Предметно специфические опорно-модель для изучения кости деформации во время динамического движения

Общая цель этой процедуры заключается в создании предметно-специфической модели опорно-двигательного аппарата для анализа деформации костей. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области биомедицинской инженерии, такие как количественная оценка деформации костей человека во время динамического движения. Основное преимущество данной методики заключается в том, что реализован неинвазивный подход к изучению прочности костей во время динамических физических нагрузок.

Демонстрировать процедуру будут Мариса Лу и Керстин Холл, аспиранты моей лаборатории. Чтобы начать эту процедуру, выполните компьютерную томографию и антропометрическое измерение субъекта. После этого поместите на тело участников светоотражающие маркеры диаметром 14 мм, как указано в текстовом протоколе.

Поместите полужесткие пластиковые пластины с четырьмя группами маркеров на бедра и голени участников. После ввода информации об объектах в программу захвата движения попросите их встать неподвижно в центре откалиброванной комнаты, расставив ноги на ширине плеч. Затем попросите их вытянуть верхние конечности в стороны, чтобы все отражающие маркеры были хорошо видны камерам.

В главном окне программы откройте панель инструментов, перейдите на вкладку подготовки темы. В разделе съемки объекта нажмите кнопку «Старт», чтобы записать трехсекундное испытание движения в качестве испытания статической калибровки. Чтобы начать определение функционального центра тазобедренного сустава, попросите участника встать на одну ногу, полностью вытянув другую ногу немного вперед.

Попросите участника двигать вытянутой ногой вокруг тазобедренного сустава спереди и вернуться в нейтральное положение. Спереди латерально и вернуться в нейтральное положение. А потом вбок и вернуться на нейтральную позицию.

После этого участник должен переместить ту же ногу вокруг тазобедренного сустава сзади в боковом направлении и вернуться в нейтральное положение. Сзади и вернуться в нейтральное положение. А затем в круговом движении.

В главном окне программы откройте панель инструментов, перейдите на вкладку захвата, затем в разделе захвата нажмите «Начать», чтобы записать пробное движение для каждого функционального движения бедра. Чтобы начать определение функционального центра коленного сустава, попросите участника встать на одну ногу, сохраняя при этом гиперэкстензию бедра на 30 градусов другой ноги. Затем проинструктируйте участника выполнить сгибание колена на 45 градусов ногой, не несущей вес.

Пусть они повторят это пять раз. В разделе захвата на панели инструментов нажмите кнопку «Старт», чтобы записать пробное движение для каждого функционального движения колена. Поставьте отрегулированный по высоте деревянный ящик на участок пола, покрытый резиновым ковриком, следя за тем, чтобы он находился примерно в 11 см от краев силовых пластин.

Далее попросите участника встать на верхнюю часть коробки. Попросите участника вытянуть доминирующую ногу прямо перед коробкой, затем попросите его перенести вес вперед и сойти с коробки. Обе ноги участника должны приземлиться на землю одновременно, при этом каждая нога ударяется об отдельную силовую пластину, попросите участника оставаться на ногах до тех пор, пока не будет завершен захват движения испытания.

Повторите захват движения три раза, чтобы собрать три попытки движения для каждой высоты. Сначала откройте программу для захвата движения. В главном окне перейдите в панель коммуникаций, перейдите на вкладку «Управление данными» и выберите одну из записанных судебных процессов.

Откройте данные пробной версии в программе. В области инструментов перейдите на вкладку конвейера. В списке текущих конвейеров выберите конвейер восстановления, нажмите кнопку «Запустить», чтобы начать процесс восстановления и получения трехмерных траекторий отражающих маркеров.

Перейдите на панель инструментов и перейдите на вкладку редактирования меток, в разделе ручной маркировки выберите имена отдельных маркеров и пометьте соответствующие 3D-траектории. Когда маркировка будет завершена, нажмите кнопку «Сохранить» на панели инструментов. Чтобы начать создание скелетной модели нижней части тела, откройте программу динамического моделирования нескольких тел с установленным плагином для моделирования человеческого тела.

На заставке дважды кликните по иконке новой модели, чтобы открыть панель управления зданием модели, в разделе библиотеки антропометрической базы данных главной панели моделирования выберите родовое тело из выпадающего списка, укажите массу тела, рост тела, пол и возраст. В разделе конфигурации кузова главной панели моделирования нажмите на переключатель нижней части корпуса, в выпадающем списке единиц измерения выберите мм, кг, ньютон; Нажмите кнопку «Применить» в разделе «Создать таблицу измерений тела», чтобы принять измерения тела. Продолжайте нажимать кнопку «Применить» в разделе «Создать сегмент человека», чтобы создать базовую модель скелета нижней части тела.

Чтобы начать моделирование суставов нижней части тела, откройте выпадающий список главного меню на главной панели моделирования и выберите «Суставы», чтобы открыть панель конфигурации суставов. В разделе «Вращение элемента соединения» панели конфигурации соединения нажмите кнопку «Далее» для подготовки модели с записью соединений. В разделе «Свойства пружинных демпферов и пределов соединений» введите параметры номинальной жесткости соединения, номинального демпфирования соединения и жесткости упора соединения, как показано здесь.

Продолжайте выбирать левую ногу и правую ногу, отметив соответствующие радиокнопки, нажмите кнопку «Применить», чтобы принять конфигурации суставов. После этого откройте выпадающий список главного меню на главной панели моделирования и выберите рабочий процесс, в выпадающем списке подменю выберите походку и калибровку, в разделе данных центра сустава введите файл центра суставов нижней части тела участников. Затем нажмите кнопку загрузки, чтобы импортировать данные и изменить расположение центров соединений, в разделе статических испытаний нагрузки введите испытание захвата движения статической калибровки.

Нажмите кнопку загрузки, чтобы импортировать файл и параметризировать скелетную модель нижней части тела. Чтобы начать моделирование скелетных мышц, откройте выпадающее меню главного меню на главной панели моделирования и выберите мягкие ткани, после этого откройте выпадающее меню подменю и выберите «Создать набор базовых тканей». В разделе элемента мышечного сокращения нажмите кнопку Подготовить модель с записью мышечных элементов.

Затем в разделе свойств мышц глобального записывающего элемента нажмите переключатель, соответствующий обновленному набору 45 мышц, затем примите настройки по умолчанию для свойств мышц, как показано ниже. Проверьте переключатели для левой ноги и правой ноги на предмет назначения мышц, затем нажмите кнопку «Применить», чтобы принять конфигурации. В данном исследовании используется неинвазивный метод определения деформации большеберцовой кости при нагрузках с высокой ударной нагрузкой.

Точность прямого динамического моделирования проверяется путем сравнения углов соединения нижней части тела из моделирования с соответствующими углами соединения, измеренными для данных захвата движения. Эти сравнения завершены для угла голеностопного сустава, угла колена и угла бедра на всех трех высотах падения, где вертикальные линии представляют моменты удара. Как видно, симуляция и экспериментальные данные во многом совпадают, демонстрируя, что само моделирование имеет высокую степень точности.

Затем программное обеспечение для статистического анализа используется для расчета коэффициентов взаимной корреляции между экспериментальным и симуляционным углами соединения при нулевом запаздывании. Пиковые деформации в антеромедиальной области среднего большеберцового вала регистрируются, когда субъект приземляется с трех разных высот. Условия приземления на 52 см демонстрируют наибольшую максимальную максимальную деформацию, максимальную максимальную деформацию сдвига.

Также видно, что максимальные главные деформации пика увеличиваются с увеличением высоты сброса. После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области биомедицинской инженерии к изучению механизмов травм костей у спортсменов и военных стажеров.