טכניקות תנודה ודירקטוריון תגובה למאפייני אינרציאליות אומדן של תותב מתחת לברך
8 במאי 2014
מאפייני אינרציה מגזרי גוף נדרשים לדוגמנות דינמיקה הפוכה. שימוש בתנודה וטכניקת תגובת דירקטוריון, תכונות אינרציה של תותבות מתחת לברך נמדדו. שימוש באמצעים ישירים של אינרציה תותבת במודל הדינמיקה ההפוכה מהרגל התותבת הביא בהירויות נמוכות יותר של כוחות משותפים תוצאתי ורגעים.
המטרה הכוללת של הליך זה היא להעריך את המאפיינים האינרציאליים של תותבת מתחת לברך. זה מושג על ידי מדידה ראשונה של תקופת התנודה עם התותבת התלויה בתוך כלוב. השלב השני הוא להשתמש בטכניקת לוח תגובה כדי להעריך את מיקום מרכז המסה עבור מערכת התותבת והכלוב המשולבת.
לאחר מכן, התותבת מוסרת מהכלוב וטכניקת לוח התגובה משמשת להערכת מיקום מרכז המסה של הכלוב בלבד. השלב האחרון הוא למדוד את תקופת התנודה עבור הכלוב בלבד. בסופו של דבר, מערכת מדידה אינרציאלית זו אומתה באמצעות מוצקים גיאומטריים ידועים, כגון גוש עץ ארבע על ארבע.
תוצאות הניסויים הללו מוצגות בנספח. מדידות אינרציאליות של הכלוב מופחתות ממדידות התותבת והכלוב בשילוב כדי לספק הערכות של התכונות האינרציאליות של התותבת. היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות, כמו הנחת תכונות אינרציאליות של הצד התותב, דומות לאלו של הצד השלם, הוא שהאינרציה של הרגל התותבת מיוצגת בצורה מדויקת יותר במודל הביומכני של האדם כדי להתחיל להושיב את הקטוע בכיסא בו ניתן להרים את הרגל התותבת בנוחות מהמושב כך שהנבדק יוכל לבצע סדרה של כיפוף ברכיים ו פעולות הרחבה.
לאחר מכן, זהה את מרכז הסיבוב של הברך או COR, והנח פיסת סרט קטנה ב-COR. לאחר מכן מדוד את המרחק משפת התותבת לברך, COR. אם ה- COR של הברך יושב נחות משפת התותבת, יש לרשום ערך זה כערך שלילי.
לאחר מכן, קבע את המרחק בין ה-COR של הברך ל-COR של הקרסול. לאחר מכן הסר את התותבת ואת השרוול הבסיסי כדי לבצע מדידות של הגפה הנותרת באמצעות סרט מדידה גמיש כדי להעריך את התכונות האינרציאליות של הגפה הנותרת. לאחר מכן, מדוד את ההיקף הפרוקסימלי של הגפה הנותרת, ההיקף הגדול ביותר, כשתי אצבעות רוחב ממפרק הברך.
לאחר מכן קבע את ההיקף הדיסטלי של הגפה הנותרת בבליטה הגרמית האחרונה בקצה הדיסטלי. לאחר מכן, מדוד את אורך הגפה הנותרת, את המרחק מהראש הסיבי להיבט הדיסטלי ביותר של הגפה הנותרת. הסר את הכלוב הפנימי ממתלה התנודה על ידי הסרת הציר, הנח את התוחם של הנבדק והניח בתוך שקע התותבת.
לאחר מכן מקם היטב את התותבת כשהנעל עדיין בתוך כלוב התנודה הפנימי, באמצעות רצועת סקוטש כדי לאבטח את כף הרגל של התותבת על הצלחת הדיסטלית של הכלוב. לאחר מכן, מקם מחדש את הכלוב הפנימי בתוך מתלה התנודות על ידי אבטחת הציר. יישר את הזרוע התלויה של הכלוב הפנימי עם בורג הסט, שיגדיר את זווית התנודה לפחות מחמש מעלות.
כדי להתחיל בניסוי תנודה, משוך את הכלוב הפנימי לאחור עד שהוא פוגע בבורג הסט, ולאחר מכן הזז אותו קדימה עד שהרווח בין בורג הסט לכלוב הפנימי נראה לעין. אסוף שלושה ניסויי תנודה עם התותבת הממוקמת בכלוב הפנימי ורשום את הזמן הממוצע למחזור תנודה שלם אחד עבור כל ניסוי. לפני הזזת מדידות לוח התגובה, שמור את התותבת קבועה במתלה ומקם את הכלוב הפנימי אופקית והניח אותו אופקית על קצוות הסכין.
