Name: Konuya özgü kas-iskelet modeli kemik zorlanma sırasında dinamik hareket eğitimi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-11T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 32 s
Description: Keşfedin, dinamik hareket sırasında tibial gerinimi ölçmek için konuya özgü kas-iskelet modellemesi ve sonlu eleman analizi kullanan invaziv olmayan bir yöntem. Bu teknik, kemik stres yaralanmalarının mekanizmalarını anlamaya yardımcı olur.

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

Bakanlığı, ordu #W81XWH-08-1-0587, #W81XWH-15-1-0006; Topu Devlet Üniversitesi 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>

Yazarlar onlar rakip hiçbir mali çıkarları var bildirin.

Bu çalışmada tibia deformasyon yüksek darbe etkinlikleri sırasında belirlemek için non-invaziv bir yöntem geliştirmekti. Tibia zorlanma nedeniyle etkisi yükleme miktarının daha iyi tibia stres kırığı anlamak için yol açacaktır. Bu çalışmada bir konuya özgü kas-iskelet modeli geliştirilmiştir ve bilgisayar simülasyonları bir laboratuvar ortamında gerçekleştirilen damla-Açılış hareketleri çoğaltmak için işletilmiştir. Tibial zorlanma damla-açılış yükseklik etkisi incelenmiştir. Bu çalışmada, biz bu bırakma-açılış olarak gö...

