Predictive simulation of single-leg landing scenarios for ACL injury risk factors evaluation
| datacite.contributor.RelatedPerson | Δεληγιάννη Δέσποινα | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Δερματάς Ευάγγελος | |
| datacite.contributor.Supervisor | Μουστάκας Κωνσταντίνος | |
| datacite.rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 | el |
| dc.contributor.author | Μουστρίδη, Ευγενία | |
| dc.contributor.other | Moustridi, Evgenia | |
| dc.date.accessioned | 2022-02-10T10:12:01Z | |
| dc.date.available | 2022-02-10T10:12:01Z | |
| dc.date.copyright | 2022-02-08 | |
| dc.degree | masterThesis | el |
| dc.description.abstract | The Anterior Cruciate Ligament rupture is a very common knee injury during sport activities. Landing after a jump is one of the most prominent human body movement scenarios that can lead to such an injury. The landing - related Anterior Cruciate Ligament (ACL) injury risk factors have been in the spotlight of research interest. Over the years, researchers and clinicians acquire knowledge about human movement during daily - life activities by organizing complex in vivo studies using Motion Capture equipment. The recorded motion data are further analyzed to estimate joint angles and forces and provide insight to the functionality and response of internal structures such as soft tissues, ligaments and muscles. Nevertheless, these experiments feature high complexity, costs and technical and most importantly physical challenges. Computational modeling and simulation overcomes all these limitations and allows for studying musculoskeletal systems. Specifically, predictive simulation approaches offer researchers the opportunity to predict and study new biological motions without the demands of acquiring experimental data. In this thesis, we present a pipeline that aims to predict and identify key parameters of interest that are related to ACL injury during single - leg landings. We examined the following conditions of single - leg landing: a) initial landing height, b) hip internal and external rotation, c) lumbar forward - backward leaning, d) lumbar medial - lateral bending, e) lumbar internal - external rotation, f) muscle forces permutations and g) effort goal weight. Identified on related research studies, we evaluated the following risk factors: vertical Ground Reaction Force, knee joint Anterior force, knee joint Abduction moment, and Quadricep / Hamstring force ratio. Our study clearly demonstrated that ACL injury is a rather complicated mechanism with many associated risk factors which are evidently correlated. Nevertheless, our results were mostly in agreement with other research studies regarding the ACL risk factors. Despite the limitations regarding the adopted modeling assumptions, our pipeline clearly showcased promising potential of predictive simulations to evaluate different aspects of complicated phenomena, such as the ACL injury. Therefore, further improvements can lead to the development of a workflow that can be used by physiotherapists and clinicians on adjusting rehabilitation and training plans based on subject - specific characteristics. | el |
