Biomedical Science

# Effectiviteit van therapeutische inlegzolen en de plaatsing van de metatarsale pad Dit onderwerp onderzoekt de impact van de dikte van de inlegzool en de plaatsing van het metatarsale pad (MP) op de plantaire drukvermindering onder de middenvoetsbeentjes (MTHs) en de spanningsverdeling in voetweefsels, middels een 3D eindige-elementenmodel van de voet [1](#page=1). ## 1. Effectiviteit van therapeutische inlegzolen en de plaatsing van de metatarsale pad Therapeutische schoenen met speciaal gemaakte inlegzolen worden vaak gebruikt bij mensen met diabetes en reumatoïde artritis om het risico op zweren en pijn door hoge druk onder benige uitsteeksels van de voet, met name de middenvoetsbeentjes (MTHs), te verlichten. De belangrijkste ontwerpkenmerken van een therapeutische inlegzool omvatten de dikte, de contour van de geometrie en variaties zoals het metatarsale pad (MP). Deze kenmerken beïnvloeden de interacties tussen de voet en de schoen en kunnen een effectieve methode bieden voor drukvermindering in het voetweefsel [1](#page=1). ### 1.1 Finite element model van de voet Een driedimensionaal eindige-elementen (FE) model van de voet werd gebruikt voor de analyse. Dit model bevatte dertig botdelen, sesamoïden, en omringend zacht weefsel. Het model omvatte gewrichtsbewegingen met contactelementen voor de gewrichtsoppervlakken, bedekt met kraakbeen. Stabiliteit werd verzorgd door 134 ligamenten en de plantaire fascie. Zacht weefsel werd gemodelleerd als een incompressibel Ogden hyperelastisch materiaal, en ligamenten en kraakbeen als isotrope lineair elastische materialen. De optimale mesh-dichtheid werd bepaald door modelconvergentieanalyse met een tolerantieniveau van minder dan 5% verandering in totale energie. Het model was eerder gevalideerd voor plantaire drukverdelingen en middenvoetsbeenderen spanningen [2](#page=2). ### 1.2 Voetwerkcondities Er werd een specifiek therapeutisch voetwerkmodel gecreëerd bestaande uit een inlegzool met een geïntegreerd metatarsaal pad (MP) en een tussenzool. De MP had een afmeting van 76 mm lengte, 55 mm breedte en een maximale hoogte van 9 mm, ontworpen om de middelste drie middenvoetsbeentjes te bedekken. De tussenzool had een dikte van 12.7 mm. De inlegzool, gemaakt van zacht schuim (Plastazote), zorgde voor demping, terwijl de tussenzool (Microcell Puff) een stevige basis vormde. De wrijving tussen de plantaire oppervlakte en de inlegzool werd gemodelleerd met een wrijvingscoëfficiënt van 0.5 [2](#page=2). Verschillende inlegzoolontwerpen werden geanalyseerd met vijf verschillende diktes: 2.5, 5.1, 7.6, 10.2 en 12.7 mm. Elke dikte werd getest met vier MP-plaatsingen: geen (inlegzool-alleen), distaal (P1), proximaal (P2) en meest proximaal (P3). De plaatsingen werden gedefinieerd op basis van de longitudinale afstand ten opzichte van het 2e MTH [2](#page=2). ### 1.3 Gesimuleerde musculoskeletale belastingen De interacties tussen voet en inlegzool werden geanalyseerd tijdens een moment in de loopcyclus waarop de voorvoetkracht een piek bereikt, de tweede piek van de grondreactiekrachten (GRF). Dit werd gesimuleerd door de plantaire flexors aan te spannen, wat resulteerde in een maximale verticale GRF van 623.1 N voor een proefpersoon met een lichaamsmassa van 60.5 kg. Spierkrachten van de belangrijkste plantaire flexoren, waaronder het gastrocnemius-soleus (GS) complex en andere extrinsieke flexor spieren, werden toegepast via pezen. De simulaties begonnen wanneer de voet in contact kwam met de inlegzool. Alle modellen ondergingen dezelfde doel-GRF, gegenereerd door de flexorspierkrachten [2](#page=2) [3](#page=3). Plantaire drukpieken en -verdelingen werden verkregen uit contactdrukken aan het voet-inlegzool-interface. Interne weefselspanningen onder de 2e MTH, en op andere locaties (10, 20 en 30 mm proximaal van de 2e MTH), werden berekend. Stress/spanningsanalyse werd uitgevoerd voor het 2e middenvoetsbeentje, de plantaire fascie en het teenkussen, aangezien deze naar verwachting beïnvloed zouden worden door de MP. De resultaten werden vergeleken met de dunste inlegzool-alleen conditie om de effecten van interventies te evalueren [3](#page=3). ### 1.4 Resultaten #### 1.4.1 Drukvermindering door inlegzool dikte Over het algemeen verminderde de piek plantaire druk naarmate de dikte van de inlegzool toenam. Dit ging gepaard met een toename van het contactoppervlak van de voet richting het midvoetgebied. De piek druk had een maximale reductie van ongeveer 26.4% bij de inlegzool-alleen conditie [4](#page=4). #### 1.4.2 Effecten van metatarsale pad (MP) plaatsing Het gebruik van MP-componenten had wisselende effecten op de piekdruk, afhankelijk van de proximale of distale plaatsing. Een proximaal geplaatste MP (inlegzool + P2) leidde tot een gelijkmatigere drukverdeling met een vermindering van de MTH-druk tot maximaal 33.6%. Daarentegen had een distaal geplaatste MP (inlegzool + P1) omgekeerde effecten, waardoor de MTH-drukpieken tot maximaal 17.7% toenamen. Een meest proximaal geplaatste MP (inlegzool + P3) had verwaarloosbare effecten op de plantaire druk [4](#page=4). #### 1.4.3 Interne weefselspanningen Veranderingen in inlegzool dikte en MP plaatsing beïnvloedden de interne spanningen in het plantaire zachte weefsel aanzienlijk. Een dikkere inlegzool verminderde over het algemeen de hoogste interne weefselspanning onder de MTHs, met een maximale reductie van 23.3% in de piek interne compressie. De plaatsing van de MP veroorzaakte een ander patroon van zachte weefselcompressie onder het middenvoetsbeentje. Een proximaal geplaatste MP (inlegzool + P2) resulteerde in uniforme compressie van het zachte weefsel onder de schacht