Assunto específico modelo músculo-esquelético para estudar a estirpe de osso durante o movimento dinâmico

O objetivo geral deste procedimento é criar um modelo musculoesquelético específico do sujeito para análise de tensão óssea. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da engenharia biomédica, como quantificar a deformação óssea humana durante o movimento dinâmico. A principal vantagem dessa técnica é que uma abordagem não invasiva é implementada para estudar a força óssea durante atividades físicas dinâmicas.

Demonstrando o procedimento estarão Marisa Loo e Kerstyn Hall, estudantes de pós-graduação do meu laboratório. Para iniciar este procedimento, realize tomografia computadorizada e medição antropométrica no sujeito. Depois disso, coloque marcadores reflexivos de 14 mm no corpo dos participantes, conforme descrito no protocolo de texto.

Coloque placas de plástico semi-rígidas com quatro grupos de marcadores nas coxas e pernas dos participantes. Depois de inserir as informações dos sujeitos no programa de captura de movimento, peça-lhes que fiquem imóveis no centro da sala calibrada com os pés afastados na largura dos ombros. Em seguida, peça-lhes que estendam as extremidades superiores lateralmente para que todos os marcadores reflexivos fiquem bem expostos às câmeras.

Na janela principal do programa, abra o painel de ferramentas, clique na guia de preparação do assunto. Na seção de captura de assunto, clique em iniciar para gravar um teste de movimento de três segundos para ser o teste de calibração estática. Para começar a determinar o centro funcional da articulação do quadril, peça ao participante para ficar em uma perna enquanto estende totalmente a outra perna ligeiramente para a frente.

Instrua o participante a mover a perna estendida ao redor da articulação do quadril anteriormente e retornar ao ponto morto. Anterior lateralmente e retornar ao neutro. E então lateralmente e voltar para neutro.

Depois disso, faça com que o participante mova a mesma perna ao redor da articulação do quadril posteriormente lateralmente e retorne ao ponto morto. Posteriormente e retornar ao ponto morto. E então em um movimento de circundução.

Na janela principal do programa, abra o painel de ferramentas, clique na guia de captura e, na seção de captura, clique em iniciar para gravar um teste de movimento para cada movimento funcional do quadril. Para começar a determinar o centro funcional da articulação do joelho, peça ao participante para ficar em uma perna, mantendo uma hiperextensão do quadril de 30 graus da outra perna. Em seguida, instrua o participante a realizar uma flexão de joelho de 45 graus com a perna sem sustentação de peso.

Peça-lhes que repitam isso cinco vezes. Na seção de captura do painel de ferramentas, clique em iniciar para gravar uma tentativa de movimento para cada movimento funcional do joelho. Coloque a caixa de madeira com ajuste de altura em uma área do piso coberta por um tapete de borracha, certificando-se de que esteja a aproximadamente 11 cm das bordas das placas de força.

Em seguida, peça ao participante para ficar em cima da caixa. Instrua o participante a estender o pé dominante diretamente na frente da caixa, depois faça com que ele desloque o peso para a frente e saia da caixa. Ambas as pernas dos participantes devem pousar no chão ao mesmo tempo com cada pé batendo em uma plataforma de força separada, peça ao participante que permaneça em pé até que a captura de movimento do teste seja concluída.

Repita a captura de movimento três vezes para coletar três tentativas de movimento para cada altura. Primeiro, abra um programa de software de captura de movimento. Na janela principal, vá para o painel de comunicações, clique na guia de gerenciamento de dados e selecione uma das tentativas de movimento gravadas.

Abra os dados do teste no programa. No painel de ferramentas, clique na guia pipeline. Na lista de pipeline atual, selecione o pipeline de reconstrução, clique no botão executar para iniciar o processo de reconstrução para obter trajetórias de três dimensões dos marcadores reflexivos.

Navegue até o painel de ferramentas e clique na guia de edição de legenda, na seção de rotulagem manual, selecione nomes de marcadores individuais e rotule as trajetórias 3D correspondentes. Quando a rotulagem estiver concluída, clique no botão salvar na barra de ferramentas. Para começar a criar um modelo esquelético da parte inferior do corpo, abra o programa de software de simulação dinâmica de vários corpos com o plug-in de modelagem do corpo humano instalado.