לאחר מכן רשום את המרחק בין הצלחת המתכווננת העליונה לאיבר הצלב הקבוע בחלק העליון של הכלוב הפנימי באמצעות מחוגה דיגיטלית וסרט מדידה גמיש. לאחר מכן, מדוד את המרחק בין הצלחת המתכווננת התחתונה לאיבר הצלב הקבוע בחלק העליון של הכלוב הפנימי, וקבע את המרחק בין הצלחת המתכווננת התחתונה לאיבר הצלב הקבוע בתחתית הכלוב הפנימי. לאחר מכן מדוד את המרחק בין שני קצוות הסכין.
לאחר קריעת האבנית לאפס, מקם את המתלה והגפה התותבת במכלול לוח התגובה. לאחר מכן הנח קצה אחד של הכלוב הפנימי מעל המשקל ומקם את קצה הסכין בתחתית הכלוב הפנימי כך שיהיה ישר ולא יהיה מתח בין שני קצוות הסכין. הרם את קצה הסולם מספר פעמים והנח אותו בחזרה על המשקל.
רשום את הערך לאחר השגת קריאה עקבית מהסולם. לאחר מכן, הסר את התותבת מהכלוב הפנימי והקלט את קריאת לוח התגובה עבור הכלוב בלבד. הסר את הנעל מהגפה התותבת ומדוד את מסת הנעל.
ואז השג את מסת התותבת ללא הנעל. לאחר מכן, מדוד את המרחק בין ה-COR של הקרסול למשטח הכף של כף הרגל. לאחר מכן קבע את אורך כף הרגל התותבת ללא הנעל.
הנח את הנעל בחזרה על התותבת ומדוד את המרחק מהקרסול COR לסוליית הנעל ואת אורך כף הרגל עם הנעל. לאחר מכן מקם מחדש את הכלוב הפנימי בתוך מתלה התנודה, וודא שהפינה השחורה עם סרט רפלקטיבי היא הקרובה ביותר לתא הצילום. אבטח את הציר וודא שזרוע התלייה של הכלוב הפנימי מיושרת עם בורג ההגדרה.
לבסוף, אסוף 10 ניסויי תנודה המתעדים רק את תקופת התנודה הראשונה של כל ניסוי C נספח A להסבר מדוע רק תקופת התנודה הראשונה נרשמת כאשר הכלוב ריק. התכונות האינרציאליות של הצד התותב היו נמוכות משמעותית מהתכונות האינרציאליות של הרגל השלמה. המסה של הצד התותב הייתה נמוכה ב-39%.
רגע האינרציה היה 52% פחות, ומרכז המסה היה קרוב יותר לברך ב-24% מההערכות השלמות. כוחות התגובה המשותפים של הקרסול, הברך והירך נקבעו בכיוונים הקדמיים, האחוריים והאנכיים. שלב העמידה מתחיל ב-0% ממחזור ההליכה ומסתיים בכ-60% ממחזור ההליכה.
הנדנדה נמשכת עד למגע כף הרגל הבא של אותה רגל ב-100%התוצאות הבאות התקבלו בעת ניתוח רגעי מפרק על ציר רוחבי דרך הקרסול, הברך ומפרק הירך. פרופילים קינטיים של הצד התותב במהלך הנדנדה דומים יותר לאלה של איבר שלם. כאשר נעשה שימוש בתכונות אינרציאליות של איבר שלם כדי לדגמן את הצד התותב לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך 30 דקות אם היא נעשית כראוי.
סקירה כללית
מחקר זה מתמקד בהערכת התכונות האינרציאליות של פרוטזות מתחת לברך באמצעות טכניקה של לוח תגובה ותנודה. הממצאים מצביעים על כך שמדידות ישירות של אינרציית הפרוטזה מובילות למודלים ביומכניים מדויקים יותר, אשר מביאים לכוחות ומומנטים נמוכים יותר במפרקים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדע
- ביומכניקה
- פרוטזות
- מדידה אינרציאלית
רקע
- הבנת תכונות האינרציה חיונית למידול מדויק של דינמיקה הפוכה.
- שיטות קיימות מניחות לעיתים קרובות כי האינרציה של התותבת דומה לזו של גפיים תקינות.
- מדידות מדויקות יכולות לשפר את הייצוג הביומכני של גפיים תותבות.
- מחקר זה מתקף טכניקת מדידה חדשה באמצעות מוצקים גיאומטריים ידועים.
מטרת המחקר
- להערכת תכונות האינרציה של פרוטזות מתחת לברך.
- לשיפור הדיוק של מודלים ביו-מכניים עבור קטועים.
- לתיקוף טכניקת המדידה אל מול תקנים ידועים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- מדידת תקופות התנודה עבור הפרוטזה והכלוב.
- שימוש בלוח תגובה להערכת מרכז המסה.