van het middenvoetsbeentje, waardoor de piek compressie maximaal met 33.1% afnam. Een distaal geplaatste MP (inlegzool + P1) belastte de weefsels naast de MTH het meest, met een gemiddelde toename van 10.4% in MTH-weefselcompressie [4](#page=4). #### 1.4.4 Stress/spanningsanalyse van bot, fascie en teenkussen De piek principale trekspanning in de plantaire fascie nam aanzienlijk toe met maximaal 41.2% door een proximaal geplaatste MP (inlegzool + P2), maar bleef relatief onveranderd met een distaal geplaatste MP (inlegzool + P1). Piek von-Mises spanningen in het middenvoetsbeentje werden niet significant beïnvloed door het gebruik van de MP. De piek compressieve spanning in het teenkussen vertoonde een gemiddelde toename van 9.8% met de MP, maar de effecten varieerden afhankelijk van de inlegzool dikte [4](#page=4). ### 1.5 Discussie #### 1.5.1 De rol van inlegzool dikte Een toename in de dikte van de inlegzool met 4 keer de originele waarde resulteerde in een vermindering van de piek plantaire druk met 26.4%. Dit werd ondersteund door een geleidelijke toename van het contactoppervlak tussen voet en inlegzool en een expansie daarvan richting het midvoetgebied naarmate de inlegzolen dikker werden. Deze bevindingen ondersteunen het principe van het vergroten van het contactoppervlak om gelokaliseerde contactdrukken te verminderen. De drukreductie-effecten lijken een plateau te bereiken bij zeer dikke inlegzolen (10.2–12.7 mm) [5](#page=5). #### 1.5.2 De rol van metatarsale pad (MP) plaatsing Een proximaal geplaatste MP, geïntegreerd in een dikke inlegzool, zorgde voor een gelijkmatige verdeling van de plantaire krachten zonder duidelijke hoge druk 'spots' over het gehele voorvoet plantaire oppervlak. Onder deze omstandigheden werd de piek MTH-druk met 33.6% verminderd in vergelijking met een dunne inlegzool alleen. Een distaal geplaatste MP had daarentegen een omgekeerd effect en verhoogde de piek MTH-druk gemiddeld met 17.7%. Dit suggereert dat een verkeerd geplaatste MP de therapeutische effecten van een gecombineerd inlegzoolontwerp kan ondermijnen [5](#page=5) [6](#page=6). #### 1.5.3 Interventies in voetstructuren Dikkere inlegzolen zorgden ervoor dat het plantaire zachte weefsel geleidelijker en dieper in de aangrenzende inlegzoolmaterialen indeukte, wat resulteerde in aanzienlijke vermindering van lokale compressieve spanningen in de plantaire MTHs (gemiddeld meer dan 30%). Dit creëerde een 'zacht contact' met verminderde contactspanningen aan het interface. De MP fungeert door de plantaire weefsels naast de MTH (proximaal onder de middenvoetsbeenschacht) meer te comprimeren. De meest effectieve MP was de proximaal geplaatste, wat overeenkomt met de klinische traditie. De proximale plaatsing van de MP zorgde voor een gelijkmatige compressieve spanningsverdeling van het zachte weefsel onder de middenvoetsbeenschacht, wat gunstig lijkt voor de afvoer van belastingen weg van de MTHs [6](#page=6). #### 1.5.4 Effecten op de plantaire fascie en andere weefsels Hoewel de proximaal geplaatste MP de MTH-drukken verlichtte, verhoogde het de trekspanning in de plantaire fascie aanzienlijk (Tabel 2). Dit suggereert dat een MP op deze positie de fascie naar dorsaal vervormt door als een intermediaire ondersteuning onder de middenvoetsbeenschacht te fungeren. De distaal geplaatste MP beïnvloedde de fascie spanning niet significant. De MP had weinig effect op de stress/spanningsverhoudingen in de middenvoetsbeentjes en het teenkussen, wat suggereert dat de risico's op trauma aan deze weefsels door het gebruik van een conservatief gedimensioneerde MP mogelijk niet zo ernstig zijn als eerder gedacht [6](#page=6). ### 1.6 Beperkingen van de studie De studie onderzocht slechts geselecteerde ontwerpparameters. Er werden enkele aannames gedaan voor het model, waaronder isotrope lineair elastische materiaaleigenschappen voor ligamenten en kraakbeen, een isotroop hyperelastisch model voor plantair weefsel, een vereenvoudigde methode voor het berekenen van spierkrachten, en structurele vereenvoudigingen voor intrinsieke spieren en gewrichtskapsels. Het FE-model was gebaseerd op een single-subject ontwerp, waardoor de resultaten mogelijk niet representatief zijn voor een doelpopulatie zoals mensen met diabetes [6](#page=6). ### 1.7 Conclusie Deze gevoeligheidsstudie demonstreerde hoe systematische veranderingen in de dikte van de inlegzool en variaties in de plaatsing van de MP de plantaire drukverdelingen, interne weefselcompressie en fascie spanning dramatisch kunnen veranderen met behulp van een driedimensionaal FE-model van de voet. Het verhogen van de inlegzool dikte vermindert consequent de piekdrukken en interne compressieve spanning onder de MTHs, maar de effecten bereiken een plateau bij zeer dikke inlegzolen (bijvoorbeeld 12.7 mm of meer). Het aanpassen van de MP plaatsing liet daarentegen omgekeerde effecten zien op de MTH drukvermindering met proximaal en distaal geplaatste MPs. Een distaal geplaatste MP kan leiden tot onsuccesvolle resultaten door de manier waarop deze interageert met het plantaire weefsel en de plantaire fascie naast de MTH. Een uniform patroon van weefselcompressie onder de middenvoetsbeenschacht is noodzakelijk voor een meest gunstige drukvermindering onder de MTHs [6](#page=6). --- # Ontwikkeling van een 3D eindige-elementenmodel van de voet voor schoenontwerp Dit hoofdstuk beschrijft de constructie en validatie van een gedetailleerd 3D eindige-elementen (FE) model van de menselijke voet, specifiek ontworpen voor de analyse van therapeutische inlegzolen en hun invloed op plantaire drukverdelingen en botspanningen [2](#page=2). ### 2.1 Finite element model van de