Finite Element Modelling of Residual Limb and Transtibial Prosthesis Socket to Predict Interfacial Pressure Considering Muscle Contraction
Notice bibliographique
Résumé
A lower-limb prosthesis is a mechanical device that replaces part of a biological limb to restore mobility. Approximately 7,400 lower-limb amputation surgeries are performed in Canada each year. The tissues in the residual limb (the "residuum") experience atypical stresses. Importantly, the distal end of the residuum must bear the load that would typically be borne by the foot. To avoid pain and tissue damage, the part of the prosthesis that interfaces with the residuum (the "socket") must be designed to fit properly not only at rest but also during walking and other daily activities. The shape of the residuum changes during movement as muscles contract, which can affect the fit of the socket. To study the residuum-socket interface, we first developed a muscle material model that is able to contract, demonstrates the "force enhancement" behaviour observed during active stretch experiments, and is more numerically stable than existing muscle material models. We implemented our muscle material model using an approximation of the elasticity tensor, which simplified the implementation without sacrificing numerical accuracy. We then created a finite element model of the residuum-socket interface using our muscle material model to evaluate the effect of muscle contraction on the interfacial pressure. During gait, the interfacial pressure at heel strike and toe off were greater at key regions of the residuum when the gastrocnemius muscle was active rather than passive. This difference in pressure distribution could influence analyses of prosthesis design and fit. This thesis advances muscle constitutive modelling by providing a verified approximation of the elasticity tensor applied to muscle models, and by providing one of the few muscle material models available in the literature that exhibits force enhancement and is suitable for simulating active stretching. Our muscle material model implementation has been made publicly available so that others can reproduce and extend our results. This work also advances the modelling of the residuum-socket interface as it is the first finite element modelling study to consider the effect of muscle contraction on residuum shape and socket fit. Our results provide insight into how muscle contraction affects socket fit throughout the gait cycle, potentially leading to improvements in the design and manufacture of prostheses.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».