Name: Modello muscoloscheletrico specialistici per lo studio della deformazione dellosso durante il movimento dinamico (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-11T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 32 s
Description: Scopri la modellazione muscoloscheletrica specifica per soggetto e l'analisi agli elementi finiti per misurare la deformazione ossea durante movimenti dinamici. Questo metodo non invasivo aiuta a comprendere le lesioni da stress osseo.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dipartimento dell'esercito n #W81XWH-08-1-0587, n #W81XWH-15-1-0006; Ball State University 2010 ASPiRE grant.

<ol><li>Brukner, P., Bennell, K., Matheson, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBrukner%2C+P+%22Stress+fracture%22">Stress fracture</a>. , Blackwell Science. Victoria, Australia. (1999).</li>
<li>Zadpoor, A., Nikooyan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+relationship+between+lower-extremity+stress+fractures+and+the+ground+reaction+force%3A+A+systematic+review%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Biomech%22%5BJournal%5D)">The relationship between lower-extremity stress fractures and the ground reaction force: A systematic review.</a> Clin Biomech. 26, 23-28 (2011).</li>
<li>Matheson, G. O., Clement, D. B., McKenzie, D. C., Taunton, J. E., Lioyd-Smith, D. R., Maclntyre, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stress+fractures+in+athletes.+A+study+of+320+cases%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Sports+Med%22%5BJournal%5D)">Stress fractures in athletes. A study of 320 cases.</a> Am J Sports Med. 15, 46-58 (1987).</li>
<li>Bennell, K., Grimston, S. Risk factors for developing stress fractures. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBennell%2C+K+%22Musculoskeletal+fatigue+and+stress+fractures%22">Musculoskeletal fatigue and stress fractures</a>. Burr, D., Milgrom, C. , CRC Press. New York. 15-33 (2001).</li>
<li>Milgrom, C., Giladi, M., Stein, M., Kashtan, H., Margulies, J. Y., Chisin, R., Stenberg, R., Aharonson, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stress+fractures+in+military+recruits.+A+prospective+study+showing+an+unusually+high+incidence%5BTitle%5D)+AND+%22J+Bone+Joint+Surg+Br%22%5BJournal%5D)">Stress fractures in military recruits. A prospective study showing an unusually high incidence.</a> J Bone Joint Surg Br. 67, 732-735 (1985).</li>
<li>Almeida, S. A., Williams, K. M., Shaffer, R. A., Brodine, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epidemiological+patterns+of+musculoskeletal+injuries+and+physical+training%5BTitle%5D)+AND+%22Med+Sci+Sports+Exerc%22%5BJournal%5D)">Epidemiological patterns of musculoskeletal injuries and physical training.</a> Med Sci Sports Exerc. 31, 1176-1182 (1999).</li>
<li>Jones, B. H., Knapik, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physical+training+and+exercise-related+injuries%2C+surveillance%2C+research+and+injury+prevention+in+military+populations%5BTitle%5D)+AND+%22Sports+Med%22%5BJournal%5D)">Physical training and exercise-related injuries, surveillance, research and injury prevention in military populations.</a> Sports Med. 27, 111-125 (1999).</li>
<li>Jones, B. H., Thacker, S., Gilchrist, J., Kimsey, C. D., Sosin, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prevention+of+lower+extremity+stress+fractures+in+athletes+and+soldiers%3A+a+systematic+review%5BTitle%5D)+AND+%22Epidemiol+Rev%22%5BJournal%5D)">Prevention of lower extremity stress fractures in athletes and soldiers: a systematic review.</a> Epidemiol Rev. 24, 228-247 (2002).</li>
