییرات مرکز جرم جهت بررسی تعادل افراد دارای اختلاف طول پا در هنگام بالا رفتن از پله

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه بیومکانیک، دانشکده‌ی مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

2 استادیار، گروه بیومکانیک، دانشکده‌ی مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

3 استادیار، گروه توان‌بخشی، دانشکده‌ی توان‌بخشی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

10.22041/ijbme.2021.529960.1689

چکیده

حفظ تعادل در حرکت‌های روزمره از جمله حرکت روی پله، یکی از مشکلات افراد دارای اختلاف طول پا است. این افراد برای جبران تفاوت طول دو پا، الگوی حرکت خود را از حالت عادی تغییر می­دهند. در اثر تغییر الگوی حرکت، مختصات مرکز جرم بدن که یکی از عوامل مهم در حفظ تعادل است، تغییر می­کند. برای تصحیح الگوی حرکت، استفاده از روش­های اصلاحی مانند به کار بردن کفی جبران کننده­ تجویز می­شود. هدف این مطالعه بررسی تغییرات مرکز جرم، با و بدون استفاده از کفی در افراد دارای اختلاف طول پا در بالا رفتن از پله است. در این مطالعه حرکت 20 شرکت کننده در هنگام بالا رفتن از پله در دو گروه افراد سالم و افراد دارای کوتاهی پا توسط سیستم سه‌بعدی آنالیز حرکت ثبت شده است. تغییرات زوایای مفاصل لگن، زانو و مچ پا با مدل 7 عضوی از روش اویلر محاسبه شده، سپس ماتریس­های دوران و انتقال اندام­ها به دست آمده و با استفاده از آن­ها بازوی ممان­های عضوها تعیین شده است. تغییرات مرکز جرم در سه جهت از روش مجموع ممان­های کل بدن به دست آمده است. تغییرات بین گروه آزمون و کنترل با استفاده از آزمون آماری t مستقل و زوجی در سطح اطمینان 95% مقایسه شده است. نتایج نشان داده که جابه‌جایی مرکز جرم در هر سه جهت برای افراد دارای اختلاف طول پا از نظر آماری به طور معناداری متفاوت از افراد سالم بوده (05/0p<) و تنها دامنه‌ی حرکتی مرکز جرم افراد دارای عارضه در محور عمودی تفاوت معنی­داری از خود نشان نداده است (05/0p>). بر اساس یافته­های این تحقیق می­توان نتیجه گرفت که در بالا رفتن از پله، استفاده از کفی جبران کننده توسط افراد دارای اختلاف طول پا به تنهایی نمی­تواند تغییرات مرکز جرم به عنوان یکی از شاخصه‌های سنجش تعادل را مانند افراد عادی بهبود بخشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Using Changes in the Center of Mass to Measure the Balance in People with Different Leg Lengths when Climbing Stairs

نویسندگان [English]

  • Seyed Mehran Ayati Najafabadi 1
  • Alireza Hashemi Oskouei 2
  • Seyed Masoud Rafiaei 3

1 M.Sc., Department of Biomechanics, Department of Biomedical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran

2 Assistant Professor, Department of Biomechanics, Department of Biomedical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran

3 Assistant Professor, Department of Rehabilitation, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran

چکیده [English]

