Article de méthode

Disciplinaires musculo-squelettique modèle pour étudier les déformation osseuse pendant le mouvement dynamique

DOI :

10.3791/56759

⸱

11 avril 2018

 , 
1School of Kinesiology, Ball State University, 2Life Fitness Inc.

Dans cet article

Résumé

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Lors de l’atterrissage, OS de la partie inférieure du corps expérience grosses charges mécaniques et sont déforment. Il est essentiel de mesurer la déformation osseuse afin de mieux comprendre les mécanismes des traumatismes liés au stress osseux associés aux impacts. Une nouvelle approche de l’intégration disciplinaire modélisation musculo-squelettique et analyse par éléments finis sert à mesurer la déformation tibiale au cours de mouvements dynamiques.

Résumé

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Traumatismes liés au stress osseux sont communs dans les sports et les formations militaires. Forces d’impact répétitives vaste terrain au cours de la formation pourraient être la cause. Il est essentiel de déterminer l’effet de l’impact avec le sol haute forces sur la déformation de l’os du bas du corps afin de mieux comprendre les mécanismes des traumatismes liés au stress osseux. Mesure de la jauge de contrainte conventionnelle a été utilisé pour étudier in vivo la déformation tibia. Cette méthode est associée aux limites y compris le caractère invasif de la procédure, l’implication de quelques sujets humains et les données de déformation limitée de surfaces petit os. La présente étude vise à introduire une nouvelle approche pour étudier la déformation osseuse tibia sous conditions de charge élevée aux chocs. Un modèle musculo-squelettique spécifiques a été créé pour représenter un homme en bonne santé (19 ans, 80 kg, 1 800 mm). Un modèle de tibia flexible par éléments finis a été créé sur un balayage de la tomodensitométrie (TDM) du tibia droit du sujet. Capture de mouvement de laboratoire a permis d’obtenir des cinématique et au sol des forces de réaction de goutte-débarquements de hauteurs différentes (26, 39, 52 cm). Simulation dynamique multicorps combinée à une analyse modale du tibia flexible effectuées pour quantifier la déformation du tibia au cours de la goutte-débarquements. Données de déformation calculée tibia sont en bon accord avec des études antérieures en vivo . Il est évident que cette approche non invasive peut être appliquée afin d’étudier la déformation osseuse tibia lors des activités à impact élevé pour une grande cohorte, ce qui conduira à une meilleure compréhension du mécanisme de la blessure de fractures de fatigue tibia.

Introduction

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Osseuse traumatismes liés au stress, tels que les fractures de stress, sont des blessures de surutilisation sévère nécessitant de longues périodes de récupération et d’encourir des coûts médicaux importants1,2. Fractures de stress sont communs aussi bien dans les populations sportives et militaires. Parmi tous les sports liés à des blessures, fractures de stress représentent 10 % du total3. En particulier, les athlètes de piste face à un taux plus élevé de blessures à 20 %4. Soldats d’expérience également un taux élevé de fractures de stress. Par exemple, un taux....

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Protocole

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L’expérience a été menée en vertu de la déclaration d’Helsinki. Avant la collecte de données, l’objet examiné et signé le formulaire de consentement approuvé par l’Université Institutional Review Board avant de participer à l’étude.

1. protocole d’imagerie CT

  1. Prendre le participant à une installation où un tomodensitomètre est logé. Avant le CT scan, configurer la machine CT avec les paramètres suivants : épaisseur de tranche de CT de 0,625 mm, CT de champ de 15 cm x 15 cm et auto réglage des paramètres de kilo-tension de crête (kVp) et milliampères-secondes (mAs) utilisant l’algorithme de la machine.
  2. Demander au partici....

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Résultats

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Un mâle en bonne santé du Caucase (19 ans, hauteur de 1 800 mm, masse de 80 kg) s’est porté volontaire pour l’étude. Avant la collecte de données, l’objet examiné et signé le formulaire de consentement approuvé par l’Université Institutional Review Board avant de participer à l’étude. L’expérience a été menée en vertu de la déclaration d’Helsinki. L’expérience a été réalisée selon le protocole suivant.

Afin de vérifier l’exactit.......

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Discussion

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Le but de cette étude était de développer une méthode non invasive pour déterminer la déformation du tibia lors des activités à impact élevé. Quantifier la déformation du tibia en raison de la charge d’impact conduira à une meilleure compréhension du tibia fracture de stress. Dans cette étude, a développé un modèle de l’appareil locomoteur disciplinaires et simulations sur ordinateur ont été exécutées à reproduire les mouvements de baisse-atterrissage effectués dans un laboratoire. A examiné l’effet de la hauteur de chut.......

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun intérêt financier concurrentes.

Remerciements

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Département de l’armée #W81XWH-08-1-0587, #W81XWH-15-1-0006 ; Concession de Ball State University 2010 ASPiRE.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
CT ScannerGE Medical SystemN/ALight Speed VCT. Pour la réalisation d’une tomodensitométrie du tibia.
Système de capture de mouvementVicon IncN/AVicon FX40 caméras haute vitesse. Pour effectuer la capture de mouvement 3D.
Plaques de forceAMTI IncN/ACollecte des forces de réaction au sol 3D
Vicon NexusVicon IncN/ALogiciel de capture de mouvement. Pour le traitement des données de trajectoire des marqueurs visuels.
Visual 3DC-Motion IncN/ALogiciel d’analyse biomécanique. Pour le calcul de la cinématique 3D et de la cinétique des mouvements humains.
MATLABMathworks IncN/ALogiciel de programmation informatique. Pour effectuer le filtrage des données brutes, la conversion et le traitement des données.
ADAMS 2012MSC Software IncN/AProgramme de simulation informatique dynamique multicorps.
LifeMODLifemodeler IncN/AUn plug-in logiciel dans ADAMS. Pour la construction de modèles musculo-squelettiques du corps humain.
MIMICS 13Materialise IncN/AProgramme de traitement d’images. Un outil de modélisation 3D pour traiter les données d’imagerie. Pour la création d’un modèle de tibia 3D à partir de tomodensitogrammes.
MARC 2012MSC Software IncN/ALogiciel d’analyse par éléments finis. Pour effectuer le maillage de volume, générer un modèle EF de tibia et exécuter une analyse EF modale.
SPSS 19IBM IncN/ALogiciel d’analyse statistique.

Références

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  1. Brukner, P., Bennell, K., Matheson, G. Stress fracture. , Blackwell Science. Victoria, Australia. (1999).
  2. Zadpoor, A., Nikooyan, A. The relationship between lower-extremity stress fractures and the ground reaction force: A systematic review. Clin Biomech. 26, 23-28 (2011).
  3. Matheson....

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Mots-clés

Analyse de la d formation osseuseMod le d l ment fini du tibiaCapture de mouvementSimulation d atterrissage apr s sautSimulation dynamique multicorpsQuantification de la d formation du tibiaD formation osseuse non invasiveForces d impact au solG nie biom dical

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