Afstudeerscriptie Bewegingstechnologie De Orteam EVO onder de loep

Transcriptie

1 Afstudeerscriptie Bewegingstechnologie De Orteam EVO onder de loep Bart van Ommen Eelco Kleiman

2 Afstudeerscriptie Bewegingstechnologie De Orteam EVO onder de loep Bart van Ommen Eelco Kleiman Studie : Bewegingstechnologie, De Haagse Hogeschool Begeleider : Chris Riezebos Bedrijf : Livit Orthopedie Begeleider : Peter van Diggele, MSc Den Haag 2008

3 Voorwoord Dit verslag is geschreven naar aanleiding van ons afstuderen aan de opleiding Bewegingstechnologie. Uit interesse naar ortheses en protheses hebben wij contact opgenomen met Livit Orthopedie, afdeling Research & Development, voor een interessante afstudeeropdracht. De inhoud van dit verslag is informatief en is bestemd voor docenten van de opleiding Bewegingstechnologie, het personeel van de afdeling Research & Development en andere belangstellenden. Tot slot willen wij vermelden dat het model mede tot stand is gekomen met medewerking en suggesties van Peter van Diggele en Marijn Corbijn van Livit Orthopedie. In het bijzonder willen wij Chris Riezebos bedanken voor het begeleiden van onze afstudeerstage vanuit school en Peter van Diggele voor het begeleiden vanuit Livit. Bovendien willen wij Antoon Dobbelsteen en Bert Broeren bedanken voor hun tijd en hulp. Den Haag, juni 2008.

4 Inhoudsopgave 1 Samenvatting Verklarende Woordenlijst Inleiding Methode Analyse De Orteam EVO De standfase van het gaan Center Of Pressure Grond Reactie Kracht Biomechanische Modellen Hielcontact Middenstand Afzet Conclusies biomechanische modellen Mechanische eigenschappen EVO Pakket van Eisen Ontwerpfase Model Validatie model Onderzoeksopzet Resultaten Discussie & Conclusie Toetsing van de variatie in de Sleuven Onderzoeksopzet Resultaten Discussie en conclusie Discussie & Conclusie Bronnen Bijlagen...43

5 1 Samenvatting Dit verslag beschrijft een onderzoek naar de door Livit Orthopedie ontwikkelde Orteam Enkel Voet Orthese (EVO). Deze EVO kenmerkt zich door het gebruik van sleuven ter hoogte van de malleoli met als intentie de gehele standfase dynamisch te ondersteunen. Omdat kennis van de exacte werking van de sleuven van de Orteam EVO ontbreekt, heeft Livit Orthopedie een groot project opgestart bestaande uit deelprojecten. Het uiteindelijke doel van het project is het doorontwikkelen van de Orteam EVO. Dit project is het eerste deelproject met als doel meer inzicht te krijgen in de werking van de EVO door het in kaart brengen van de invloed van het sleufontwerp. Met behulp van SolidWorks zal hiertoe een mechanisch model vervaardigd worden. De input van het mechanische model is het biomechanisch bepaalde krachtenspel op been- en voetschaal van de EVO tijdens hielcontact en afzet. Als output geeft het model stijfheid van en oppervlaktespanningen in de EVO weer. In het onderzoek naar de invloed van de sleufvariatie zal aan de hand van het mechanische model het föhnen van de EVO randen, de lengte, richting en uitlijning van de sleuven, het aantal sleuven, de ronde uitsparingen en de diepte van de EVO bepaald door de trimlijn getoetst worden. Uit de resultaten van het mechanische model blijkt dat met name een verticale sleufrichting en een EVO zonder sleuven de oppervlaktespanning relatief het meest reduceren. Bovendien blijkt het vergroten van de sleuflengte, het uitlijnen van de 1e, 4e en 5e sleuf ter hoogte van de malleoli en het inkorten van de trimlijn de grootste relatieve toename van oppervlaktespanning in het materiaal op te leveren. De grote uitschieter wat betreft stijfheidtoename is de EVO zonder sleuven. Daarnaast blijkt het verticaal plaatsen van de sleuven een hogere stijfheid op te leveren dan de andere variaties. Voor het verminderen van de stijfheid blijken met name het uitföhnen van de EVO randen, het uitlijnen van de 1 e sleuf ter hoogte van de malleoli, het aanpassen van de diepte van de EVO door de trimlijn en het vergroten van de sleuflengte de beste opties. Het project leidt tot interessante inzichten in de werking van de sleuven. Nader onderzoek dient verricht te worden op het gebied van de vorm en functie van de ronde uitsparingen en de invloed van het gebruiken van diagonale sleuven. Het huidige model dient geoptimaliseerd te worden, door onder andere het toepassen van anatomische bewegingsassen van onderbeen en voet en het opleggen van dynamische krachtsituaties. Uit het onderzoek blijkt dat stijfheid en oppervlaktespanning een omgekeerd verband vertonen. Een hogere stijfheid zorgt voor lagere oppervlaktespanningen en een lagere stijfheid zorgt voor hogere oppervlaktespanningen. Binnen het project is het van belang in de eerste plaats te kiezen voor het verbeteren van de effectiviteit van de EVO door het onderzoeken van concrete waardes van de benodigde stijfheid van een EVO en het nader onderzoeken van de invloed van sleufvariaties. In de tweede plaats dient duurzaamheid geoptimaliseerd te worden, door het reduceren van de oppervlaktespanning in het materiaal, materiaalonderzoek en het optimaliseren van productieprocessen. De Orteam EVO onder de loep 1

6 2 Verklarende Woordenlijst Antropometrie Arthro-kinematische parameter Biomechanisch Center Of Pressure (COP) Center Of Mass (COM) Convectie Eindige-elementenmethode Energetische parameter Energystoring EVO Gait-line Grondreactiekracht (GRK) Hanentred Klapvoet Malleolus Mechanisch Oppervlaktespanning Paralyse Range of Motion (ROM) Rekspanning Sleepvoet SolidWorks Spanningsconcentratie spatio-temporele parameter Stijfheid Trimlijn : Afmetingen en verhoudingen van het menselijke lichaam. : Parameter die beweging van gewrichten beschrijft. : toepassen van de natuurkundige mechanica bij het bestuderen van bewegingen van levende wezens. : Momentaan aangrijpingspunt van de grondreactiekracht op de voet. : Massamiddelpunt. : Maatgebonden. : Rekenmethode waar o.a. sterkteberekeningen mee kunnen worden gemaakt. : Parameter die het energieverbruik kwantificeert. : EVO s (van bijvoorbeeld carbon) met hoog rendement energieverbruik : Het traject van de projectie van de COP op het steunvlak. : De reactiekracht van de grond op de voet ten gevolge van de zwaartekracht. : Gang waarbij de knie hoog wordt opgetrokken en bij het neerkomen de voorvoet als eerste de grond raakt. : het ongecontroleerd afwikkelen van de voet tijdens de standfase, waarbij de voet klapt op de ondergrond. : Een prominent aanwezig botpunt aan weerszijde van de enkel. : Toepassen van natuurkundige wetten bij het bestuderen van bewegingen van voorwerpen onder invloed van de krachten die erop werken. : De drukspanning op een oppervlakte eenheid : Een (on)volledige verlamming musculatuur. : Het bereik van een anatomische beweging. : De trekspanning ten gevolge van een kracht : Het niet kunnen heffen van de voet tijdens de zwaaifase met als gevolg een slepende voet over de ondergrond. : 3D Tekensoftware. : De verdeling van spanningsvelden in een materiaal. : Parameter die het verband tussen plaats en tijd kwantificeren. : Beschrijft hoeveel een lichaam zal verplaatsen ten gevolge van een bepaalde kracht. : De lijn, lateraal/ mediaal, waarlangs de EVO wordt afgesneden. De Orteam EVO onder de loep 2

7 3 Inleiding Mensen met een paralyse, volledig of onvolledig, van de musculatuur in het onderbeen, ondervinden problemen tijdens het gaan. Deze problemen kunnen zich uiten in onder andere een klapvoet, een sleepvoet, een hanentred of het afwikkelen van de voet in een inversiestand. Voor deze doelgroep wordt een EVO voorgeschreven, welke stabiliteit in de standfase biedt en zorgt voor het heffen van de voet in de zwaaifase. Gangproblematiek wordt hierdoor verholpen en staplengte en gangsnelheid worden bevorderd (1,2). In een korte tijd zijn er veel verschillende soorten EVO s op de markt gebracht, convectie, individueel aangemeten, scharnierende en energystoring EVO s. Elk met zijn eigen mechanische eigenschappen. Uit onafhankelijk onderzoek naar EVO s blijkt dat relatief stijve EVO s de Range Of Motion (ROM) van de voet beperken en daardoor een efficiënte afwikkeling in de standfase belemmeren. Een relatief slappe EVO mist zijn doel en zal weliswaar de voet in zwaaifase kunnen heffen, maar kan in de standfase geen effectieve steun bieden. De Orteam EVO, een door Livit Orthopedie ontwikkelde EVO, wordt omschreven als een dynamische, individueel aangemeten EVO. Deze EVO kenmerkt zich door het gebruik van sleuven. De intentie van de Orteam EVO is dat deze de gehele standfase dynamisch ondersteunt. Ten behoeve van het doorontwikkelen van de Orteam EVO heeft Livit een project opgestart. Dit project is onderverdeeld in deelprojecten, waarvan dit het eerste deelproject is. In dit project zal de werking van de sleuven onderzocht worden aan de hand van een mechanisch model. De hoofdvraag kan worden geformuleerd als: Hoe kunnen de mechanische eigenschappen van een EVO tijdens de standfase van het gaan gemodelleerd worden en wat is de invloed van de sleuven (huidig en variaties van het sleuvengebied) op de mechanische eigenschappen van de Orteam EVO? De doelstelling is het ontwikkelen van een softwarematig model waarin ontwerpen van de Orteam EVO kunnen worden getoetst op mechanische eigenschappen, gebaseerd op de krachten en bewegingsmogelijkheden tijdens de standfase. Er zal binnen Livit een onderzoek worden gestart naar het segmenteren van de doelgroep van de Orteam EVO. Het te ontwikkelen model dient daarom universeel te zijn voor de brede doelgroep van de EVO. Dit betekent dat de input van het model afgestemd moet kunnen worden op de te onderzoeken doelgroep. Met de verslaglegging wordt een grafiekenbijlage meegeleverd. Zodoende kunnen grafieken en verslaglegging rondom de grafieken naast elkaar worden gelegd, om zo de leesbaarheid te bevorderen. De Orteam EVO onder de loep 3

8 4 Methode In dit hoofdstuk zal aandacht besteedt worden aan de werkvolgorde van het project. Er is gekozen voor een verslaglegging volgens de richtlijnen die de opleiding Bewegingstechnologie voorschrijft. De reden hiervoor is dat het project goed te onderscheiden is in een analysefase, ontwerpfase en een evaluatiefase. Het projectplan is schematisch weergegeven in Figuur 1. Analyse Projectplan Literatuuronderzoek Biomechanisch model - Orteam EVO - Fasen in standfase - Centre of pressure - Grondreactiekracht - Hielcontact - Middenstand -Afzet In de analysefase zal allereerst ingegaan worden op de huidige Orteam EVO. Hoe is deze ontstaan en welke beredeneringen liggen ten grondslag aan deze EVO. Aan de hand van bronnen uit de literatuur zal de standfase worden opgedeeld in enkele subfases. De subfases zullen later dienen als toetsmomenten in het te ontwikkelen biomechanisch model en mechanische model. Ontwerp Evaluatie Pakket van Eisen Mechanische model Validatie mechanische model Onderzoek naar de invloed van variëteit op de sleuven Het bovengenoemde biomechanische model heeft ten doel het krachtenspel van de voet en het onderbeen op de EVO te analyseren. Studie naar de center of pressure (COP), de grondreactiekracht (GRK) en de antropometrische afmetingen van de mens zijn de input voor dit model. Figuur 1: Schematische weegave van het projectplan In de ontwerpfase zal een model ontworpen en vervaardigd worden met als doel het inzichtelijk maken van de mechanische eigenschappen van de EVO. Dit model zal een eindige elementen model in SolidWorks zijn. De verrichte analyse naar subfases tijdens de standfase en de krachten op de EVO gelden als input voor het model. Het mechanische model, het eindigelementen model in SolidWorks, zal worden gevalideerd aan de hand van een fysieke meetopstelling. Het mechanische model zal gevalideerd worden in de subfases van de standfase. Wanneer het model voldoende valide blijkt te zijn, kan er worden teruggekoppeld naar het tweede deel van de vraagstelling in het project. Hierin dient de invloed van een variëteit in sleuven in kaart gebracht te worden. Aan de hand van opgedane kennis en (externe) deskundigheid zullen de variaties in de sleuven worden vastgesteld om vervolgens getoetst te worden aan de hand van het mechanische model. Terugkoppeling in het project vindt plaats tussen het onderzoek naar de invloed van de variëteit op de sleuven en het pakket van eisen om het mechanische model te kunnen optimaliseren. Deze terugkoppeling zal in de vorm van aanbevelingen worden beschreven in deze scriptie. De Orteam EVO onder de loep 4