Kemik stres, stres kırıkları gibi uzun süre kurtarma gerektiren ve önemli tıbbi maliyet1,2üstlenmeden şiddetli aşırı yaralanmaları yaralar. Stres kırıkları ortak atletik ve askeri nüfus her ikisi de. Arasında tüm spor yaralanmaları, stres kırıkları hesap için toplam3yüzde 10'u ile ilgili. Özellikle, sporcular yüzü daha yüksek bir yaralanma oranı % 204izlemek. Askerler de stres kırıkları yüksek orandaki deneyim. Örneğin, %6 yaralanma oranı için ABD Ordusu1 bildirildi ve % 31 yaralanma oranı İsrail Ordusu5' te bildirildi. Tüm bildirilen stres kırıkları arasında tibia stres kırığı en yaygın bir6,7,8' dir.
Spor ve fiziksel eğitimler tibia stres kırığı daha yüksek bir risk ile normalde yüksek zemin etkileri (örneğin, atlama, açılış ve kesme) ile ilişkilidir. Ayak yere kurduğunda hareket sırasında vücut için bir yere darbe kuvveti uygulanır. Bu darbe kuvveti kas-iskelet sistemi ve ayakkabı tarafından harcanmış. İskelet sistemi kolları kas Kuvvetleri zemin etkisi9emmek için uygulamak izin veren bir dizi olarak hizmet vermektedir. Bacak kasları yeterli zemin etkisi azaltmak olamaz zaman, alt-vücut kemikleri kalan gücü absorbe gerekir. Kemik yapısı bu işlemi sırasında deformasyon yaşayacaksınız. Artık darbe kuvveti tekrarlayan emilimini birikir ve stres kırıkları haline kemik microdamages içinde neden olabilir. Bugüne kadar kemik için ilgili bilgiler dış kara etkisi Kuvvetleri tepki sınırlıdır. Tibia kemik dinamik hareketleri sırasında yüksek etki güçleri tarafından tanıtılan mekanik yük nasıl yanıt vereceğini çalışma önemlidir. Tibia kemik deformasyonu yüksek darbe etkinlikleri sırasında inceleyerek tibia stres kırığı mekanizmasının daha iyi anlamak için neden olabilir.
Kemik deformasyonu vivo ölçmek için kullanılan geleneksel teknikleri Araçlı gerilim ölçerler10,11,12,13,14,15tarihinde güveniyor. Cerrahi işlemler kemik yüzeyindeki gerginlik ölçme implant için ihtiyaç vardır. İnvaziv doğası nedeniyle, in vivo çalışmalar gönüllü küçük bir örnek ile sınırlıdır. Buna ek olarak, ağırlık ölçme esneklik detektörler sadece kemik yüzeyine küçük bir bölgenin izleyebilirsiniz. Son zamanlarda, non-invaziv bir yöntem kemik zorlanma çözümlemek için bilgisayar simülasyonu kullanan tanıtılan16,17yaşındaydım. Bu metodoloji insan hareketi sırasında kemik suşu çalışmaya kas-iskelet modelleme ve bilgisayar simülasyonları birleştirme olanağını sağlar.
