$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
פציעות מתח העצם, כמו מתח שברים, הן פציעות חמורות יתר הדורשים תקופות ארוכות של השחזור, גביית משמעותי בעלויות רפואיות1,2. מתח שברים נפוצים הן אוכלוסיות אתלטי וצבאיים. בין כל הקשור פציעות ספורט, מתח שברים חשבון עבור 10% של סך3. בפרט, מעקב אחר ספורטאים מול שיעור פציעות גבוה יותר ב 20%4. החיילים גם לחוות שיעור גבוה של מתח שברים. למשל, שיעור 6% פגיעה דווח עבור צבא ארה ב1 , שיעור 31% פגיעה דווח את צה ל5. בין דיווח כל מתח שברים, שבר טיביה מתח הוא הנפוץ ביותר אחד6,7,8.
ספורט והדרכות פיזית עם סיכון גבוה יותר של שבר טיביה מתח קשורים בדרך כלל עם השפעות גבוה (למשל, קפיצות, נחיתה ו חיתוך). במהלך גפיים, כוח ההשפעה של הקרקע חלה על הגוף כאשר כף הרגל יוצר קשר על הקרקע. כוח ההשפעה הזו מתפזרת על ידי מערכת שריר-שלד ו הנעלה. מערכת השלד מגישה כסדרה של מנופים ומאפשר לשרירים להחיל כוחות כדי לספוג את ההשפעה של הקרקע9. כאשר שרירי הרגליים שלמאחה לא יכול לצמצם את השפעת הקרקע, עצמות הגוף התחתון חייבים לספוג את שיורית. מבנה העצמות יחוו דפורמציה בתהליך זה. חוזרות קליטת כוח השפעה שיורית עלול לגרום microdamages העצם, אשר מצטברים, להפוך מתח שברים. עד כה, מידע הקשור עצם תגובת כוחות ההשפעה הקרקע חיצוני הוא מוגבל. חשוב ללמוד איך עצם השוקה מגיב עומס מכני הציג השפעה גבוהה של כוחות במהלך תנועות דינאמיות. בחינת דפורמציה עצם השוקה במהלך פעילויות השפעה גבוהה עלולה להוביל להבנה טובה יותר של המנגנון של שבר טיביה מתח.
טכניקות שגרתיות למדידת עצם דפורמציה ויוו להסתמך על מאבחנים המתח שעברו אינסטרומנטציה10,11,12,13,14,15. ניתוחים נדרשים כדי להשתיל מאבחנים המתח על פני השטח של העצם. עקב אופי פולשני, אין ויוו מחקרים מוגבלים על ידי מדגם קטן של מתנדבים. בנוסף, מד מתח לנטר רק אזור קטן של פני השטח של העצם. לאחרונה, שיטה לא פולשנית ניצול הדמיית מחשב כדי לנתח עצם המתח היה הציג16,17. מתודולוגיה זו מאפשרת היכולת לשלב המידול השלד והשרירים וסימולציות חישובית ללמוד על עצם המתח במהלך התנועה האנושית.
מודל השלד והשרירים מיוצג על ידי שלד והשרירים והשלד. השלד מורכב מקטעי העצם, אשר הינם גופים נוקשה או שאינם deformable. שרירי השלד הם המודל כבקרי באמצעות האלגוריתם (PID) מתקדמת-אינטגרל-נגזרת. הפקד PID בקדנציה שלישית משתמש שגיאות הערכה כדי לשפר את הדיוק של פלט18. בעיקרו של דבר, בקרי PID המייצג השרירים לנסות לשכפל תנועות גוף על ידי פיתוח כוחות הנחוצים כדי לייצר שינויים באורך של השרירים לאורך זמן. בקר ה-PID משתמש השגיאה בעקומת אורך/שעה כדי לשנות את כוח לשחזר את התנועה. תהליך הסימולציה זה יוצר פתרון ישים לתאם כל השרירים לעבוד יחד כדי להעביר את השלד ולייצר תנועת הגוף.
אחד או יותר מקטעי בשלד של המודל השלד והשרירים שניתן למדל גופות גמיש כדי לאפשר מדידה של דפורמציה. למשל, עצם השוקה יכול להיות שבור למטה לתוך מספר סופי של האלמנטים, אשר מורכב של אלפי רכיבים, צמתים. ההשפעה של העמסה מכנית על עצם השוקה גמיש יכול להיבדק באמצעות ניתוח סופיים (FE). הניתוח FE מחשבת את התגובה הטעינה של רכיבים בודדים לאורך זמן. ככל שמספר להגדיל רכיבים, צמתי העצם, חישוב שעת הניתוח FE יגדל באופן משמעותי.
כדי לצמצם את עלות חישובית עם הערכה מדויקת של דפורמציה של גופים גמיש, אנליזה מודלית FE פותחה, שישמש את תעשיית הרכב, התעופה והחלל19,20. במקום ניתוח התגובות רכיבים בודדים FE של עומס מכני בתחום הזמן, הליך זה מעריך תגובות מכני של אובייקט מבוסס על תדרי הרטט שונים בתחום התדר. שיטה זו גורמת לירידה משמעותית בזמן חישוב תוך מתן מדידה מדויקת של דפורמציה20. למרות ניתוח FE מודאלי כבר בשימוש נרחב ללמוד עייפות מכני באזורים כלי רכב, תעופה וחלל, היישום של שיטה זו הוגבלה מאוד במדעי התנועה האנושית. נזר Al. et al., משמש ניתוח FE מודאלי לבחון דפורמציה הטיביאלי במהלך ההליכה האנושית ודיווח עידוד תוצאות16,17. עם זאת, השיטה שלהם הושפעה במידה רבה באמצעות נתונים מוגבלים קנטית ניסוי רק לנהוג ההדמיות; היו אין ממש כוחות ההשפעה שסייעה הסימולציות הקרקע. גישה זו עשוי להיות סביר לימוד תנועות איטי השפעה נמוכה כגון הליכה, אבל זה לא פתרון ישים ללמוד גבוה ההשפעה תנועות. לכן, על מנת לבחון תגובות הגוף התחתון העצם במהלך פעילויות דינמי גבוה ההשפעה, זה חיוני לפתח גישה חדשנית להתייחס למגבלות המשויך השיטה שדווחה בעבר. באופן ספציפי, שיטה ניצול מדויק נתוני קנטית הניסוי האמיתי חייבים לפתח כוחות ההשפעה הקרקע. לכן, מטרת מחקר זה הייתה לפתח מודל השלד והשרירים נושא ספציפי לביצוע סימולציות דינמי multibody עם ניתוח FE מודאלי לבחון את המתח הטיביאלי במהלך פעילויות השפעה גבוהה. תנועה דינמי גבוה ההשפעה המיוצג על-ידי שחרור-נחיתות מ בגבהים שונים נבחר כדי לבחון את השיטה.