voet Een driedimensionaal FE-model van het musculoskeletale menselijke voet is ontwikkeld. Dit model omvat dertig afzonderlijke botdelen, inclusief sesamoïden, omgeven door zacht weefsel. De volledige mesh bestaat uit ongeveer 400.000 elementen en 1.300.000 vrijheidsgraden [2](#page=2). #### 2.1.1 Modellering van gewrichten en stabiliserende structuren Relatieve articulaire bewegingen zijn gemodelleerd binnen de voet, met contactelementen tussen oppervlakken voor potentiële contactregio's, zoals de gewrichtsoppervlakken. Een dunne kraakbeenlaag van 1.0 tot 1.5 mm dikte is toegevoegd aan de gekromde gewrichten om normale gewrichtsbelastingsoverdracht tijdens contact mogelijk te maken, conform de gerapporteerde metingen. De botgewrichten worden passief gestabiliseerd door 134 grote ligamenten en een waaiervormige plantaire fascie. De ligamenten zijn vertegenwoordigd door veerelementen met een 'geen compressie'-optie, in lijn met hun fysiologische functie. De 3D-geometrie van de achillespees is geconstrueerd en geïntegreerd aan de posterieure zijde van de calcaneus om realistische gewrichtsmomenten te genereren door de krachten van de gastrocnemius en soleus spieren. De lange pezen van andere vijf extrinsieke flexor spieren zijn op hun anatomische aanhechtingsplaatsen opgenomen in het model [2](#page=2). #### 2.1.2 Materiaaleigenschappen en meshing Het plantaire zachte weefsel is gemodelleerd als een incompressibel Ogden hyperelastisch materiaal. Voor de ligamenten en kraakbeenderen zijn isotrope lineaire elastische materiaaleigenschappen toegewezen, consistent met ander onderzoek. Alle 3D-structurele componenten van het model zijn gemeshed met tetraëder-elementen, waarbij de optimale mesh-dichtheid is bepaald op basis van modelconvergentieanalyse. De tolerantiegrens werd ingesteld op een verandering in de totale rekenergie van minder dan 5%, wat resulteerde in een uiteindelijke mesh met een karakteristieke randlengte van 2.3 mm [2](#page=2). > **Tip:** Het model is eerder gevalideerd voor plantaire drukverdelingen en metatarsale botspanningen [2](#page=2). ### 2.2 Voet- en schoencondities Een therapeutisch schoenmodel is specifiek gecreëerd, dat direct onder het plantaire aspect van de voorvoet ligt. De bovenste laag van het schoenmateriaal is de inlegzool met een gecombineerd metatarsaal kussen (MP), en de onderste laag vertegenwoordigt de tussenzool die de inlegzool omvat [2](#page=2). #### 2.2.1 Metatarsaal kussen (MP) en tussenzool Het MP-component is geconstrueerd door de grenspunten te projecteren op een gekromd oppervlak dat de geometrische vorm van een werkelijk klinisch gebruikt MP representeert. De afmetingen van het MP waren 76 mm in lengte, 55 mm in breedte en 9 mm maximale koepelhoogte. De oriëntatie en configuratie van het MP waren zodanig dat de drie centrale middenvoetsbeenderen (tweede, derde en vierde) voldoende werden bedekt. De dikte van de tussenzool is 12.7 mm. De inlegzool, gemaakt van zeer vervormbaar schuim (Plastazote) voor primaire demping, en de tussenzool als stevige basis (Microcell Puff), zijn gemodelleerd als samendrukbare hyperfoam materialen. Wrijvingscontactinteractie tussen het plantaire oppervlak en de inlegzool is gedefinieerd met een wrijvingscoëfficiënt van 0.5. De tussenzool was gedurende de simulatie volledig vastgezet ten opzichte van de grond [2](#page=2). #### 2.2.2 Variaties in inlegzolen en MP-plaatsing Verschillende inlegzoolontwerpen zijn gemodelleerd en bestudeerd. Dit omvatte vijf verschillende diktes (t) van de inlegzool: 2.5, 5.1, 7.6, 10.2 en 12.7 mm. Elke inlegzooldikte werd geanalyseerd met elk van de vier MP-plaatsingen: geen (alleen inlegzool), de distale (P1), de proximale (P2) en de meest proximale posities (P3). De distale-tot-proximale plaatsingen van een MP werden gedefinieerd op basis van de longitudinale afstand ten opzichte van het tweede metatarsale hoofd (2e MTH). In de P1-conditie bedekt de voorkant van het MP net de distale omtrek van de 2e MTH, met de koepelapex 6.5 mm proximaal ten opzichte van het centrum van de MTH. Het MP werd vervolgens proximaal verschoven (afstand ten opzichte van P1) met 13 mm en 20 mm om de P2- en P3-condities te verkrijgen [2](#page=2). ### 2.3 Gesimuleerde musculoskeletale belastingen De interacties tussen voet en inlegzool zijn geanalyseerd op een moment tijdens de gangcyclus waarop de voorvoetkracht een piek bereikt, namelijk de tweede piek van de grondreactiekrachten (GRF) geassocieerd met lopen. Dit laadprotocol is eerder vastgesteld in het voet FE-model en bootst de manipulaties na die zijn uitgevoerd in een cadavrisch voetmodel [2](#page=2). #### 2.3.1 Spierkrachten en GRF-simulatie Een gerichte maximale verticale GRF (623.1 N voor een proefpersoon met een lichaamsmassa van 60.5 kg) werd gegenereerd door uitsluitend de plantaire flexoren te laten samentrekken in een voorgeschreven kinematische configuratie die overeenkomt met de afzetfase tijdens het lopen. Spierkrachten van de belangrijkste plantaire flexoren, waaronder het gastrocnemius-soleus (GS) complex, tibialis posterior (TIBP), flexor hallucis longus (FHL), flexor digitorum longus (FDL), peroneus brevis (PB) en peroneus longus (PL), werden aangelegd via de bevestigde pezen. De oriëntatie van het onderbeen bleef constant gedurende de simulatie door volledige beperking van de tibia en fibula. De simulaties begonnen pas toen het voetmodel initieel contact maakte met de inlegzool. Alle modellen werden blootgesteld aan dezelfde gerichte GRF, die werden gegenereerd door de flexor-spierkrachten. Aangenomen werd dat de krachten in individuele spieren proportioneel waren aan hun fysiologische dwarsdoorsnede-oppervlakten (PCSA). Een