Bir kas-iskelet modeli bir iskelet ve iskelet kasları tarafından temsil edilir. İskelet rijit veya deforme olmayan organları olan kemik parçadan oluşur. İskelet kasları ilerici-integral-türev (PID) algoritması kullanılarak denetleyicileri olarak modellenmiştir. Üç dönemlik PID kontrol hataları tahmininde çıkış doğruluğu18geliştirmek için kullanır. Özünde, PID denetleyicileri kasları temsil eden kasların uzunluğu değişiklikler zamanla üretmek için gerekli kuvvetler geliştirerek vücut hareketleri oluşturmaya çalışın. PID denetleyicisi hata uzunluğu/saat tonundaki hareketi çoğaltılması için kuvvet değiştirmek için kullanır. Bu simülasyon işlemi tüm kas iskelet hareket ve vücut hareketleri üretmek amacıyla birlikte çalışmak için koordine etmek için uygun bir çözüm oluşturur.
İskelet kas-iskelet modeli bir veya daha fazla segmentlerinde deformasyon ölçümü izin vermek için esnek organları modellenebilir. Örneğin, tibia kemik öğeleri ve düğümleri binlerce oluşan bir sonlu sayıda öğe, bölünebilir. Esnek tibia mekanik yükleme etkisi Sonlu elemanlar (FE) analizi ile incelenebilir. FE analiz tek tek öğeleri yükleme tepki zaman içinde hesaplar. Kemik öğeleri ve düğümleri artış sayısı olarak, FE analizin hesaplama saat önemli ölçüde artacaktır.
Esnek organları deformasyon doğru değerlendirilmesi ile Hesaplamalı maliyetini azaltmak için kalıcı FE analiz geliştirilmiş ve içinde otomotiv ve Havacılık ve uzay sanayi19,20kullanılır. Bireysel FE elements yanıt zaman etki alanındaki mekanik yük için analiz yerine, bu yordamı farklı titreşim frekansları frekans etki alanındaki temel nesnenin mekanik yanıt değerlendiriyor. Bu yöntem deformasyon20doğru ölçüm sağlarken hesaplama zaman önemli bir azalma olur. Her ne kadar kalıcı FE analizi yaygın mekanik yorgunluk otomotiv ve Havacılık alanlarında eğitim için kullanılmıştır, bu yöntemin uygulama çok sınırlı olmuştur insan hareketi bilim. Al Nazer vd., insan yürüyüş sırasında tibial deformasyon incelemek için kalıcı bir FE analiz kullanılan ve sonuçları16,17teşvik bildirdi. Ancak, bu yöntem büyük ölçüde bilgisayar simülasyonları sürücü için sadece bir deney sınırlı kinematik verileri kullanarak etkilendi; Gerçek olduğunu zemin simülasyonlar yardımcı olmak için kullanılan etki güçleri. Bu yaklaşım yürüyüş gibi düşük etkisi yavaş hareketleri eğitimi için makul olabilir ama bu yüksek zemin etkisi hareketleri çalışmaya uygun bir çözüm değil. Böylece, dinamik yüksek darbe faaliyetleri sırasında alt vücut kemik reaksiyonları incelemek için daha önce bildirilen yöntemiyle ilişkili sınırlamaları gidermek için yenilikçi bir yaklaşım geliştirmek esastır. Özellikle, bir yöntem kullanmak doğru deneysel kinematik veri ve gerçek kara etkisi Kuvvetleri geliştirilen gerekir. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı multibody dinamik simülasyonlar tibial zorlanma yüksek darbe faaliyetleri sırasında incelemek için kalıcı FE analizi ile gerçekleştirmek için bir konuya özgü kas-iskelet modeli geliştirmekti. Damla-iniş tarafından farklı yükseklikte temsil bir dinamik yüksek darbe hareketi yöntemini sınamanızı sağlamak üzere seçildi.

