고정밀 3D 스캐닝 시스템은 발 역학에 관련된 레버 팔 측정을 자동화하여 회전 중족골 모멘트(RMM) 계산의 기초가 되는 기하학적 도구 역할을 합니다. 시스템은 발의 완전한 디지털 모델을 생성함으로써 주상골 지점과 발의 중심선 사이의 정확한 수평 거리를 나타내는 "주상골 모멘트 팔"(NMA)을 식별하며, 이는 회내력(pronation forces)을 결정하는 중요한 승수 역할을 합니다.
이 시스템은 복잡한 발 해부학을 정밀한 수학적 데이터로 변환합니다. 기하학적으로 파생된 주상골 모멘트 팔(NMA)과 대상의 체중 분포를 결합하여, 이 시스템은 체중 부하 조건에서 중족골이 토크를 처리하는 방식을 보여주는 RMM의 객관적인 계산을 제공합니다.
디지털 측정의 역학
완전한 발 구조 캡처
모멘트를 정확하게 계산하려면 먼저 객체의 고충실도 표현이 필요합니다.
고정밀 3D 스캐닝 시스템은 발의 다차원 이미지를 캡처합니다. 단순한 발자국 스캐너와 달리 이 시스템은 족저(바닥) 표면과 배측(윗면) 표면 모두를 기록합니다. 이 이중 표면 캡처는 바닥에서만 보이지 않는 해부학적 랜드마크를 찾는 데 필수적입니다.
기준 축 자동화
생체 역학에서 모든 모멘트(토크)에는 회전축이 필요합니다.
스캐닝 소프트웨어는 3D 모델을 자동으로 처리하여 발 중심선을 생성합니다. 이 선은 두 번째 발가락부터 발뒤꿈치까지 기하학적으로 연결하여 정의됩니다. 이 중심선은 좌우 편차를 측정하는 표준화된 축 역할을 합니다.
주상골 모멘트 팔(NMA) 정의
축이 설정되면 시스템은 레버 팔의 길이를 결정합니다.
소프트웨어는 디지털 모델에서 주상골 지점을 식별합니다. 그런 다음 이 주상골 지점에서 이전에 설정된 중심선까지의 정확한 수평 거리를 계산합니다. 이 특정 거리가 주상골 모멘트 팔(NMA)으로 정의됩니다.
기하학에서 생체 역학으로
체중 분포 통합
기하학만으로는 토크가 생성되지 않습니다. 힘이 필요합니다.
단순한 거리 측정(NMA)에서 생체 역학적 지표(RMM)로 이동하려면 시스템은 NMA 데이터와 대상 체중 분포를 결합합니다. 체중은 스캐너가 식별한 레버 팔에 작용하는 힘으로 작용합니다.
회내 경향 정량화
이 과정의 최종 출력은 회전 중족골 모멘트(RMM)입니다.
RMM은 중족골에 작용하는 토크를 반영하는 핵심 물리량입니다. 이 값은 체중 부하 조건에서 발의 회내 경향과 직접적으로 상관관계가 있습니다. 모멘트가 클수록 아치가 무너지거나 발이 안쪽으로 굴러가는 경향이 더 크다는 것을 나타냅니다.
절충안 이해
랜드마크 감지에 대한 의존성
RMM 계산의 정확성은 시스템이 주상골 지점을 올바르게 식별하는 능력에 전적으로 달려 있습니다.
배측 표면 스캔이 방해되거나 해상도가 낮은 경우 시스템이 중심선까지의 수평 거리를 잘못 계산할 수 있습니다. 이 기하학적 오류는 최종 RMM 계산으로 이어져 회내에 대한 잘못된 추정으로 이어질 수 있습니다.
중심선의 민감도
시스템은 중심선(두 번째 발가락에서 발뒤꿈치까지)에 대해 표준화된 정의를 사용합니다.
대부분의 대상에게 효과적이지만, 이 기하학적 표준은 비교적 정상적인 전족부 정렬을 가정합니다. 심각한 발 변형이나 발가락 편차가 있는 경우, 표준 "두 번째 발가락에서 발뒤꿈치까지" 축이 발의 기능적 축을 완벽하게 나타내지 못하여 NMA 측정값을 왜곡할 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
생체 역학 분석을 위해 3D 스캐닝을 활용할 때 이러한 지표가 목표와 어떻게 일치하는지 고려하십시오.
- 주요 초점이 임상 진단인 경우: 주상골 모멘트 팔(NMA) 측정을 활용하여 운동을 평가하기 전에 중족골 붕괴의 심각성을 객관적으로 정량화하십시오.
- 주요 초점이 맞춤형 신발 또는 보조기인 경우: 회전 중족골 모멘트(RMM)를 사용하여 지지 장치가 발을 안정화하기 위해 상쇄해야 하는 회전력을 이해하십시오.
정확한 RMM 계산은 회내의 주관적인 관찰을 정밀한 3D 기하학을 기반으로 한 정량화 가능한 물리적 지표로 변환합니다.
요약 표:
| 지표 | 정의 | 생체 역학에서의 역할 |
|---|---|---|
| NMA | 주상골 모멘트 팔 | 주상골 지점과 발 중심선 사이의 수평 거리입니다. |
| 발 중심선 | 회전축 | 토크 계산을 위해 두 번째 발가락부터 발뒤꿈치까지 연결하는 표준화된 선입니다. |
| RMM | 회전 중족골 모멘트 | 체중 부하 시 회내 경향을 반영하는 토크(NMA × 체중)입니다. |
| 3D 스캐닝 | 기하학적 기초 도구 | 족저 및 배측 표면을 캡처하여 중요한 해부학적 랜드마크를 식별합니다. |
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참고문헌
- Tomoko Yamashita, Shingo Ata. Evaluation of Hallux Valgus Using Rotational Moment of Midfoot Measured by a Three-dimensional Foot Scanner: a Cross-sectional Observational Study. DOI: 10.14326/abe.12.154
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