Tsapenko V. Improvement of the baropodometric method of determination of biomechanical parameters of the foot

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0823U101918

Thesis Registration Form

0823U101918.pdf

Applicant for

Specialization

  • 152 - Автоматизація та приладобудування. Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка

Specialized Academic Board

ДФ 26.002.85; ID 3904

National Technscal University of Ukraine "Kiev Polytechnic Institute".

Essay

The dissertation focuses on enhancing the baropodometric method's functional capabilities for determining biomechanical parameters of the foot. This is achieved through a combined assessment of the support-resilient properties of the foot and the gait cycle, aiming to improve measurement informativeness. The research addresses the need for more detailed analysis and understanding of human foot biomechanics, particularly in the context of early diagnosis of foot injuries and diseases. Foot deformations, especially in the formation of foot arches, constitute a significant portion of orthopedic pathologies, reaching up to 81.5% among all lower limb deformities in children. The current state of research indicates that the distribution of load on the foot throughout the complete gait cycle remains inadequately explored. Traditional diagnostic methods fall short in precisely identifying real functional changes during dynamic load changes and assessing individual physiological characteristics of the lower limbs. The dissertation's objective is to expand the baropodometric method's capabilities through combined measurements, considering both support-resilient properties of the foot and gait cycle components for increased informativeness. To enhance accuracy, the study incorporates the influence of real dynamic loads, which differ from static loads due to the inclusion of inertia forces. The research analyzes the components of the complete gait cycle, determining the periods of each phase of rollover as a percentage of the total support period for a specific limb. A novel biomechanical model is proposed to visualize the sensitivity to asymmetric loads, illustrating the interdependence of static and dynamic characteristics of the support-resilient function of the foot. This model allows for a comprehensive assessment of the influence of different loads on the foot's functional state. The study establishes that the magnitude of deformations and stresses caused by dynamic loads depends on the stiffness and longitudinal dimensions of the elastic system. Criteria for assessing support and resilient functions, considering both static and dynamic loads, are developed. A methodology for biomechanical foot analysis is presented for identifying functional foot disorders. Statistical processing of experimental data and a qualitative analysis of results demonstrate that the support force criteria can serve as an integral diagnostic indicator affecting foot deformation determination. Considering the developed biomechanical model, the study investigates the elastic characteristics of the foot. It is found that the static and dynamic components of the modulus of elasticity have a similar distribution law in each examined group. Mathematical models for determining support-resilient properties are developed, explaining the previously unidentified relationship between the support and resilient functions of the foot for each research group. Uncertainty calculations, following international rules for evaluating research results, were performed. The study also addresses the issue of controlling the offloading effect on the foot during orthotics. The overload coefficient, determining the ratio of resilient and support forces for necessary unloading values, is analyzed. Experimental studies on foot offloading control during orthotics show that the coefficient's values align with calculated intervals based on the type of foot function disorder, indicating its potential applicability in clinical settings.

Read more

Research papers

Терещенко М. Ф., Цапенко В. В., Чухраєв М. В. Дослідження електропровідності біологічних тканин // Вісник НТУУ «КПІ» серія Приладобудування. – 2017. – №53. – С. 87–94.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Метод дослідження біомеханічних параметрів стопи людини // Вчені записки ТНУ імені В.І. Вернадського. Серія: Технічні науки. – 2018. – №5. – С. 51–60.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф., Тимчик Г.С. Моделі оцінювання біомеханічних параметрів нижніх кінцівок у дітей // KPI Science News. – 2019/1. – №1. – С. 67–75.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Аналіз впливу різниці довжини нижніх кінцівок на біомеханічні параметри ходи // Вісник НТУУ «КПІ» серія Приладобудування: збірник наукових праць. – 2019. – №57. – С. 102-107.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Критерії опорних характеристик стопи людини // Вісник Київського політехнічного інституту. Серія Приладобудування. – 2022. – №63. – С. 89-99.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф., Чухраєв М.В. Спосіб виміру електропровідності біологічних тканин // Патент України на КМ №117101 опубл. в бюл. №11, 12.06.2017.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф., Чухраєв М.В., Паньков С.Б., Терещенко К.М., Тарасюк І.Є., Яковенко І.О. Спосіб виміру і оцінки фізіологічного стану біологічних тканин // Патент України на КМ №123609 опубл. в бюл. № 4, 26.02.2018.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Плантоскоп для дослідження просторових параметрів стопи // Патент України на КМ №131429 опубл. в бюл. № 1, 10.01.2019.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Спосіб комплексної діагностики вальгусної деформації стопи // Патент України на КМ №133980 опубл. в бюл. № 8, 25.04.2019

