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

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.