<li>Voloshin, A., Wosk, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+in+vivo+study+of+low+back+pain+and+shock+absorption+in+the+human+locomotor+system%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">An in vivo study of low back pain and shock absorption in the human locomotor system.</a> J Biomech. 15, 21-27 (1982).</li>
<li>Burr, D. B., Milgrom, C., Fyhrie, D., Forwood, M., Nyska, M., Finestone, A., Hoshaw, S., Saiag, E., Simkin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+measurement+of+human+tibial+strains+during+vigorous+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Bone%22%5BJournal%5D)">In vivo measurement of human tibial strains during vigorous activity.</a> Bone. 18, 405-410 (1996).</li>
<li>Ekenman, I., Halvorsen, K., Westblad, P., Fellander-Tsai, L., Rolf, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+reliability+and+validity+of+an+instrumented+staple+system+for+in+vivo+measurement+of+local+bone+deformation.+An+in+vitro+study%5BTitle%5D)+AND+%22Scand+J+Med+Sci+Sports%22%5BJournal%5D)">The reliability and validity of an instrumented staple system for in vivo measurement of local bone deformation. An in vitro study.</a> Scand J Med Sci Sports. 8, 172-176 (1998).</li>
<li>Lanyon, L. E., Hampson, W. G., Goodship, A. E., Shah, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bone+deformation+recorded+in+vivo+from+strain+gauges+attached+to+the+human+tibial+shaft%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Orthop+Scand%22%5BJournal%5D)">Bone deformation recorded in vivo from strain gauges attached to the human tibial shaft.</a> Acta Orthop Scand. 46, 256-268 (1975).</li>
<li>Ekenman, I., Halvorsen, K., Westblad, P., Tsai, L. F., Rolf, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Local+bone+deformation+at+two+predominant+sites+for+stress+fractures+of+the+tibia%3A+an+in+vivo+study%5BTitle%5D)+AND+%22Foot+Ankle+Int%22%5BJournal%5D)">Local bone deformation at two predominant sites for stress fractures of the tibia: an in vivo study.</a> Foot Ankle Int. 19, 479-484 (1998).</li>
<li>Milgrom, C., Finestone, A., Levi, Y., Simkin, A., Ekenman, I., Mendelson, S., Millgram, M., Nyska, M., Benjuya, N., Burr, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Do+high+impact+exercises+produce+higher+tibial+strains+than+running%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Br+J+Sports+Med%22%5BJournal%5D)">Do high impact exercises produce higher tibial strains than running?</a> Br J Sports Med. 34, 195-199 (2000).</li>
<li>Milgrom, C., Finestone, A., Simkin, A., Ekenman, I., Mendelson, S., Millgram, M., Nyska, M., Larsson, E., Burr, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In-vivo+strain+measurements+to+evaluate+the+strengthening+potential+of+exercises+on+the+tibial+bone%5BTitle%5D)+AND+%22J+Bone+Joint+Surg+Br%22%5BJournal%5D)">In-vivo strain measurements to evaluate the strengthening potential of exercises on the tibial bone.</a> J Bone Joint Surg Br. 82, 591-594 (2000).</li>
<li>Al Nazer, R., Rantalainen, T., Heinonen, A., Sievanen, H., Mikkola, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+multibody+simulation+approach+in+the+analysis+of+tibial+strain+during+walking%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Flexible multibody simulation approach in the analysis of tibial strain during walking.</a> J Biomech. 41, 1036-1043 (2008).</li>
