Biomechaniczne modele układu mięśniowo-szkieletowego człowieka

  • Dodaj recenzję:
  • 3790
  • Producent: Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej
  • Autor: Wiktoria Wojnicz
  • Cena netto: 33,33 zł 35,00 zł

Biomechaniczne modele układu mięśniowo-szkieletowego człowieka.
Seria: Monografie nr 168

rok wydania: 2018, wydanie pierwsze
ilość stron: 210
ISBN: 978-83-7348-727-7

Opis
Niniejsza monografia zawiera syntetyczny opis prowadzonych badań i dorobku naukowego uzyskanego w latach 2009–2017. W publikacji opisano zadania rozwijane w zakresie: biomechaniki mięśni, biomechaniki zespołów mięśniowych, biomechaniki układu szkieletowego, biomechaniki narządu ruchu, a także zastosowania sygnałów fizjologicznych (elektromiograficznych) oraz projektowania urządzeń do rehabilitacji na bazie zasad sterowania ruchem w układach żywych. Modele matematyczne oraz modele obliczeniowe zostały opracowane na podstawie zasad mechaniki, układów wieloczłonowych oraz metody elementów skończonych (MES).

Monografia składa się z siedmiu rozdziałów, podsumowania oraz dodatku. Pierwszy rozdział stanowi wstęp. Rozdział drugi zawiera opis modeli matematycznych stosowanych do modelowania zachowania mięśni szkieletowych poprzecznie prążkowanych o budowie wrzecionowatej i budowie pierzastej. W rozdziale trzecim przedstawiono sposób modelowania zachowania kończyn człowieka traktowanych jako układy wieloczłonowe. W rozdziale czwartym zamieszczono opis modeli obliczeniowych układu szkieletowego utworzonych za pomocą metody elementów skończonych, zaimplementowanych do oprogramowania ABAQUS. W rozdziale piątym przedstawiono autorskie podejście do modelowania zachowania ciała człowieka podczas chodu, które zostało potraktowane jako układ wieloczłonowy. Rozdział szósty zawiera opis podejść stosowanych do weryfikacji proponowanych modeli za pomocą pomiaru sygnałów elektromiograficznych. W rozdziale siódmym zamieszczono syntetyczny opis teorii sterowania ruchem, której zasady potraktowano jako podstawę do rozwinięcia autorskiej koncepcji projektowania urządzenia do rehabilitacji kończyny górnej.

Spis treści
Wykaz ważniejszych oznaczeń / 7
1. Wstęp /11

2. Biomechaniczne modele mięśni szkieletowych / 12
2.1. Wprowadzenie / 12
2.2. Modelowanie mięśnia wrzecionowatego / 14
2.3. Modelowanie mięśnia pierzastego / 27
2.3.1. Model mięśnia jednopierzastego / 28
2.3.2. Model mięśnia dwupierzastego / 30
2.3.3. Model mięśnia jednopierzastego Hilla–Zajaca / 31

3. Biomechaniczne modele układów mięśniowo-szkieletowych / 32
3.1. Wprowadzenie / 32
3.2. Modelowanie zachowania układów mięśniowo-szkieletowych / 34
3.2.1. Model 2DOF / 35
3.2.1.1. Model matematyczny 2DO / 36
3.2.1.2. Modelowanie mięśni dwustawowych w postaci elementu kurczliwego / 43
3.2.2. Model 4DOF / 43
3.2.2.1. Model matematyczny 4DOF / 44
3.2.3. Model 3DOF / 45
3.2.3.1. Model matematyczny 3DOF / 45
3.2.4. Model 5DOF / 48
3.2.4.1. Model matematyczny 5DOF / 48
3.2.5. Model kulisty / 50      
3.2.5.1. Model matematyczny modelu kulistego / 50
3.2.6. Uwagi do modelowania  / 52
3.2.6.1. Modelowanie zachowania układu mięśniowo-szkieletowego kończyny górnej / 54
3.2.6.2. Modelowanie zachowania układu mięśniowo-szkieletowego kończyny dolnej / 56
3.2.7. Wybrane wyniki badań numerycznych / 58
3.2.7.1. Modelowanie zachowania układu 2DOF (zadanie odwrotne dynamiki) / 58
3.2.7.1.1. Podejście jednoznaczne / 60
3.2.7.1.2. Podejście niejednoznaczne / 60
3.2.7.1.3. Wyniki badań numerycznych / 61
3.2.7.2. Modelowanie zachowania układu 2DOF (zadanie proste dynamiki) / 74
3.2.7.3. Modelowanie zachowania układu 3DOF (zadanie proste dynamiki) / 75
3.2.7.4. Modelowanie zachowania układu 4DOF (zadanie proste dynamiki) / 77
3.2.7.5. Modelowanie zachowania układu 5DOF (zadanie proste dynamiki) / 78
3.2.7.6. Modelowanie zachowania układu kulistego (zadanie proste dynamiki) / 80

