방문, 하는 동안 낮은 몸 뼈 큰 기계적 부하를 경험 하 고 변형 됩니다. 뼈 변형 영향을 연관 뼈 스트레스 부상의 메커니즘을 이해 하기를 측정 하는 필수적 이다. 새로운 접근 방식은 통합 주제 관련 musculoskeletal 모델링 및 유한 요소 해석 시 동적 tibial 스트레인을 측정 하는 데 사용 됩니다.
방법 논문
방문, 하는 동안 낮은 몸 뼈 큰 기계적 부하를 경험 하 고 변형 됩니다. 뼈 변형 영향을 연관 뼈 스트레스 부상의 메커니즘을 이해 하기를 측정 하는 필수적 이다. 새로운 접근 방식은 통합 주제 관련 musculoskeletal 모델링 및 유한 요소 해석 시 동적 tibial 스트레인을 측정 하는 데 사용 됩니다.
뼈 스트레스 부상 스포츠 및 군사 교육에 일반적입니다. 반복적인 큰 영향 지상군 훈련 기간 동안 원인이 될 수 있습니다. 높은 지상 영향의 효과 낮은 몸 뼈 변형에 뼈 스트레스 부상의 메커니즘 이해 세력을 결정 필수적 이다. 기존의 스트레인 게이지 측정은 경골 변형 vivo에서 공부에 사용 되었습니다. 이 메서드는 프로시저의 침입, 참여의 몇 가지 인체, 그리고 작은 뼈 표면 영역에서 제한 된 스트레인 데이터를 포함 하 여 제한과 관련. 현재 연구는 경골 뼈 스트레인 높은 영향 로드 조건에서 공부 하는 새로운 접근 방식을 소개 하고자 합니다. 주제-특정 근육 골격 모델 건강 한 남성 (19 년, 80 kg, 1800 m m)를 표현 하기 위해 만들어졌습니다. 유연한 유한 요소 경골 모델의 오른쪽 경골의 컴퓨터 단층 촬영 (CT) 스캔에 따라 만들었습니다. 실험실 모션 캡처 (26, 39, 52 cm) 서로 다른 높이에서 드롭 상륙의 운동학 및 지상 반응 힘을 얻기 위해 수행 되었습니다. 유연한 경골의 모달 분석 함께 multibody 동적 컴퓨터 시뮬레이션 드롭 착륙 중 경골 긴장 척도를 수행 했다. 계산 된 경골 스트레인 데이터 이전 vivo에서 연구와 좋은 계약에 있었다. 그것은 분명이 비-침략 적 접근 경골 스트레스 골절의 부상 메커니즘의 더 나은 이해로 이어질 것입니다 큰 동료에 대 한 높은 충격 활동 중 경골 뼈 변형 연구에 적용할 수 있습니다.
스트레스 골절 등 뼈 스트레스 상해는 심각한 남용 부상 복구의 장기간을 요구 하 고 의료 비용1,2들이지. 스트레스 골절은 일반적인 체육과 군사 인구에 둘 다. 모든 스포츠 가운데 부상, 총3의 10%에 대 한 스트레스 골절 계정 관련. 특히, 선수 얼굴 204에 더 높은 부상 속도 추적 합니다. 군인도 스트레스 골절의 높은 속도 경험. 예를 들어, 6% 부상 속도 미 육군1 에 대 한 보고 했다 고 31% 부상 율5이스라엘 육군 보고 되었다. 모든 보고 스트레스 골절, 중 경골 스트레스 골절은 가장 일반적인 하나의6,,78.
스포츠와 체육 교육 경골 스트레스 골절의 위험이 높은 높은 영향 (예:, 점프, 방문, 그리고 절단)와 일반적으로 연결 됩니다. 운동, 동안 지상 충격 힘 발 땅에 연결 하는 경우 본문에 적용 됩니다. 이 충격 힘 musculoskeletal 시스템 및 신발에 의해 방출. 골격 시스템 일련 근육9지상 충격 흡수 하는 힘을 적용할 수 있도록 하는 레버의 역할을 합니다. 다리 근육 적절 하 게 접지 영향을 줄일 수 없을 때 낮은 몸 뼈 잔여 힘을 흡수 해야 합니다. 뼈 구조는 변형이 과정을 경험할 것 이다. 잔여 충격 힘의 반복 흡수는 뼈에 축적 되며 스트레스 골절 되는 microdamages에서 발생할 수 있습니다. 날짜 하려면, 뼈에 관련 된 정보 외부 지상군 영향에 반응 제한 됩니다. 그것은 경골 뼈 동적 움직임 동안 높은 충격 힘에 의해 도입 된 기계 부하에 응답 하는 방법을 연구 해야 합니다. 높은 충격 활동 시 경골 뼈 변형 검사 경골 스트레스 골절의 메커니즘의 이해 될 수 있습니다.
