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http://hdl.handle.net/1843/BUOS-AXYKRP| Type: | Tese de Doutorado |
| Title: | Computational foot modeling for clinical assessment |
| Authors: | Enrique Morales Orcajo |
| First Advisor: | Javier Bayod Lopez |
| First Co-advisor: | Estevam Barbosa de Las Casas |
| Abstract: | Esta Tese desenvolve um modelo de elementos finitos do pé humano completo e detalhado em três dimensões para avançar na direção de uma simulação computacional mais precisa que proporcione informação realista e relevante para a prática clínica. Desde o ponto de vista da engenharia, o pé humano é uma estrutura complexa de pequenos ossos, suportados por fortes ligamentos e controlada por uma rede de músculos e tendões. A barreira atual na simulação computacional do pé é a inclusão destas estruturas musculotendinosas nos modelos. Para avançar nesta direção, se cria um modelo de elementos finitos do pé completo e detalhado com geometria real da estrutura interna diferençando osso cortical e esponjoso, tendão, músculo, cartilagem e gordura. Se realizam ensaios experimentais dos tendões do pé e o solado plantar para determinar suas propriedades materiais e estruturais e caracterizar computacionalmente seu comportamento mecânico não lineal. Estes avanços estão orientados para a melhora da representação geométrica e caracterização do tecido dos componentes internos do pé. O modelo desenvolvido nesta Tese pode ser usado no campo da biomecânica, em áreas da ortopedia, lesões, tratamento, cirurgia e esporte. A pesquisa está estruturada por capítulos nos quais se desenvolvem pequenos avanços em direção ao objetivo principal da Tese enquanto se aplica o potencial destes avanços a casos particulares. Estas contribuições parciais na área dos ensaios experimentais são: a determinação de um conjunto completo de dados das propriedades mecânicas dos tendões do pé, a definição de um critério para quantificar as regiões da curva tensão-deformação do tendão e a análise da resposta à compressão do solado plantar em função da posição. E, na área da biomecânica clínica, as contribuições são: a investigação de um parâmetro do esqueleto como fator etiológico do hallux valgus, o estudo da sensibilidade da força dos cinco maiores tendões estabilizadores, o analise quase-estático da fase de apoio da marcha e o estudo do mecanismo de absorção da força de impacto do pé durante a corrida descalço a diferentes ângulos de impacto |
| Abstract: | In this Thesis, a complete detailed three-dimensional finite element model of the human foot is described to advance towards a more refined computational simulation which provides realistic and meaningful information for clinical practice. From an engineering persperctive, the human foot is a complex structure of small bones supported by strong ligaments and controlled by a network of tendons and muscles that achieves a superb mechanical responsiveness. The current barrier in foot computational simulation is the inclusion of these musculotendinous structures in the models. To advance in this direction, a complete detailed three-dimensional foot finite element model with actual geometry of the inner structure is created differentiating cortical and trabecular bone, tendon, muscle, cartilage and fat tissues. Experimental tests of foot tendons and plantar soles are performed to determine their structural and material properties and to characterize computationally their non-linear mechanical behavior. Those advances are oriented to refine the geometry and the tissue characterization of the internal foot components. The model developed in this Thesis can be used in the field of biomechanics, in the areas of orthopedics, injury, treatment, surgery and sports biomechanics. The research is structured by chapters where small steps towards the main objective are developed and the potential of these advances are applied to particular cases. These partial contributions in the area of the experimental testing are: the determination of a complete dataset of the mechanical properties of the balance foot tendons, the definition of a criteria to quantify the regions of the tendon stress-strain curve and the analysis of the compressive response of plantar soft tissue as function of the location. And, in the area of clinical biomechanics the contributions are: the investigation of a skeletal parameter as etiology factor of the hallux valgus, the tendon force sensitivity study of the five major stabilizer tendons, the quasi-static analysis of the midstance phase of walking and the study of the impact absorption mechanism of the foot during barefoot running at different strike patterns |
| Subject: | Biomecânica Método dos elementos finitos Pés Engenharia mecânica |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUOS-AXYKRP |
| Issue Date: | 27-Nov-2015 |
| Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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