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Study on the Biomechanical Mechanism of Patient-Orthosis Interaction Based on Subject-Specific Patient-Orthosis Coupling Musculoskeletal Model

Description du projet

Des modèles personnalisés pour un traitement orthétique personnalisé de l’osthéoarthrite du genou

Plus de 300 millions de personnes vivent avec une osthéoarthrite du genou (KOA pour knee osteoarthritis), ce qui induit un besoin pressant d’orthèses de genou plus efficaces et plus confortables. Les modèles musculo-squelettiques actuels et les nouveaux modèles de couplage homme-orthèse ne rendent pas compte de manière adéquate des mécanismes biomécaniques des interactions entre le patient et l’orthèse, en particulier en ce qui concerne la répartition anormale des charges entre les compartiments médial et latéral du genou, principal facteur biomécanique associé à l’initiation et à la progression de la KOA. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet KOA-Orthosis se propose de développer des modèles musculo-squelettiques de couplage patient-orthose spécifiques au sujet, permettant l’analyse détaillée des interactions critiques. Le projet procédera ensuite à des simulations pour concevoir un prototype d’orthèse de genou, basé sur les modèles d’interaction développés, et en évaluer les performances.

Objectif

Knee osteoarthritis (KOA) is a prevalent, chronic, degenerative, and multifactorial disease associated with pain, stiffness, and physical disability, and it is a significant public health problem in the world. Abnormal load distribution between knee medial and lateral compartments has been designated as the main biomechanical factor for the initiation and progression of KOA. Accurate quantification of internal knee contact force during daily living activities is significant for understanding the biomechanical mechanism of patient-orthosis interaction and improving the treatment with knee orthotics.
During the passing years, some subject-specific musculoskeletal models have been proposed to improve the prediction accuracy of internal knee contact force. However, approximations such as linear scaling, point contact assumptions, absence of ligaments, inaccurate muscle models, and absence of proper knee models are present in most models. Additionally, new human-orthosis coupling models have been proposed during the past years. However, disadvantages such as a relatively simple human model, non-patient model, and rigid contact between human and orthosis, remain. Therefore, the current musculoskeletal models and human-orthosis coupling models are not suitable for deeply studying the biomechanical mechanism of patient-orthosis interaction.
The goal of the research will focus on (1) developing a subject-specific patient-orthosis coupling musculoskeletal model considering subject-specific geometric models of bones, cartilages and meniscus, knee ligaments, muscle modelling, natural contact, and patient’s disease progression; (2) analyzing the biomechanical relationship between the applied orthopedic moment and internal contact forces of knee medial and lateral compartments, and understanding the interaction between the knee orthosis and KOA patients; (3) simulation-based design and evaluation of a prototype knee orthosis based on the developed interaction models.

Coordinateur

KUNGLIGA TEKNISKA HOEGSKOLAN
Contribution nette de l'UE
€ 206 887,68
Adresse
BRINELLVAGEN 8
100 44 Stockholm
Suède

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Région
Östra Sverige Stockholm Stockholms län
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
Aucune donnée