Flexible flatfoot is a type of flatfoot that medial longitudinal arch of the foot collapses, and it has a flattened medial arch and valgus heel only in weight-bearing position. As the Achilles tendon attached to the calcaneus gets misaligned by the hindfoot valgus, the force to lift the hindfoot is transmitted inefficiently, causing abnormal gait. Since the structure of flexible flatfoot is deformed, the posterior tibialis muscles and medial ligaments of the foot, which play a role in maintaining the medial arch of the foot, are weakened which causes degeneration and pain of the ligaments. The hindfoot valgus of the flexible flatfoot patients causes osteoarthritis of the lateral side of the talar cartilage and the impingement of the talus and fibula. They cause pain in the lateral side of the tibiotalar joint. In order to return the patient’s foot to normal, calcaneal lengthening and medial displacement calcaneal osteotomy are widely used. However, there is no quantification about the effect of the two surgeries on reducing the lateral pain. To examine the musculoskeletal characteristics of flexible flatfoot patients and the effect of each surgery on patients, researches using optical marker based motion capture system and cadaveric studies have been conducted. Meanwhile, analyzing in vivo dynamics during walking is still difficult problem. Recently, foot models using musculoskeletal inverse dynamics simulation have been developed. However, a foot model that reflects the physical characteristics of flexible flatfoot patients has not been developed yet.
This study aims to confirm the difference in the kinematics and kinetics between the normal foot and flexible flatfoot through musculoskeletal inverse dynamics simulation by developing a foot model reflecting the physical characteristics of patients with flexible flatfoot. In addition, by performing virtual surgeries, calcaneal lengthening and medial displacement calcaneal osteotomy, to the foot model, we analyzed the effect of each operation on the dynamics of the body to help select surgery that reduces contact forces on the tibiotalar joint so that thought to reduce the pain on the joint.
유연성 편평족은 발의 내측 종족궁이 무너지는 편평족의 일종으로 체중부하가 가해질 때 발바닥이 편평해지며 발꿈치가 바깥쪽으로 휘어지는 현상이 보인다. 발꿈치의 외반으로 종골에 부착되어 있는 아킬레스건의 정렬이 틀어지면, 후족부를 들어올리는 힘이 효율적으로 전달되지 못해 보행기능에 이상이 발생한다. 유연성 편평족 환자의 족부 구조가 변형되면서 발의 내측 종족궁을 유지하는 역할을 하는 후경골근과 내측 인대들이 약화되며, 이는 인대의 변성과 통증을 유발한다. 후족부의 외반으로 인한 거골 연골 외측의 관절염과 거골과 비골의 충돌은 환자의 발목 외측에 통증을 야기한다. 환자의 족부 형상을 정상으로 되돌리기 위한 수술로 종골연장술과 내측전위 종골 절골술이 많이 사용된다. 하지만 아직 두 수 술이 유연성 편평족 환자의 발목 외측 통증을 줄이는 효과에 대한 정량적 평가는 이루어 지지 않았다. 편평족 환자의 근골격 특성과 환자에게 진행되는 수술의 영향을 살펴보기 위해 광학식 마커를 이용한 모션캡쳐 시스템과 사체를 이용한 연구가 진행되어 왔으나 보행 중 생체 내의 동역학을 분석하는 것은 여전히 어려운 문제이다. 최근 생체 내 동역학 분석을 위해 근골격 역운동학 시뮬레이션을 이용한 족부 모델이 개발되어 왔다. 하지만 유연성 편평족 환자의 신체적 특성을 반영한 족부 모델은 아직 개발되지 않았다.
이 연구는 유연성 편평족 환자의 생리학적 족부 특성을 반영한 족부 모델을 개발하여 근골격 역운동학 시뮬레이션을 통해 정상발과 유연성 편평족 사이의 동역학적 차이를 확인하고자 한다. 또한, 족부 모델에 중골연장술과 내측전위 종골 절골술을 적용한 가상 수술을 진행하여 각 수술이 인체의 동역학에 미치는 영향을 분석하여 유연성 편평족 환자의 발목 외측 통증을 감소시키기 위한 수술을 선정하는데 도움을 주고자 한다.