<li>Al Nazer, R., Klodowski, A., Rantalainen, T., Heinonen, A., Sievanen, H., Mikkola, A. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21302163">A full body musculoskeletal model based on flexible multibody simulation approach utilised in bone strain analysis during human locomotion.</a> Comput Method Biomec. 14, 573-579 (2011).</li>
<li>Johnson, M. A., Moradi, M. H., Crowe, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJohnson%2C+MA+%22PID+control%3A+new+identification+and+design+methods%22">PID control: new identification and design methods</a>. , Springer. New York. 543(2005).</li>
<li>Craig, R. R., Bampton, M. C. C. <a target="_blank" href="https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/3.4741">Coupling of substructures for dynamics analysis.</a> American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal. 6, 1313-1319 (1968).</li>
<li>Wasfy, T. M., Noor, A. K. <a target="_blank" href="http://appliedmechanicsreviews.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1397819">Computational strategies for flexible multibody systems.</a> Appl Mech Rev. 56, 553-613 (2003).</li>
<li>Kadaba, M. P., Ramakrishnan, H. k, Wootten, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+lower+extremity+kinematics+during+level+walking%5BTitle%5D)+AND+%22J+Orthop+Res%22%5BJournal%5D)">Measurement of lower extremity kinematics during level walking.</a> J Orthop Res. 8, 383-392 (1990).</li>
<li>Schwartz, M. H., Rozumalski, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+method+for+estimating+joint+parameters+from+motion+data%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">A new method for estimating joint parameters from motion data.</a> J Biomech. 38, 107-116 (2005).</li>
<li>Devita, P., Skelly, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+landing+stiffness+on+joint+kenetics+and+energetic+in+the+lower+extremity%5BTitle%5D)+AND+%22Med+Sci+Sports+Exerc%22%5BJournal%5D)">Effect of landing stiffness on joint kenetics and energetic in the lower extremity.</a> Med Sci Sports Exerc. 24, 108-115 (1992).</li>
<li>Dong, X. N., Guo, X. E. <a target="_blank" href="http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.467.4983&rep=rep1&type=pdf">The dependence of transversely isotropic elasticity of human femoral cortical bone on porosity.</a> J Biomech. 37, 1281-1287 (2004).</li>
<li>Schileo, E., Taddei, F., Malandrino, A., Cristofolini, L., Viceconti, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Subject-specific+finite+element+models+can+accurately+predict+strain+levels+in+long+bones%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Subject-specific finite element models can accurately predict strain levels in long bones.</a> J Biomech. 40, 2982-2989 (2007).</li>
<li>Pattin, C. A., Caler, W. E., Carter, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cyclic+mechanical+property+degradation+during+fatigue+loading+of+cortical+bone%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Cyclic mechanical property degradation during fatigue loading of cortical bone.</a> J Biomech. 29, 69-79 (1996).</li>
<li>Lifemodeler, I. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLifemodeler%2C+I+%22Lifemod+Manual%22">Lifemod Manual</a>. , Lifemodeler Inc. San Clemente, CA. (2010).</li>
</ol>

