Loading...

Effect of Translational Degrees of Freedom of Intervertebral Joints on Prediction of Spinal Load and Muscle Forces in AnyBody Modeling System

Nikpour, Hassan | 2014

1070 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 46522 (08)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Mechanical Engineering
  6. Advisor(s): Arjmand, Navid; Parnianpour, Mohammad
  7. Abstract:
  8. Biomechanical models are indispensable tools in predictions of muscle forces and joint loads towards design of prevention and treatment programs. In most of these models intervertebral joints are modeled as hinge joints thus neglecting the existing translational degrees of freedom (DOFs). This simplification can alter the results of the model as changes in model kinematics affect the prediction of the joint and muscle forces. The current study aims to evaluate the likely effect of this simplification on the predictions of the musculoskeletal model of AnyBody Modeling System (AMS) for muscle forces and spinal loads. Clinical application of this study is in assessing the limitation of artificial disc replacements which similarly allow only postoperative rotational DOFs. Lumbar spine model of AMS is modified to incorporate both rotational and translational stiffness of intervertebral joints. A number of physical activities in upright and flexed postures are simulated using two distinct modes; Hard Joint (having only rotational degrees of freedom) and Stiff Joint (having joints with all six degrees of freedom). Results indicate that in activities involving large flexion angles and hand loads (approximately 80¬o flexion with 25 kg hand load), the effect of neglecting translational stiffness on model predictions is considerable. For most of the simulated activities in this study, however, neglecting translational DOFs plays a negligible to moderate role. Considering the computational costs to include translational DOFs, simplification of intervertebral joints as ball-and-socket joints can hence be acceptable. The algorithm used to introduce translational DOFs to AMS can be used to simulate other human body joints
  9. Keywords:
  10. Spine ; Lumbar ; Musculoskeletal Modeling ; Anybody Software ; Intervertebral Joint

 Digital Object List

 Bookmark

  • فهرست مطالب
  • فصل اول
    • معرفی و اهمیت
    • پیشینه
    • اهداف پژوهش
    • ساختار پایان نامه
  • فصل دوم
    • آناتومی ستون فقرات
      • مهره
      • دیسک
    • مبانی مدل‌های بیومکانیکی ستون فقرات
      • دینامیک معکوس
      • مدل لینک سگمنت
      • افزونگی7F و سینرژی8F
      • فعالیت عضلات آنتاگونیست
    • نیروی عضلات
  • فصل سوم
    • مقدمه
    • تعریف مسئله
    • دسته بندی مدل‌های بیومکانیکی ستون فقرات
      • دسته بندی براساس ساختار
        • اسکلتی-عضلانی
          • یک سگمنت
          • دو سگمنت
          • هفت سگمنت
        • اجزاء محدود
      • دسته بندی براساس روش حل افزونگی
        • مدل‌های کاهشی (تک عضله ای)
        • مدل‌های EMG
        • مدل‌های بهینه‌سازی
    • بهینه‌سازی
      • تابع هزینه
        • برنامه ریزی خطی
          • تابع درجه‌ی یک
          • تابع خطی دو مرحله ای (double linear یا Min/Max)
        • برنامه ریزی غیر خطی
          • تابع درجه 2
          • چند جمله ای درجه 3 و بالاتر
          • خستگی عضلانی
        • بهینه‌سازی با چند تابع هزینه (Multi-Criteria Optimization)
      • قیدهای مسئله‌ی بهینه‌سازی
        • قید تعادل
        • قید پایداری
        • قید نیروی عضلات
    • مدل سازی واحد حرکتی27F (مفصل بین مهره‌ای28F )
      • روش های تعیین خواص مکانیکی واحد حرکتی
        • آزمایش in vitro
        • اجزاء محدود
        • ویژگی های مکانیکی واحد حرکتی
          • غیر خطی بودن
          • وابستگی به زمان
          • کوپلینگ
          • اثر پیش بار
      • انواع مدل‌های مفصل بین مهره‌ای
        • مفصل گوی کاسه (سه درجه آزادی)
          • ممان پسیو (گشتاور ناشی از بافت های غیر فعال کمر)
        • مفصل شش درجه آزادی (مفصل کامل)
          • تیر خارج از مرکز
          • تیر با خرپا
    • جمع بندی و نتیجه گیری
  • فصل چهارم
    • چارچوب پژوهش
    • معرفی نرم افزار AnyBody
      • مدل بدن انسان در نرم افزار AnyBody
    • توصیف مدل
      • مدل پایه‌‍ی AnyBody
        • دستگاه مختصات
        • سگمنت‌ها
        • عضلات
        • اتصال بین مهره‌ای
        • چرخش بالاتنه
        • ریتم دوران کمر
      • مدل اصلاح شده
        • درجات آزادی انتقالی
        • سفتی انتقالی مفصل بین مهره‌ای
        • گشتاور پسیو مفاصل
        • ریتم دوران کمر
        • فشار درون شکمی
    • محاسبه‌ی جابجایی بین مهره‌ای
      • دستگاه مختصات محلی
      • زوایای دیسک‌ها
      • محاسبه‌ی نیروها در صفحات میانی
      • محاسبه‌ی جابجایی بین مهره‌ای
    • الگوریتم تکراری (پردازش دسته‌ای)
    • صحت سنجی (verification)
    • اعتبار سنجی (validation)
      • فشار درون دیسک
      • تصویر برداری in vivo
  • فصل پنجم
    • همگرایی
    • باربرداری در حالت ایستاده
    • فلکشن بدون بار
    • تأثیر بار خارجی
    • مقایسه با داده‌های تصویربرداری
  • مقایسه با نتایج قزلباش و همکاران (2014)
  • فصل ششم
    • تحلیل داده‌ها
    • فرضیات و محدودیت‌ها
    • جمع بندی
    • پژوهش های آینده
  • مراجع
...see more