دانلود ترجمه مقاله اعتبار سنجی مدل اسکلتی عضلانی کل بدن AnyBody (ساینس دایرکت – الزویر 2017) (ترجمه ویژه – طلایی ⭐️⭐️⭐️)

اعتبار سنجی مدل اسکلتی عضلانی کل بدن AnyBody در محاسبه بارهای ستون فقرات کمری در سطح L4-L5

Validation of the AnyBody full body musculoskeletal model in computing lumbar spine loads at L4L5 level

چکیده

1- مقدمه

2- روش‌ها

1- 2- جمع‌آوری داده‌های سینماتیک

2- 2- مدلسازی اسکلتی عضلانی

3- 2- مقایسه با اندازه‌گیری‌های in vivo

4- 2- ارزیابی ریتم کمری-خاجی

3- نتایج

4- بحث

چکیده

در چشم انداز نرم‌افزارهای مدلسازی اسکلتی عضلانی در دسترس، نرم افزار AnyBody یک ابزار تجاری است که مدلی اسکلتی عضلانی از کل بدن ارائه می‌دهد و بطور گسترده‌ توسط محققان مختلف در سراسر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این راستا، اعتبارسنجی مدل به ضرورتی برای تضمین مناسب بودن مدل در نمایش سیستم شبیه‌سازی شده تبدیل شده است. در زمان تمرکز بر مهره‌ی کمری، کارهای قبلی با هدف اعتبارسنجی مدل AnyBody در محاسبه‌ی بارهای بین مهره‌ای با محدودیت‌های متعددی مواجه بودند و فقدان یک اعتبارسنجی جامع احساس می‌شود.

مطالعه‌ی حاضر با هدف اعتبارسنجی مناسب بودن مدل AnyBody در محاسبه‌ی بارهای مهره‌ی کمری در سطح L4-L5 اجرا شد. بارهای بین بندی در طول 12 فعالیت ورزشی خاص طراحی شده بمنظور تکرار دقیق شرایط اجرا شده توسط مطالعه‌ی ویلکی و همکارانش در سال 2001 برای اندازه‌گیری فشار بین دیسکی L4-L5 در شرایط in vivo محاسبه شدند. داده‌های دستکاری حرکت یک فرد داوطلب در طول اجرای فعالیت‌های ورزشی بدست آمد و سپس برای تنظیم سینماتیک مدل وارد AnyBody شد. دو رویکرد متفاوت در محاسبه‎ی فشار بین دیسکی از بار بین بندی ارزیابی شد. ریتم کمری-خاجی با مقدار مرجع در اندازه‌گیری‌های in vivo مقایسه شد تا دقت سینماتیک کمری-خاجی ارزیابی شود.

همبستگی مثبت میان فشارهای محاسبه شده و اندازه‌گیری‌ها در شرایط in vivo تایید شد، بنابراین مناسب بودن مدل AnyBody مشخص شد. احتیاط خاص را باید در زمان توجه به موقعیت‌های مشخص شده با جابجایی‌های بزرگ رعایت کرد. اختلاف اندک در زمان ارزیابی ریتم کمری-خاجی مشخص شد. یافته‌های فعلی مدل AnyBody را بعنوان ابزاری مناسب برای ارزیابی غیرتهاجمی بارهای کمری در سطح L4-L5 در فعالیت‌های فیزیولوژیک معرفی می‌کند.