Gli autori dichiarano di non avere nessun concorrenti interessi finanziari.

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 ...

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 significativa1,2. 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' esercito degli Stati Uniti1 e un tasso di infortuni 31% è stato segnalato in esercito israeliano5. Tra tutti i segnalati fratture da stress, frattura di sforzo della tibia è il più comune si6,7,8.
Sport e corsi di formazione fisica con un elevato rischio di frattura di sforzo della tibia sono normalmente associati con impatti terra alta (ad es., jumping, atterraggio e taglio). Durante la locomozione, viene applicata una forza di impatto di terra al corpo quando il piede in contatto con la terra. Questa forza di impatto viene dissipata dal sistema muscolo-scheletrico e calzature. Il sistema scheletrico serve come una serie di leve che permette ai muscoli di applicare forze di assorbire l' impatto di terra9. Quando i muscoli delle gambe non possono ridurre adeguatamente l'impatto al suolo, le ossa della parte inferiore del corpo devono assorbire la forza residua. Struttura ossea sperimenteranno deformazione durante questo processo. Ripetitiva assorbimento della forza di impatto residuo può causare microdamages nell'osso, che si accumulano e diventano fratture da stress. Ad oggi, informazioni relative all'osso reazione a forze di impatto al suolo esterno è limitato. È importante studiare come l'osso di tibia risponde al carico meccanico introdotto da forze di impatto elevato durante movimenti dinamici. Esaminando la deformazione dell'osso tibia durante attività ad alto impatto potrebbe portare a una migliore comprensione del meccanismo di frattura di sforzo della tibia.
Tecniche convenzionali utilizzate per misurare la deformazione dell'osso in vivo si basano su instrumentata estensimetri10,11,12,13,14,15. Le procedure chirurgiche sono necessari per impiantare estensimetri sulla superficie dell'osso. A causa della natura invasiva, in vivo gli studi sono limitati da un piccolo campione di volontari. Inoltre, l'estensimetro può monitorare solo una piccola regione della superficie dell'osso. Recentemente, un metodo non invasivo che utilizza simulazione al computer per analizzare la deformazione dell'osso è stato introdotto16,17. Questa metodologia consente per la capacità di combinare muscoloscheletrici modellazione e simulazioni computazionali per lo studio dell'osso ceppo durante il movimento umano.
Un modello muscolo-scheletrico è rappresentato da uno scheletro e muscoli scheletrici. Lo scheletro è costituito da segmenti ossei, che sono corpi rigidi o indeformabile. I muscoli scheletrici sono modellati come controller utilizzando l'algoritmo di progressiva-integrale-derivato (PID). Il controllo di PID di tre-termine utilizza gli errori nella stima per migliorare la precisione di uscita18. In sostanza, regolatori PID, che rappresentano i muscoli tenta di duplicare i movimenti del corpo attraverso lo sviluppo di forze necessarie per produrre i cambiamenti di lunghezza dei muscoli nel corso del tempo. Il regolatore PID utilizza l'errore nella curva di lunghezza/tempo per modificare la forza per riprodurre il movimento. Questo processo di simulazione crea una soluzione fattibile per coordinare tutti i muscoli a lavorare insieme per spostare lo scheletro e produrre il movimento del corpo.
Uno o più segmenti nello scheletro del modello muscolo-scheletrico possono essere modellati come corpi flessibili che consentono la misurazione della deformazione. Per esempio, l'osso di tibia può essere suddiviso in un numero limitato di elementi, che consiste di migliaia di elementi e nodi. L'effetto del carico meccanico sulla tibia flessibile può essere esaminato tramite analisi agli elementi finiti (FE). L'analisi di FE calcola la risposta di caricamento dei singoli elementi nel tempo. Come il numero di aumento di elementi e nodi di osso, aumenterà significativamente il tempo di calcolo dell'analisi FE.
Per ridurre il costo computazionale con valutazione accurata della deformazione dei corpi flessibili, analisi modale di FE è stato sviluppato e utilizzato all'interno del settore automobilistico e aerospaziale19,20. Invece di analizzare le risposte dei singoli elementi di FE al carico meccanico nel dominio del tempo, questa procedura valuta le risposte meccaniche di un oggetto basate su diverse frequenze vibrazionali nel dominio della frequenza. Questo metodo comporta una riduzione significativa del tempo di calcolo, fornendo una misurazione accurata della deformazione20. Anche se l'analisi modale di FE è stato ampiamente utilizzato per studiare la meccanica a fatica nei settori automobilistici e aerospaziale, l'applicazione di questo metodo è stato molto limitato nella scienza del movimento umano. Al Nazer et al., usato un'analisi modale di FE per esaminare tibial deformazione durante l'andatura umana ed ha segnalato incoraggianti risultati16,17. Tuttavia, il loro metodo è stato notevolmente influenzato utilizzando solo dati limitati cinematici da un esperimento di guidare le simulazioni al computer; Non c'erano nessuna reale utilizzate per le simulazioni di assistere le forze di impatto a terra. Questo approccio può essere ragionevole per studiare i movimenti lenti di basso impatto come camminare, ma non si tratta di una soluzione fattibile per studiare i movimenti di terra alto impatto. Così, al fine di esaminare le reazioni dell'osso inferiore del corpo durante le attività dinamiche ad alto impatto, è essenziale sviluppare un approccio innovativo per affrontare le limitazioni associate al metodo precedentemente segnalato. In particolare, un metodo che utilizza dati cinematici sperimentali accurati e reali forze di impatto al suolo devono essere sviluppate. Pertanto, l'obiettivo di questo studio era di sviluppare un modello di oggetto specifico muscolo-scheletrico per eseguire simulazioni di dinamica multicorpo con analisi modale di FE per esaminare tibial ceppo durante attività ad alto impatto. Un movimento dinamico ad alto impatto rappresentato dalla goccia-atterraggi da diverse altezze è stato selezionato il metodo di prova.