뼈 변형에서 vivo에서 측정 하는 데 사용 하는 기존의 기법 계측된 스트레인 게이지10,11,12,13,,1415에 의존 합니다. 수술 절차는 뼈 표면에 스트레인 게이지를 임 플 란 트 필요 합니다. 침략 적 특성상 비보에 연구 자원 봉사자의 작은 샘플에 의해 제한 됩니다. 또한, 스트레인 게이지만 뼈 표면의 작은 영역을 모니터링할 수 있습니다. 최근, 뼈 변형 분석 컴퓨터 시뮬레이션을 활용 하 여 비-침략 적 방법 도입된16,17이었다. 이 방법론 musculoskeletal 모델링 및 전산 시뮬레이션을 결합 하는 기능에 대 한 인간의 움직임 동안 뼈 변형 연구 수 있습니다.
근육 골격 모델 골격 근육과 골격으로 표시 됩니다. 엄밀한 또는 비 변형 시체는 뼈 세그먼트는 해골에 의하여 이루어져 있다. 골격 근육은 진보-적분-미분 (PID) 알고리즘을 사용 하 여 컨트롤러도 모델링 됩니다. 3 용어 PID 제어 추정에서 오류를 사용 하 여 출력 정확도18개선. 본질적으로, 근육을 대표 하는 PID 컨트롤러 시간이 지남에 근육의 길이 변화를 생산 하기 위해 필요한 힘을 개발 하 여 신체의 움직임을 복제 하려고 합니다. PID 컨트롤러 길이/시간 곡선에서 오류를 사용 하 여 수정 하는 움직임을 재현 하는 힘. 이 시뮬레이션 과정 모든 근육 골격을 이동 하 고 몸 움직임을 생성 하기 위하여 협력을 조정 가능한 솔루션을 만듭니다.
근육 골격 모델의 골격에 하나 이상의 세그먼트 변형 측정 수 있도록 유연한 몸으로 모델링 될 수 있습니다. 예를 들어, 경골 뼈 수 분해 요소 및 노드 구성 된 유한 요소, 수로. 유연한 경골에 기계적 부하의 효과 유한 요소 (FE) 분석을 통해 시험 될 수 있다. FE 분석 시간에 대 한 개별 요소의 로드 응답을 계산합니다. 뼈 요소와 노드 증가 수로 FE 분석의 계산 시간이 크게 증가 합니다.
유연한 신체 변형의 정확한 평가와 전산 비용을 줄이기 위해, 모달 FE 분석 개발 되어과 자동차 및 우주 항공 산업19,20에서 사용. 시간 영역에서 기계적 부하에 대 한 개별 FE 요소 응답을 분석 하는 대신이 절차는 개체의 기계적 응답 주파수 영역에서 다른 진동 주파수에 따라 평가 합니다. 이 방법을 변형20의 정확한 측정을 제공 하는 동안 계산 시간이 크게 감소 결과. 이 방법의 응용 프로그램 매우 제한 되어 있지만 모달 FE 분석 자동차 및 우주 항공 분야에서 기계적 피로 공부를 널리 이용 되는, 인간 운동 과학에. 알 Nazer 그 외 여러분, 인간의 보 행 중 tibial 변형 검사 모달 FE 분석을 사용 하 고 격려 결과16,17보고. 그러나, 그들의 방법은 크게 영향을 받았습니다만 컴퓨터 시뮬레이션; 운전 하는 실험에서 제한 운동학 적 데이터를 사용 하 여 아니 진짜 있었다 지상 영향 세력 시뮬레이션을 지 원하는 데 사용. 이 방법은 낮은 충격 슬로우 모션, 같은 공부에 대 한 합리적인 수도 있지만 높은 영향 움직임을 공부 하는 가능한 솔루션은 아닙니다. 따라서, 동적 높은 충격 활동 중 낮은 몸 뼈 반응을 시험 하기 위하여 이전에 보고 된 메서드와 관련 된 제한 사항을 해결 하기 위해 혁신적인 접근 방법을 개발이 필수적입니다. 특히, 정확한 실험 운동학 적 데이터와 실제 활용 방법 영향 지상군을 개발 해야 합니다. 따라서,이 연구의 목표는 주제 관련 골격 모델 tibial 스트레인 높은 충격 활동 동안 조사 모달 FE 분석 multibody 동적 시뮬레이션 수행을 개발 했다. 서로 다른 높이에서 드롭 착륙 나타내는 동적 높은 충격 운동 테스트 선정 됐다.