9 5 Analyse In de analyse zal aandacht besteedt worden aan de Orteam EVO in het algemeen en enkele opvallende uiterlijke kenmerken. Om inzicht te krijgen in de werking van de EVO zal het krachtenspel worden bepaald aan de hand van enkele subfases van de standfase en bijbehorende aangrijpingspunten en reactiekrachten. Uit de evenwichtsvergelijkingen zullen interne krachten op de EVO worden bepaald. Op basis van de onderzochte punten zal een pakket van eisen worden opgesteld dat ten grondslag zal liggen aan het te ontwikkelen model. 5.1 De Orteam EVO De Orteam EVO is een product van Livit orthopedie. Deze EVO wordt individueel aangemeten op hakhoogte en pasvorm. Behalve dat de Orteam een maatwerk orthese is, verschilt deze ook nog van andere EVO s doordat de Orteam EVO een sleuvenmechaniek bevat en de gehele hak omvat. De bedoeling van deze sleuven is het ondersteunen van de standfase tijdens het gaan door in deze fase de juiste weerstand te bieden. Dit gebeurt door extreme plantairflexie te voorkomen door het dichtklappen van de sleuven en dorsaalflexie in de standfase toe te laten. Zie Figuur 2. De Orteam EVO bestaat huidig uit drie verschillende types met een variatie in het aantal en grootte van de sleuven. Zie Figuur 3. De intentie van deze verschillende types is dat ze toepasbaar zijn voor verschillende vormen van paralyse. In de praktijk blijkt type 1 de meest toegepaste vorm. Van type 1 wordt beweerd in het Orteam EVO Protocol dat deze de voet heft tijdens de zwaaifase, dorsaalflexie voldoende toelaat en licht verende weerstand biedt tegen plantairflexie. Van type 2 en van type 3 wordt beweerd dat deze in vergelijking met type 1 geen plantairflexie toelaten en daardoor spasme tegenhoudt. Nadere argumentatie ontbreekt. Figuur 2: beoogde doel van de sleuven Figuur 3: Verschillende typen Orteam EVO's Het gestelde doel van de Orteam EVO lijkt duidelijk. Het bieden van de juiste weerstand bij het gaan met een EVO. Echter de precieze werking en invloed op de weerstand van de sleuven is niet onderzocht. Wel kent de Orteam EVO een aantal interessante kenmerken qua vormgeving, deze zullen op de volgende pagina worden toegelicht. De Orteam EVO onder de loep 5

10 Föhnen De randen van de EVO worden tijdens het productieproces ter hoogte van de malleoli naar buiten geföhnd. Het doel van deze productietechniek is het bevorderen van de duurzaamheid van de EVO en het verminderen van weerstand tegen buiging. Het uitföhnen heeft invloed op het draaipunt van de EVO. Deze zal ter hoogte van het uitgeföhnde deel van de EVO liggen. De uitgeföhnde randen hebben de eigenschap opzij te buigen, waardoor hier de minste weerstand tegen buiging heerst, zie Figuur 4. Lengte van de sleuven. De EVO heeft lange sleuven met daartussen korte sleuven. Het doel van de lange sleuven is het bieden van de juiste weerstand bij dorsaalflexie. Bij maximale plantairflexie zullen de lange sleuven dichtklappen. Het doel van de korte sleuven is het bieden van demping wanneer bij plantairflexie de lange sleuven gesloten zijn. Figuur 4: Effect van het uitföhnen. Aantal sleuven De Orteam EVO heeft altijd een oneven aantal sleuven. Dit heeft invloed op het draaipunt van de EVO. Het draaipunt ligt bij benadering ter hoogte van de middelste sleuf, zie Figuur 5. Hierin is de EVO vanaf dorsaal gefotografeerd. De middelste sleuf heeft de grootste verplaatsing. Het draaipunt wordt echter niet alleen bepaald door het aantal sleuven, ook het uitföhnen van de EVO randen heeft invloed op de locatie van het draaipunt. Richting sleuven De sleuven van de Orteam EVO staan altijd in horizontale richting. De reden hiervoor is dat wordt aangenomen dat plantair-/dorsaalflexie om een horizontale as plaatsvindt. Figuur 5: Dorsaal aanzicht Orteam EVO Ronde uitsparingen De Orteam EVO heeft aan het eind van elke brede sleuf een ronde uitsparing. Wanneer deze uitsparing niet zal worden aangebracht, zal de spanning in het materiaal ten gevolge van een buiging zich concentreren in het uiteinde van de sleuf. Hierdoor kan het materiaal inscheuren. Door het aanbrengen van deze uitsparing aan het uiteinde van de sleuf wordt de spanningsconcentratie ten gevolge van buiging beter verdeeld over het materiaal. Zie Figuur 6 voor een schematische weergave van de spanningsconcentratie in het materiaal. Lengte van de voetschaal De voetschaal loopt door onder de gehele voet. Hier is geen mechanische reden voor, maar dient ter bevordering van het draagcomfort. Bij het inkorten van de voetschaal treedt vaak irritatie op. Een bijkomend beoogd doel van het doorlopen van de voetschaal onder de gehele voet is dat de voet ten opzichte van de EVO niet kan verschuiven bij het dragen van een schoen. Figuur 6: Spanningsconcentratie De Orteam EVO onder de loep 6

11 Draaipunt van de EVO Een groot nadeel van de EVO in het algemeen is dat de anatomische gewrichtsassen van enkel en voet niet uitgelijnd zijn met het draaipunt van de EVO. In Figuur 7 is het effect te zien van niet uitgelijnde assen. Hierin bevindt de EVO as zich achter de enkel as. Doordat de EVO gefixeerd is op de voet en om het bovenbeen bevestigd is met een band zal de beenschaal van de EVO ten opzichte van het been verschuiven. Daarnaast liggen de assen van de enkel en EVO niet collineair. Aangezien de EVO niet kan roteren ten opzichte van het been zal deze gaan torderen. Figuur 7: Verschuiven en roteren van EVO t.o.v. het onderbeen. Uitlijning van de sleuven De tweede sleuf van onderen wordt altijd uitgelijnd ter hoogte van de malleoli. Diepte van de EVO De diepte (D) van de EVO, zie Figuur 8, is ter hoogte van de malleoli altijd 2,5 cm. De diepte van de EVO wordt veroorzaakt door de trimlijn, de lijn waarlangs de EVO aan de mediale en de laterale zijde wordt afgesneden. D De invloed op de materiaaleigenschappen van de volgende kenmerken dienen getoetst te kunnen worden met het mechanische model: - Het uitföhnen van de EVO ter hoogte van de malleoli. - De sleuflengte. - De sleufrichting. - Het aantal sleuven. - De ronde uitsparingen aan het uiteinde van de sleuven. - Het uitlijnen van de sleuven ten opzichte van de malleoli. - De diepte van de EVO ter hoogte van het sleuvengebied. Figuur 8: De diepte van de EVO. De Orteam EVO onder de loep 7

12 5.2 De standfase van het gaan Tijdens het gaan zijn er per been twee duidelijk terugkerende fasen te onderscheiden. Dit zijn de zwaaifase, waarin het been naar voren wordt gezwaaid en de standfase, waarbij steun wordt gezocht op het been. De twee fasen na elkaar heet een schrede. In de vraagstelling van het project wordt duidelijk dat bij het gaan met een EVO de standfase van belang is. Deze standfase is erg bepalend bij het gaan met een EVO, omdat in deze fase veel verschillende krachtssituaties optreden. De Orteam EVO heeft juist het doel om in de standfase steun te bieden. Dit is dan ook de reden dat alleen deze fase nader wordt uitgelicht. De standfase is te onderscheiden in verschillende fases volgens Perry (3), zie Figuur 9: 1. Eerste bipedale fase: Twee benen maken contact met de ondergrond. Kenmerkende subfasen van deze fase zijn het hielcontact (HC), het eerste grondcontact, en de gewichtsacceptatie, waarbij het lichaamszwaartepunt boven standbeen wordt verplaatst. In dit project worden deze subfasen samen genomen worden als hielcontact. 2. Unipedale fase: Alleen het standbeen maakt contact met de ondergrond, waarbij het lichaamszwaartepunt zich naar voren verplaatst over het standbeen heen. Kenmerkend voor deze fase zijn: a. De middenstand (MSt): Lichaamszwaartepunt komt boven standbeen. b. De eindstand (ESt): hielheffing vindt plaats. 3. Tweede bipedale fase: Twee benen maken contact met de ondergrond ter voorbereiding op het afzetten voor de komende zwaaifase. Hierbij verplaatst men het lichaamszwaartepunt boven het andere standbeen. In het verdere project zal deze fase de afzet (AF) worden genoemd. Gangcyclus(Standfase) Eerste bipedale fase Unipedale fase Tweede bipedale fase HC GA MSt ESt AF Figuur 9: Subfases van de standfase volgens Perry. De drie gearceerde fases in bovenstaand figuur, hielcontact, middenstand en afzet, zullen centraal staan in de nadere analyses van de EVO. De Orteam EVO onder de loep 8

13 5.3 Center Of Pressure Alle krachten tussen voet en ondergrond kunnen worden samengenomen tot een enkele grondreactiekracht vector ( 5.4). Het punt van aangrijpen van de grondreactiekracht op de ondergrond wordt de Center Of Pressure (COP) genoemd. Omdat lopen beschreven kan worden als statische momenten na elkaar, is de COP een momentaan aangrijpingspunt. Het traject van de projectie van de COP op het steunvlak wordt de gait-line genoemd (4). Op nevenstaand figuur (Figuur 10) ziet u een voorbeeld van een gait-line van een gezond persoon lopend met een EVO om en een schoen aan. Het figuur is vervaardigd bij Livit Orthopedie met het footscan 2D 2m Gait Scientific systeem van de firma RSscan. Uit het figuur valt op te maken dat de gait-line een bijna rechte lijn beschrijft. Naar verwachting zal de lijn rechter zijn naar mate de EVO stijver is. De COP is een denkbeeldig punt. Tijdens de middenstand maken hiel en voorvoet contact met de ondergrond waardoor de COP tussen beide in komt te liggen. Het is goed mogelijk dat de COP zich bevindt op een plaats waar zich geen weefsel bevindt, als tijdens de middenstand het geval is. In een statische situatie moet de COP recht onder de center of mass (COM) liggen om evenwicht te behouden. In een dynamische situatie, als lopen, hoeft de COP niet onder de COM te liggen, zolang de versnelling van de COM maar is gericht naar de COP (5). Figuur 10: Gait-line van gezond persoon lopend met EVO om en schoenen aan. Na de analyse van de Center Of Pressure kan in verdere analyse worden aangenomen dat het aangrijpingspunt van de grondreactiekracht zich bevindt in het midden van de voet. De Orteam EVO onder de loep 9

14 5.4 Grond Reactie Kracht De grond reactiekracht (GRK) is de reactiekracht van de ondergrond op het lichaam. Deze vindt uiteraard plaats bij de standfase en heeft zoals alle krachten een richting en een grootte. Deze richting en grootte worden bepaald door het lichaamsgewicht van de persoon, de verticale versnelling van het zwaartepunt van de persoon en zijn coördinatie binnen het gangpatroon. De GRK is te ontbinden in drie componenten, een verticale (gry), voor/achterwaartse (grz) en een zijwaartse (grx), zie Figuur 11. Gegevens over de GRK van het gaan met een EVO is onderzocht in een groep van 20 valide personen (10 mannen en 10 vrouwen). In Figuur 12 zijn de drie GRK componenten weergegeven. De standfase is in de grafieken uitgezet in procenten op de horizontale as. De verticale as geeft de grootte en richting van de GRK component weer in % lichaamsgewicht (LG). De werkelijke grootte van de krachtscomponent is te berekenen met: gry grx Figuur 11: Assen grondreactiekracht. grz LG = lichaamsgewicht g =,81m s F = m g 9 2 (% LG) ( kg) Uit het onderzoek (6) blijkt dat hielcontact (T1) significant (2%) eerder plaats vindt bij het lopen met een EVO. Er blijkt tevens dat bij het lopen met een EVO de kracht bij middenstand (F2) significant hoger is en de kracht bij afzet (F3) significant lager is. Dit beeld duidt op een lichtelijk vertraagde gang bij het dragen van een EVO in vergelijking met het gaan zonder EVO. In het voor-/achterwaartse component zijn piekkrachten bij hielcontact en afzet (F5 en F6) significant lager in uitslag, respectievelijk 5% en 3%. De tijdsduur van hielcontact en afzet (T4 en T6) zijn hierbij ook significant korter, beide ongeveer 1,5%. In het medio-/laterale component van de GRK vinden piekkrachten bij hielcontact (F7 en F8) 1,5% tot 4% eerder plaats in vergelijking met het gaan zonder een EVO. Al met al blijkt, onder valide personen, het gaan met en zonder EVO de GRK significant te verschillen. De gegevens van het gaan met een EVO uit dit onderzoek zullen als input dienen voor het biomechanische model ( 5.5). In dit model zal inzicht verkregen worden in het krachtenspel tijdens de standfase op de EVO. In de literatuur waarbij GRK en loopsnelheid is onderzocht, blijken deze parameters zich ten opzichte van elkaar te verhouden. Bij een relatief hoge gangsnelheid is in de verticale GRK component (gry) geen dal tijdens middenstand aanwezig (F2) en is de gehele standfase ingekort wat betreft de tijd. De piekkracht tijdens de standfase ligt vele malen hoger. Bij een relatief lage gangsnelheid is tevens de krachtpieken tijdens middenstand (F2) niet aanwezig. De kracht wordt gelijkmatig over een langere standperiode verdeeld. (7) Figuur 12: Componenten grondreactiekracht De Orteam EVO onder de loep 10