convergente oplossing werd verkregen toen de tibia ongeveer 18.11 graden anterieur was gekanteld en de schacht van het tweede middenvoetsbeentje georiënteerd was op 26.81 graden ten opzichte van de horizontaal in het sagittale vlak. De vereiste spierkrachten voor een typische evenwichtstoestand waren GS=1620 N, TIBP=267 N, FHL=130 N, FDL=81 N, PB=91 N, PL=193 N [2](#page=2) [3](#page=3). > **Tip:** Alle modellen werden opgelost met ABAQUS (SIMULIA) [3](#page=3). #### 2.3.2 Berekening van plantaire druk en weefselspanningen Voor elke schoenconditie werden plantaire drukpieken en -verdelingen verkregen uit de contactdrukken aan het voet-inlegzool-interface. Hoge piekdruk is geïdentificeerd als een sterke voorspeller van zweervorming bij diabetische voeten en pijn bij reumatoïde artritis. De rek van het zachte weefsel onder de 2e MTH, en op drie andere locaties (10, 20 en 30 mm proximaal ten opzichte van de 2e MTH langs de middenvoetsbeenschacht), werden berekend. Spanning/rek-analyse werd uitgevoerd voor het tweede middenvoetsbeentje, de plantaire fascie en de teenpads, omdat deze eerder beïnvloed zouden zijn door het MP. De schacht van het tweede middenvoetsbeentje werd gekozen omdat het MP zodanig was gepositioneerd dat het de grootste impact had onder deze voetstraal. De rekken werden gerapporteerd als logaritmische rek met behulp van groot-deformatie-theorie (NLGEOM-optie in ABAQUS). Alle resultaten werden vergeleken met de dunste (2.5 mm) inlegzool-only conditie om de gevolgen van interventies met dikkere inlegzolen en de effecten van gevarieerde MP-plaatsingen te bepalen [3](#page=3). > **Tip:** De simulatietijd voor een 3D voet-inlegzool FE-model met en zonder MP-plaatsing varieerde van 22 uur 40 minuten tot 28 uur 12 minuten CPU-tijd. De maximale afwijkingen in de middenvoetsbeendorientatie ten opzichte van de horizontaal waren minder dan 0.5 graden, wat suggereert dat de effecten van inlegzooldeformatie op de algehele modelrespons verwaarloosbaar waren [3](#page=3). --- # Biomechanische analyse van voet-inlegzool interacties tijdens lopen Dit gedeelte bespreekt de simulatie van een spierbelastende fase van het loopproces, waarbij de interactie tussen de voet, de inlegzool en de metatarsale pad wordt geanalyseerd. Er wordt gekeken naar de effecten van verschillende ontwerpvariaties op de plantaire druk en weefselspanningen. ## 3 Biomechanische analyse van voet-inlegzool interacties tijdens lopen Deze studie onderzoekt de effecten van inlegzool dikte en de plaatsing van een metatarsaal pad (MP) op plantaire druk en interne weefselspanningen tijdens een spierbelastende fase van het lopen [3](#page=3). ### 3.1 Onderzoeksmethodologie #### 3.1.1 Simulatieopzet Het onderzoek maakte gebruik van een 3D eindige elementenmethode (FEM) model van de voet en inlegzool, gesimuleerd tijdens de afzetfase van het lopen. Spierkrachten van de belangrijkste plantaire flexoren, waaronder het gastrocnemius–soleus (GS) complex, tibialis posterior (TIBP), flexor hallucis longus (FHL), flexor digitorum longus (FDL), peroneus brevis (PB) en peroneus longus (PL), werden via pezen toegepast. Het scheenbeen werd continu georiënteerd gehouden door de tibia en fibula volledig vast te zetten. Simulaties begonnen zodra het voetmodel contact maakte met de inlegzool. De spierkrachten werden verondersteld proportioneel te zijn aan hun fysiologische dwarsdoorsnede (PCSA). Een convergente oplossing werd bereikt met de tibia 18.11° anterieur en de tweede middenvoetsbeenschaft 26.81° ten opzichte van het horizontale vlak. De benodigde spierkrachten voor een typische evenwichtstoestand waren: GS: 1620 N, TIBP: 267 N, FHL: 130 N, FDL: 81 N, PB: 91 N, PL: 193 N. De berekeningen werden uitgevoerd met ABAQUS. De rekentijd voor een 3D voet-inlegzool FEM-model met en zonder MP was respectievelijk 28 uur 12 minuten en 22 uur 40 minuten [3](#page=3). #### 3.1.2 Analyse van resultaten De plantaire drukpieken en -verdelingen werden verkregen uit contactdrukken aan het voet-inlegzool interface. Hoge piekdrukken zijn een bekende voorspeller van zweervorming bij diabetici en pijn bij reumatoïde artritis. Interne weefselspanningen in het zachte plantaire weefsel onder het tweede middenvoetskopje (MTH) en op drie andere locaties (10, 20 en 30 mm proximaal van het tweede MTH langs de middenvoetsbeenschaft) werden berekend. Stress-/spanningsanalyse werd uitgevoerd voor het tweede middenvoetsbeen, de plantaire fascie en het teengewrichtskussen, omdat deze als beïnvloed door de MP werden beschouwd. De spanningen werden gerapporteerd als logaritmische spanningen op basis van grootdeformatie-theorie. Alle resultaten werden vergeleken met de dunste inlegzool-alleen conditie (2.5 mm) om de effecten van dikkere inlegzoolontwerpen en verschillende MP-plaatsingen te evalueren [3](#page=3). > **Tip:** De analyse focust op de interactie tussen voet en inlegzool, met specifieke aandacht voor de afzetfase van het lopen, waar de spierbelasting hoog is. #### 3.1.3 Materiaaleigenschappen Tabel 1 geeft een overzicht van de materiaaleigenschappen (elastische modulus, Poisson-ratio) en elementtypes die gebruikt zijn voor de verschillende weefsels en schoeiselcomponenten. De stress-rekgedragingen voor plantair zacht weefsel, inlegzoolmateriaal (Plastazote) en tussenzoolmateriaal (Microcell Puff) worden weergegeven in Figuur 2 [3](#page=3). ### 3.2 Resultaten van inlegzool- en MP-variaties #### 3.2.1 Effecten van inlegzool dikte Een toename in inlegzool dikte leidde over het algemeen tot een afname van de piekdruk, vergezeld van een uitbreiding van het contactoppervlak van de voet naar het midvoetgebied. De piekdruk werd maximaal gereduceerd met ongeveer 