<table><tbody><tr><td>Scanner CT</td><td>GE Medical System</td><td>N/A</td><td>Velocità della luce VCT. Per eseguire la TAC della tibia.</td></tr><tr><td>Sistema di Motion Capture</td><td>Vicon Inc</td><td>N/A</td><td>Telecamere ad alta velocità Vicon FX40. Per l'esecuzione di motion capture 3D.</td></tr><tr><td>Piastre di forza</td><td>AMTI Inc</td><td>N/A</td><td>Raccolta delle forze di reazione al suolo 3D</td></tr><tr><td>Vicon Nexus</td><td>Vicon Inc</td><td>N/A</td><td>Programma software di motion capture. Per l'elaborazione dei dati visivi della traiettoria del marcatore.</td></tr><tr><td>Visual 3D</td><td>C-Motion Inc</td><td>N/A Software</td><td>di analisi biomeccanica. Per il calcolo della cinematica 3D e della cinetica dei movimenti umani.</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>Mathworks Inc</td><td>N/A Software</td><td>di programmazione informatica. Per l'esecuzione di filtri, conversione ed elaborazione di dati non elaborati.</td></tr><tr><td>ADAMS 2012</td><td>MSC Software Inc</td><td>N/A Programma di</td><td>simulazione dinamica al computer multicorpo.</td></tr><tr><td>LifeMOD</td><td>Lifemodeler Inc</td><td>N/A</td><td>Un plug-in software in ADAMS. Per la costruzione di modelli muscolo-scheletrici del corpo umano.</td></tr><tr><td>MIMICS 13</td><td>Materialise Inc</td><td>N/A Programma</td><td>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.</td></tr><tr><td>MARC 2012</td><td>MSC Software Inc</td><td>N/A</td><td>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.</td></tr><tr><td>SPSS 19</td><td>IBM Inc</td><td>N/A</td><td>Software di analisi statistica.</td></tr></tbody></table>

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

Subject-specific Musculoskeletal Model for Studying Bone Strain During Dynamic Motion

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.

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...

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.

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

Bone stress injuries are common in sports and military trainings. Repetitive large ground impact forces during training could be the cause. It is ...

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di creare un modello muscoloscheletrico specifico per l'analisi della deformazione ossea. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo dell'ingegneria biomedica, come la quantificazione della deformazione ossea umana durante il movimento dinamico. Il vantaggio principale di questa tecnica è che viene implementato un approccio non invasivo per studiare la forza ossea durante le attività fisiche dinamiche.A dimostrare la procedura saranno Marisa Loo e Kerstyn Hall, studentesse laureate del mio laboratorio. Per iniziare questa procedura eseguire la TAC e la misurazione antropometrica sul soggetto. Successivamente, posiziona dei pennarelli riflettenti da 14 mm sul corpo dei partecipanti come indicato nel protocollo di testo.Posizionare piastre di plastica semirigide con quattro gruppi di marcatori sulle cosce e sui gambi dei partecipanti. Dopo aver inserito le informazioni dei soggetti nel programma di motion capture, chiedi loro di stare immobili al centro della stanza calibrata con i piedi alla larghezza delle spalle. Quindi chiedi loro di estendere lateralmente gli arti superiori in modo che tutti i marcatori rif

subject-specific-musculoskeletal-model-for-studying-bone-strain

Research

Ricerca

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingegneria

L'attuale studio prevede una metodologia di simulazione agli elementi finiti esperimento accoppiato per ottenere la monoassiale risposta meccanica dinamica di biomateriali molli (cervello, fegato, tendine, grassi, ecc.) I risultati sperimentali multiassiali sorti a causa del campione sporgenti ottenuti da Split-Hopkinson test di pressione Bar sono stati resi ad un monoassiale vero comportamento sforzo-deformazione quando simulato attraverso l'ottimizzazione iterativa delle analisi agli...