15 5.5 Biomechanische Modellen Het doel van de biomechanische modellen is het analyseren van de krachten op de been- en voetschaal van de EVO tijdens momentopnamen van de drie subfases van de standfase. Deze momentopnamen zijn: hielcontact, middenstand en afzet ( 5.2). Per subfase van de standfase worden twee modellen opgesteld. In het eerste model worden de voor/achterwaartse krachten en de verticale krachten op de EVO geanalyseerd en in de tweede analyse de zijwaartse wrijvingskrachten tussen EVO en huid. De standfase is een dynamische fase. Het biomechanische model zal krachten van een momentopname analyseren. Deze momentopnames worden vertaald naar statische situaties, waarin geldt dat Fx = 0, Fy = 0, M = 0. Het model bestaat uit twee fasen. In de eerste fase van het model wordt de externe krachtssituatie geanalyseerd. Onderbeen, voet en EVO samen worden beschouwd als het free body diagram. Vanuit deze externe situatie wordt de interne krachtssituatie geanalyseerd, waarin de EVO als free body diagram wordt beschouwd. Hierbij worden de krachten op de voet- en beenschaal van de EVO berekend. De zwaartekracht van voet en been zijn wat betreft grootte in vergelijking tot de kniekrachten en de GRK in de standfase te verwaarlozen. De verticale component (gry) en het medio/laterale component (grx) van de grondreactiekracht zijn in het model variabel, omdat geen gangpatroon aan elkaar gelijk is. De lichaamslengte (LL), enkele maten van lichaamsdelen en het lichaamsgewicht (LG) zijn variabel, omdat dit persoonsgebonden parameters zijn. Het neerkomen is afhankelijk van het gangpatroon, zodoende is de hoek van neerkomen en afzetten een variabele. De wrijvingscoëfficiënt is variabel. Dit omdat de wrijvingscoëfficiënt tussen huid en spiermassa, de eerst optredende wrijving, laag is en de wrijving tussen huid en EVO hoog is. Het gewrichtsoppervlak is zeer glad. Vanuit de arthro-kinematica is bekend dat ligamenten de krachten sturen in de gewrichten. Hieruit blijkt dat de kracht in een gewricht altijd loodrecht wordt gericht op de contactoppervlakte. Het contactvlak, de gewrichtskom van de tibia, mag aangenomen worden als een platte kop loodrecht op de tibia. Aangenomen mag worden dat de ligamenten in het art. genus de kniekracht in de lengterichting van de tibia stuurt, zie Figuur 13. Nader ingaan op de precieze sturing van de krachten in het gewricht is niet relevant voor het project. Figuur 13: Sturing van krachten in een gewricht. De EVO is zoals eerder beschreven ( 5.1), bevestigd aan het onderbeen met een band en gefixeerd aan de voet door de schoen. De EVO kan hierdoor torderen om het onderbeen. In het model wordt aangenomen dat de EVO om het midden van het onderbeen roteert, zie Figuur 14. Het aangrijpingspunt van de krachten op de beenschaal wordt aangenomen op 2/3 van de onderbeenlengte (ter hoogte van de kuit). Het aangrijpingspunt van de krachten op de voetschaal worden aangenomen op 1/2 van de onderbeenbreedte. Figuur 14: Rotatie as EVO. De Orteam EVO onder de loep 11

16 Voor de biomechanische modellen gelden de volgende aangenomen constanten: Zwaartekracht versnelling (9,81 m/s 2 ) De kniekracht is door sturing van ligamenten altijd gericht door het onderbeen. De rotatie-as van de EVO om het been is gesitueerd in het midden van het onderbeen. Lengte onderbeen (25% van LL) Breedte onderbeen (6% van LL) Voetlengte (12% van LL) Aangrijpingspunt kracht beenschaal op 2/3 van onderbeenlengte Aangrijpingspunt kracht voetschaal op 1/2 van onderbeendikte In alle fases worden de volgende variabelen opgenomen: Hoek EVO-ondergrond (α) Lichaamslengte (LL) Onderbeenbreedte (a) Voetlengte (b) Lichaamsgewicht (LG) Gry (y-component GRK in % van LG) Grx (x-component GRK in % van LG) Wrijvingscoëfficient tussen EVO en onderbeen (f) Na het opstellen van de modellen zal invloed van de variabelen worden onderzocht. Elke variabele zal gevarieerd worden, waarbij de overige variabelen vastgesteld worden op hun gemiddelde waarde. Voor het bepalen van de invloed van de variabele wordt de standaard deviatie (SD) gebruikt. Dit is een spreidingsmaat en geeft de gemiddelde afwijking van het gemiddelde weer. De SD wordt berekend aan de hand van de onvertekende methode: SD = n 1 i= 1 ( x x) i 2 ( n 1) In deze methode wordt n-1 gebruikt, waarbij n het aantal waardes omvat. De methode wordt in de statistiek toegepast bij een vergelijking van een sample, een eigen vastgestelde reeks waarden van een variabele. De Orteam EVO onder de loep 12

17 5.5.1 Hielcontact Door de aannames en de constanten in het biomechanische model is het mogelijk de voor-/achterwaartse krachtcomponent van de GRK te berekenen aan de hand van de het verticale component GRK (Fgry), de zwaartekrachtversnelling (g), het lichaamsgewicht (LG) en de hoek van het neerkomen (α). Zie Figuur 15. Fk Fgry De volgende formules staan hierbij centraal: Fgry = gry g LG Fgrz = tan Fgrz = tan ( α ) Fgry ( α ) gry g LG Fgrz 90 α Figuur 15: Berekening externe krachten. In Figuur 16 wordt het eerste biomechanische model weergegeven. De externe krachten tijdens hielcontact worden geleverd door de kniekracht (Fk), de grond reactiekracht (GRK) en een geleverd moment in de knie (Mk) door spierkracht. Middels het Moment in de knie kan via een interne krachtssituatie de krachten op de been- en voetschaal worden bepaald. Hierbij kan de wrijvingskracht op de voetschaal verwaarloosd worden. Extern Intern Variabelen LL Fz Fspier Fspier K GRK Mk a a GRK Fk y -M M -z z -y 90 α K Fbz ½a 2/3 b Fby y -M M -z z -y α K Fvy Afstanden en hoeken A = Breedte onderbeen (6% LL) b = Lengte onderbeen (25% LL) LL = Lichaamslengte α = Hoek EVO ondergrond Moment K = Draaipunt Mk = Opgelegd Moment geleverd door Fspier Krachten extern GRK = Grondreactiekracht Fk = Kniekracht Krachten intern Fbz = Horizontale kracht op beenschaal Fby = Verticale kracht (wrijving) op beenschaal Fvy = Verticale kracht op voetschaal f = Wrijvingscoëfficiënt huid - EVO Figuur 16: Biomechanischmodel hielcontact Externe krachtssituatie Fgrz = tan Fk = Fkz ( α ) Fgry = gry g LG gry g LG Fz = 0 Fkz Fgrz Fy = 0 Fky + Fgry 2 + ( Fky) M = 0 Mk Fk 1 2 a Mk = Fk 1 2 0,06 LL 2 Interne krachtssituatie Mk Mk Fbz = = 2 3 b 2 3 0,25 LL Fby = Fbz f Fvy = Fk Fby Aangrijping krachten voet-/beenschaal Fvy = 1 2 a = 1 2 0,06 LL Fbz, Fby = 2 3 0,25 LL De Orteam EVO onder de loep 13

18 In het tweede biomechanische model van hielcontact, Figuur 17 wordt vanuit de externe krachtssituatie (Fgrx) de heersende wrijvingskracht tussen EVO en huid berekend tijdens hielcontact. Fgrx Hielcontact Fgrx x -M M -z z -x Afzet Fbx a Fgrx = Kracht x-component GRK Fbx = Wrijvingskracht EVO-onderbeen a = Onderbeendikte (6%LL) Figuur 17: Model afschuifkracht tijdens hielcontact Vergelijkingen Fx = 0 Fgrx = Fbx Fgrx = grx g LG M = 0 Fgrx 1 2 0,06 LL = Fbx 1 2 0,06 LL Fbx = grx g LG De Orteam EVO onder de loep 14

19 Invloed van de variabelen op het model De invloed van de volgende variabelen in de modellen worden afzonderlijk getoetst: Hoek van neerkomen (α = 5-45 ) Lichaamslengte (LL = 1.60m 2.00m) Lichaamsgewicht (LG = 60kg 90 kg) Gry (y-component GRK = 110% - 120% van LG) Wrijvingscoëfficient tussen EVO en onderbeen (f = ) Grx (x-component GRK = 1% - 10% van LG) In alle vergelijkingen worden de niet geanalyseerde variabelen vastgesteld op hun gemiddelde. 60 SD in % van gemiddelde Fbz Fby Fvy Fbx Krachten op EVO hoek Lichaamsgewicht Lichaamslengte y-component GRK Wrijvingscoëfficient x-component GRK Grafiek 1: Relatieve variatie bij model hielcontact. Met name de wrijvingscoëfficiënt op Fby en de x-component van de GRK op Fbx vertonen relatief veel spreiding, van respectievelijk 54% en 55% ten opzichte van het gemiddelde. Opvallend is dat alle andere parameters relatief op de verschillende krachten dezelfde invloed vertonen. De hoek 11% op Fbz, Fby en Fvy, het lichaamsgewicht 12% op alle krachten op de EVO en het y-component van de GRK 3% op Fbz, Fby en Fvy. De Lichaamslengte blijkt geen invloed uit te oefenen op de hoogte van de krachten op de EVO. Dit heeft bij lichaamslengte te maken met het feit dat deze relatief wordt doorberekend in het biomechanische model. De Orteam EVO onder de loep 15

20 5.5.2 Middenstand Net als in de situatie van hielcontact wordt in de middenstand de externe kracht geleverd door de grondreactiekracht, GRK, en de kniekracht, Fk, die de massa van het lichaam representeert. Figuur 18 illustreert een persoon in de middenstand met de daarbij optredende externe en interne krachten op de EVO. FKR Variabelen Krachten extern GRK = Grondreactiekracht FK = Kniekracht GRK Krachten intern FV = Voetkracht GRK = Grondreactiekracht GRK FVR Figuur 18 VLNR: Persoon in middenstand, optredende externe krachten op de EVO tijdens middenstand en de optredende interne krachten op de EVO tijdens middenstand. Uit bovenstaande afbeelding valt op te maken dat in de middenstand de externe krachten in evenwicht zijn en de krachten intern geen spanningen in het materiaal tot gevolg hebben. Indien de EVO bij hielcontact meegeeft naar plantairflexie of bij de afzet meegeeft naar dorsaalflexie, zoals wordt weergegeven in Figuur 19, zal dit wel een spanning op het materiaal tot gevolg hebben. FKR Variabelen FBR1 FBR2 Krachten extern FGR = Grondreactiekracht FKR = Kniereactiekracht FGR FV1 FV2 Krachten intern FBR1 = Beenreactiekracht FBR2 = Beenreactiekracht FVR1 = Veerreactiekracht FVR2 = Veerreactiekracht Figuur 19 VLNR: Extern optredende krachten op de EVO bij hielcontact, intern optredende krachten bij hielcontact en intern optredende krachten bij afzet. De Orteam EVO onder de loep 16