26.4% in de conditie met alleen de inlegzool. De druk lijkt het meest substantieel te dalen bij initiële dikteverhogingen en wordt vervolgens minder gevoelig voor verdere diktetoename, wat resulteert in een 'asymptoot' in de drukverminderingcurve bij zeer dikke inlegzolen (10.2–12.7 mm). Dit suggereert dat het voet-inlegzool contact bijna zijn maximale capaciteit bereikt, wat gunstig kan zijn voor een uniforme krachtoverdracht [4](#page=4) [5](#page=5). > **Tip:** De relatie tussen inlegzool dikte en drukvermindering is niet lineair en lijkt te stabiliseren bij grotere diktes. #### 3.2.2 Effecten van metatarsale pad (MP) plaatsing De effecten van MP-componenten op de piekdruk varieerden afhankelijk van de proximale of distale plaatsing. Een proximaal geplaatste MP (inlegzool + P2) resulteerde in een meer gelijkmatig verdeeld drukpatroon en een reductie van de MTH-druk tot maximaal 33.6%. Een distaal geplaatste MP (inlegzool + P1) had echter het omgekeerde effect, waarbij de MTH-drukpieken tot 17.7% toenamen. Een meest proximaal geplaatste MP (inlegzool + P3) had verwaarloosbare effecten op de plantaire druk [4](#page=4). #### 3.2.3 Effecten op interne weefselspanningen Veranderingen in inlegzool dikte en MP-plaatsing hadden significante effecten op interne spanningen in het plantaire zachte weefsel. Een dikkere inlegzool verlichtte over het algemeen de hoogste interne weefselspanning onder de MTH's met een maximale reductie van 23.3%. Een proximaal geplaatste MP (inlegzool + P2) resulteerde in een uniforme compressie van het zachte weefsel onder de middenvoetsbeenschaft, met een reductie van de piekcompressie tot maximaal 33.1%. Een distaal geplaatste MP (inlegzool + P1) daarentegen belastte de weefsels nabij de MTH het meest ernstig, wat leidde tot een gemiddelde toename van de MTH-weefselcompressie met 10.4%. De proximale MP-plaatsing zorgde voor een gelijkmatigere compressieverdeling van de zachte weefsels onder de middenvoetsbeenschaft [4](#page=4) [6](#page=6). > **Example:** Een proximaal geplaatste MP (inlegzool+P2) resulteerde in een uniforme compressie van het zachte weefsel onder de middenvoetsbeenschaft, met een reductie van de piekcompressie tot maximaal 33.1% [4](#page=4). #### 3.2.4 Effecten op bot, fascie en teengewrichtskussen De piekprinciplaale trekspanning in de plantaire fascie nam aanzienlijk toe met maximaal 41.2% door een proximaal geplaatste MP (inlegzool + P2), maar bleef relatief onveranderd bij een distaal geplaatste MP (inlegzool + P1). De piek von Mises-spanningen in het middenvoetsbeen werden niet significant beïnvloed door het gebruik van de MP; gemiddelde botspanningen namen slechts licht toe met 0.4%. De piek compressieve spanning in het teengewrichtskussen nam gemiddeld met 9.8% toe met de MP, maar de effecten waren variabel afhankelijk van de inlegzool dikte [4](#page=4). Tabel 2 vat de resultaten samen van de stress/spanningsanalyse van het middenvoetsbeen, de plantaire fascie en het teengewrichtskussen voor verschillende inlegzoolcondities [4](#page=4). ### 3.3 Discussie en implicaties #### 3.3.1 Belang van inlegzool dikte De resultaten benadrukken de cruciale rol van dikte in inlegzoolontwerp, wat het principe van het vergroten van het contactoppervlak ter vermindering van lokale contactdrukken ondersteunt. De waargenomen drukverminderingseffecten zijn consistent met eerdere drukmeetstudies [5](#page=5). #### 3.3.2 De rol van de metatarsale pad (MP) plaatsing De optimale MP-plaatsing voor maximale drukvermindering onder de MTH is complex. Een proximaal geplaatste MP, geïntegreerd in een dikke inlegzool, verdeelde de plantaire krachten gelijkmatig over het gehele voorvoetplantaire oppervlak, wat resulteerde in een drukvermindering van 33.6% onder de MTH. De ineffectiviteit van een distaal geplaatste MP, die de MTH-druk zelfs verhoogde, suggereert dat misplaatsing van een MP de therapeutische effecten van een gecombineerd inlegzoolontwerp kan tenietdoen. De precieze positionering van de MP, zoals virtueel bepaald in relatie tot de botstructuren in deze studie, biedt een hogere precisie dan experimentele benaderingen [5](#page=5) [6](#page=6). > **Tip:** Experimentele studies naar de effecten van MP's kunnen de impact van misplaatsing onderschatten, aangezien de werkelijke locatie aanzienlijk kan afwijken van de beoogde positie [6](#page=6). #### 3.3.3 Interactie met plantaire fascie en zachte weefsels De proximale MP verhoogde de trekkracht in de plantaire fascie aanzienlijk, wat suggereert dat deze de fascie naar dorsaal vervormt door als intermediaire steun onder de middenvoetsbeenschaft te fungeren. Dit zou een nieuw verklaringsmechanisme kunnen bieden voor de drukverlagende werking van de MP. De proximale MP leidde tot de meest gelijkmatige compressieverdeling van de zachte weefsels onder de middenvoetsbeenschaft, wat het meest gunstig lijkt voor het afvoeren van belastingen weg van de MTH's [6](#page=6). #### 3.3.4 Beperkingen van het onderzoek De studie had enkele beperkingen, waaronder het onderzoeken van slechts geselecteerde ontwerpparameters. Er werden aannames gedaan over materiaaleigenschappen en structurele vereenvoudigingen. Bovendien was het FEM-model gebaseerd op een single-subject design, waardoor de resultaten mogelijk niet representatief zijn voor een bredere populatie [6](#page=6). ### 3.4 Conclusie Deze gevoeligheidsstudie toont aan dat systematische veranderingen in inlegzool dikte en variaties in MP-plaatsing de plantaire drukverdelingen, interne weefselcompressie en fascie spanningen aanzienlijk kunnen beïnvloeden. Het verhogen van de inlegzool dikte vermindert consistent de piekdrukken en interne compressieve spanningen