دانلود ترجمه مقاله مطالعه مدل اسکلتی-عضلانی فعال و غیرمستقیم برای ارزیابی توزیع بار L4-L5 (ساینس دایرکت – الزویر 2018) (ترجمه ویژه – طلایی ⭐️⭐️⭐️)

مطالعه مدل اسکلتی-عضلانی فعال و غیرمستقیم برای ارزیابی توزیع بار L4-L5

A combined passive and active musculoskeletal model study to estimate L4-L5 load sharing

چکیده

1 مقدمه

2 روش کار

1- 2 مدل MS

2- 2 مدل FE غیرفعال

3- 2 اعتبارسنجی

4- 2 تطبیق مدل FE غیرفعال با MS

5- 2 فعالیت های شبی ‌سازی شده

3- نتایج

1-3 تایید مدل FE غیرفعال

2-3 پیش‌بینی هایی برای فعالیت های in vivo

4 بحث

1- 4 محدودیت‌ها

2- 4 اعتبارسنجی

3- 4 توزیع بار میان ساختارهای مختلف

4- 4 FL معادل

چکیده

تعدادی از مدل‌های المان متناهی (FE) غیرفعال و دقیق از نظر هندسی برای ستون فقرات کمری تولید شده و در شرایط بارگذاری in vitro تایید شده‌اند. این مدل‌ها فاقد ماهیچه‌ها هستند و بنابراین نمی‌توانند مستقیما برای شبیه‌سازی‌های بارگذاری در شرایط in vivo برای ساختارهای مفصل کمری یا ایمپلنت‌های ستون فقرات مورد استفاده قرار گیرند. بارهای گرانشی و نیروهای عضلانی تخمین زده شده با یک مدل اسکلتی عضلانی (MS) تنه تحت دوازده فعالیت استاتیک بر روی مدل FE غیرفعال بندهای L4-L5 اعمال شدند تا توزیع بار میان ساختارهای مفصل (دیسک، رباط‌ها و مفاصل بین مهره‌ای) تحت شرایط شبیه‌سازی شده‌ی بارگذاری in vivo تخمین زده شود. یک دنبال کننده‌ی معادل (FL) که IDP معادل با IDP تولید شده توسط نیروهای عضلانی ایجاد می‌کند، در هر فعالیت محاسبه شد. نتایج نشان دادند که تحت شرایط بارگذاری in vivo، مدل غیرفعال FE فشارهای بین دیسکی (IDPs) را پیش بینی‌ می‌کنند که تطابق بالایی با IDP اندازه‌گیری شده در فعالیت‌های شبیه‌سازی شده دارند (98/0=R2 و خطای مربع میانگین ریشه یا RMSE= 18/0 مگاپاسکال). FL معادل محاسبه شده به خوبی با نیروی حاصل تمام نیروهای عضلانی و بارهای گرانشی عامل بر روی بند L4-L5 مقایسه شد (99/0=R2 و N 58= RMSE). بنابراین، این FL بعنوان رویکردی جایگزین به منظور ارائه‌ی شرایط بارگذاری in vivo در مطالعات مدل غیرفعال FE می‌تواند توسط مدل‌های تجاری یا خانگی MS تخمین زده شود. در کاربردهای بالینی و طراحی ایمپلنت‌ها روش معمول شرایط بارگذاری in vitro بر مدل‌های FE غیرفعال بطور مناسب شرایط بارگذاری in vivo را تحت اعمال نیروی عضلانی نشان نمی‌دهد. بنابراین باید از شرایط بارگذاری in vivo حقیقی‌تری استفاده کرد.

3- 4 توزیع بار میان ساختارهای مختلف
تخمین تقسیم‌بندی بار و همچنین فشارها و کشش‌های سطح بافت تحت بارهای in vivo اجازه‌ی ارزیابی دقیق خطر آسیب را در مقایسه با آستانه‌ی شکست در انواع مختلف را می‌دهد. بعنوان مثال با اینکه خطر آسیب به دیسک و مفاصل بین مهره‌ای در فعالیت‌های بارگذاری شده (IDP و نیروهای مفاصل بین مهره‌ای بالاتر در فعالیت‌های بالا بردن متقارن و نامتقارن را با این نیروها در موقعیت ایستادن طبیعی مقایسه کنید) افزایش می‌یابد، اما خطر آسیب به رباط‌های خلفی در فعالیت‌های بارگذاری شده کاهش می‌یابد (نیروهای رباطی کوچکتر در فعالیت‌های بالابردن متقارن/نامتقارن را با نیروهایی موقعیت ایستادن طبیعی مقایسه کنید) (جدول 2 و تصویر 7). علاوه بر این، با اینکه خطر آسیب به رباط‌های خلفی و دیسک‌ها با افزایش زاویه‌ی فلکشن تنه افزایش می‌یابد، اما مفاصل بین مهره‌ای در این فعالیت‌ها بهبود می‌یابند.

Abstract

A number of geometrically-detailed passive finite element (FE) models of the lumbar spine have been developed and validated under in vitro loading conditions. These models are devoid of muscles and thus cannot be directly used to simulate in vivo loading conditions acting on the lumbar joint structures or spinal implants. Gravity loads and muscle forces estimated by a trunk musculoskeletal (MS) model under twelve static activities were applied to a passive FE model of the L4-L5 segment to estimate load sharing among the joint structures (disc, ligaments, and facets) under simulated in vivo loading conditions. An equivalent follower (FL), that generates IDP equal to that generated by muscle forces, was computed in each task. Results indicated that under in vivo loading conditions, the passive FE model predicted intradiscal pressures (IDPs) that closely matched those measured under the simulated tasks (R2 = 0.98 and root-mean-squared-error, RMSE = 0.18 MPa). The calculated equivalent FL compared well with the resultant force of all muscle forces and gravity loads acting on the L4-L5 segment (R2 = 0.99 and RMSE = 58 N). Therefore, as an alternative approach to represent in vivo loading conditions in passive FE model studies, this FL can be estimated by available in-house or commercial MS models. In clinical applications and design of implants, commonly considered in vitro loading conditions on the passive FE models do not adequately represent the in vivo loading conditions under muscle exertions. Therefore, more realistic in vivo loading conditions should instead be used.

4-3 Load sharing between different structures

Estimation of load partitioning as well as tissue level stresses and strains under in vivo loads allows for a more accurate evaluation of risk of injury when compared to failure threshold of various. For instance, while risk of injury to the disc and facets increased in loaded (more demanding) activities (compare higher IDP and facet forces in symmetric/asymmetric lifting tasks with those in the neutral standing posture), risk of injury to the posterior ligaments reduced in loaded tasks (compare smaller ligament forces in symmetric/asymmetric lifting tasks with those in the neutral standing posture) (Table 2 and Fig. 7). Moreover, while risk of injury to the posterior ligaments and discs increased with the trunk flexion angle, facets were relieved in these tasks.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مطالعه مدل اسکلتی-عضلانی فعال و غیرمستقیم برای ارزیابی توزیع بار L4-L5

A combined passive and active musculoskeletal model study to estimate L4-L5 load sharing