21 Veereigenschappen De stijfheid van een materiaal beschrijft hoeveel het materiaal elastisch zal vervormen bij een bepaalde kracht (indien deze kracht binnen de vloeigrens blijft). De volgende alinea zal inzicht geven in de invloed van de materiaaleigenschappen op de vervorming. In Figuur 20 wordt de EVO in enkele aanzichten weergegeven. De linker afbeeldingen zijn een doorsnede van de Orteam EVO ter hoogte van de sleuven. Hoe meer materiaal door een sleuf zal worden verwijderd, hoe minder materiaal er in ventraal/ distale richting over blijft. Uit de middelste afbeelding valt op te maken dat het verwijderen van materiaal door een sleuf geen invloed heeft op de breedte, B, van de EVO. Uit deze gegevens valt op te maken dat de Orteam EVO een veer in ventraal/ distale richting is. Het verwijderen van materiaal voor de sleuven heeft geen invloed op de stijfheid in mediaal/ laterale richting. De rechterafbeelding geeft het bereik, ook wel de Range Of Motion (ROM) weer. D B B D 3 D 2 L k B X1 X2 Variabelen Figuren D = Diepte orthese (30mm) D 2 = Diepte t.g.v. sleuf 1 (14mm) D 3 = Diepte t.g.v. sleuf 2 (24mm) B = Breedte veer (75mm) L v = Lengte veer (75mm) L k = Lengteafstand kuit (250mm) X1 = Uitwijking plantair(10 ) X2 = Uitwijking dorsaal (20 ) D L v Vergelijking F = Kracht (N) E = Elasticiteitsmodulus (1200 N/mm2) Figuur 20 VLNR: doorsnede van de Orteam EVO ter hoogte van een korte en een lange sleuf, dorsaal aanzicht van de Orteam EVO en een lateraal aanzicht van de Orteam EVO. Vergelijking Onderstaande vergelijking is gebaseerd op een buigveer, verklaring van de symbolen vindt u in Figuur 20. In deze situatie wordt de grootte van de kracht waarmee de EVO tegen de kuit duwt bepaald door: F 3 B D X E Lv L = 3 4 Lk k De Orteam EVO onder de loep 17

22 Invloed van de variabelen op het model De volgende grafiek zal inzicht geven in het effect van het variëren van de variabelen afzonderlijk op de kracht waarmee de EVO tegen de kuit drukt. Relatieve afwijking van gemiddelde (%) Verplaatsing (mm) D (0-30mm) E (1000 n/mm n/mm2) Lk (75mm - 250mm) 0 Vervorming 0-20 Grafiek 2: Relatieve variatie bij model middenstand. Uit Grafiek 2 valt op te maken dat relatief gezien de diepte (D) van de orthese en de hoogte van aangrijpen op de kuit (l k ) van grote invloed zijn op de kracht waarmee de EVO tegen de kuit duwt. De grote invloed van deze variabelen is te verklaren door hun exponentiële karakter, zoals valt op te maken uit de vergelijking op de vorige pagina. Een diepe EVO zal een grote bijdrage leveren aan de stijfheid van de EVO, een korte EVO zal een grote kracht waarmee de EVO tegen de kuit drukt tot gevolg hebben. De analyse naar veereigenschappen van de EVO heeft geen input voor het mechanische model opgeleverd. Door deze analyse is theoretisch inzicht verkregen in de mechanische invloed van variaties in enkele EVO aspecten. De Orteam EVO onder de loep 18

23 5.5.3 Afzet De afzet fase is biomechanisch gezien te vergelijken met het hielcontact. De hoek van afzetten is evenals de hoek van neerkomen variabel. Door deze variabiliteit en de aannames en constanten in het model is het mogelijk de z-component (voor/achterwaarts) van de GRK te benaderen. Zie Figuur 21 De volgende formules staan hierbij centraal: Fgry = gry g LG Fgrz = tan( α ) Fgry Fgrz = tan ( α ) gry g LG α 90 Fk Fgry Fgrz Figuur 21: Berekening externe krachten y -M M -z z -y Extern c a Mk y -M M -z z -y y -M M -z z -y Intern ½a ½a Variabelen Afstanden en hoeken a = Breedte onderbeen (6% LL) b = Lengte onderbeen (25% LL) c = Lengte voet (12% LL) LL = Lichaamslengte α = Hoek EVO ondergrond LL Fspier Fz Fz Fk GRK 2/3 b Fby Fbz Fbz Moment K = Draaipunt M = Opgelegd Moment door Fspier Krachten extern Fgr = Grondreactiekracht Fk = Kniekracht K GRK 90 α K Fvy α K Krachten intern Fbx = Horizontale kracht op beenschaal Fby = Verticale kracht (wrijving) op beenschaal Fvy = Verticale kracht op voetschaal Figuur 22: Biomechanisch model afzet Het eerste biomechanische model is weergegeven in Figuur 22. De externe krachten tijdens hielcontact worden geleverd door de kniekracht (Fk) en de grond reactiekracht (GRK) en een geleverd moment in de knie (Mk) door spierkracht. Middels het Moment in de knie kan via een interne krachtssituatie de krachten op de been- en voetschaal worden bepaald. Hierbij kan de wrijvingskracht op de voetschaal verwaarloosd worden. Externe krachtssituatie Fgrz = tan Fk = M = Mk = ( α ) Fgry = gry g LG gry g LG Fx = 0 Fkz + Fgrz Fy = 0 Fky + Fgry 2 2 ( Fkz) + ( Fky) 0 Mk + Fk ( c 1 2 a) Fk ( c 1 2 a) = Fk ( c 1 2 0,06 LL) Interne krachtssituatie Mk Mk Fbz = = 2 3 b 2 3 0,25 LL Fby = Fbz f Fvy = Fk Fby Aangrijping krachten voet-/beenschaal Fvy = 1 2 b = 1 2 0,25 LL Fbz, Fby = 2 3 a = 2 3 0,06 LL De Orteam EVO onder de loep 19

24 In het tweede biomechanische model van de afzet, zie Figuur 23 wordt vanuit de externe krachtssituatie (Fgrx) de heersende wrijvingskracht tussen EVO en huid berekend tijdens hielcontact. Hielcontact Fbx a b x -M M -z z -x Afzet Fgrx Fgrx Fgrx = X-component GRK Fbx = Wrijvingskracht EVO-onderbeen a = Onderbeendikte (6%LL) b = Voetlengte (12%LL) Figuur 23: Model afschuifkrachten bij afzet Vergelijkingen Fx = 0 Fgrx = Fbx Fgrx = grx g LG M = 0 Fgrx Fgrx Fbx = ( 0,12 LL 1 2 0,06 LL) ( 0,12 LL 1 2 0,06 LL) 1 2 0,06 LL = Fbx 1 2 0,06 LL De Orteam EVO onder de loep 20

25 Invloed van de variabelen op het model De volgende spreiding wordt afzonderlijk getoetst: Hoek van neerkomen (α = 5-45 ) Lichaamslengte (LL = 1.60m 2.00m) Lichaamsgewicht (LG = 60kg 90 kg) Gry (y-component GRK = 100% - 110% van LG) Wrijvingscoëfficient tussen EVO en onderbeen (f = ) Grx (x-component GRK = 1% - 10% van LG) In alle vergelijkingen worden de niet geanalyseerde variabelen vastgesteld op hun gemiddelde. Grafiek 3 wordt de standaard deviatie (SD) in relatieve waarde weergegeven. De relatieve waarden zijn berekend op de gemiddelde waarde. SD in % van gemiddelde hoek Lichaamsgewicht Lichaamslengte y-component GRK Wrijvingscoëfficient x-component GRK 0 Fbz Fby Fvy Fbx Krachten op EVO Grafiek 3: Relatieve variatie bij model afzet Met name de wrijvingscoëfficiënt en de x-component van de GRK vertonen een grote spreiding op de hoogte van de krachten op de EVO. De wrijvingscoëfficiënt heeft een SD van 54% en de x-component van de GRK heeft een SD van 55% ten opzichte van het gemiddelde. Hier blijken de hoek (11%), het lichaamsgewicht (12%) en de y-component van de GRK (4%) een constant effect te vertonen op de krachten van de EVO. De lichaamslengte is niet van invloed op de hoogte van de krachten op de EVO. De Orteam EVO onder de loep 21

26 5.5.4 Conclusies biomechanische modellen De benodigde grafieken (Grafiek 1, Grafiek 2 en Grafiek 3) zijn opgenomen in de grafiekenbijlage. Uit de analyse naar invloed van de variabelen blijkt dat, zowel bij het hielcontact als bij de afzet, alle variabelen dezelfde relatieve invloed (in de vorm van spreiding) op de krachten op de EVO. De wrijvingscoëfficiënt en de x-component van de GRK vertonen relatief de meeste spreiding, van respectievelijk 54% en 55% ten opzichte van het gemiddelde. Het lichaamsgewicht (12%), de hoek van neerkomen (10%), en het y-component van de GRK (3%-4%) vertonen dezelfde relatieve spreiding op de krachten van de EVO. De lichaamslengte blijkt niet van invloed te zijn op de krachten van de EVO, omdat deze relatief wordt doorberekend. Het model middenstand geeft inzicht in de mechanische werking van de EVO. De diepte van de EVO en de lengte van het aangrijppunt van de EVO, de kuit, blijken grote invloed te hebben op de stijfheid van de EVO. In de behandelde formules worden de gemiddelde waarden van de variabelen ingevuld en hiermee worden de krachten op de EVO berekend tijdens hielcontact en afzet. De volgende gemiddelde waardes zijn van toepassing: Hoek van neerkomen (α = 25 ) Lichaamslengte (LL = 1.80m) Lichaamsgewicht (LG = 75 kg) Gry (y-component GRK = 115% LG bij HC en 106% LG bij AF) Wrijvingscoëfficient tussen EVO en onderbeen (f = 0.4) Grx (x-component GRK = 5% van LG) Hielcontact model 1: Extern Fgrz = tan Fkz = 395N Fky = 846N Fk = ( 25 ) Fgry = 1,15 9,81 75 = 846N Fz = 0 Fkz 395 Fy = 0 Fky ,15 9,81 75 = 395N ( 846) = 934N M = 0 Mk a Mk = ,06 1,80 = 50Nm 2 Hielcontact model 2: Fx = 0 Fgrx = Fbx Fgrx = 0,05 9,81 75 = 37N M = ,06 1,80 = Fbx 1 2 0,06 1,80 Fbx = Fgrx = 37 N Krachten tijdens hielcontact op de EVO: Kracht Gemiddelde grootte Grootte Richting Fbz 167 N Dorsaal Fby 67 N Caudaal Fvy 867 N Caudaal Fbx 37 N Mediaal Intern Fbz = = = 167 N 2 3 b 2 3 0,25 1,80 Fby = 167 0,4 = 67N Fvy = = 867 N De Orteam EVO onder de loep 22

27 Afzet model 1: Extern Fgrz = tan Fk = M = Mk = ( 25) Fgry = 1,06 9,81 75 = 780N Fx = 0 Fkz Fkz = 364N Fy = 0 Fky Fky = 780N Intern 1,06 9,81 75 = 364N 2 2 ( 364) + ( 780) = 861N 0 Mk ( c 1 2 a) 861 ( 0,12 1, ,06 1,80 ) = 139Nm Afzet model 2: Fx = 0 Fgrx = Fbx Fgrx = 0,05 9,81 75 = 37N M = 0 37 Fbx = Fgrx ( 0,12 LL 1 2 0,06 LL) ( 0,12 1, ,06 1,80 ) 1 2 0,06 1,80 Krachten tijdens afzet op de EVO: Kracht Gemiddelde grootte Grootte Richting Fbz 463 N Frontaal Fby 185 N Caudaal Fvy 676 N Caudaal Fbx 111 N Lateraal = 111N = Fbx 1 2 0,06 LL 139 Fbz = = 463N 2 3 0,25 1,80 Fby = 463 0,4 = 185N Fvy = = 676N De Orteam EVO onder de loep 23

28 5.6 Mechanische eigenschappen EVO Met het te ontwikkelen mechanische model is het doel het onderzoeken van de invloed van variatie in de sleuven van de Orteam EVO. Hierbij gaat het om de invloed op de mechanische eigenschappen van de EVO. SolidWorks is een 3D tekenprogramma en heeft de functie COSMOS. Deze functie berekent de getekende EVO door op mechanische eigenschappen. De mechanische eigenschappen van het sleuvengebied kunnen met behulp van SolidWorks goed worden getoetst. Daarnaast is het aanbrengen en het toetsen van variaties op het sleuvengebied eenvoudig uit te voeren. De volgende mechanische eigenschappen worden door COSMOS onderzocht: - Oppervlaktespanning (stress) - Rekspanning (strain) - Verplaatsing (displacement) - Vervorming (deformation) Oppervlaktespanning: De gemiddelde kracht die wordt uitgeoefend op een oppervlakte (N/mm 2 ). Rekspanning: De spanning in een materiaal ten gevolge van een trekkracht (N/mm). Verplaatsing: Verplaatsing van materiaal ten opzichte van het inklemming ten gevolge van de kracht die op het materiaal wordt gezet (mm). A: Oppervlaktespanning Stijfheid: De stijfheid, k, is een eigenschap van een lichaam. De stijfheid wordt bepaald door: K = F x B: Rekspanning Waarin: F : de toegepaste kracht (N) X : de verplaatsing (mm) Vervorming: De mate van verandering van de vorm van de EVO ten gevolge van de kracht (mm). In de huidige vraagstelling zal de vervorming niet gebruikt worden, de verplaatsing kan gebruikt worden om het model te valideren en het bepalen van de stijfheid. De rek- en oppervlaktespanning vertonen hetzelfde beeld. De oppervlaktespanning kan goed gebruikt worden voor het inzichtelijk maken van de mechanische eigenschappen. C: Verplaatsing Figuur 24: COSMOS Kort samengevat SolidWorks is het geschikte programma voor het vervaardigen van het mechanische model. De verplaatsing is een geschikte maat voor validatie van het mechanische model. De stijfheid en oppervlaktespanning zullen als output dienen van het mechanische model. De Orteam EVO onder de loep 24