onder de MTH's, maar de effecten bereiken een plateau bij zeer dikke inlegzolen (bv. 12.7 mm of meer). Het veranderen van MP-plaatsingen resulteerde in omgekeerde effecten op de drukvermindering onder de MTH's. Een succesvolle drukvermindering onder de MTH vereist een uniform compressiepatroon van het weefsel onder de middenvoetsbeenschaft en vermijdt verhoogde compressie van de weefsels nabij de MTH's [6](#page=6). --- # Vergelijking van modelresultaten met bestaand onderzoek Deze sectie vergelijkt de resultaten van de huidige studie met eerdere experimentele studies en eindige-elementenanalyses (FEA) om de consistentie en discrepanties te belichten, en potentiële verklaringen voor verschillen te onderzoeken. ### 4.1 Inleiding tot de vergelijking De huidige studie, die gebruikmaakt van een musculoskeletale FE-model van de voet en voetondersteuning, analyseert de effecten van geometrische variaties in therapeutische inlegzolen, zoals diktes en de plaatsing van metatarsale pads (MP), op lokale piekplantaire druk onder de middenvoetsbeentjes (MTH's) en op spannings-/rektoestanden binnen voetweefsels. Deze aanpak biedt diepgaand inzicht in het mechanisme achter de complexe interactie tussen voet en inlegzool [5](#page=5). ### 4.2 Invloed van inlegzool dikte op plantaire druk #### 4.2.1 Piekdrukvermindering en contactgebied Een toename in de dikte van de inlegzool resulteerde in een algemene afname van de piekplantaire druk. Bij een viervoudige toename van de inlegzool dikte werd een piekplantaire drukvermindering van 26.4% waargenomen. Dit ging gepaard met een geleidelijke toename van het voet-inlegzool contactgebied, dat zich uitbreidde naar de midvoet regio. Deze bevindingen onderstrepen de cruciale rol van dikte in het ontwerp van inlegzolen en ondersteunen het basisprincipe van orthopedie om het contactoppervlak te vergroten om gelokaliseerde contactdruk te verminderen [1](#page=1) [2](#page=2) [4](#page=4) [5](#page=5). #### 4.2.2 Consistentie met eerdere studies De waargenomen drukverlagende effecten zijn consistent met eerdere drukmeetstudies. Lemmon et al. rapporteerden een piekdrukvermindering van 21% tot 29% onder de tweede MTH tijdens lopen bij normale proefpersonen met een dikke inlegzool vergeleken met geen inlegzool. Vergelijkbare drukverminderingen, variërend van 24% tot 47%, werden gedocumenteerd voor verschillende voorvoetregio's (grote teen en 1e MTH's) met extra-diepe schoenen met zachte inlegzolen ten opzichte van schoenen zonder inlegzool [5](#page=5). #### 4.2.3 Plateau-effect van inlegzool dikte De resultaten suggereren dat de druk aanzienlijk daalt door initiële diktetoenames, waarna de gevoeligheid voor verdere diktewijzigingen afneemt. Dit wordt weerspiegeld als een 'asymptoot' in de drukverlagingscurve wanneer inlegzolen erg dik zijn (10.2–12.7 mm). Een vergelijkbare trend werd waargenomen in een eerdere 2D FEA van de voet en voetondersteuning. Het uitblijven van verdere reductie in piekplantaire druk zou kunnen duiden op het naderen van maximaal contact aan het voet-inlegzool interface. Dit scenario kan gunstig zijn voor een uniformere krachtoverbrenging van het plantaire oppervlak naar de schoen tijdens het lopen [5](#page=5). > **Tip:** Het plateau-effect van inlegzool dikte suggereert dat er een optimaal diktebereik is, waarna verdere toename van de dikte niet significant meer bijdraagt aan drukvermindering en mogelijk andere nadelen kan hebben (bijvoorbeeld door verlies van schoenpasvorm of gevoel). ### 4.3 Invloed van metatarsale pad (MP) plaatsing #### 4.3.1 Gevariëerde effecten van MP plaatsing Het gebruik van MP-componenten vertoonde gevarieerde effecten op de piekdruk, afhankelijk van de proximale of distale plaatsing. Een proximaal geplaatste MP (inlegzool + P2) leidde tot een gelijkmatigere drukverdeling, met een vermindering van de MTH-druk tot maximaal 33.6%. Daarentegen had een distaal geplaatste MP (inlegzool + P1) omgekeerde effecten, waarbij de MTH-drukpieken met maximaal 17.7% toenamen. Een meest proximaal geplaatste MP (inlegzool + P3) had verwaarloosbare effecten op de plantaire druk en werd verder niet besproken [4](#page=4). #### 4.3.2 Vergelijking met experimentele studies over MP plaatsing De huidige resultaten, met een proximaal geplaatste MP ingebouwd in een dikke inlegzool, toonden aan dat plantaire krachten gelijkmatig verdeeld konden worden, zonder duidelijke hoge drukpunten over het gehele voorvoetplantaire oppervlak. Kwantitatief werd de piek MTH-druk onder deze omstandigheden met 33.6% verminderd ten opzichte van een dunne inlegzool alleen. Deze resultaten komen overeen met de bevindingen van Lord en Hosein die een piekdrukvermindering van 34% onder de tweede MTH rapporteerden bij diabetespatiënten met een op maat gemaakte inlegzool met een ingebouwde MP. Bus et al. vonden een 16% reductie in MTH-druk bij de 1e MTH met een vergelijkbare MP en inlegzool, in plaats van een 9.5 mm dikke inlegzool alleen [5](#page=5). #### 4.3.3 Discrepanties en mogelijke verklaringen Andere studies vonden echter geen significante veranderingen of zelfs verhoogde plantaire druk onder de MTH's. De discrepanties met deze experimentele studies kunnen worden toegeschreven aan subjectkenmerken, de benadering van inlegzoolfabricage en de experimentele opstelling. Het is echter ook gerelateerd aan de inherente moeilijkheden om de MP consistent in de beoogde positie te plaatsen tijdens experimenten. Volgens Hastings et al. kon de daadwerkelijke locatie van een MP-plaatsing variëren met meer dan 12 mm, zelfs uitgevoerd door een ervaren orthopedisch technoloog. In de huidige studie werd de positie van de MP virtueel bepaald en geconstrueerd ten opzichte van