Balance in daily movements like as stair ascending is a challenge for the people with leg lengths discrepancy (LLD). These people change their pattern of movement to compensate the difference between legs’ length. Due to the changes in movement pattern, body's center of mass which is one of the important factors in maintaining balance can be varied.  Compensatory insoles are used to compensate for short legs. The aim of this study is to investigate changes in the center of mass, with and without using insoles in people with leg length discrepancy when climbing stairs. In this practical cross-sectional study, the movement of 20 participants while climbing stairs in two groups of healthy people and people with LLD was recorded by a three-dimensional movement analysis system. Changes in pelvic, knee and ankle joint angles were calculated with the 7-member Euler method. Then the rotation and transferring matrixes were defined by using the joint angles to determine the torque arm of the limbs.  By the total body torque method, the center of mass changes in three directions were obtained. Then, these changes were compared between the experimental and control groups using independent and paired t-test at 95% confidence level. The results showed that the displacement of the center of mass in all three directions was significantly higher for people with different leg length differences when comparing with healthy people (p<0.05). The results also showed that range of movement has no significant different in the Vertical axis between normal and LLD people (p>0.05) when using insole. Based on the findings of this study, it can be concluded that the use of compensatory insoles alone cannot make changes in the center of mass as one of the indicators to measure the balance in climbing stairs like normal people.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Leg Length Discrepancy
  • Compensatory Insoles
  • Center of Mass
  • Stair
مراجع
  1. Blake R, Ferguson H. Limb length discrepancies. Journal of the American Podiatric Medical Association. 1992;82(1):33.
  2. Resende RA, Kirkwood RN, Deluzio KJ, Cabral S, Fonseca ST. Biomechanical strategies implemented to compensate for mild leg length discrepancy during gait. Gait & posture. 2016;46:147-53.
  3. Song KM, Halliday SE, Little DG. The effect of limb-length discrepancy on gait. JBJS. 1997;79(11):1690-8.
  4. Murrell P, Cornwall MW, Doucet SK. Leg-length discrepancy: effect on the amplitude of postural sway. Archives of physical medicine and rehabilitation. 1991;72(9):646-8.
  5. Reeves ND, Spanjaard M, Mohagheghi AA, Baltzopoulos V, Maganaris CN. Older adults employ alternative strategies to operate within their maximum capabilities when ascending stairs. Journal of Electromyography and Kinesiology. 2009;19(2):e57-e68.
  6. Jurčević Lulić T, Sušić A, Kodvanj J. Biomechanical analysis of walking: Effects of gait velocity and arm swing amplitude. Periodicum biologorum. 2010;112(1):13-7.
  7. Chou L-S, Kaufman KR, Hahn ME, Brey RH. Medio-lateral motion of the center of mass during obstacle crossing distinguishes elderly individuals with imbalance. Gait & posture. 2003;18(3):125-33.
  8. Lee H-J, Chou L-S. Detection of gait instability using the center of mass and center of pressure inclination angles. Archives of physical medicine and rehabilitation. 2006;87(4):569-75.
  9. Naga S. An Efficient Algorithm for Clinical Mass Center Location of Human Body: University of Cincinnati; 2005.
  10. Lafond D, Duarte M, Prince F. Comparison of three methods to estimate the center of mass during balance assessment. Journal of biomechanics. 2004;37(9):1421-6.
  11. Eames M, Cosgrove A, Baker R. Comparing methods of estimating the total body centre of mass in three-dimensions in normal and pathological gaits. Human movement science. 1999;18(5):637-46.
  12. Stel VS, Smit JH, Pluijm SM, Lips P. Consequences of falling in older men and women and risk factors for health service use and functional decline. Age and ageing. 2004;33(1):58-65.
  13. Startzell JK, Owens DA, Mulfinger LM, Cavanagh PR. Stair negotiation in older people: a review. Journal of the American Geriatrics Society. 2000;48(5):567-80.
  14. Vrhovski Z, Benkek G, Mutka A, Obrovac K, Bogdan S, editors. System for Compensating for Leg Length Discrepancy Based on the Estimation of the Centre of Mass of a Human Body. 2018 26th Mediterranean Conference on Control and Automation (MED); 2018: IEEE.
  15. Nagi O, Dhillon M, Goni V. Does the piriformis compress the sciatic nerve during limb length equalization? Singapore medical journal. 1999;40(12):749-51.