29 6 Pakket van Eisen De eisen voor het mechanische model: De volgende variaties dienen getoetst te worden: - Het uitföhnen van de EVO ter hoogte van de malleoli. - De sleuflengte. - De sleufrichting. - Het aantal sleuven. - De ronde uitsparingen aan het uiteinde van de sleuven. - Het uitlijnen van de sleuven ten opzichte van de malleoli. - De diepte van de EVO ter hoogte van het sleuvengebied. De volgende krachten dienen toegepast te worden in het mechanische model: - Hielcontact Kracht Gemiddelde grootte Grootte Richting Fbz 167 N Dorsaal Fby 67 N Caudaal Fvy 867 N Caudaal Fbx 37 N Mediaal - Afzet Kracht Gemiddelde grootte Grootte Richting Fbz 463 N Frontaal Fby 185 N Caudaal Fvy 676 N Caudaal Fbx 111 N Lateraal SolidWorks zal worden gebruikt voor het vervaardigen van het mechanische model. De verplaatsing zal gebruikt worden voor de validatie van het mechanische model. De stijfheid en oppervlaktespanning zullen als output dienen voor het mechanische model. De Orteam EVO onder de loep 25

30 7 Ontwerpfase 7.1 Model Een Orteam EVO wordt geproduceerd aan de hand van een best passend beenmodel. Deze wordt verkregen uit een bibliotheek waarin men de keuze kan maken tussen 11 verschillende beenmodellen in grootte. Deze beenmodellen zijn vervaardigd aan de hand van verzamelde CADCAM scans van onderbenen. De data van een CADCAM-scan is opgebouwd uit een centrale as, bestaande uit coördinaten met daaromheen ringen gevormd door straaldata. Het aantal ringen en stralen is vooraf in te stellen door de gebruiker. Voor het tekenen van de Orteam EVO in SolidWorks is een CADCAM databestand gebruikt. Het bestand bestaat uit data van coördinaten van de as van het onderbeen en data van 225 ringen maal 100 straalcoördinaten verdeeld over de onderbeen-as. Het CADCAM databestand is handmatig ingekort tot ¼ van het aantal ringen en straalcoördinaten. Dit is verricht aan de hand van het programma Microsoft Excel. In totaal zijn er 63 ringen met bijbehorende as-coördinaten en elk met 25 ringstralen overgebleven. Deze as- en straalcoördinaten en zijn ingevoerd in SolidWorks. In Figuur 25 is één van de 63 ringen (een ring in het onderbeen) vanaf proximaal weergegeven. Middels het aanmaken van een loft worden de ringen met elkaar verbonden tot een onderbeenmodel, zie Figuur 26. De EVO wordt middels het maken van een shell outward gevormd om het onderbeenmodel. Middels het tekenen van trimlijnen (gemeten aan de hand van de beschikbare EVO) en het verwijderen van overbodig materiaal is de EVO vormgegeven. Deze kale EVO vormt telkens de basis voor de uit te voeren toetsen. De volgende features kunnen worden uitgevoerd op de EVO, zie Figuur 27. Uitföhnen van de EVO randen Middels een extra sketch in het onderbeenmodel krijgt deze een aangepaste vorm rond de malleoli. Deze vorm wordt doorgevoerd in de EVO en het resultaat is dat hierdoor de randen van de EVO ter hoogte van de malleoli uitgeföhnd worden. Figuur 25: Sketch Figuur 26: Loft De Sleuven Vanaf de zijkant van de EVO worden de sleuven getekend. Deze sleuven bevatten alleen de rechte sleuven, dus niet de ronde uitsparingen aan het uiteinde van de sleuven. Deze sleuvensketch uit de EVO wordt gesneden. De vormgeving, aantal en uitlijning van de sleuven is aan te passen in deze sketch. De ronde uitsparingen De ronde uitsparingen worden getekend in een aparte sketch loodrecht op de EVO. Deze worden uit de EVO gesneden. De grootte van deze ronder uitsparingen is hierdoor in het model instelbaar. Diepte van de EVO De diepte van de EVO is aan te passen door de sketch van de trimlijn lateraal en mediaal aan te passen. Figuur 27: EVO De Orteam EVO onder de loep 26

31 Materiaal van de EVO Uit literatuur blijkt dat enkele materiaaleigenschappen van polipropyleen variabel zijn. Aan de hand van een document van de leverancier zijn de materiaaleigenschappen bepaald voor de EVO op: Eigenschap Mogelijke waarde Vastgestelde waarde Density : 0,00092 kg/mm 3 0,00092 kg/mm 3 Poisson s Ratio : 0,4103 0,4103 E modulus : N/mm N/mm 2 Shear modulus : 0,445 N/mm 2 0,445 N/mm 2 Yield strength : N/mm 2 33 N/mm 2 Tensile strength : 27,0 36,3 N/mm 2 27,6 N/mm 2 Thermal expansion : K K Thermal conductivity : 0,22 W/(m.K) 0,22 W/(m.K) Specific heat : 1930 J/(kg.K) 1930 J/(kg.K) Belangrijke materiaal eigenschappen worden hieronder nader toegelicht: Density Poisson s Ratio E modulus Shear modulus Yield strength Tensile strength : Dichtheid, de hoeveelheid massa die van een bepaald materiaal in een bepaalde hoeveelheid volume aanwezig is. : Een materiaalconstante die beschrijft hoe een materiaal reageert op trek- of druk belastingen, door de rek welke loodrecht op de trek of druk richting ontstaat. : De eigenschap van een materiaal die een maat is voor de stijfheid van een materiaal, deze bepaalt mede de rek van een materiaal ten gevolge van het (trek)belasting. : Afschuivingmodulus, afschuiving ten gevolge van een kracht. : De kracht waarbij het materiaal van elastische vervorming overgaat op plastische vervorming en hierdoor permanent van vorm veranderd. : Maximale treksterkte, de kracht waarbij een materiaal het begeeft. In de bijlage I is het bestand opgenomen van de leverancier. Waar mogelijk zijn deze waarden aangehouden. De overige waarden zijn gemiddelden van gevonden waarden. Uitkomsten van het mechanische model Het model heeft als uitkomst een maat voor oppervlaktespanning. Deze maat geeft een indruk van de piekspanning in het materiaal ten gevolge van de piekkrachten tijdens hielcontact en afzet. De oppervlaktespanning geeft spanningswaarde per oppervlakte eenheid (mm 2 ). Hierbij gaat het om de Rekspanning per mm 2 in het materiaal. Daarnaast kan met behulp van de verplaatsing een maat berekend worden voor stijfheid, met de volgende formule: Fextern K =, waarin x de verplaatsing voorstelt in mm en de externe kracht de inputkracht is in het x model. De Orteam EVO onder de loep 27

32 Afstudeerscriptie Bewegingstechnologie 08 8 Validatie model 8.1 Onderzoeksopzet Ter validatie van het mechanische model zal deze getoetst worden aan de hand van een fysieke meetopstelling met de EVO. De parameter verplaatsing (displacement) ten gevolge van een constante kracht op de EVO zal vergeleken worden tussen SolidWorks en deze meetopstelling. Deze parameter wordt in SolidWorks, aan de hand van COSMOS berekend. In de fysieke opstelling zal deze verplaatsing aan de hand van foto s worden bepaald. Maat voor validatie In de validatie wordt de EVO, zowel in dorsale als in ventrale richting op enkele lineair oplopende krachten getoetst. De maat voor de validatie is de verplaatsing in horizontale richting van het aangrijpingspunt van de kracht. Verwacht wordt dat de verplaatsingwaarden aan de hand van deze lineair oplopende krachten zowel in de meetopstelling als in het model overeenkomen. Hierbij is er bewust gekozen voor bijna lineaire toename van de kracht op de meetopstelling en het model. Het verschil tussen de verplaatsing (absoluut) bij verschillende krachtgroottes en krachtrichtingen is in dit project de maat voor het bepalen van validiteit. Hierbij wordt gesteld dat de relatieve afwijking van de absolute waarden niet hoger mag zijn dan 5%. Eisen voor de validatie De volgende eisen worden gesteld aan zowel de meetopstelling als het model: Beide situaties worden getoetst in ventrale als dorsale richting met 10, 20 en 30 N. De krachten in de validatie grijpen aan op 2/3 van de lengte van de beenschaal vanaf de hak gemeten (270mm) en in het midden van de schaal. De EVO wordt bij hak en voorvoet gefixeerd, zodat verplaatsing in de voet in beide meetsituaties niet mogelijk is. De krachten in de validatie staan horizontaal ten opzichte van de ondergrond. De krachten worden met constante grootte op de EVO gezet, totdat de maximale verplaatsing wordt bereikt. In beide situaties wordt de verplaatsing gemeten ter hoogte van het aangrijpingspunt van de kracht De meetopstelling De Orteam EVO zal worden getoetst in de meetopstelling, zie Figuur 28. Aan de hand van een digitale unster en een bevestigingsoog in de EVO zullen de krachten op de EVO worden gezet. Middels het inklemmen van de EVO met behulp van een hulpstuk en een lijmtang wordt de voetplaat van de EVO op de twee vastgestelde plaatsen gefixeerd aan de ondergrond. Middels een vaste foto-opstelling zal er vanaf lateraal een foto worden genomen. Er zal naast de meetopstelling een liniaal zichtbaar zijn ter reverentie. Een foto van de beginsituatie en de eindsituatie dient de verplaatsing ten gevolge van de kracht in kaart te brengen. Figuur 28: Meetopstelling Het mechanische model Het model zal dezelfde afmetingen en sleuven bevatten als de gemeten EVO in de meetopstelling. Middels COSMOS zullen opleggingen (restraint) vastgesteld worden ter hoogte van de hak en de voorvoet. Krachten op de onderbeenschaal zullen gevarieerd kunnen worden. De Orteam EVO onder de loep 28

33 Tijdens het ontwerp van het mechanische model is gebleken dat met name de trimlijn van de EVO belangrijk is voor de verplaatsing ten gevolge van een kracht. Tevens blijkt dat door het uitföhnen tijdens de productie de trimlijn niet exact te bepalen is. Wel staat vast dat deze enkele millimeters verschilt met de normale trimlijn. Er worden twee ontwerpen van de EVO verschillend in trimlijn in de validatie opgenomen, omdat deze beiden de werkelijke verplaatsingwaarden (gemeten aan de hand van de meetopstelling) blijken te benaderen: 1. Trimlijn van 27 mm ter hoogte van het uitgeföhnde deel 2. Trimlijn van 26 mm ter hoogte van het uitgeföhnde deel 8.2 Resultaten De gedetailleerde meetresultaten van de meetopstelling zijn te vinden in bijlage II. Alle meetresultaten zijn weergegeven in absolute waarden. Verplaatsing (mm) ,6 Absolute verplaatsing (mm) 42,5 14, ,5 Ventraal Ventraal Dorsaal Dorsaal Dorsaal Verplaatsing (%) Relatief verplaatsingsverschil Ventraal Ventraal Dorsaal Dorsaal Dorsaal 9,6 19, ,4 30,6 Krachtrichting en krachtgrootte (N) 9,6 19, ,4 30,6 Krachtrichting en krachtgrootte (N) Grafiek 4: Fysieke Meetopstelling Verplaatsing (mm) 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 14,7 Absolute verplaatsing (mm) 34,9 71,7 14,0 25,5 36,8 Ventraal Ventraal Ventraal Dorsaal Dorsaal Dorsaal Verplaatsing (%) Relatief verplaatsingsverschil Ventraal Ventraal Ventraal Dorsaal Dorsaal Dorsaal 9,6 19, ,4 30,6 Krachtrichting en krachtgrootte (N) 9,6 19, ,4 30,6 Krachtrichting en krachtgrootte (N) Grafiek 5: Mechanisch model (27 mm trimlijn) Verplaatsing (mm) 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 16,7 Absolute verplaatsing (mm) 39,6 91,3 14,8 28,6 41,1 Ventraal Ventraal Ventraal Dorsaal Dorsaal Dorsaal Verplaatsing (%) Relatief verplaatsingsverschil Ventraal Ventraal Ventraal Dorsaal Dorsaal Dorsaal 9,6 19, ,4 30,6 Krachtrichting en krachtgrootte (N) 9,6 19, ,4 30,6 Krachtrichting en krachtgrootte (N) Grafiek 6: Mechanisch model (26 mm trimlijn) De Orteam EVO onder de loep 29

