AnyBody 應用案例
胸廓詳細模型的介紹
- ① 概要
- AnyBody中用于計算的人體模型,大體上是再現了實際人體的構成。不過,由于計算時間和建模的困難等原因,有些部位被簡化了。 例如,手指的建模和膝關節的構造。 針對這些問題,可以通過添加描述和更改AnyBody模型來應對。
默認模型???1個剛體
下一版本的AnyBody預定導入的胸廓詳細模型對胸廓的所有骨頭(胸椎/肋骨/胸骨)進行了分割,各個錐體之間設定關節和約束,就可以模擬胸椎的側彎變形。
下面是AnyBody原廠(AnyBody Technology)公開了應用胸廓詳細模型進行側彎變形模擬的例子。
Shayestehpour, H., Rasmussen, J., Galibarov, P. et al.
An articulated spine and ribcage kinematic model for simulation of scoliosis deformities.
Multibody Syst Dyn 53, 115–134 (2021).
https://doi.org/10.1007/s11044-021-09787-9
胸廓詳細模型……共計38個剛體(肋骨12×2,頸椎12,胸骨2)
胸椎之間的關節(胸椎間的關節),胸椎-肋骨的關節(肋椎關節,肋橫突關節)是球體關節,
肋骨-胸骨(肋軟骨接合處,胸肋關節)是由平移位移的約束來構成模型和運動的。
?側彎模型為例(手動輸入),胸椎的角度和AnyBody的其他脊椎(頸椎/腰椎)一樣,是以一組關節角度計算出其他關節角度的方法(脊椎節律Spine Rhythm)設定的。
如果你要在每個胸椎上輸入任意值的角度(例如x光測量),那么使這個節律rhythm無效,然后直接設置角度就行。
我們可以在模型不破裂的范圍內自由輸入角度,以對應模型的腰椎(L5)到胸椎(T1)角度。
本頁以脊椎側彎為例,T4T5關節和L3L4關節彎曲20°,T9T10關節彎曲40°進行分析。
紅箭頭代表彎曲部位
分析是在上述骨骼模型的基礎上添加肌肉的模型。
作為分析結果,確認腰椎/胸椎的①側彎力矩,②關節壓縮力和③左右剪切力。
①側彎力矩
如果站立姿勢下脊椎沒有變形,就不會產生側彎力矩。
但是,由于側彎變形重心位置的變化,會產生由自重引起的側彎力矩。
為了保持姿勢,對于胸椎/腰椎,與自重引起的側屈力矩相平衡,在相反的方向上需要相同大小的側屈力矩。
這種平衡的側彎力矩是由肌肉活動提供的(上圖是肌肉激活產生的力矩值)。
但是,隨著肌肉活動的增加,關節產生的作用力(關節反作用力)也會增加。
②關節壓縮力
上圖是關節反力中的,近位-遠位(壓縮-伸展)的力。
圖中可以看到,腰椎的壓縮力上升明顯。
③關節左右剪切力
是關節反力中,內-外(右-左)的力。
由于脊柱側彎的影響,對腰椎和胸椎產生了最大約150n(約15kg)的剪切力(作用于錯位方向的力)。
如上所述,利用胸廓詳細模型,可以計算出胸廓內的力的分布。