4. Biomechaniczne modele układu szkieletowego / 83      
4.1. Wprowadzenie / 83
4.2. Model bryłowy fragmentu kości udowej / 86
4.3. Modele fragmentu kości gąbczastej w postaci rusztowania regularnego / 87
4.3.1. Fragment kości gąbczastej z rusztowaniem 2,5 mm typu powłokowego z grubością 0,1 mm, wymodelowany za pomocą elementów STRI65 / 90
4.3.2. Fragment kości gąbczastej z rusztowaniem 5,0 mm typu powłokowego z grubością 0,1 mm, wymodelowany za pomocą elementów STRI65 / 91
4.3.3. Fragment kości gąbczastej z rusztowaniem 2,5 mm typu powłokowego z grubością 0,2 mm, wymodelowany za pomocą elementów STRI65 / 92
4.3.4. Fragment kości gąbczastej z rusztowaniem 5,0 mm typu powłokowego z grubością 0,2 mm, wymodelowany za pomocą elementów STRI65 / 93
4.3.5. Fragment kości gąbczastej z rusztowaniem 2,5 mm typu bryłowego, wymodelowany za pomocą elementów typu C3D4H / 94
4.3.6. Fragment kości gąbczastej z rusztowaniem 5,0 mm typu bryłowego, wymodelowany za  pomocą elementów typu C3D4H / 95
4.3.7. Fragment kości gąbczastej z rusztowaniem 2,5 mm typu bryłowego, wymodelowany za pomocą elementów typu C3D10H / 96
4.3.8. Fragment kości gąbczastej z rusztowaniem 5,0 mm typu bryłowego, wymodelowany za pomocą elementów typu C3D10H / 97
4.3.9. Uwagi do uzyskanych wyników / 98
4.4. Modele fragmentu kości gąbczastej w postaci rusztowania nieregularnego  / 99
4.4.1. Modele typu pierwszego / 99
4.4.2. Modele typu drugiego / 100
4.5. Modele wycinka fragmentu kości udowej zawierającego kość gąbczastą w postaci rusztowania regularnego / 103    
4.6. Modele wycinka fragmentu kości udowej zawierającego kość gąbczastą w postaci rusztowania nieregularnego / 105
4.7. Uwagi końcowe / 106

5. Biomechaniczne modele chodu / 108
5.1. Wprowadzenie / 108
5.2. Modelowanie ruchu symetrycznego za pomocą płaskich modeli wieloczłonowych / 111
5.2.1. Koncepcja modelowania / 111
5.2.1.1. Model 6DOF / 114
5.2.1.2. Model 7DOF / 119
5.2.2. Model interakcji z podłożem / 125
5.2.2.1. Model interakcji z podłożem: zadanie proste dynamiki / 125
5.2.3. Metoda weryfikacji i analiza wyników / 126
5.2.4. Uwagi do stosowania płaskich biomechanicznych modeli chodu / 133    
5.3. Zastosowanie płaskich modeli 6DOF i 7DOF do modelowania stanu zawieszenia / 134
5.3.1. Wyniki dla modelu 6DOF / 135
5.3.2. Wyniki dla modelu 7DOF / 136
5.4. Metoda wyznaczenia funkcjonowania mięśni kończyny dolnej podczas chodu / 138
5.5. Uwagi dotyczące określenia stabilności podczas chodu / 142

6. Zastosowanie pomiarów do weryfikacji modeli biomechanicznych / 145
6.1. Wprowadzenie / 145
6.1.2. Zastosowanie EMG / 146
6.1.2.1. Okres aktywności mięśnia / 147
6.1.2.2. Problem wyznaczania siły mięśnia / 147
6.1.2.3. Współczynnik zmęczenia mięśnia / 148
6.2. Badania własne / 148
6.2.1. Metoda wyznaczenia aktywności mięśni / 149
6.2.2. Wyznaczanie wpływu ustawienia kończyny górnej na wykonanie zacisku izometrycznego ręką / 152    
6.2.3. Wyznaczanie zmęczenia mięśnia / 158

7. Projektowanie urządzeń do rehabilitacji / 161
7.1. Wprowadzenie / 161
7.1.1. Podstawy teorii sterowania ruchem w układach żywych / 162
7.1.2. Koncepcja synergii / 163
7.1.3. Koncepcja uncontrolled manifold  / 164    
7.1.4. Koncepcja motor equivalence / 166
7.1.5. Koncepcja sterowania za pomocą konfiguracji odniesienia / 167
7.1.6. Koncepcja M-modes / 167
7.1.7. Wskaźniki współpracy układu mięśniowego / 168
7.1.8. Hipoteza punktu równowagi / 169
7.1.9. Koncepcje uwzględniające aspekty neurologiczne / 170
7.1.10. Metody badania stabilności / 171
7.1.11. Wybrane cechy funkcjonowania narządu ruchu  / 171
7.2. Koncepcja rozwiązania autorskiego / 174

8. Podsumowanie / 181
Załącznik / 183
Bibliografia / 202
Streszczenie w języku polskim / 210
Streszczenie w języku angielskim / 210