34 8.3 Discussie & Conclusie Ten behoeve van de leesbaarheid zijn Grafiek 4, 5 en 6 tevens opgenomen in de grafiekenbijlage. Zowel in de fysieke meetopstelling als in het model is gebleken dat een krachtgrootte in ventrale richting een grotere verplaatsing van de EVO tot gevolg heeft ten opzichte van eenzelfde kracht in dorsale richting. Dit beeld is ook terug te vinden in het mechanische model. In de fysieke meetopstelling levert een krachtgrootte van 30N in ventrale richting geen valide meetresultaat op. De EVO biedt geen weerstand tegen deze kracht en zal als gevolg van deze kracht dubbelklappen. In het mechanische model wordt echter wel een uitwijking berekend van 71,7mm en 81,3mm. Een mogelijke oorzaak voor een niet valide meetwaarde bij 30N in ventrale richting is dat de gebruikte EVO een voorbeeld model is van Livit en al vele malen extreem gebogen is. Hierdoor is de stijfheid van het materiaal minder geworden, ook zichtbaar door kleine scheurtjes in het materiaal rond de uitsparingen. De weerstand met name in ventrale richting is daardoor afgenomen. Een andere verklaring is het uitföhnen van de EVO ter hoogte van de malleoli. Het uitföhnen is zoals eerder vernoemd een individuele klus en kan per EVO verschillen. In het mechanische model is het uitföhnen zo goed mogelijk nagebootst, toch zal deze verschillen met de werkelijke EVO. Ook het uitföhnen heeft met name invloed op de weerstand in de ventrale richting. Door deze feiten is besloten de validatie niet af te stemmen op de uitkomsten van de ventrale krachten, maar te kijken naar absolute en relatieve validatie ten opzichte van de dorsale krachten. Bij het analyseren van de verplaatsing bij de 3 dorsale krachten blijken in het model de twee verschillende trimlijnen 27mm en 26mm zowel absoluut als relatief van elkaar te verschillen. Vergelijkend met de waarden uit de fysieke meetopstelling blijkt dat de EVO met een trimlijn van 27mm zowel absoluut als relatief minder verschilt van de gemeten waarden in de fysieke meetopstelling dan het ontwerp met een trimlijn van 26mm. Hieruit blijkt dat de EVO met een trimlijn van 27mm meer valide is dan een EVO met 26mm en valt deze laatst genoemde af. De absolute verschillen tussen de fysieke meetresultaten en de uitkomsten van de EVO met een trimlijn van 27mm zijn bij 10N, 20,4N en 30,6N respectievelijk 0,2mm, 0,5mm en 1,28mm. De absolute verschillen zijn relatief genomen van de absolute verplaatsingswaarde gemeten in de fysieke meetopstelling, dit levert bij 10N, 20,4N en 30,6N respectievelijk 1,4%, 1,02% en 2,6% op. Al deze percentages liggen onder de gestelde 5%. Hieruit mag geconcludeerd worden dat de EVO in het model met een trimlijn van 27mm valide is ten opzichte van de gemeten EVO in de fysieke meetopstelling en kan deze EVO gebruikt worden als referentie EVO in verdere analyse. De maat 5% is een vooraf gestelde maat en kan voor dit project worden aangenomen. Echter een gedegen validatie van het model dient te moeten worden verricht, omdat absolute uitspraken wat betreft stijfheid en oppervlaktespanningen niet kunnen worden gedaan. De Orteam EVO onder de loep 30

35 9 Toetsing van de variatie in de Sleuven 9.1 Onderzoeksopzet In het programma van eisen zijn de te toetsen variaties binnen het model beschreven. Op de volgende wijze zullen de variaties worden getoetst in het mechanische model: 1. Onderzoek naar de invloed van variaties op maximale oppervlaktespanning in de EVO. In dit onderzoek worden de piekkrachten op de EVO gezet. De krachten berekend in het biomechanische model gelden als input. Er zullen twee situaties getoetst worden, de gemiddelde piekkrachten tijdens hielcontact en tijdens de afzet. 2. Onderzoek naar de invloed van de variaties op de vervorming van de EVO. Met de piekkrachten kan geen beeld gevormd worden van de invloed van de variatie in de sleuven op de vervorming van de EVO. Vandaar dat er een tweede onderzoek wordt gestart naar de vervorming aan de hand van krachten zoals deze ook zijn aangeboden in de validatie. Dit schetst geen realistisch beeld, echter is de invloed van de variatie op de vervorming hiermee wel te toetsen. In beide toetsen zal de referentie EVO de gouden standaard zijn voor het uitdrukken van invloed van de variatie. De te toetsen variabelen worden in onderstaande kopjes nader omschreven. Föhnen Ten opzichte van een EVO zonder föhn, lijkt het uitföhnen twee afzonderlijke bepalende aspecten te bevatten. Het uitföhnen zorgt ten eerste voor het anders positioneren van het materiaal, wat het materiaal meer vrijheid geeft om te buigen. Een tweede aspect is dat door het uitföhnen de trimlijn van de EVO aangepast wordt. Deze twee aspecten zullen beide in het model worden de getoetst. De sleuflengte De sleuven worden in het model vanaf de zijkant van de EVO uit de EVO gesneden. De lengte van de sleuven wordt gemeten vanaf lateraal vanaf het uiteinde van sleuf tot de rand van de EVO. In het model worden de sleuflengtes gevarieerd met -2mm en +2mm. De gemiddelde sleuflengte is 12mm. Dit komt neer op een relatieve variatietoetsing van ± 14,3% ten opzichte van de huidige sleuflengte De sleufrichting De sleuven in de huidige EVO zijn horizontaal gepositioneerd. De invloed van de sleufrichting zal nader worden getoetst met de volgende sleufrichtingen: - Diagonaal rechts: De sleuven lopen van linksonder naar rechtsboven en zijn in het midden uitgelijnd ter hoogte van de huidige horizontale sleuven. - Diagonaal links: De sleuven lopen van rechtsonder naar linksboven en zijn in het midden uitgelijnd ter hoogte van de huidige horizontale sleuven. - Verticaal: Waarbij de het sleuvengebied in breedte en hoogte gelijk is aan de referentie EVO. Het aantal sleuven Het aantal sleuven dat wordt toegepast is 5. Dit zal gevarieerd worden met stappen van ± 2 (±40%) ten opzichte van de referentie EVO. Hierbij blijft het sleuvengebied in hoogte constant. Dit betekent dat de ruimtes tussen de sleuven worden bij 3 en 7 sleuven ten opzichte van 5 sleuven respectievelijk groter en kleiner. De Orteam EVO onder de loep 31

36 De ronde uitsparingen De diameter van de ronde uitsparingen hebben huidig een straal van 3mm (100%). Deze straal zal gevarieerd worden tot 0mm (-100%) tot 6mm (+100%). Uitlijning van de sleuven Huidig is de tweede brede sleuf uitgelijnd ter hoogte van de malleoli. In het onderzoek naar de invloed van de sleuven zal elke sleuf van het huidige aantal sleuven ter hoogte van de tweede sleuf worden uitgelijnd. De trimlijn Vanuit de validatie blijkt de trimlijn van de EVO bepalend voor de stijfheid van de EVO. De Trimlijn bepaald de diepte van de EVO, deze is huidig 27mm (100%). De trimlijn zal gevarieerd worden met de huidige trimlijn met ±2mm (±8%) ter hoogte van het geföhnde deel. 9.2 Resultaten In het eerste onderzoek, het onderzoek naar oppervlaktespanning, zijn 2 verschillende situaties getoetst: Oppervlaktespanning tijdens hielcontact Oppervlaktespanning tijdens afzet Ruwe resultaten in de vorm van absolute waarden worden in onderstaande grafieken getoond, de horizontale stippellijnen geven de hoogte van de referentiewaarde weer. Werkelijke waarden zijn te vinden in tabel 1 van bijlage III. In Grafiek 7 staan de resultaten van de oppervlaktespanning bij hielcontact en afzet Föhn Sleuflengtrichtinaantal Sleuf- Sleuf- Oppervlaktespanning bij hielcontact Oppervlaktespanning bij afzet Uitsparing Uitlijning Trimlijn 1200 Oppervlaktespanning (N/mm2) Referentie model Niet uitgeföhnd -2mm (-14,3%) +2mm (+14,3%) diagonaal rechts Diagonaal links Verticaal 0 (-100%) 3 (-40%) 7 (+40%) 0mm (-100%) 6mm (+100%) 1e uitgelijnd 3e uitgelijnd 4e uitgelijnd 5e uitgelijnd 25mm (-8%) 29mm (+8%) Grafiek 7: Absolute oppervlaktespanning De Orteam EVO onder de loep 32

37 In het tweede onderzoek, het onderzoek naar stijfheid, is 1 parameter getoetst, namelijk de verplaatsing in horizontale richting. Deze parameter is in twee situaties getoetst, weergegeven in de onderstaande grafiek. In deze grafiek wordt de horizontale verplaatsing (ter hoogte van het aangrijpingspunt van de kracht) ten gevolge van 20N in ventrale richting en 20N in dorsale richting weergegeven. De verticale stippellijnen geven de grootte van de verplaatsing van de referentie EVO weer. 27mm (+8%) 23mm (-8%) Trimlijn 5e uitgelijnd 4e uitgelijnd 3e uitgelijnd Sleufuitlijning 1e uitgelijnd 6mm (+100%) 0mm (-100%) 7 (+40%) 3 (-40%) Uitsparingsgrootte Sleufaantal 0 (-100%) Verticaal Diagonaal links Sleufrichting diagonaal rechts +2mm (+14,3%) -2mm (-14,3%) Niet uitgeföhnd Sleuflengte Föhnen referentie model verplaatsing dorsaal (mm) verplaatsing ventraal (mm) Grafiek 8: Verplaatsing ten gevolge van een externe kracht van 20N in dorsale en ventrale richting. De Orteam EVO onder de loep 33

38 9.2.1 Discussie en conclusie Het doel van het project is het inzichtelijk maken wat de invloed is van enkele sleufvariaties op de mechanische eigenschappen van de EVO. Doordat absolute eisen aan de Orteam EVO wat betreft benodigde stijfheid en maximale oppervlaktespanning niet concreet vastgesteld zijn, zullen geen absolute uitspraken gedaan worden. Daarom is er gekozen voor het uitdrukken van de verschillende parameters in relatieve toe-/afname ten opzichte van de referentie EVO. Om de gegevens juist te kunnen interpreteren, worden hieronder nogmaals de relevante kenmerken van de referentie EVO beschreven: Deze heeft uitgeföhnde randen De sleuflengte is 12mm. De sleufrichting is horizontaal Deze bevat 5 (lange) sleuven De ronde uitsparingen hebben een straal van 3mm De tweede sleuf is uitgelijnd ten opzichte van de malleoli De diepte van de EVO bij de föhn is door de trimlijn 27mm. De gegevens in de grafieken zijn opgenomen in tabel 2 en 3 in bijlage III. De onderstaande grafiek geeft de relatieve toe/afname van oppervlaktespanning weer ten opzichte van de referentie EVO. 100% Föhn Sleufrichting Sleuflengte Sleufaantal Uitsparing Uitlijning Trimlijn 80% 60% Referentie EVO 40% 20% 0% -20% -40% -60% -80% Niet uitgeföhnd 10mm (-14,3%) 14mm (+14,3%) Diagonaal rechts Diagonaal links Verticaal 0 sleuven(-100%) 3 sleuven (-40%) 7 sleuven (+40%) Geen uitsparing (-100%) 6mm uitsparing (+100%) 1e uitgelijnd 3e uitgelijnd 4e uitgelijnd 5e uitgelijnd Trimlijn 25mm (-8%) Trimlijn 29mm (+8%) Oppervlaktespanning bij hielcontact Oppervlaktespanning bij afzet Grafiek 9: Relatieve oppervlaktespanning ten opzichte van de referentie EVO. De Orteam EVO onder de loep 34