| dc.description.translatedabstract | Η ρήξη του Πρόσθιου Χιαστού Συνδέσμου (ΠΧΣ) είναι πολύ συχνός τραυματισμός της άρθρωσης του γονάτου κατά την διάρκεια αθλητικών δραστηριοτήτων. Η προσγείωση μετά από ένα άλμα είναι μια κίνηση του ανθρώπινου σώματος που μπορεί να οδηγήσει σε τέτοιου είδους τραυματισμό. Οι παράμετροι επικινδυνότητας ρήξης του ΠΧΣ που σχετίζονται με άλματα είναι στο επίκεντρο του ερευνητικού ενδιαφέροντος. ́Ολα αυτά τα χρόνια, οι ερευνητές και οι κλινικοί γιατροί αποκτούν γνώσεις σχετικά με τις καθημερινές κινήσεις του ανθρώπινου σώματος οργανώνοντας σύνθετες "in vivo" μελέτες με χρήση εξοπλισμού καταγραφής κίνησης. Τα δεδομένα κίνησης αναλύονται περαιτέρω ώστε να εκτιμηθούν οι γωνίες και οι δυνάμεις στις αρθρώσεις παρέχοντας με αυτό τον τρόπο μια εικόνα στη λειτουργία και την απόκριση των εσωτερικών δομών, όπως οι μαλακοί ιστοί, οι σύνδεσμοι και οι μύες. Ωστόσο, αυτά τα πειράματα χαρακτηρίζονται από υψηλή πολυπλοκότητα, και παρουσιάζουν μεγάλο κόστος, σύνθετες τεχνικές και κυρίως φυσικές προκλήσεις. Η υπολογιστική μοντελοποίηση και προσομοίωση επιτρέπει την μελέτη μυοσκελετικών συστημάτων ξεπερνώντας αυτούς τους περιορισμούς. Πιο συγκεκριμένα, οι μέθοδοι προσομοιώσεων με τεχνικές πρόβλεψης προσφέρουν στους ερευνητές την ευκαιρία να προβλέπουν και να μελετούν νέες βιολογικές κινήσεις χωρίς την απαίτηση καταγραφής πειραματικών δεδομένων. Σε αυτή τη διπλωματική παρουσιάζουμε μια μεθοδολογία που στοχεύει στην πρόβλεψη και αναγνώριση βασικών παραμέτρων που σχετίζονται με τραυματισμούς του ΠΧΣ κατά την εκτέλεση προσγειώσεων με ένα πόδι μετά από άλμα. Οι περιπτώσεις προσγείωσης με ένα πόδι που εξετάστηκαν ήταν οι ακόλουθες: α) αρχικό ύψος προσγείωσης, β) εσωτερική και εξωτερική περιστροφή του ισχίου, γ) οσφυϊκή κλίση προς τα εμπρός και προς τα πίσω, δ) οσφυϊκή κλίση προς τα δεξιά και προς τα αριστερά, ε) οσφυϊκή εσωτερική και εξωτερική περιστροφή, στ) μεταβολές μυϊκών δυνάμεων και τέλος ζ) επίπεδο ενεργοποίησης μυών. Βασιζόμενοι σε σχετικές ερευνητικές μελέτες αξιολογήσαμε τις ακόλουθες παραμέτρους κινδύνου: κατακόρυφη δύναμη αντίδρασης εδάφους, πρόσθια δύναμη στην άρθρωση του γονάτου, ροπή απαγωγής της άρθρωσης του γονάτου και λόγος δύναμης τετρακέφαλου μυός / οπίσθιου μηριαίου μυός. Η μελέτη μας έδειξε ξεκάθαρα την περιπλοκότητα του τραυματισμού του ΠΧΣ και την συσχέτιση του με πολλούς παράγοντες κινδύνου τραυματισμού. Παρ’ όλα αυτά, τα αποτελέσματα μας ήταν ως επί το πλείστον σε συμφωνία με σχετικές ερευνητικές μελέτες όσον αφορά τους παράγοντες τραυματισμού του ΠΧΣ. Παρά τους περιορισμούς σχετικά με την υιοθετούμενη μοντελοποίηση, η μελέτη μας παρουσίασε υποσχόμενες δυνατότητες προσομοίωσης πρόβλεψης και αξιολόγησης διαφορετικών πτυχών περίπλοκων φαινομένων, όπως αυτό της ρήξης του ΠΧΣ. Περαιτέρω βελτιώσεις μπορούν να οδηγήσουν στην ανάπτυξη ενός εργαλείου που θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί από φυσικοθεραπευτές και κλινικούς γιατρούς για την προσαρμογή σχεδίων αποκατάστασης και εκπαίδευσης με βάση συγκεκριμένα χαρακτηριστικά του κάθε υποκειμέ- νου. | el |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10889/15770 | |
| dc.language.iso | en | el |
| dc.subject | Anterior cruciate ligament | el |
| dc.subject | ACL injury | el |
| dc.subject | Drop landing | el |
| dc.subject | Single leg landing | el |
| dc.subject | Predictive simulation | el |
| dc.subject | Musculoskeletal modeling | el |
| dc.subject | Ground reaction forces | el |
| dc.subject | Knee joint reaction forces | el |
| dc.subject.alternative | Πρόσθιος χιαστός | el |
| dc.subject.alternative | Ρήξη πρόσθιου χιαστού | el |
| dc.subject.alternative | Προσγείωση με ένα πόδι | el |
| dc.subject.alternative | Προσομοίωση πρόβλεψης | el |
| dc.subject.alternative | Δύναμη αντίδρασης εδάφους | el |
| dc.title | Predictive simulation of single-leg landing scenarios for ACL injury risk factors evaluation | el |
| dc.title.alternative | Προσομοίωση πρόβλεψης για την αξιολόγηση παραμέτρων κινδύνου ρήξης του πρόσθιου χιαστού κατά την προσγείωση με ένα πόδι | el |
| oaire.licenseCondition | null | el |