- השוואה של תכונות האינרציה של הצד הפרוטטי לרגל התקינה.
- איסוף של מספר ניסיונות כדי להבטיח את דיוק המדידות.
תוצאות עיקריות
- נמצא כי המסה של הצד הפרוטזתי הייתה נמוכה ב-39% מזו של הרגל התקינה.
- מומנט ההתמדה היה נמוך ב-52%, ומרכז המסה היה קרוב יותר ב-24% אל הברך.
- כוחות התגובה במפרקים נותחו במספר כיוונים.
- התוצאות מעידות על דיוק משופר במידול הדינמיקה של הגפה הפרוטזטית.
מסקנות
- טכניקת המדידה החדשה מספקת ייצוג מדויק יותר של אינרציית הפרוטזה.
- מדידות ישירות עשויות להפחית משמעותית את כוחות המפרקים והמומנטים המוערכים.
- גישה זו עשויה לשפר את התכנון והתפקוד של מכשירים פרוטטיים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
הערכה מדויקת של תכונות האינרציה של פרוטזה היא קריטית למידול ביומכני במחקרי שיקום ובפיתוח מכשירים. טכניקות מדידה ישירה מפחיתות הנחות מידול שעלולות להטות את הקינטיקה של המפרקים, במיוחד במהלך שלב התנופה. דבר זה תומך בהערכה פרה-קלינית מהימנה יותר של עיצובי פרוטזות ותוצאות פונקציונליות.
יישומים אסטרטגיים במו"פ של ביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בדיקת השערות לגבי דינמיקה של גפיים תותבות על ידי אספקת פרמטרים אינרציאליים שנגזרו באופן אמפירי.
- ערך תפעולי: מפחית את ההסתמכות על הנחות לגבי גפיים שלמות, ובכך משפר את ספציפיות המודל עבור קבוצות של קטועי גפיים.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: מייצר פלטים כמותיים וניתנים לשחזור (מסה, מומנט התמדה, מרכז מסה) עבור מערכות פרוטזיות.
- ערך תפעולי: מבצע סטנדרטיזציה של מדידות התמדה בין מעבדות שונות, ובכך תומך במוכנות הבדיקה למחקרים השוואתיים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: משפר את הביטחון החזוי במידול דינמיקה הפוכה על ידי התאמת קינטיקה מסומולקית להתנהגות נמדדת של שלב התנופה.
- ערך תפעולי: תומך ברציפות ממדידות במעבדה לזרימות עבודה של ניתוח הליכה פרה-קליני.
שילוב תהליכי עבודה וצינורות עיבוד
שיטה זו משתלבת בתהליכי גילוי מוקדמים, שבהם אפיון המערכת הביולוגית מנחה את ההערכה התפקודית הבאה.
- ביולוגיה של גילוי: מספקת נתונים אינרציאליים אמפיריים לדיוק השערות ביו-מכניות לגבי אינטראקציה עם גפיים תותבות.
- סריקה: מספקת פרמטרים אינרציאליים סטנדרטיים של תותבות לצורך הערכה עקבית בתנאים ניסיוניים שונים.
- אנליטיקה: מפיקה מדדי מסה, אינרציה ומרכז מסה המאפשרים השוואה כמותית של עיצובים של תותבות.
- מחקר תרגומי: מגשר בין מדידות במעבדה לתיקוף פרה-קליני על ידי שיפור דיוק המודל לסימולציית הליכה.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת פלטפורמה לשימוש חוזר לאפיון אינרציאלי של מכשירים מסייעים במגוון פרויקטים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את רמת הביטחון החיזויית בהערכות עומס המפרקים על ידי הפחתת שגיאות במידול אינרציאלי.
- ערך תפעולי: משפר את השחזוריות והסטנדרטיזציה של הערכות ביו-מכניות של פרוטזות.
- ערך אסטרטגי: תומך בקבלת החלטות מושכלת יותר לגבי המשך פיתוח (go/no-go) בעיצוב פרוטזות, באמצעות אספקת משוב ביו-מכני מדויק יותר.
- השפעה על פורטפוליו הפיתוח: מאפשר קידום של קונספטים לפרוטזות תוך התאמה לסיכונים, באמצעות שיפור בהפחתת סיכונים מכניסטיים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בביומכניקה ובטכניקות מדידה אינרציאלית.
- תלוי במתקן תנודות, בלוח תגובה ובמכשור תזמון.
- מחייב סטנדרטיזציה בין משתמשים להבטחת פרוטוקולים עקביים של תנודה ומיקום.
- כולל שיקולי התאמה בעת היישום לדגמי פרוטזות שונים או גיאומטריות שונות של הגפיים השאריות.
- מוגבל בשל הצורך בגישה פיזית לפרוטזה ובתנאי תנודה מבוקרים.