39 Algemeen blijkt er dat met name een verticale sleufrichting en een EVO zonder sleuven de oppervlaktespanning relatief het meest te reduceren. Hiernaast blijkt het vergroten van de sleuflengte, het uitlijnen van de EVO ter hoogte van de eerste, vierde en vijfde sleuf en het inkorten van de trimlijn de grootste relatieve toename van de oppervlaktespanning in het materiaal op te leveren. Tevens blijkt bij elke getoetste sleufvariatie de oppervlaktespanning tijdens hielcontact nagenoeg gelijk aan de oppervlaktespanning tijdens afzet. In onderstaande grafiek worden relatieve toe/afname van stijfheid ten opzichte van de referentie EVO weergegeven. 300% Föhn Sleufrichting Sleuflengte Sleufaantal Uitsparing Uitlijning Trimlijn 250% 200% 150% 100% Referentie EVO 50% 0% -50% Niet uitgeföhnd 10mm (-14,3%) 14mm (+14,3%) Diagonaal rechts Diagonaal links Verticaal 0 sleuven(-100%) 3 sleuven (-40%) 7 sleuven (+40%) Geen uitsparing (-100%) Grafiek 10:Relatieve toe/afname van de stijfheid ten opzichte van de referentie EVO bij een externe kracht van 20N. 6mm uitsparing (+100%) 1e uitgelijnd 3e uitgelijnd 4e uitgelijnd 5e uitgelijnd Trimlijn 25mm (-8%) Stijfheid ventraal Stijfheid dorsaal Trimlijn 29mm (+8%) De grote uitschieter wat betreft de toename van stijfheid is de EVO zonder sleuven. Daarnaast blijkt het verticaal plaatsen van de sleuven een hogere stijfheid op te leveren dan de andere variaties. Voor het verminderen van de stijfheid blijken met name het uitlijnen van de 1 e sleuf ter hoogte van de malleoli, het vergroten van de ronde uitsparingen, het aanpassen van de diepte van de EVO door de trimlijn en het vergroten van de sleuflengte de beste opties. Binnen een variatie blijken ventrale en dorsale stijfheid van elkaar te verschillen. Uit de algemene conclusies van de oppervlaktespanning en de stijfheid blijkt dat deze eigenschappen een omgekeerd verband vertonen. Een hogere stijfheid levert een lagere oppervlaktespanning op en zo ook omgekeerd. Dit verband blijkt echter niet altijd evenredig te zijn, waardoor uitspraken kunnen worden gedaan wat betreft de doeltreffendheid tussen relatieve toe-/afname van de stijfheid enerzijds en relatieve toe-/afname van de oppervlaktespanning anderzijds. Er dient met het oog op het doorontwikkelen van de Orteam EVO een keuze gemaakt te worden tussen of het verbeteren van de effectiviteit (stijfheid) of het verbeteren van duurzaamheid (reduceren van de oppervlaktespanning), waarbij de voorkeur uitgaat naar effectiviteit. Duurzaamheid bij het doorontwikkelen van de Orteam EVO is een tweede belang. De Orteam EVO onder de loep 35

40 De volgende alinea s worden toegespitst op alle verschillende sleufvariaties, hierbij worden alle uitspraken ten opzichte van de referentie EVO beschreven. Om de onderstaande tekst leesbaar te houden, zie Grafiek 9 en Grafiek 10 in de grafiekenbijlage. Naast de tekst bevinden zich enkele figuren om de variaties te illustreren. Het föhnen: Het blijkt dat het niet föhnen van de EVO randen de oppervlaktespanning in de EVO verlaagt ten opzichte van de referentie EVO (24%). De stijfheid ventraal neemt relatief meer toe dan de stijfheid dorsaal (47% t.o.v. 30%). Geconcludeerd mag worden dat door het wel föhnen van de EVO randen de stijfheid van de EVO relatief meer wordt gereduceerd dan dat de oppervlaktespanning in het materiaal toenemen. Kijkend naar de verschillende aspecten van het föhnen, het anders positioneren en het inkorten van de trimlijn, blijkt het inkorten van de trimlijn de stijfheid ventraal 15% en dorsaal 16% te doen afnemen. Het overige percentage 32% ventraal en 14% dorsaal kan daardoor toegeschreven worden aan het anders positioneren van het materiaal. Het wel uitföhnen van de EVO randen is met name voor het verminderen van stijfheid in ventrale richting een goede methode. De sleuflengte: Een verandering in de sleuflengte vertoont een lineair verband in de toe/afname van de oppervlaktespanning, waarbij een kleinere sleuf van 10mm (35%) minder oppervlaktespanning oplevert en een grotere sleuf van 14mm (34%) meer oppervlaktespanning oplevert. Andersom geldt voor de stijfheid een stijging van dorsaal 33% en ventraal 24% bij een kleinere sleuflengte. Een grotere sleuflengte doet de stijfheid dorsaal en ventraal gelijk afnemen met 31%. Het aanpassen van de sleuflengte staat gelijk aan het wegnemen/toevoegen van materiaal. Hieruit blijkt dat stijfheid en oppervlaktespanning recht evenredig lineair toe en afnemen. Zonder föhn Met föhn Lange sleuven De sleufrichting: Alle variaties in sleufrichting verlagen de oppervlaktespanning. Diagonaal rechts verlaagt de oppervlaktespanning, zowel bij hielcontact als bij afzet met 16%. Diagonaal links blijkt bij hielcontact de oppervlaktespanning 6% te verlagen, terwijl deze oppervlaktespanning bij afzet 19% verlaagd wordt. De oorzaak van het verschil tussen de sleufrichting diagonaal links en recht bij hielcontact is toe te schrijven aan de richting van de krachten op de beenschaal van de EVO tijdens hielcontact. Tijdens het hielcontact staan er dorsale en mediale krachten op de beenschaal, deze blijken minder oppervlaktespanning op te leveren bij een diagonaal rechtse sleufrichting. Beide sleufrichting variaties verhogen de stijfheid ventraal met 15% en dorsaal met 29%. Evenzo wordt de oppervlaktespanning bij een verticale sleuf bij hielcontact (57%) meer verlaagd dan bij de afzet (49%). De stijfheid neemt bij deze variatie met 93% ventraal en 167% dorsaal toe. Voor het bepalen van stijfheid lijkt de sleufrichting een interessante variabele, waarbij de minste stijfheid maar de hoogste oppervlaktespanning geldt bij een horizontale sleufrichting. Naarmate de sleuven in de verticale richting worden geplaatst blijkt de stijfheid exponentieel op te lopen en de oppervlaktespanning exponentieel af te nemen. Korte sleuven Verticale sleuven Diagonale sleuven De Orteam EVO onder de loep 36

41 Het aantal sleuven: De EVO zonder sleuven reduceert de oppervlaktespanning bij hielcontact en afzet met ongeveer 73%, terwijl deze de stijfheid laat toenemen met 286% en dorsaal met 268%. Uit de verhouding tussen de toename van de oppervlaktespanning en afname van de stijfheid blijkt het toepassen van sleuven een goede methode. Een EVO met 3 sleuven blijkt een hogere oppervlaktespanning (13%) te bevatten. Een EVO met 7 sleuven heeft ten opzichte van de referentie EVO een lagere oppervlaktespanning (22%). Op het gebied van stijfheid blijken beide variaties in het aantal de stijfheid te verhogen, ventraal met respectievelijk 22% en 5% en dorsaal met respectievelijk 24% en 13%. Hoe meer sleuven hoe groter de relatieve afname van de oppervlaktespanning. Het vermeerderen van het aantal sleuven in de Orteam EVO heeft tot gevolg dat spanning in het materiaal beter verdeeld kan worden over het sleuvengebied. Op het gebied van stijfheid blijkt er een parabolisch verband te zijn bij het toenemen van het aantal sleuven, waarbij het huidige aantal sleuven een minimale stijfheid oplevert. Het toenemen van de stijfheid bij 7 sleuven ten opzicht van 5 sleuven (referentie EVO) zou verklaard kunnen worden door de verandering van de uitlijning van de sleuven ten opzichte van het föhngebied, echter een sluitende verklaring kan op dit moment niet worden gegeven. De uitsparingen: Het verband tussen geen uitsparing, een ronde uitsparing met een straal van 3mm (referentie) of een straal van 6mm lijkt een parabolisch verband op te leveren wat betreft de oppervlaktespanning, waarbij de minimale oppervlaktespanning wordt verkregen met een ronde uitsparing ter grootte van ongeveer 3mm. De oorzaak hiervoor lijkt te wijten aan de vorm van de uitsparing. Deze vorm blijkt een optimum te bevatten voor het verminderen van de oppervlaktespanning. In het geval van een ronde uitsparing lijkt het optimum te liggen rond de 3mm straal. Voor verder onderzoek lijkt het interessant te kijken naar het effect van een andere vorm uitsparing (bijvoorbeeld ovaal). Op het gebied van stijfheid zorgt een grotere uitsparing voor het wegnemen van meer materiaal en dus voor een mindere stijfheid. Dit lijkt te verlopen in een lineair verband in de ventrale stijfheid, met een afname van ongeveer 50%. In de dorsale stijfheid lijkt het verband in stijfheid exponentieel aflopend verband. Het uitlijnen van de sleuven: Bij het uitlijnen van de sleuven blijkt alleen het uitlijnen van de 3 e sleuf de oppervlaktespanning (-22%) het meest te reduceren. Bij het uitlijnen van de 1 e, 4 e en 5 e sleuf blijkt de oppervlaktespanning respectievelijk 54%, 38% en 60% op te lopen. Het uitlijnen ter hoogte van de eerste sleuf blijkt op de stijfheid, zowel in ventrale als in dorsale richting, het meest af te nemen (38%). Bij het uitlijnen van de 3 e sleuf neemt de stijfheid in ventrale richting ten opzichte van het uitlijnen van de 2 e sleuf toe met 37%. In dorsale richting neemt deze stijfheid toe met 42%. Het uitlijnen van de 4 e sleuf of 5 e sleuf blijkt niet veel invloed te hebben op de stijfheid. Uitlijnen van de sleuven is interessant voor verhouding toe-/afname stijfheid en oppervlaktespanning, echter concreet onderzoek naar de juiste uitlijning is pas mogelijk wanneer de ideale stijfheid is gekwantificeerd. 3 Sleuven 7 Sleuven Geen uitsparingen 6 mm uitsparingen 1 e sleuf uitgelijnd 5 e sleuf uitgelijnd De Orteam EVO onder de loep 37

42 De trimlijn: In de validatie is er al kort ingegaan op de schijnbare grootte van de invloed van het aanpassen van de trimlijn. Echter in verhouding tot andere aspecten als het föhnen, het uitlijnen van de sleuven en het vergroten van de sleuflengte blijkt deze variatie niet veel invloed te hebben. Dit geeft niet aan dat de trimlijn niet interessant is voor nader onderzoek, echter dat het föhnen, uitlijnen en vergroten van de sleuven tevens interessante maatregelen zijn op gebied van stijfheid. Een trimlijn ter hoogte van de föhn van 27mm levert een minder stijve EVO op (ventraal 22% en dorsaal 30%). Het vergroten van de trimlijn naar 29mm heeft een stijging van de stijfheid tot gevolg (ventraal en dorsaal 15%). Een lineair verband is zichtbaar bij het veranderen van de trimlijn. Het aanpassen van de trimlijn, en daarmee ook de diepte van de EVO blijkt een exponentieel verband te vertonen wat betreft de oppervlaktespanningen. Waarbij een trimlijn van 29mm een afname (-14%) van de oppervlaktespanning oplevert en een trimlijn van 25mm een toename van (+27%). 25 mm trimlijn 29 mm trimlijn De Orteam EVO onder de loep 38

43 10 Discussie & Conclusie De doelstelling van het project is het ontwikkelen van een softwarematig model waarin ontwerpen van de Orteam EVO kunnen worden getoetst op mechanische eigenschappen, gebaseerd op de krachten en bewegingsmogelijkheden tijdens de standfase. Terugkijkend naar de doelstelling is er tijdens het project een softwarematig model gemaakt, waarmee de Orteam EVO getoetst kan worden op stijfheid en oppervlaktespanning. Echter het huidige model kent geen opgelegde as. Hierover zal verderop dit hoofdstuk op ingegaan worden. De probleemstelling van dit project is: Hoe kunnen de mechanische eigenschappen van een EVO tijdens de standfase van het gaan gemodelleerd worden en wat is de invloed van de sleuven (huidig en variaties van het sleuvengebied) op de mechanische eigenschappen van de Orteam EVO? Kijkend naar de algemene vraagstelling van het project is er inzichtelijk gemaakt wat de invloed is van sleufvariatie op de mechanische eigenschappen van de EVO. Er blijkt uit het onderzoek naar sleufvariatie middels het ontwikkelde model dat oppervlaktespanning en stijfheid, absoluut en relatief een omgekeerd verband vertonen. Een hoge oppervlaktespanning uit zich ook in een lage stijfheid. Met het oog op het doorontwikkelen van de Orteam EVO dient Livit allereerst een keuze te maken in het optimaliseren van de EVO wat betreft de juiste stijfheid. Hier zal verderop in dit hoofdstuk aandacht aan besteed worden. Op het gebied van verbeteren van stijfheid blijken uit het onderzoek het föhnen, het uitlijnen van, het aanpassen van de diepte d.m.v. de trimlijn en het verbreden van de sleuven de meest invloedrijke variaties. In het onderzoek naar sleufrichting is het interessant nader onderzoek te doen naar het diagonaal plaatsen van de sleuven, toegespitst op het gedrag van de EVO tijdens de standfase. Daarnaast is aangetoond dat een ronde uitsparing een optimum bevat wat betreft het verlagen van de oppervlaktespanning. Andere vormen van uitsparingen, zoals bijvoorbeeld een ovale uitsparing, lijkt een kans in het reduceren van de oppervlaktespanningen. Biomechanisch model: Gedurende het project bleken enkele aannames in het biomechanische model niet overeen te komen met de werkelijkheid. Het aangrijppunt van de beenkrachten was vastgesteld op 2/3 van de lengte van het onderbeen. Deze maat blijkt groter te zijn. Ook voor de krachtarm tijdens de afzet is er in het biomechanische model een verkeerde aanname gedaan. De voetplaat was aangenomen als geheel stijf, waardoor de afzet plaats zou vinden op het uiteinde van de voetplaat. In werkelijkheid zal de krachtarm van de afzet korter zijn aangezien de voetplaat niet als een stijf geheel beschouwd mag worden. Deze aannamefouten blijken invloed te hebben op de absolute meetresultaten wat betreft de oppervlaktespanningen in het materiaal in het onderzoek naar sleufvariatie, echter niet in de relatieve toe-/afname ten opzichte van de referentie EVO. Mede hierdoor is er gekozen voor het kwantitatief analyseren van de resultaten van het onderzoek naar de invloed van sleufvariaties. Mechanisch model: Wat betreft het vervaardigen van het model in SolidWorks, is er getracht voor de validatie de huidige EVO zo goed mogelijk na te bootsen. Bij het tekenen bleken de maten van de EVO moeilijk exact te bepalen, terwijl tijdens het runnen van COSMOS bleek dat een millimeter verschil in bijvoorbeeld de trimlijn een grote verandering in verplaatsing tot gevolg had. Dit geldt eveneens voor het tekenen van het uitföhnen van de randen. Tevens bleek dat de gebruikte EVO voor validatie veel en vaak ver gebogen is. Voor een goede validatie wordt daarom ook aanbevolen meer EVO s en nieuwe EVO s van verschillende en dezelfde maten te toetsen aan de hand van het model. De Orteam EVO onder de loep 39

