Methodenartikel

Onderwerp-specifieke Musculoskeletal Model voor het bestuderen van bot-stam tijdens dynamische beweging

DOI:

10.3791/56759

⸱

11 april 2018

 , 
1School of Kinesiology, Ball State University, 2Life Fitness Inc.

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tijdens de landing, lager lichaam botten Ervaar grote mechanische belastingen en zijn vervormd. Het is essentieel voor het meten van de vervorming van het bot voor een beter begrip van de mechanismen van beenverwondingen stress effecten zijn gekoppeld. Een nieuwe aanpak onderwerp-specifieke spier-en modellering en eindige elementen analyse wordt gebruikt om te meten tibiale stam tijdens dynamische bewegingen.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bot spanningsverwondingen zijn gebruikelijk in sport- en militaire trainingen. Repetitieve grote grond botskrachten tijdens de training zou de oorzaak kunnen zijn. Het is essentieel om het effect van hoge grond effect krachten op lagere-lichaam bot vervorming om de mechanismen van beenverwondingen stress beter te begrijpen. Conventionele spanningsmeter meting is gebruikt om te studeren in vivo de vervorming van de tibia. Deze methode wordt geassocieerd met beperkingen, met inbegrip van invasiviteit van de procedure, de betrokkenheid van enkele menselijke proefpersonen, en de stam van de beperkte gegevens uit kleine bot oppervlakten. De huidige studie is van plan om een nieuwe benadering om te bestuderen van de tibia bot stam onder hoge impact belastingstoestanden. Een onderwerp-specifieke musculoskeletal model is gemaakt om aan te geven een gezonde man (19 jaar, 80 kg, 1.800 mm). Een flexibele eindige elementen tibia model werd gemaakt op basis van een computertomografie (CT) scan van de certificaathouder juiste tibia. Laboratorium motion-video vastleggen werd uitgevoerd om het verkrijgen van kinematica en grond reactiekrachten van drop-aanvoer uit verschillende hoogtes (26, 39, 52 cm). Multibody dynamische computersimulaties, gecombineerd met een modale analyse van de flexibele tibia werden uitgevoerd om te kwantificeren van tibia stam tijdens drop-aanvoer. Berekende tibia stam gegevens waren in goede overeenkomst met vorige in vivo studies. Het is duidelijk dat deze niet-invasieve benadering kan worden toegepast om te bestuderen van tibia bot stam tijdens hoge impact activiteiten voor een grote cohort, die leiden zal tot een beter begrip van letsel mechanisme van tibia stress fracturen.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Stress beenverwondingen, zoals stress fracturen, zijn ernstige overmatig gebruik verwondingen vereisen lange perioden van herstel en het ontstaan van belangrijke medische kosten1,2. Stress fracturen komen vaak beide in atletische en militaire populaties. Onder alle verwante sportblessures, stress fracturen goed voor 10% van de totale3. In het bijzonder track atleten worden geconfronteerd met een hoger percentage van de schade in 20%4. Soldaten ervaring ook een hoge mate van stress fracturen. Bijvoorbeeld, een tarief van 6% schade werd gemeld voor de US Army

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het experiment werd uitgevoerd onder de verklaring van Helsinki. Voorafgaand aan het verzamelen van gegevens, het onderwerp herzien en ondertekend het toestemmingsformulier alvorens deel te nemen in de studie door de Universiteit institutionele Review Board werd goedgekeurd.

1. CT Imaging Protocol

  1. Neem de deelnemer aan een inrichting waar een CT-scanner is gehuisvest. Voorafgaand aan de CT-scan, de CT-machine te configureren met de volgende parameters: CT segment dikte van 0.625 mm, CT gezichtsveld van 15 cm x 15 cm, en automatische instelling voor parameters van piek kilo-spanning (kVp) en milliampere-seconden (mAs) met behulp va....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Een gezonde Kaukasisch mannetje (19 jaar, hoogte 1.800 mm, massale 80 kg) als Vrijwilliger voor de studie. Voorafgaand aan het verzamelen van gegevens, het onderwerp herzien en ondertekend het toestemmingsformulier alvorens deel te nemen in de studie door de Universiteit institutionele Review Board werd goedgekeurd. Het experiment werd uitgevoerd onder de verklaring van Helsinki. Het experiment werd uitgevoerd op basis van het volgende protocol.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het doel van deze studie was een niet-invasieve methode om te bepalen van de tibia vervorming tijdens hoge impact activiteiten te ontwikkelen. Kwantificeren van de tibia spanning als gevolg van de impact laden zal leiden tot een beter begrip van stress fractuur van de tibia. In deze studie, een onderwerp-specifieke musculoskeletal model werd ontwikkeld en computersimulaties om te dupliceren van de bewegingen van de drop-landing uitgevoerd in een laboratorium-omgeving worden uitgevoerd. Het effect van drop-landing hoogte .......

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen hebben.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Afdeling van het leger #W81XWH-08-1-0587, #W81XWH-15-1-0006; Ball State University 2010 ASPiRE subsidie.

....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
CT ScannerGE Medical SystemN/ALight Speed VCT. Voor het uitvoeren van tibia CT-scan.
Motion Capture SystemVicon IncN/AVicon FX40 hogesnelheidscamera's. Voor het uitvoeren van 3D-bewegingsregistratie.
Force platesAMTI IncN/AVerzameling van 3D-grondreactiekrachten
Vicon NexusVicon IncN/ASoftwareprogramma voor bewegingsregistratie. Voor het verwerken van visuele markertrajectgegevens.
Visual 3DC-Motion IncN/ASoftware voor biomechanische analyse. Voor het berekenen van 3D-kinematica en -kinetica van menselijke bewegingen.
MATLABMathworks IncN/ASoftware voor computerprogrammering. Voor het uitvoeren van ruwe gegevensfiltering, gegevensconversie en gegevensverwerking.
ADAMS 2012MSC Software IncN/AProgramma voor dynamische computersimulatie van meerdere lichamen.
LifeMODLifemodeler IncN/AEen software-plug-in in ADAMS. Voor het bouwen van musculo-skeletaal modellen van het menselijk lichaam.
MIMICS 13Materialise IncN/AAfbeeldingsverwerkingsprogramma. Een 3D-modelleringstool voor het verwerken van beeldgegevens. Voor het maken van 3D-tibia model uit CT-scans.
MARC 2012MSC Software IncN/ASoftware voor eindige-elementenanalyse. Voor het uitvoeren van volume-meshing, het genereren van tibia FE-model en het uitvoeren van modale FE-analyse.
SPSS 19IBM IncN/ASoftware voor statistische analyse.

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Brukner, P., Bennell, K., Matheson, G. Stress fracture. , Blackwell Science. Victoria, Australia. (1999).
  2. Zadpoor, A., Nikooyan, A. The relationship between lower-extremity stress fractures and the ground reaction force: A systematic review. Clin Biomech. 26, 23-28 (2011).
  3. Matheson....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

BotrekkingsanalyseEindige elementmodel van het scheenbeenMotion captureSimulatie van landing na sprongMultibody dynamische simulatieKwantificering van scheenbeenspanningNiet invasieve botdeformatieGrondimpactkrachtenBiomedische techniek

Gerelateerde artikelen