Na tela inicial, clique duas vezes no ícone do novo modelo para abrir o painel de controle do edifício do modelo, na seção da biblioteca do banco de dados antropométrico do painel principal de modelagem, escolha o corpo genérico na lista suspensa, especifique a massa corporal, altura do corpo, sexo e idade. Na seção de configuração do corpo do painel de modelagem principal, clique no botão de opção da parte inferior do corpo, na lista suspensa de unidades, selecione mm, kg, Newton; Clique no botão Aplicar na seção Criar tabela de medidas corporais para aceitar as medidas corporais. Continue clicando no botão aplicar na seção criar segmento humano para criar um modelo de base esquelética da parte inferior do corpo.

Para começar a modelar as juntas da parte inferior do corpo, abra a lista suspensa do menu principal no painel principal de modelagem e selecione as juntas para abrir o painel de configuração da junta. Na seção Elemento de rotação da junta do painel de configuração da junta, clique no botão Avançar para preparar o modelo com juntas de gravação. Na seção de propriedades de amortecedores de mola e limites de junta, insira os parâmetros para rigidez nominal da junta, amortecimento nominal da junta e rigidez do batente da junta, conforme mostrado aqui.

Continue a selecionar a perna esquerda e a perna direita marcando os botões de opção correspondentes, clique no botão aplicar para aceitar as configurações das articulações. Depois disso, abra a lista suspensa do menu principal no painel de modelagem principal e selecione o fluxo de trabalho, na lista suspensa dos submenus, selecione marcha e calibre, na seção de dados do centro da articulação, insira o arquivo do centro da articulação da parte inferior do corpo dos participantes. Em seguida, clique no botão de carga para importar os dados e modificar as localizações dos centros de juntas, na seção de teste estático de carga, insira o teste de captura de movimento de calibração estática.

Clique no botão carregar para importar o arquivo e parametrizar o modelo esquelético da parte inferior do corpo. Para começar a modelar os músculos esqueléticos, abra o menu suspenso no menu principal do painel de modelagem principal e selecione tecidos moles, depois disso, abra o menu suspenso do submenu e selecione criar conjunto de tecidos básicos. Na seção de elemento de bloco de contrato muscular, clique em preparar modelo com gravação de elementos musculares.

Em seguida, na seção de propriedades musculares do elemento de gravação global, clique no botão de opção correspondente ao conjunto de 45 músculos atualizado e aceite as configurações padrão para as propriedades musculares, conforme mostrado aqui. Verifique os botões de opção da perna esquerda e da perna direita para atribuições musculares e clique no botão aplicar para aceitar as configurações. Neste estudo, um método não invasivo é usado para determinar a deformação da tíbia durante atividades de alto impacto.

A precisão da simulação dinâmica direta é verificada comparando os ângulos das articulações da parte inferior do corpo da simulação com os ângulos articulares correspondentes, conforme medido para dados de captura de movimento. Essas comparações são concluídas para o ângulo do tornozelo, ângulo do joelho e ângulo do quadril em todas as três alturas de queda, onde as linhas verticais representam momentos de impacto. Como pode ser visto, a simulação e os dados experimentais concordam em grande parte, demonstrando que a simulação em si tem um alto grau de precisão.

O software de análise estatística é então usado para calcular os coeficientes de correlação cruzada entre os ângulos das juntas experimentais e de simulação com atraso zero. As tensões de pico na região ântero-medial da diáfise tibial média são registradas enquanto o sujeito pousa de três alturas diferentes. A condição de pouso de 52 cm demonstra as maiores deformações de cisalhamento máximo máximo, pico mínimo principal e pico máximo.

As deformações principais máximas de pico também aumentam à medida que a altura de queda aumenta. Após o seu desenvolvimento, esta técnica abriu caminho a investigadores na área da engenharia biomédica, para explorarem os mecanismos das lesões por stress ósseo em atletas e estagiários militares.