de botstructuren van het voetenmodel, wat een veel hogere precisie biedt dan experimentele benaderingen [5](#page=5) [6](#page=6). > **Belangrijk:** Nauwkeurigheid in de plaatsing van de MP is cruciaal. Een verkeerde plaatsing, zoals een distaal geplaatste MP, kan zelfs negatieve effecten hebben en de therapeutische effecten van een gecombineerd inlegzoolontwerp tenietdoen [6](#page=6). #### 4.3.4 Omgekeerd effect van distaal geplaatste MP De huidige studie demonstreerde duidelijk dat een distaal geplaatste MP een omgekeerd effect had en de piek MTH-druk gemiddeld met 17.7% verhoogde over alle diktes. Dit suggereert dat eerdere studies mogelijk de impact van een verkeerd geplaatste MP hebben onderschat [4](#page=4) [6](#page=6). ### 4.4 Invloed op interne weefselspanningen #### 4.4.1 Effecten van inlegzool dikte op interne spanningen Veranderingen in inlegzool dikte hadden een significante invloed op interne spanningen binnen het plantaire zachte weefsel. Een dikkere inlegzool ontlastte over het algemeen de hoogste interne weefselspanning onder de MTH's. De piek interne compressie binnen het plantaire zachte weefsel had een maximale reductie van 23.3%. De huidige resultaten toonden aan dat het plantaire zachte weefsel onder de MTH's geleidelijk en dieper in het omringende inlegzoolmateriaal indrong naarmate de dikte van de inlegzool toenam. Bijgevolg werden lokale compressiespanningen in de plantaire MTH's aanzienlijk verlicht (gemiddeld meer dan 30%) [4](#page=4) [6](#page=6). > **Inzicht:** Door de dikte van de inlegzool te vergroten, wordt voldoende dempingsmateriaal geboden om de benige prominenties van de MTH's te laten indrukken, waardoor de drukken onder de MTH's worden verminderd. Dit benadrukt het vitale belang van een dikke inlegzool [6](#page=6). #### 4.4.2 Effecten van MP plaatsing op interne spanningen Het veranderen van de positie van de MP veroorzaakte een ander compressiepatroon van het zachte weefsel onder het middenvoetsbeentje. Een proximaal geplaatste MP (inlegzool + P2) resulteerde in uniforme compressie van het zachte weefsel onder de schacht van het middenvoetsbeentje, waarbij de piek compressiespanning met maximaal 33.1% werd verminderd. Een distaal geplaatste MP (inlegzool + P1) belastte de weefsels naast de MTH het meest ernstig, wat resulteerde in een gemiddelde toename van de MTH-weefselcompressie met 10.4% [4](#page=4). #### 4.4.3 Vergelijking met andere weefselreacties Mueller et al. rapporteerden een studie die het effect van een MP kwantificeerde met behulp van spiraalvormige röntgenstraling, en vonden dat het toevoegen van een MP aan de TCI leidde tot een 14% afname van de dikte van het zachte weefsel onder de schacht van het middenvoetsbeentje. Deze waarde ligt dicht bij de 15.8% toename in compressiespanning die in de huidige studie werd gevonden met de proximaal geplaatste MP. Het is vermeldenswaard dat een distaal geplaatste MP ook de weefselcompressiespanning verhoogt. De verschillen in het compressiepatroon van het weefsel en de omgekeerde effecten op drukverlichting van de proximaal en distaal geplaatste MP suggereren dat een MP een uniform compressiepatroon van het zachte weefsel onder de schacht van het middenvoetsbeentje moet creëren en verhoogde compressie van de aangrenzende weefsels van de MTH's moet vermijden om succesvol belasting te verschuiven [6](#page=6). ### 4.5 Invloed op bot- en fasciaweefsels #### 4.5.1 Stress/spanningsanalyse van metatarsale bot, plantaire fascia en teenkussen Tabel 2 vat de resultaten samen van de spannings-/rektoanalyse van het middenvoetsbeentje, de plantaire fascia en het teenkussen onder verschillende inlegzoolomstandigheden. De piek principale spanning in de plantaire fascia nam aanzienlijk toe tot maximaal 41.2% door een proximaal geplaatste MP (inlegzool + P2), maar bleef relatief onveranderd bij een distaal geplaatste MP (inlegzool + P1). De piek von-Mises spanningen in het middenvoetsbeentje werden niet significant beïnvloed door het gebruik van de MP. Er werden geen duidelijke trends opgemerkt, behalve dat de gemiddelde botspanningen licht toenamen met 0.4%. Bovendien had de piek compressiespanning in het teenkussen, met de MP, een gemiddelde toename van 9.8%, maar de effecten leken variabel te zijn afhankelijk van de dikte van de inlegzool [4](#page=4). #### 4.5.2 Interactie met plantaire fascia Hoewel de MP (proximaal geplaatst) MTH-drukken verlichtte, verhoogde het de trekkracht in de plantaire fascia aanzienlijk (Tabel 2). De verhoogde fascia-spanning suggereert dat een MP op deze positie dit weefsel naar dorsaal vervormt door te fungeren als een intermediaire ondersteuning onder de schacht van het middenvoetsbeentje. Daarentegen beïnvloedde de distaal geplaatste MP de fascia-spanning niet significant. De door MP geïnduceerde effecten lijken dus deels gebaseerd te zijn op de interactie met de plantaire fascia. Bovendien, aangezien de proximaal geplaatste MP succesvol drukken van de MTH's verlichtte, kunnen de waargenomen MP-fascia-interacties een nieuwe verklaring bieden voor het drukverlagingsmechanisme van de MP dat nog niet eerder werd gerapporteerd. Verdere bevestiging van dit theoretische analyseresultaat is echter nog vereist [6](#page=6). #### 4.5.3 Invloed op metatarsale botten en teenkussen De MP had weinig effect op de spannings-/rektoestanden in de middenvoetsbeenderen en het teenkussen, wat suggereert dat de risico's op trauma aan deze weefsels door het gebruik van een conservatief gedimensioneerde MP mogelijk niet zo ernstig zijn als eerder werd gedacht. Het gebruik van een standalone MP-component van andere stijve materialen kan echter leiden tot andere weefselreacties dan hier