Přejít k obsahu


The torus obstacle-set algorithm used for muscle paths modeling

Citace:
The torus obstacle-set algorithm used for muscle paths modeling. In 21st Congress of the European Society of Biomechanics. Praha: ČVUT, 2015. s. 492. ISBN: 978-80-01-05777-3
Druh: STAŤ VE SBORNÍKU
Jazyk publikace: eng
Anglický název: The torus obstacle-set algorithm used for muscle paths modeling
Rok vydání: 2015
Místo konání: Praha
Název zdroje: ČVUT
Autoři: Ing. Linda Havelková , Doc. Ing. Luděk Hynčík Ph.D.
Abstrakt CZ: lavním cílem práce byl vývoj nové metody pro výpočet trajektorie svalu během pohybu. K tomuto účelu byl vytvořen virtuální 3D model sestávající z kostí scapula, clavicula a humerus a ze svalu deltoideus. Kosti byly modelovány tuhými tělesy spojenými reálnými klouby. Sval byl reprezentován prutovými elementy nevykazující tření a obepínající okolní struktury jako např. kosti, klouby a další svaly. Tyto struktury byly v modelu nahrazeny anuloidy určující tak dráhu svalu. Sval je tvořen rovným prutem jdoucím ze svalového úponu tečně na plochu anuloidy, zakřivenou částí obepínající anuloid po nejkratší dráze a opět rovným tečným prutem z anuloidu do druhého svalového úponu. Geometrie modelu vychází z reálných MR snímků zdravého muže. Pozice svalových úponů a anuloidů byly vypočteny metodou k-means. Pro simulaci reálného chování svalu byl použit Hillům tříprvkový model. Model byl validován: (1) srovnáním vypočítaných svalových momentů s literaturou; (2) porovnáním pozic svalových vláken v dané pozici s reálnými snímky MRI.
Abstrakt EN: The main aim of this study was to develop the new method for muscle paths modeling. The 3D model consists of the scapula, the humerus and the deltoid muscle. Bones are modelled by rigid bodies connected by real joints. The muscle is represented by frictionless elastic bands moving freely over neighbouring structures such as bones, joints and other muscles. The anatomical constraints, referred to as obstacles, are replaced by torus. The muscle line of action is then composed of the straight-line going tangentially from origin to the torus, the curved-line wrapping over the obstacle and another straight-line going tangentially from torus to insertion. The model geometry is obtained from MRI of the healthy man. The muscle lines origins and insertions as well as positions of torus are computed using the k-means algorithm, all located in the local coordinate system of corresponding segment. The Hill-type model is used to simulate the real muscle behaviour. The muscle forces and moment arms generated for given movement of shoulder are computed using the inverse dynamics and optimization method. The final model is constructed in MATLAB software. Presented model was precisely validated. The muscle length and muscle moment arm were calculated for four different movements of shoulder joint (abduction till 90 degrees, forward flexion till 90 degrees, neutral position, backward extension till 45 degrees). Calculated values were compared with the literature. The MR images of shoulder in same four positions were recorded. The positions were reconstructed using the model and obtained muscle shapes were compared. The validations were satisfying.
Klíčová slova

Zpět

Patička