<table><tbody><tr><td>CT Tarayıcı</td><td>GE Tıbbi Sistem</td><td>N/A</td><td>Işık Hızı VCT. Tibia BT taraması yapmak için.</td></tr><tr><td>Hareket Yakalama Sistemi</td><td>Vicon Inc</td><td>N / A</td><td>Vicon FX40 yüksek hızlı kameralar. 3D hareket yakalama gerçekleştirmek için.</td></tr><tr><td>Kuvvet plakaları</td><td>AMTI Inc</td><td>N/A</td><td>3D zemin reaksiyon kuvvetlerinin toplanması</td></tr><tr><td>Vicon Nexus</td><td>Vicon Inc</td><td>N/A</td><td>Hareket yakalama yazılım programı. Görsel işaretleyici yörünge verilerini işlemek için.</td></tr><tr><td>Visual 3D</td><td>C-Motion Inc</td><td>N/A Biyomekanik</td><td>analiz yazılımı. İnsan hareketlerinin 3B kinematiğini ve kinetiğini hesaplamak için.</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>Mathworks Inc</td><td>N/A</td><td>Bilgisayar programlama yazılımı. Ham veri filtreleme, veri dönüştürme ve veri işleme gerçekleştirmek için.</td></tr><tr><td>ADAMS 2012</td><td>MSC Software Inc</td><td>N/A</td><td>Çok gövdeli dinamik bilgisayar simülasyon programı.</td></tr><tr><td>LifeMOD</td><td>, Lifemodeler, Inc</td>, <td>N/A</td>, <td>ADAMS'ta bir yazılım eklentisi. İnsan vücudu kas-iskelet modelleri oluşturmak için.</td></tr><tr><td>MIMICS 13</td><td>Materialise Inc</td><td>N/A</td><td>Görüntü işleme programı. Görüntüleme verilerini işlemek için bir 3B modelleme aracı. CT taramalarından 3D tibia modeli oluşturmak için.</td></tr><tr><td>MARC 2012</td><td>MSC Software Inc</td><td>N/A</td><td>Sonlu elemanlar analiz yazılımı. Hacimsel ağ oluşturma gerçekleştirmek, tibia FE modeli oluşturmak ve modal FE analizini çalıştırmak için.</td></tr><tr><td>SPSS 19</td><td>IBM Inc</td><td>N/A</td><td>İstatistiksel analiz yazılımı.</td></tr></tbody></table>

konuya özgü kas-iskelet modeli kemik zorlanma sırasında dinamik hareket eğitimi

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

Kemik stres kırıklarının spor ve askeri eğitimleri yaygındır. Tekrarlayan büyük kara etkisi Kuvvetleri eğitim sırasında neden olabilir. Kemik stres yaralanma mekanizmaları daha iyi anlamak için alt-vücut kemik deformasyon üzerinde yüksek zemin etkisi etkisini zorlar belirlemek için önemlidir. Geleneksel ağırlık ölçme esneklik detektörler ölçüm içinde vivo tibia deformasyon çalışma kullanılmaya başlanmıştır. Bu yöntem invasiveness yordam, kaç insan denekler ve küçük kemik yüzey alanları sınırlı zorlanma verileri katılımı da dahil olmak üzere sınırlamalar ile ilişkilidir. Çalışmada tibia kemik baskı koşulları yükleme yüksek etki altında çalışmaya yeni bir yaklaşımın tanıtmak niyetinde. Bir konuya özgü kas-iskelet modeli sağlıklı erkek (19 yıl, 80 kg, 1800 mm) temsil etmek için oluşturuldu. Esnek Sonlu elemanlar tibia modeli bir bilgisayarlı tomografi (CT) inceden inceye gözden geçirmek konunun doğru Tibia üzerinde tabanlı oluşturuldu. Laboratuvar hareket yakalama damla-iniş kinematik ve zemin tepki kuvvetlerinin farklı yükseklikte (26, 39, 52 cm) elde etmek için gerçekleştirildi. Esnek tibia kalıcı bir analizi ile kombine multibody dinamik bilgisayar simülasyonları tibia zorlanma damla-iniş sırasında ölçmek için yapıldı. Hesaplanan tibia zorlanma veri önceki in vivo çalışmalar ile iyi anlaşma vardı. Non-invaziv bu yaklaşım daha iyi tibia stres kırıkları yaralanma mekanizmasının anlaşılması için yol açacak büyük bir kohort için yüksek darbe faaliyetleri sırasında tibia kemik suşu çalışmaya uygulanabilir belirgindir.