44 De materiaaleigenschappen van polipropyleen blijken, na onderzoek bij de leverancier en internet, behoorlijk verschillend. De elasticiteitsmodulus, een belangrijke eigenschap wat betreft elasticiteit bleek van 1200 N/mm 2 (leverancier) tot 1275 N/mm 2 te kunnen reiken. Voor het onderzoek is Uitgegaan van de 1200 N/mm2 zoals voorgeschreven door de leverancier. Een andere bepalende materiaaleigenschap, waar nader onderzoek naar verricht dient te worden, is de Yield Strength. Dit is een eigenschap die de grens van rek ten opzichte van breuk weergeeft. Een uitermate belangrijke eigenschap wanneer er kwantitatieve uitspraken gedaan dienen te worden. Via de leverancier is deze maat niet bekend. Onderzoek op het internet wijst uit dat deze maat kan variëren van N/mm 2. In het project is deze eigenschap vastgesteld op 33 N/mm 2. Dit is ook een van de redenen om geen kwantitatieve uitspraak te doen wat betreft het wel of niet leiden tot een breuk in het materiaal. In de doelstelling van het project wordt ingegaan op het toepassen van de bewegingsassen van de enkel op de EVO. Hierbij dient gedacht te worden aan het toepassen van een dummy onderbeen en voet. Nader onderzoek naar het opleggen van een dergelijke bewegingsassen kan veel invloed hebben op stijfheid en oppervlaktespanningen in de EVO. Het mechanische model rekent huidig met constante krachten, terwijl de standfase een dynamische fase betreft met een dynamische krachtsituatie op de EVO. Het onderzoeken van mogelijkheden om het gedrag van de EVO te kunnen analyseren met een dynamische krachten lijkt zeer interessant. Door het opleggen van een bewegingsas en het aanbieden van dynamische krachten wordt het model meer realistisch en kunnen betere uitspraken worden gedaan wat betreft stijfheid en oppervlaktespanningen gedurende de standfase. Aanbevelingen: Tot slot zullen in onderstaande punten aanbevelingen worden hieronder besproken voor het vervolg van het project ter verbetering van de Orteam EVO: Deelprojecten op de korte termijn: Optimalisatie van het model. Zoals in de discussie hierboven beschreven is het huidige model niet voldoende relevant aan de werkelijkheid. Met name het toepassen van een dummy onderbeen en voet dient nader onderzocht te worden. Een andere maatregel is het onderzoeken hoe de krachten op de EVO dynamisch kunnen worden aangeboden. Tevens kan COSMOS de reactiekrachten berekenen. Dit kan worden gebruikt ter validatie van het mechanische model. Onderzoeken van juiste stijfheid. Het verhogen van de effectiviteit is het voornaamste doel van Livit. Hiertoe dient in kaart gebracht te worden welke range van spreiding benodigd is voor de doelgroep. Het betreft hier een doelgroepenanalyse. Livit is samen met VUMC bezig met het opzetten van dit onderzoek. Aangezien dit een groot onderzoek bevat is het bewaken van voortgang in dit onderzoek van groot belang. Validatie grootschalig uitvoeren Huidig model en optimalisatie van huidig model dienen uitvoeriger gevalideerd te worden. Hierbij kan enerzijds gedacht worden aan analyse zoals verricht is in huidig onderzoek op met een fysieke meetopstelling. Hierbij is het valideren van nieuwe en meerdere EVO s van belang voor een geldige conclusie. Een andere optie zou het valideren zijn aan de hand van de Bruce. Een ontwikkelde meetopstelling voor het meten van stijfheid van EVO s De Orteam EVO onder de loep 40

45 Deelprojecten op langer termijn Onderzoek naar productieproces. Wanneer duidelijk is welke range van stijfheid benodigd is voor de doelgroep en het model meer realistischer is geworden is het van belang het productieproces van de Orteam EVO ook nader onder de loep te nemen. Welke technieken worden er huidig toegepast en hoe kan het productieproces verbeterd worden. Een punt van verbetering kan bijvoorbeeld zijn dat sleuven en uitsparingen middels warmteprocessen dienen te worden vervaardigd. Ook onderzoek naar het te gebruiken materiaal en materiaaleigenschappen is hierbij van belang. Wat is de materiaalmoeheid van polipropyleen en hoe kan dat verbeterd worden Onderzoek naar invloed föhnen, uitlijnen van de sleuven, verbreden van de sleuven en het aanpassen van de diepte van de EVO door de trimlijn. Wanneer het model geoptimaliseerd is en realistischer is in uitkomst, kan er nader onderzocht worden hoe enkele variaties het beste kan worden toegepast binnen de Orteam EVO. Onderzoek naar verlagen van de oppervlaktespanning. Met name de relatie tussen vorm en functie van uitsparing dient nader onderzocht te worden voor het reduceren van de oppervlaktespanning in het materiaal. Onderzoek naar invloed van diagonale sleufrichtingen. Bij het opleggen van een bewegingsas en het dynamiseren van de krachten op de EVO kan een specifieke uitspraak worden gedaan wat betreft de invloed van de diagonale sleuven. Onderzoeken van ideale toepassing sleuven. In principe een van de laatste stappen naar het doorontwikkelen van de Orteam EVO is het onderzoeken van het ideale ontwerp van de EVO. Hierbij dienen conclusies uit alle voortgaande onderzoeken als input. De Orteam EVO onder de loep 41

46 11 Bronnen Literatuur 1. Beckerman H. et al. Walking ability of stroke patients: Efficacy if Tibial Nerve Blocking and a Polypropylene Akle-Foot Orthosis. 2. Leung J. and Moseley A., Impact of ankle-foot-orthoses on gait and leg muscle activity in adults with hemiplegia: Systematic literature review. 3. Perry J., Gait Analysis": Normal and Pathological Function, SLACK Incorporated (1992). 4. De Cock A, et al., The trajectory of the centre of pressure during barefoot running as a potential measure for foot function, Gait Posture (2007). 5. A. Hof, et al., The condition for dynamic stability, Journal Of Biomechanics 38 (2005) Kitaoka H.B., Crevoiser X.M., Harbst K., Hansen D., Kotajarvi B. and Kaufman K. The effect of custom-made braces for the ankle and hindfoot on ankle and foot kinematics and ground reaction forces. 7. Jessica Rose & James G. Gamble, Human Walking, 3e druk, Lippincott Williams and Wilkins (2005). Figuren 02. Orteam EVO Protocol, Livit Orthopedie Orteam EVO Protocol, Livit Orthopedie Collegemateriaal Chris Riezebos 09. Perry J., Gait Analysis": Normal and Pathological Function, SLACK Incorporated (1992). 12. Kitaoka H.B., Crevoiser X.M., Harbst K., Hansen D., Kotajarvi B. and Kaufman K. The effect of custom-made braces for the ankle and hindfoot on ankle and foot kinematics and ground reaction forces. 13. Perry J., Gait Analysis": Normal and Pathological Function, SLACK Incorporated (1992). 16. Perry J., Gait Analysis": Normal and Pathological Function, SLACK Incorporated (1992). 18. Perry J., Gait Analysis": Normal and Pathological Function, SLACK Incorporated (1992). 23. Perry J., Gait Analysis": Normal and Pathological Function, SLACK Incorporated (1992). De Orteam EVO onder de loep 42

47 12 Bijlagen I. Materiaaleigenschappen polipropyleen II. Resultaten validatie III. Resultaten onderzoek sleufvariatie IV. Grafieken Bijlage De Orteam EVO onder de loep 43

48 Bijlage I: Materiaal eigenschappen polipropyleen

49 Bijlage II: Resultaten validatie fysieke meetopstelling Validatieopzet Beide situaties worden getoetst met de volgende krachten: Kracht 10N 20N 30N 10N 20N 30N Richting Ventraal Ventraal Ventraal Dorsaal Dorsaal Dorsaal De krachten in de validatie grijpen aan op 2/3 van de lengte van de beenschaal vanaf de hak gemeten (270mm) en in het midden van de schaal. De EVO wordt bij hak en voorvoet gefixeerd, zodat verplaatsing in de voet in beide meetsituaties niet mogelijk is. De krachten in de validatie staan horizontaal ten opzichte van de fixatiepunten van de EVO. De krachten worden dynamisch (gedurende een langere periode) op de EVO gezet, totdat de maximale verplaatsing wordt bereikt. In beide situaties wordt de verplaatsing wordt gemeten ter hoogte van het aangrijpingspunt van de kracht De fysieke meetopstelling Om nauwkeurig de verplaatsing te bepalen dient de camera loodrecht met het aangrijpingspunt van de kracht te zijn uitgelijnd. Om de nauwkeurigheid te vergroten is de camera op enige afstand geplaatst en doormiddel van volledig inzoomen is de EVO beeldvullend gefotografeerd. Wanneer de camera niet precies voor het aangrijpingspunt staat zal dit op een grotere afstand een kleinere hoek tot gevolg hebben dan bij een kleinere afstand. De Resultaten Op de volgende pagina s worden alle resultaten getoond.

50 10N dorsaal 15 16, ,5 Meting 1: 10N 1,5 cm Meting 2: 10,2N 1,5 cm 15 16,25 Meting 3: 9,9N 1,25 cm Meting 10N dorsaal: Gemiddelde kracht: 10,03N absolute spreiding kracht: 0,3N Gemiddelde verplaatsing: 1,42 cm Absolute spreiding in verplaatsing: 0,25 cm

51 20N dorsaal 15,25 17,75 15,25 17,75 Meting 1: 20,2N 2,5cm Meting 2: 20,2N 2,5cm 15,25 17,75 Meting 3: 20,7N 2,5 cm Meting 20N dorsaal: Gemiddelde kracht: 20,37N absolute spreiding kracht: 0,5N Gemiddelde verplaatsing: 2,5 cm Absolute spreiding in verplaatsing: 0 cm

52 30N dorsaal 15,5 19,25 15,5 19,25 Meting 1: 31,1 N 3,75 cm Meting 2: 30,4N 3,75 cm 15,5 19,25 Meting : 30,4N 3,75 cm Meting 30N dorsaal: Gemiddelde kracht: 30,63N absolute spreiding kracht: 0,7N Gemiddelde verplaatsing: 3,75 cm Absolute spreiding in verplaatsing: 0 cm

53 10N ventraal 19,25 17,75 19,25 17,75 Meting 1: 9,7 N 1,5cm Meting 2: 9,6 N 1,5 cm 19,25 17,5 Meting 3: 9,6 N 1,75 cm Meting 10N ventraal: Gemiddelde kracht: 9,6 N absolute spreiding kracht: 0,1 N Gemiddelde verplaatsing: 1,66 cm Absolute spreiding in verplaatsing: 0,25 cm

54 20N ventraal 19, ,25 15 Meting 1: 19,3 N 4,25 cm Meting 2: 19,4 N 4,25 cm 19,25 15 Meting 3: 19,5 N 4,25 cm Meting 20N ventraal: Gemiddelde kracht: 19,4 N absolute spreiding kracht: 0,1 N Gemiddelde verplaatsing: 4,25 cm Absolute spreiding in verplaatsing: 0 cm

55 30N ventraal Er blijkt dat de EVO bij een contante kracht hoger dan 20N voorover klapt. Een maximale uitwijking wordt bereikt wanneer de EVO maximaal voorover buigt ten opzichte van de fixatie bij de hak. Metingen met 30N geven geen juiste validatie resultaten, de maximale weerstand van de EVO is hier overschreden.