Modello muscoloscheletrico specialistici per lo studio della deformazione dell'osso durante il movimento dinamico

Sommario

Durante l'atterraggio, le ossa della parte inferiore del corpo esperienza grandi carichi meccanici e deformate. È essenziale per misurare la deformazione dell'osso per comprendere meglio i meccanismi delle lesioni da stress dell'osso connesse con impatti. Un nuovo approccio di integrazione oggetto specifico muscoloscheletrici modellazione e analisi agli elementi finiti è utilizzato per misurare la deformazione tibiale durante movimenti dinamici.

Abstract

Lesioni da stress dell'osso sono comuni negli sport e corsi di formazione militare. Le forze di impatto di terra grande ripetitivo durante l'allenamento potrebbero essere la causa. È essenziale per determinare l'effetto del terreno alto impatto le forze sulla deformazione ossea inferiore del corpo per capire meglio i meccanismi delle lesioni da stress dell'osso. Misura convenzionale dell'estensimetro è stato utilizzato per studiare in vivo deformazione tibia. Questo metodo è associato con limitazioni tra cui invasività della procedura, il coinvolgimento di alcuni soggetti umani e dati di deformazione limitata da aree di superficie di piccolo osso. Il presente studio intende introdurre un nuovo approccio per lo studio di deformazione dell'osso tibia sotto condizioni di carico elevato di impatto. Un modello di oggetto specifico muscolo-scheletrico è stato creato per rappresentare un maschio in buona salute (19 anni, 80 kg, 1.800 mm). Un modello di tibia flessibile agli elementi finiti è stato creato basato su un'esplorazione di tomografia computata (CT) della tibia destra del soggetto. Cattura del movimento di laboratorio è stato effettuato per ottenere forze di reazione di cinematica e terra di goccia-atterraggi da diverse altezze (26, 39, 52 cm). Simulazioni al computer dinamica multicorpo combinate con un'analisi modale della tibia flessibile sono state effettuate per quantificare il ceppo tibia durante goccia-atterraggi. Dati di deformazione calcolata tibia erano in buon accordo con gli studi precedenti in vivo . È evidente che questo approccio non invasivo può essere applicato per studiare il ceppo dell'osso tibia durante attività ad alto impatto per un grande gruppo, che porterà a una migliore comprensione del meccanismo di lesione del tibia fratture da stress.

Introduzione

Lesioni da stress dell'osso, come fratture da stress, sono gravi esagera le lesioni che richiedono lunghi periodi di recupero e incorrere in costi per assistenza medica significativa^1,2. Fratture da stress sono comuni sia in popolazioni atletici e militare. Tra tutte le lesioni sportive correlate, conto di fratture da stress per il 10% del totale³. In particolare, traccia atleti affrontano un più alto tasso di infortuni alle 20%⁴. Soldati anche esperienza un alto tasso di fratture da stress. Per esempio, un tasso di infortuni di 6% è stato segnalato per l' eserci....

Protocollo

L'esperimento è stato condotto sotto la dichiarazione di Helsinki. Prima della raccolta di dati, il soggetto esaminato e firmato il modulo di consenso approvato dalla University Institutional Review Board prima di partecipare allo studio.

1. CT Imaging Protocol

1. Prendere il partecipante ad un impianto dove è alloggiato uno scanner CT. Prima dell'esplorazione di CT, configurare la macchina di CT con i seguenti parametri: spessore fetta CT di 0,625 mm, campo visivo di 15 cm x 15 cm e auto-impostazione parametri di chilo-tensione di picco (kVp) e milliampere-secondi (mAs) utilizzando l'algoritmo di macchina CT.
2. Chiedere al p....

Risultati

Un sano maschio caucasico (19 anni, altezza 1800 mm, massa 80 kg) si offrì volontario per lo studio. Prima della raccolta di dati, il soggetto esaminato e firmato il modulo di consenso approvato dalla University Institutional Review Board prima di partecipare allo studio. L'esperimento è stato condotto sotto la dichiarazione di Helsinki. L'esperimento è stato eseguito in base il seguente protocollo.

Al fine di verificare l'accur.......

Discussione

Lo scopo di questo studio era di sviluppare un metodo non invasivo per determinare la deformazione della tibia durante attività ad alto impatto. Quantificazione del ceppo di tibia a causa del carico di impatto porterà ad una migliore comprensione della frattura di sforzo della tibia. In questo studio, è stato sviluppato un modello di oggetto specifico muscolo-scheletrico e simulazioni al computer sono state eseguite per duplicare i movimenti di goccia-atterraggio eseguiti in un ambiente di laboratorio. È stato esaminato .......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Scanner CT	GE Medical System	N/A	Velocità della luce VCT. Per eseguire la TAC della tibia.
Sistema di Motion Capture	Vicon Inc	N/A	Telecamere ad alta velocità Vicon FX40. Per l'esecuzione di motion capture 3D.
Piastre di forza	AMTI Inc	N/A	Raccolta delle forze di reazione al suolo 3D
Vicon Nexus	Vicon Inc	N/A	Programma software di motion capture. Per l'elaborazione dei dati visivi della traiettoria del marcatore.
Visual 3D	C-Motion Inc	N/A Software	di analisi biomeccanica. Per il calcolo della cinematica 3D e della cinetica dei movimenti umani.
MATLAB	Mathworks Inc	N/A Software	di programmazione informatica. Per l'esecuzione di filtri, conversione ed elaborazione di dati non elaborati.
ADAMS 2012	MSC Software Inc	N/A Programma di	simulazione dinamica al computer multicorpo.
LifeMOD	Lifemodeler Inc	N/A	Un plug-in software in ADAMS. Per la costruzione di modelli muscolo-scheletrici del corpo umano.
MIMICS 13	Materialise Inc	N/A Programma	di elaborazione delle immagini. Uno strumento di modellazione 3D per elaborare i dati di imaging. Per la creazione di modelli 3D di tibia da scansioni TC.
MARC 2012	MSC Software Inc	N/A	Software di analisi agli elementi finiti. Per l'esecuzione della mesh dei volumi, la generazione di un modello FE della tibia e l'esecuzione dell'analisi FE modale.
SPSS 19	IBM Inc	N/A	Software di analisi statistica.