Çalışma için gönüllü oldum bir sağlıklı kafkas erkek (19 yaş, yükseklik 1.800 mm, kitle 80 kg). Veri toplama önce konu incelendi ve çalışmaya katılan önce üniversite kurumsal inceleme Kurulu tarafından onaylanan izin formu imzaladı. Helsinki Bildirgesi altında yapılan. Deneme temel alınarak aşağıdaki protokol gerçekleştirildi.
İleri dinamik simülasyon doğruluğunu denetlemek için alt-vücut simülasyon ortak açılardan biyomekanik a...

İniş sırasında alt vücut kemikleri büyük mekanik yükler deneyim ve deforme. Etkileri ile ilişkili kemik stres yaralanma mekanizmaları daha iyi anlamak için kemik deformasyonu ölçmek için önemlidir. Konuya özgü kas-iskelet modelleme ve Sonlu elemanlar analizi entegre yeni bir yaklaşımın tibial zorlanma sırasında dinamik hareketleri ölçmek için kullanılır.

Konuya özgü kas-iskelet modeli kemik zorlanma sırasında dinamik hareket eğitimi

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

Bu prosedürün genel amacı, Kemik Strain analizi için Konuya özgü bir Kas-İskelet Sistemi Modeli oluşturmaktır. Bu yöntem, dinamik hareket sırasında insan kemiği deformasyonunun ölçülmesi gibi biyomedikal mühendisliği alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, dinamik fiziksel aktiviteler sırasında kemik gücünü incelemek için invaziv olmayan bir yaklaşımın uygulanmasıdır.Prosedürü gösteren, laboratuvarımdan yüksek lisans öğrencileri Marisa Loo ve Kerstyn Hall olacak. Bu işleme başlamak için, denek üzerinde BT taraması ve antropometrik ölçüm yapın. Bundan sonra, metin protokolünde belirtildiği gibi katılımcıların vücuduna 14 mm yansıtıcı işaretler yerleştirin.Katılımcıların uyluklarına ve saplarına dört işaretleyici küme içeren yarı sert plastik plakalar yerleştirin. Deneklerin bilgilerini hareket yakalama programına girdikten sonra, kalibre edilmiş odanın ortasında ayakları omuz genişliğinde açık olacak şekilde hareketsiz durmalarını isteyin. Ardından, tüm yansıtıcı işaretleyicilerin kameralara iyi bir şekilde maruz kalması için üst ekstremitelerini yanal olarak uzatmalarını isteyin.Ana program penceresinde araçlar bölmesini açın, konu hazırlama sekmesine tıklayın. Konu yakalama bölümünde, statik kalibrasyon denemesi olacak üç saniyelik bir hareket denemesi kaydetmek için başlat'a tıklayın. Fonksiyonel kalça eklemi merkezini belirlemeye başlamak için, katılımcıdan bir bacağının üzerinde dururken diğer bacağını hafifçe öne doğru uzatmasını isteyin.Katılımcıya uzatılmış bacağını kalça ekleminin etrafında öne doğru hareket ettirmesini ve nötr duruma dönmesini söyleyin. Anterior lateral ve nötr hale gelir. Ve sonra yanal olarak ve nötr hale dönün.Bundan sonra, katılımcının aynı bacağını kalça ekleminin etrafında posterior lateral olarak hareket ettirmesini ve nötr duruma dönmesini sağlayın. Posterior ve nötr hale dönün. Ve sonra bir dolaşım hareketiyle.Ana program penceresinde, araçlar bölmesini açın, yakalama sekmesine tıklayın, ardından yakalama bölümünde, her işlevsel kalça hareketi için bir hareket denemesi kaydetmek üzere başlat'a tıklayın. Fonksiyonel diz eklemi merkezini belirlemeye başlamak için, katılımcıdan diğer bacağın 30 derecelik kalça hiperekstansiyonunu korurken bir bacağın üzerinde durmasını isteyin. Ardından, katılımcıya ağırlık taşımayan bacakla 45 derecelik bir diz fleksiyonu gerçekleştirmesi talimatını verin.Bunu beş kez tekrarlamalarını sağlayın. Araçlar bölmesinin yakalama bölümünde, her işlevsel diz hareketi için bir hareket denemesi kaydetmek üzere başlat'a tıklayın. Yüksekliği ayarlanmış ahşap kutuyu, kuvvet plakalarının kenarlarından yaklaşık 11 cm uzakta olduğundan emin olarak, zeminin kauçuk bir paspasla kaplı bir alanına yerleştirin.Ardından, katılımcıdan kutunun üstünde durmasını isteyin. Katılımcıya baskın ayağını doğrudan kutunun önüne uzatmasını söyleyin, ardından ağırlıklarını öne kaydırmasını ve kutudan çıkmasını sağlayın. Katılımcıların her iki bacağı da aynı anda yere inmeli ve her bir ayak ayrı bir kuvvet plakasına çarpmalıdır, katılımcıdan denemenin hareket yakalama işlemi tamamlanana kadar ayakta kalmasını isteyin.Her yükseklik için üç hareket denemesi toplamak için hareket yakalamayı üç kez tekrarlayın. İlk olarak, bir hareket yakalama yazılım programı açın. Ana pencerede, iletişim bölmesine gidin, veri yönetimi sekmesine tıklayın ve kaydedilen hareket denemelerinden birini seçin.Deneme verilerini programda açın. Araçlar bölmesinde işlem hattı sekmesine tıklayın. Mevcut boru hattı listesinden, yeniden