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Цифрова біометрична система дослідження патологічних станів стопи // Актуальні проблеми автоматики та приладобудування: матеріали I Міжнарод. наук.-техн. конф. (Харків, 07-08 грудня 2017 р.). Харків: ФОП Мезіна В., 2017. С. 89-90.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф., Чухраєв М.В. Методика дослідження електропровідності біологічних тканин // Матеріали XVI Міжнародної науково-технічної конференції «Приладобудування: стан і перспективи» 16-17 травня 2017 р. Україна, м. Київ, ПБФ, НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського», 2017.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Методика дослідження просторових параметрів стопи людини // Інтегровані інтелектуальні робототехнічні комплекси (ІІРТК-2018): матеріали 11 Міжнарод. наук.-практ. конф. (Київ, 22-23 травня 2018 р.). Київ: НАУ, 2018. С. 157-159.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Комплексний метод дослідження біомеханічних параметрів стопи людини // Приладобудування — 2018: матеріали 11 Міжнарод. наук.-техн. конфер. (Мінськ, 14-16 листопада 2018 р.). Мінськ: БНТУ, 2018. С. 193-195.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Особливості розподілення підошовного тиску при плоско-вальгусній деформації стопи // Актуальні проблеми автоматики та приладобудування: матеріали ІІ Міжнарод. наук.-техн. конф. (Харків, 06-07 грудня 2018 р.). Харків: ФОП Панов А.М., 2018. - С. 103-104.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Комплексний метод дослідження біомеханічних параметрів стопи людини // ХII Всеукраїнська науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених «Погляд у майбутнє приладобудування», 15-16 травня 2019 р., м. Київ, Україна : збірник праць / КПІ ім. Ігоря Сікорського, ПБФ. – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019. – С. 333–336.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Кількісні показники біомеханічних параметрів стопи // Інтегровані інтелектуальні робототехнічні комплекси (ІІРТК-2019): матеріали 12 Міжнарод. наук.-практ. конф. (Київ, 21-22 травня 2019р.). Київ: НАУ, 2019. – С. 120-122.

Цапенко В. В., Терещенко М. Ф. Біомеханічні параметри стопи // XV Всеукраїнська науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених «Ефективність інженерних рішень у приладобудуванні», 10-11 грудня 2019 року, м. Київ, Україна: збірник праць конференції / КПІ ім. Ігоря Сікорського, ПБФ, ФММ. – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського; Центр учбової літератури, 2019. – С. 410–413.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Метод комплексної діагностики вальгусної деформації стопи // ХVIII Міжнародна науково-технічна конференція «Фізичні процеси та поля технічних і біологічних об’єктів»: матеріали конференції. – Кременчук: КрНУ, 2019. – С.89-90.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Біофізичні методи дослідження нижніх кінцівок // Матеріали 13-ї Міжнарод. наук.-техн. конф. молодих вчених та студентів «Нові напрямки розвитку приладобудування», 15−17 квітня 2020 р. БНТУ. – Мінськ: БНТУ, 2020. – С. 38-39.

Tsapenko V., Tereshchenko M., Tymchik G., Matvienko S. and Shevchenko V. Analysis of Dynamic Load on Human Foot // 2020 IEEE 40th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO) – Kyiv, Ukraine. – 22-24 April, 2020. – p. 400-404.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Біофізичний метод дослідження стопи. Реовазографія // ХIII Науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених «Погляд у майбутнє приладобудування», 13-14 травня 2020 р., м. Київ, Україна: збірник праць конференції. – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. – С. 240-243.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Методика оцінки біомеханічних параметрів стопи // Матеріали 13-ї Міжнарод. наук.-техн. конф. «Приладобудування - 2020», 18−20 листопада 2020 р. БНТУ. – Мінськ: БНТУ, 2020. – С. 167-169.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Бароподометричний метод дослідження біомеханіки стопи // XVI Всеукраїнська науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених «Ефективність та автоматизація інженерних рішень у приладобудуванні», 08-09 грудня 2020 р., м. Київ, Україна: збірник праць конференції. – Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. – С. 341–344.

Цапенко В. В., Терещенко М. Ф. Оцінка ефективності використання індивідуальних ортезів стопи // XХ Міжнародна науково-технічна конференція “Приладобудування: стан і перспективи”, 18 – 19 травня 2021 р., Київ, Україна : збірник матеріалів конференції. – Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021. – С. 115–117. – Бібліогр.: 5 назв.

Цапенко В. В., Терещенко М. Ф. Комплексна біомеханічна модель стопи // XХI Міжнародна науково-технічна конференція “Приладобудування: стан і перспективи”, 17 – 18 травня 2022 р., Київ, Україна : збірник матеріалів конференції. – Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022. – С. 163–166. – Бібліогр.: 5 назв.

Tsapenko V., Tereshchenko M., Shevchenko V., Ivanenko R. Methodology for Calculating Shock Loads on the Human Foot // Advances in Science, Technology and Engineering Systems Journal, vol. 6, no. 2, 2021, pp. 58-64.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф., Іваненко Р.О. Біомеханічний метод оцінки ефективності використання індивідуальних ортезів стопи // Вчені записки ТНУ імені В.І. Вернадського. Серія: Технічні науки. – 2021. – Том 32 (71) № 2. – С. 47-59.

Read more

Files

autoreferat-Анотація до дисертації Цапенко.docx

editrequest-Лист до УкрІНТЕІ_PhD_Цапенко В-В.pdf

evolution-Цапенко В-В- Рішення разової СВР .pdf

Дисертація_Цапенко_ВВ_ВДОСКОНАЛЕННЯ БАРОПОДОМЕТРИЧНОГО МЕТОДУ ВИЗНАЧЕННЯ БІОМЕХАНІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ СТОПИ.pdf

Similar theses

0824U001127

Opryshkin Oleksandr S.

Increasing the efficiency of coffee grain grinding fractional setting systems by applying test methods.

0824U000605

MYKHAILO HLUSHKO

Enhancing the quality of collaborative filtering in recommendation systems

0824U000384

Andrii-Volodymyr V. Midyk

Subsystems of temperature control of cyber-physical systems

0824U000376

Serhiy L. Lazarenko

Metrological support for measurements of ionizing radiation characteristics and modernization of the reference base to meet the requirements of the European Union

0823U101382

Kateryna Vasylets

Increasing the accuracy of electrical energy measurement in the reduced load mode