gepresenteerd, en vereist mogelijk nieuwe analyses [6](#page=6). ### 4.6 Beperkingen van de studie De studie kent enkele beperkingen. Slechts geselecteerde ontwerpparameters werden onderzocht. Andere onderzoekers hebben statistisch gebaseerde FEA's gebruikt, zoals de design-of-experiments methodologie, voor het creëren van geoptimaliseerde voetorthoses. Een vergelijkbare methode kan hier worden geïmplementeerd, hoewel een nieuwe strategie nodig is om de computationele kosten, gedicteerd door iteratief gebruik van een 3D voet FE-model, te verminderen. Er werden enkele aannames gedaan voor het model, waaronder isotrope lineair elastische materiaaleigenschappen voor de ligamenten en cartilages, een isotroop hyperelastisch model voor het plantaire weefsel, een vereenvoudigde methode voor het berekenen van spierkrachten, en structurele vereenvoudigingen voor intrinsieke spieren en gewrichtskapsels. Vergelijkbare aannames zijn gemaakt door andere onderzoekers die als redelijk en noodzakelijk werden beschouwd om de modelleringcomplexiteit te beperken. Ten slotte was het FE-model gebaseerd op een single-subject design. De verkregen resultaten vertegenwoordigen mogelijk niet een doelpopulatie (bijv. mensen met diabetes) [6](#page=6). ### 4.7 Conclusie van de vergelijking Deze sensitiviteitsstudie demonstreerde hoe systematische veranderingen in de dikte van de inlegzool en variaties in de MP-plaatsing plantaire drukverdelingen, interne weefselcompressie en fascia-spanning drastisch kunnen veranderen, gebruikmakend van een driedimensionaal voet FE-model dat een spierbelastend moment tijdens de gang simuleert. Het verhogen van de inlegzool diktes vermindert consistent piekspanningen en interne compressiespanningen onder de MTH's, maar de effecten bereiken een plateau wanneer de inlegzool erg dik wordt (bijvoorbeeld een waarde van 12.7 mm of meer). Het veranderen van MP-plaatsingen daarentegen toonde aan dat proximaal en distaal geplaatste MP's omgekeerde effecten hadden op de drukvermindering van de MTH's. De onsuccesvolle uitkomst door een distaal geplaatste MP kan worden toegeschreven aan de manier waarop het interageert met het plantaire weefsel en de plantaire fascia naast de MTH. Een uniform patroon van weefselcompressie onder de schacht van het middenvoetsbeentje is noodzakelijk voor een meest gunstige drukverlichting onder de MTH's [6](#page=6). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Plantaire druk | De druk die wordt uitgeoefend op de voetzool tijdens het staan of lopen, een cruciale factor bij het beoordelen van het risico op zweren bij diabetici en pijn bij reumatoïde artritis. | | Middenvoetsbeentjes (MTHs) | De botten van het middenvoetgedeelte van de voet, die een verhoogd risico op drukpunten en zweren kunnen hebben, vooral onder de kopjes van deze beenderen. | | Therapeutische inlegzolen | Speciaal ontworpen inlegzolen die worden gebruikt om de drukverdeling onder de voet te verbeteren, het risico op zweren te verminderen en pijn te verlichten bij personen met aandoeningen zoals diabetes en reumatoïde artritis. | | Metatarsale pad (MP) | Een component van een therapeutische inlegzool, vaak een verhoogd kussen, dat strategisch wordt geplaatst om de druk onder de middenvoetsbeentjes te verlichten door de belasting gelijkmatiger te verdelen. | | Eindige-elementenmethode (FEM) | Een computationele techniek die wordt gebruikt om complexe problemen op te lossen door een object op te splitsen in kleinere, beheersbare delen (elementen) om de fysische gedragingen ervan te analyseren, zoals stress en vervorming. | | Weefselspanning | De mate van rek of vervorming binnen de zachte weefsels van de voet als gevolg van externe belastingen, wat kan bijdragen aan pijn of weefselschade. | | Fascia plantaris | Een dikke bindweefselband die langs de onderkant van de voet loopt, van de hiel tot de tenen, die helpt bij het ondersteunen van de voetboog en het absorberen van schokken. | | Liggamenten | Sterke, vezelige weefselbanden die botten met elkaar verbinden en gewrichten stabiliseren. | | Pezen | Sterke, vezelige weefselbanden die spieren aan botten verbinden, essentieel voor beweging. | | Spierkracht | De kracht die wordt gegenereerd door de samentrekking van spieren, die essentieel is voor beweging en het genereren van grondreactiekrachten tijdens het lopen. | | Grondreactiekrachten (GRF) | De krachten die de grond uitoefent op de voet tijdens het lopen, een belangrijke input voor biomechanische modellen van de voet. | | Hogepiek plantaire druk | De maximale druk die op een klein gebied van de voetzool wordt uitgeoefend, vaak geassocieerd met bony prominences en een risicofactor voor zweren. | | Hyperelastisch materiaal | Een materiaal dat niet-lineaire elastische eigenschappen vertoont, waarbij de spanning evenredig is met een functie van de rek, zoals vaak wordt waargenomen in zachte biologische weefsels. | | Ogden hyperelastisch model | Een specifiek constitutief model dat wordt gebruikt om het gedrag van hyperelastische materialen te beschrijven, vaak toegepast op zachte weefsels in biomechanische simulaties. | | Hyperfoam model | Een materiaalmodel dat wordt gebruikt om het gedrag van schuimmaterialen te beschrijven, zoals die gebruikt in inlegzolen en tussenzolen, die samendrukbaar zijn onder belasting. | | Von Mises spanning | Een maat voor de spanning in een materiaal die de vloeigrens bepaalt in eenductiele materialen, gebruikt om het risico op plastische vervorming te voorspellen. | | Logaritmische rek | Een maat voor de rek die invariant is onder translatie en rotatie, vaak gebruikt in grote-deformatieanalyses om de vervorming van materialen nauwkeurig te beschrijven. |