yapılandırma boru hattını seçin, yansıtıcı işaretçilerin üç boyutlu yörüngelerini elde etmek üzere yeniden yapılandırma işlemini başlatmak için çalıştır düğmesine tıklayın.Araçlar bölmesine gidin ve etiket düzenleme sekmesine tıklayın, manuel etiketleme bölümünde tek tek işaretleyici adlarını seçin ve ilgili 3B yörüngeleri etiketleyin. Etiketleme tamamlandığında, araç çubuğundaki kaydet düğmesine tıklayın. Daha düşük gövdeli bir iskelet modeli oluşturmaya başlamak için, insan vücudu modelleme eklentisi takılı olarak çok gövdeli dinamik simülasyon yazılım programını açın.Açılış ekranında, model oluşturma kontrol panelini açmak için yeni model simgesine çift tıklayın, ana modelleme panelinin antropometrik veritabanı kitaplığı bölümünde, açılır listeden genel gövdeyi seçin, vücut kütlesini, vücut boyunu, cinsiyeti ve yaşı belirtin. Ana modelleme panelinin gövde konfigürasyonu bölümünde, alt gövde radyo düğmesine tıklayın, birimler açılır listesinde mm, kg, Newton'u seçin; Beden ölçülerini kabul etmek için Beden Ölçü Tablosu Oluştur bölümündeki Uygula düğmesine tıklayın. Daha düşük vücut iskelet tabanı modeli oluşturmak için insan segmenti oluştur bölümündeki uygula düğmesine tıklamaya devam edin.Alt gövde eklemlerini modellemeye başlamak için, ana modelleme panelindeki ana menü açılır listesini açın ve bağlantı konfigürasyon panelini açmak için eklemleri seçin. Bağlantı konfigürasyon panelinin bağlantı döndürme elemanı bölümünde, kayıt bağlantılarına sahip modeli hazırlamak için yanındaki düğmeye tıklayın. Yaylı amortisörler ve bağlantı limitleri özellikleri bölümünde, burada gösterildiği gibi nominal bağlantı sertliği, nominal bağlantı sönümlemesi ve bağlantı durdurma sertliği parametrelerini girin.İlgili radyo düğmelerini kontrol ederek sol bacak ve sağ bacağı seçmeye devam edin, eklem konfigürasyonlarını kabul etmek için uygula düğmesine tıklayın. Bundan sonra, ana modelleme panelindeki ana menü açılır listesini açın ve iş akışını seçin, alt menüler açılır listesinde yürüyüşü seçin ve kalibre edin, eklem merkezi verileri bölümünde katılımcıların alt vücut eklem merkezi dosyasını girin. Ardından, verileri içe aktarmak ve bağlantı merkezlerinin konumlarını değiştirmek için yükle düğmesine tıklayın, statik deneme yükü bölümünde statik kalibrasyon hareket yakalama denemesine girin.Dosyayı içe aktarmak ve alt gövde iskelet modelini parametrelendirmek için yükle düğmesine tıklayın. İskelet kaslarını modellemeye başlamak için, ana modelleme panelindeki ana menü açılır menüsünü açın ve yumuşak dokuları seçin, ardından alt menü açılır menüsünü açın ve temel doku seti oluştur'u seçin. Kas kasılması döşeme öğesi bölümünde, kas öğelerini kaydederek modeli hazırla'ya tıklayın.Ardından, genel kayıt elemanı kas özellikleri bölümünde, güncellenmiş 45 kas setine karşılık gelen radyo düğmesine tıklayın ve ardından burada gösterildiği gibi kas özellikleri için varsayılan ayarları kabul edin. Kas atamaları için sol bacak ve sağ bacak radyo düğmelerini kontrol edin, ardından yapılandırmaları kabul etmek için uygula düğmesine tıklayın. Bu çalışmada, yüksek etkili aktiviteler sırasında tibia deformasyonunu belirlemek için non-invaziv bir yöntem kullanılmıştır.İleri dinamik simülasyonun doğruluğu, simülasyondan elde edilen alt gövde eklem açılarının, hareket yakalama verileri için ölçülen karşılık gelen eklem açılarıyla karşılaştırılmasıyla doğrulanır. Bu karşılaştırmalar, dikey çizgilerin çarpma anlarını temsil ettiği üç düşme yüksekliğinde de ayak bileği açısı, diz açısı ve kalça açısı için tamamlanır. Görülebileceği gibi, simülasyon ve deneysel veriler büyük ölçüde aynı fikirdedir ve simülasyonun kendisinin yüksek derecede doğruluğa sahip olduğunu göstermektedir.İstatistiksel analiz yazılımı daha sonra deneysel ve simülasyon eklem açıları arasındaki çapraz korelasyon katsayılarını sıfır gecikmede hesaplamak için kullanılır. Orta tibial şaftın antero medial bölgesindeki tepe gerilmeleri, denek üç farklı yükseklikten inerken kaydedilir. 52 cm'lik iniş koşulu, en büyük tepe maksimum anapara, tepe minimum anapara ve tepe maksimum kesme suşlarını gösterir.Düşme yüksekliği arttıkça tepe maksimum ana gerinimlerin de arttığı görülmektedir. Geliştirildikten sonra, bu teknik, biyomedikal mühendisliği alanındaki araştırmacıların, sporcularda ve askeri kursiyerlerde kemik stres yaralanmalarının mekanizmalarını keşfetmelerinin yolunu açtı.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Biyomühendislik