A Accoppiato Experiment-finite Element Modeling metodologia per la valutazione alta Strain Rate risposta meccanica di soft Biomateriali

In questo protocollo, si stima che i ceppi di superficie del femore durante la frattura prova usando la tecnica di correlazione di immagini digitali. La novità del metodo consiste nell'applicazione di un modello stocastico speckle ad alto contrasto sulla superficie del femore, illuminazione attentamente specificato, acquisizione video ad alta velocità e analisi di correlazione di immagini digitali per i calcoli di ceppo.

Un metodo per stimare il femore cadaverico corticale ceppi durante frattura test utilizzando correlazione di immagini digitali

Questo protocollo descrive una tecnica di osteosintesi mininvasiva utilizzando una vite intramidollare per standardizzato stabilizzazione delle fratture di femore, che può essere usato per analizzare endocondrale ossa guarigione nei topi.

Un modello come minimo dilagante per analizzare Endochondral frattura la guarigione nei topi in condizioni standardizzate di biomeccaniche

Lo scopo di questo protocollo è quello di descrivere il metodo di creazione di un modello scheletrico realistico, a corpo intero, di un cavallo che può essere utilizzato per la modellazione anatomica e biomeccanica funzionale per caratterizzare la meccanica di tutto il corpo.

Costruzione di un modello scheletrico equino realistico, a tutto corpo e tridimensionale utilizzando dati di tomografia computerizzata

Il protocollo consente di misurare la deformazione della microstruttura ossea nell'intero femore umano prossimale e la sua tenacità combinando la scansione micro-TC di grandi volumi, uno stadio compressivo personalizzato e strumenti avanzati di elaborazione delle immagini.

Imaging del meccanismo di cedimento microstrutturale nell'anca umana

L'analisi meccanica delle ossa dei roditori è un metodo prezioso per estrarre informazioni sulla suscettibilità di un osso alla frattura. In mancanza di un'adeguata comprensione pratica, i risultati possono essere sovrainterpretati o non validi. Questo protocollo servirà come guida per garantire che i test meccanici vengano eseguiti in modo accurato per fornire dati validi e funzionali.

Considerazioni pratiche per la progettazione, l'esecuzione e l'interpretazione di studi che coinvolgono prove di flessione dell'osso intero di ossa di roditori

Questo protocollo presenta un modello murino standardizzato di espansione della sutura e un metodo di visualizzazione 3D per studiare i cambiamenti meccanobiologici della sutura e il rimodellamento osseo sotto carico di forza di trazione.

Una tecnica di visualizzazione 3D per il rimodellamento osseo in un modello murino di espansione della sutura

Questo protocollo presenta un sistema di test utilizzato per indurre lesioni da fatica quantificabili e controllate in un tendine d'Achille di ratto per un modello in vivo di tendinopatia indotta da uso eccessivo. La procedura consiste nel fissare la caviglia del ratto a un attuatore articolare che esegue la flessione dorsale passiva della caviglia con uno script MATLAB scritto su misura.

Un sistema di test di flessione dorsale passiva della caviglia per un modello in vivo di tendinopatia indotta da uso eccessivo

Questo studio ha stabilito un modello di difetto semisegmentale femorale nel ratto per valutare le prestazioni meccaniche e osteogeniche dei materiali sostitutivi ossei in condizioni portanti, senza l'uso di fissazioni interne o esterne.

Modello di difetto osseo diafisario semi-segmentale nei ratti per la valutazione delle prestazioni di sostituto osseo nelle regioni portanti

In questo protocollo, dimostriamo la realizzazione di una serie di messaggi microattuatore verticalmente sfollati su cui si basa la tecnologia, e come questa tecnologia di base può essere modificato per condurre high-throughput di coltura cellulare meccanicamente dinamica sia la cultura bidimensionale e tridimensionale paradigmi.

Piattaforme microfabbricazione per coltura cellulare meccanicamente dinamica

Scopri la modellazione muscoloscheletrica specifica per soggetto e l'analisi agli elementi finiti per misurare la deformazione ossea durante movimenti dinamici. Questo metodo non invasivo aiuta a comprendere le lesioni da stress osseo.

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

Esplora altri video