4- بحث
نتایج نشان دادند که مدل AnyBody در توصیف وابستگی میان فشار دیسک و زوایای حرکت در طول خمیدگی-کشش و چرخش محوری مناسب است (تصویر a3، b3، e3، f3). مدل در خمیدگی جانبی، مقادیر صحیحی تنها برای زوایای حرکتی کمتر از ° 15± ارائه می‌دهد (تصویر c3). افزایش سریع فشار دیسک در زمان بیشتر شدن زاویه از °15± را می‌توان به فعالسازی بیش از حد عضلات مرتبط نسبت داد و در زمان تنظیم پارامترهای حرکت در مدل AnyBody این محدودیت وضعیت بدنی را در نظر گرفت. مقادیر فشار محاسبه شده با رویکرد CF 1/0 تا 2/0 بالاتر از مقادیر فشار محاسبه شده با رویکرد QE بود (تصویر 3). این تفاوت در نتایج در تمام فعالیت‌های ارزیابی شده تایید شد (تصویر 4). در این راستا، با اینکه CF بر مبنای فاکتور تصحیح ثابت از آزمون‌های in vitro اجرا می‌شود؛ اما QE از مطالعه‌ی in silico توسط قزلباش و همکاران با هدف بررسی تاثیر زاویه‌ی نسبی خمیدگی-کشش میان L4 و L5 (ارزیابی شده از 2- تا 11 درجه خمیدگی) بر فشار دیسک انتخاب شد. بطور خاص، قزلباش و همکاران افزایش فشار دیسک در وابستگی به افزایش زاویه‌ی چرخش در یک فشردگی خاص محوری را گزارش کردند. علاوه بر این، افزایش فشار در مورد فقدان فشردگی محوری به حد بیشینه رسید و تا حدی در تبعیت از شرایط فشردگی بیشتر کاهش یافت. در کار فعلی، فشردگی محوری هیچ گاه نادیده گرفته نشد (بدلیل وجود وزن بیشتر بدن) و زاویه‌ی چرخش میان L4 و L5 در فعالیت‌های اجرا شده متوسط بود (از 7/1- تا 9/5 درجه)، بنابراین تنظیم مقادیر پایینتر فشار با رویکرد QE بدست آمد.

Abstract

In the panorama of available musculoskeletal modeling software, AnyBody software is a commercial tool that provides a full body musculoskeletal model which is increasingly exploited by numerous researchers worldwide. In this regard, model validation becomes essential to guarantee the suitability of the model in representing the simulated system. When focusing on lumbar spine, the previous works aimed at validating the AnyBody model in computing the intervertebral loads held several limitations, and a comprehensive validation is to be considered as lacking.

The present study was aimed at extensively validating the suitability of the AnyBody model in computing lumbar spine loads at L4L5 level. The intersegmental loads were calculated during twelve specific exercise tasks designed to accurately replicate the conditions during which Wilke et al. (2001) measured in vivo the L4L5 intradiscal pressure. Motion capture data of one volunteer subject were acquired during the execution of the tasks and then imported into AnyBody to set model kinematics. Two different approaches in computing intradiscal pressure from the intersegmental load were evaluated. Lumbopelvic rhythm was compared with reference in vivo measurements to assess the accuracy of the lumbopelvic kinematics.

Positive agreement was confirmed between the calculated pressures and the in vivo measurements, thus demonstrating the suitability of the AnyBody model. Specific caution needs to be taken only when considering postures characterized by large lateral displacements. Minor discrepancy was found assessing lumbopelvic rhythm. The present findings promote the AnyBody model as an appropriate tool to non-invasively evaluate the lumbar loads at L4L5 in physiological activities.

4- Discussion

The results revealed that the AnyBody model is suitable in describing the dependence between disc pressure and motion angles during flexion-extension and axial rotation (Fig. 3a, b and e, f). In lateral bending the model provided adequate values only for motion angles lower than ±15 (Fig. 3c). The steep increase of disc pressure when the angle exceeded ±15 can be related to over-activations of the recruited muscles and suggests to account for that postural limit when setting movement parameters in AnyBody model. The pressure values calculated with the CF approach resulted from 0.1 to 0.2 MPa higher than those computed with the QE approach (Fig. 3). This difference in the results was confirmed in all the evaluated tasks (Fig. 4). In this regard, while CF is based on constant correction factor from in vitro tests, QE was derived from in silico study by Ghezelbash et al. (2016) with the aim of accounting for the effect of the relative flexionextension angle between L4 and L5 (evaluated from 2 to 11, positive in flexion) on disc pressure. Specifically, Ghezelbash et al. (2016) reported increasing disc pressure in dependence on increasing rotation angle at given axial compression. Moreover, the pressure increasing was found maximum in case of absence of axial compression and proportionally decreased in function of higher compression conditions. In the present work the axial compression was never negligible (due to the presence of the upper body weight) and the rotation angle between L4 and L5 was found moderate in the considered tasks (ranging from 1.7 to +5.9) thus justifying the lower pressure values found with QE approach

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

اعتبار سنجی مدل اسکلتی عضلانی کل بدن AnyBody در محاسبه بارهای ستون فقرات کمری در سطح L4-L5

Validation of the AnyBody full body musculoskeletal model in computing lumbar spine loads at L4L5 level