Bu çalışma, yumuşak biyomalzemeler (beyin, karaciğer, tendon, yağ, vs.) tek eksenli dinamik mekanik yanıtını elde etmek için bir deney birleştiğinde-sonlu eleman simülasyon metodolojisi koşuyor. Çünkü numunenin ortaya çıkan eksenli deneysel sonuçlar biyomalzemenin sonlu elemanlar analizinin iteratif optimizasyon ile simüle zaman tek eksenli gerçek gerilme-deformasyon davranışı hale getirildi Split-Hopkinson Basınç Bar testlerden elde edilen şişkin.

Yumuşak Biyomalzeme Yüksek Deformasyon Hızı Mekanik Tepki değerlendirilmesi için Coupled Deney-sonlu Eleman Modelleme Metodolojisi

Bu protokol için uyluk yüzey suşları kırık dijital görüntü korelasyon tekniği kullanarak test sırasında tahmin edilir. Yöntem yenilik uyluk yüzey, dikkatli bir şekilde belirtilen aydınlatma, yüksek hızlı video yakalama ve dijital görüntü korelasyon analizi zorlanma hesaplamalar için bir yüksek karşıtlık Stokastik benek desen uygulama içerir.

Kadavra Femur kortikal suşları kullanarak dijital görüntü korelasyon test kırık sırasında tahmin etmek için bir yöntem

Bu iletişim kuralı bir intramedüller vida farelerde şifa endochondral kemik çözümlemek için kullanılan uyluk kemiği kırıkları standart sabitleme için bir minimal invaziv Osteosentez tekniği açıklar.

Endochondral standart biyomekanik koşullar altında farelerde şifa kırık çözümlemek için minimal invaziv bir Model

Bu protokolün amacı, tüm vücut mekaniğini karakterize etmek için fonksiyonel anatomik ve biyomekanik modelleme için kullanılabilecek bir atın gerçekçi, tüm vücutlu, iskelet modelinin oluşturulma yöntemini tanımlamaktır.

Bilgisayarlı Tomografi Verileri Kullanılarak Gerçekçi, Tüm Vücut, Üç Boyutlu At İskelet Modelinin Yapımı

Protokol, büyük hacimli mikro-BT taraması, özel yapım bir sıkıştırma aşaması ve gelişmiş görüntü işleme araçlarını birleştirerek tüm proksimal insan femurundaki kemik mikro yapısının deformasyonunun ve tokluğunun ölçülmesini sağlar.

İnsan Kalçasındaki Mikroyapısal Başarısızlık Mekanizmasının Görüntülenmesi

Kemirgen kemiklerinin mekanik testi, bir kemiğin kırılmaya yatkınlığı ile ilgili bilgileri çıkarmak için değerli bir yöntemdir. Uygun pratik anlayıştan yoksun olarak, sonuçlar aşırı yorumlanabilir veya geçerlilikten yoksun olabilir. Bu protokol, geçerli ve işlevsel veriler sağlamak için mekanik testlerin doğru bir şekilde yapılmasını sağlamak için bir kılavuz görevi görecektir.

Kemirgen kemiklerinin tüm kemik bükme testlerini içeren çalışmaların tasarımı, yürütülmesi ve yorumlanması için pratik hususlar

Bu protokol, gerilme kuvveti yükü altında sütürün mekanobiyolojik değişikliklerini ve kemiğin yeniden şekillenmesini incelemek için standartlaştırılmış bir sütür genişletme fare modeli ve 3 boyutlu bir görselleştirme yöntemi sunar.

Sütür Genişletme Fare Modelinde Kemiğin Yeniden Modellenmesi için 3 Boyutlu Görselleştirme Tekniği

Bu protokol, aşırı kullanıma bağlı tendinopatinin in vivo bir modeli için bir sıçan Aşil tendonunda ölçülebilir ve kontrollü yorgunluk yaralanmalarını indüklemek için kullanılan bir test sistemi sunar. Prosedür, sıçanın ayak bileğini, özel olarak yazılmış bir MATLAB komut dosyası ile pasif ayak bileği dorsifleksiyonu gerçekleştiren bir eklem aktüatörüne sabitlemekten oluşur.

Aşırı Kullanıma Bağlı Tendinopatinin In Vivo Modeli için Pasif Ayak Bileği Dorsifleksiyon Test Sistemi

Bu çalışma, kemik ikame malzemelerinin mekanik ve osteojenik performansını dahili veya dış fiksasyon kullanmadan, yük taşıyıcı koşullarda değerlendirmek için sıçan femur yarı-segmental defekt modeli oluşturmuştur.

Yük taşıyan bölgelerde kemik ikamesi performansını değerlendirmek için sıçanlarda yarı-segmental diyafizal kemik defekti modeli

Bu protokolde, teknolojinin dayandığı dikey yerinden mesajların microactuator dizi imalat, ve nasıl bu temel teknoloji, yüksek verimli mekanik dinamik hücre kültürü, hem de iki boyutlu ve üç boyutlu kültür yapmak için değiştirilebilir göstermektedir paradigmalar.

Mekanik Dinamik Hücre Kültürü için Microfabricated platformlar

Keşfedin, dinamik hareket sırasında tibial gerinimi ölçmek için konuya özgü kas-iskelet modellemesi ve sonlu eleman analizi kullanan invaziv olmayan bir yöntem. Bu teknik, kemik stres yaralanmalarının mekanizmalarını anlamaya yardımcı olur.

Konuya özgü kas-iskelet modeli kemik zorlanma sırasında dinamik hareket eğitimi

Daha fazla video keşfet