  16. Price CT, Carantzas AC. Severe growth retardation following limb lengthening: a case report. The Iowa Orthopaedic Journal. 1996;16:139.
  17. Moseley C. Leg length discrepancy and angular deformity of the lower limbs. Lovell and Winter’s pediatric orthopedics 4th ed Philadelphia: Lippincott-Raven. 1996:849-901.
  18. Ashour R, Abdelraouf O, Abdallah A, Sweif R. Effect of footwear modification on postural symmetry and body balance in leg length Discrepancy: A randomized controlled study. International Journal of Osteopathic Medicine. 2019;32:13-20.
  19. Palmanovich E, Ayalon M, Sira DB, Nyska M, Hetsroni I. The effect of eliminating leg length difference on plantar foot pressure distribution in patients wearing forefoot offloading shoe. The Foot. 2017;33:39-43.
  20. Wang K, Lu C, Ye R, He W, Wei X, Li Y, et al. Research and development of 3D printing orthotic insoles and preliminary treatment of leg length discrepancy patients. Technology and Health Care. 2020(Preprint):1-10.
  21. Menez C, Coquart J, Dodelin D, Tourny C, Lhermette M. Effects of Orthotic Insoles on Gait Kinematics and Low Back Pain in Subjects with Mild Leg Length Discrepancy. Journal of the American Podiatric Medical Association. 2020.
  22. Ayati Najafabadi SM, Hashemi Oskouei AR, Rafiaei SM. Assessment of three-dimensional changes in lower limb joint angles people with leg length discrepancy during stair climbing with and without using insoles. accepted by Iranian Journal of Biomedical Engineering. 2021;15(1):51-60.
  23. Eek MN, Zügner R, Stefansdottir I, Tranberg R. Kinematic gait pattern in children with cerebral palsy and leg length discrepancy: effects of an extra sole. Gait & posture. 2017;55:150-6.
  24. Zietz D, Johannsen L, Hollands M. Stepping characteristics and Centre of Mass control during stair descent: Effects of age, fall risk and visual factors. Gait & posture. 2011;34(2):279-84.
  25. Subotnick SI. Limb length discrepancies of the lower extremity (the short leg syndrome). Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. 1981;3(1):11-6.
  26. Basford JR, Smith MA. Shoe insoles in the workplace. Orthopedics. 1988;11(2):285-8.
  27. Defrin R, Benyamin SB, Aldubi RD, Pick CG. Conservative correction of leg-length discrepancies of 10mm or less for the relief of chronic low back pain. Archives of physical medicine and rehabilitation. 2005;86(11):2075-80.
  28. Frederic HM. Fundamentals of anatomy & physiology: Pearson; 2015.
  29. Vaughan CLK. The biomechanics of human locomotion: University of Cape Town; 2009.
  30. Mokhtarian A, Fattah A, Agrawal S. Design of a novel passive pelvic orthosis for gait rehabilitation using 3D dynamic model. Modares Mechanical Engineering. 2013;13(9):111-25.
  31. Park S-E, Ho Y-J, Chun MH, Choi J, Moon Y. Measurement and Analysis of Gait Pattern during Stair Walk for Improvement of Robotic Locomotion Rehabilitation System. Applied bionics and biomechanics. 2019;2019.
  32. Muratagic H, Ramakrishnan T, Reed KB. Combined effects of leg length discrepancy and the addition of distal mass on gait asymmetry. Gait & posture. 2017;58:487-92.
  33. Bhave A, Paley D, Herzenberg JE. Improvement in gait parameters after lengthening for the treatment of limb-length discrepancy. JBJS. 1999;81(4):529-34.
  34. Mahar R, Kirby R, MacLeod D. Simulated leg-length discrepancy: its effect on mean center-of-pressure position and postural sway. Archives of physical medicine and rehabilitation. 1985;66(12):822-4.
  35. Perttunen J, Anttila E, Södergård J, Merikanto J, Komi PJSjom, sports si. Gait asymmetry in patients with limb length discrepancy. 2004;14(1):49-56.
  36. Brunet ME, Cook SD, Brinker M, Dickinson J. A survey of running injuries in 1505 competitive and recreational runners. The Journal of sports medicine and physical fitness. 1990;30(3):307-15.
  37. Friberg O. Clinical symptoms and biomechanics of lumbar spine and hip joint in leg length inequality. Spine. 1983;8(6):643-51.
  38. Brand RA, Yack HJ. Effects of leg length discrepancies on the forces at the hip Clinical orthopaedics and related research. 1996(333):172-80.
  39. Harvey WF, Yang M, Cooke TD, Segal NA, Lane N, Lewis CE, et al. Association of leg-length inequality with knee osteoarthritis: a cohort study. Annals of internal medicine. 2010;152(5):287-295.
فصل نامه علمی پژوهشی مهندسی پزشکی زیستی
دوره 15، شماره 2
شهریور 1400
صفحه 141-150
فایل ها
سابقه مقاله
  • تاریخ دریافت: 18 اردیبهشت 1400
  • تاریخ بازنگری: 23 خرداد 1400
  • تاریخ پذیرش: 25 خرداد 1400
  • تاریخ اولین انتشار: 25 خرداد 1400
اشتراک گذاری
ارجاع به این مقاله
آمار