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헬싱키 선언에 따라 실험 실시 했다. 데이터 수집, 이전 주제 검토 하 고 연구에 참여 하기 전에 대학 기관 검토 위원회에 의해 승인 하는 동의서 서명 했다.
1. CT 영상 프로토콜
2. 인체 측정
3. 모션 캡처 프로토콜
주: 모든 소프트웨어 및 도구 사용에 대 한 테이블의 자료 를 참조 하십시오.
4. 주제 특정 절차를 모델링
5. 멀티 바디 역학 시뮬레이션
6. 유연한 경골 모델 만들기
7. 스트레인 데이터 분석
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건강 한 백인 남성 (19 년, 높이 1800 m m, 질량 80 kg) 연구를 위한 자원. 데이터 수집, 이전 주제 검토 하 고 연구에 참여 하기 전에 대학 기관 검토 위원회에 의해 승인 하는 동의서 서명 했다. 헬싱키 선언에 따라 실험 실시 했다. 실험은 다음 프로토콜에 따라 수행 되었다.
앞으로 동적 시뮬레이션의 정확도 확인, 시뮬레이션에서 낮은 몸 관절 각도 측정 역학 분석 프로그램에서 처리 하는 모션 캡처 데이터에서 해당 공동 각도 비교 되었다. 통계 분석 소프트웨어 비교의 교차 상관 계수를 계산 하기 위해 사용 되었다. 간 상관 관계 계산 양수 및 음수 방향에 10 저하를 허용. 각 지연 대응 한 시간 앞으로 동적 시뮬레이션 단계 (0.01 s). 최대 교차 상관 계수 확인 되었다.
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이 연구의 목적은 높은 충격 활동 시 경골 변형 결정 하는 비-침략 적 방법을 개발 했다. 영향 로딩으로 인해 경골 스트레인 측정은 경골 스트레스 골절의 더 나은 이해 이어질 것입니다. 이 연구에서는 주제 특정 근 골격 모델 개발 되었다, 그리고 컴퓨터 시뮬레이션 복제 드롭 상륙 움직임 실험실 설정에서 수행을 실행 했다. Tibial 스트레인에 드롭 상륙 높이의 효과 시험 되었다. 이 연구에서 관찰 하는 드롭 상륙으로 높이 증가, 피크 최대 주 종자 않았다. 또한, 3 개의 상륙 조건 중 52 cm 조건 결과 가장 높은 피크 최대 주, 최소 교장, 및 최대 전단 긴장.
데이터 제한 vivo에서 경골 긴장에 드롭 상륙의 효과 관해서는 문학에서 사용할 수 있습니다. Milgrom 외., 보고 (26, 39, 52 cm) 3 개의 다른 고도에서 착륙 중 896 1,007 µstrain에서 배열 최대 주 스트레인14
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저자 들은 아무 경쟁 금융 관심사 선언 합니다.
부의는 육군 #W81XWH-08-1-0587, #W81XWH-15-1-0006; 공 주립 대학 2010 ASPiRE 그랜트입니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| CT 스캐너 | GE 의료 시스템 | N/A | 광속 VCT. 경골 CT 스캔을 수행합니다. |
| 모션 캡처 시스템 | Vicon Inc | N/A | Vicon FX40 고속 카메라. 3D 모션 캡처를 수행하는 데 사용됩니다. |
| 포스 플레이트 | AMTI Inc | N/A | 3D 지상 반력 수집 |
| Vicon Nexus | Vicon Inc | N/A | 모션 캡처 소프트웨어 프로그램. 시각적 마커 궤적 데이터를 처리하는 데 사용됩니다. |
| Visual 3D | C-Motion Inc | N/A | 생체 역학 분석 소프트웨어. 3D 운동학 및 인간 움직임의 운동학을 계산합니다. |
| MATLAB | Mathworks Inc | 해당 사항 없음 | 컴퓨터 프로그래밍 소프트웨어. 원시 데이터 필터링, 데이터 변환 및 데이터 처리를 수행합니다. |
| ADAMS 2012 | MSC Software Inc | N/A | 멀티바디 동적 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램. |
| LifeMOD | Lifemodeler Inc | N/A | ADAMS의 소프트웨어 플러그인. 인체 근골격 모델을 구축하기 위해. |
| MIMICS 13 | Materialise Inc | N/A | 이미지 처리 프로그램. 이미징 데이터를 처리하는 3D 모델링 도구입니다. CT 스캔에서 3D 경골 모델을 만듭니다. |
| MARC 2012 | MSC Software Inc | N/A | 유한 요소 해석 소프트웨어. 볼럼 메싱을 수행하고, 경골 FE 모델을 생성하고, 모달 FE 해석을 실행합니다. |
| SPSS 19 | IBM Inc | N/A | 통계 분석 소프트웨어. |
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