① 概要

AnyBodyで計(jì)算に使用される人體モデルは、概ね実際の人體の構(gòu)成を再現(xiàn)していますが、計(jì)算にかかる時(shí)間やモデル化の難しさ等の理由から簡略化されている部位があります。 例えば、指先のモデル化や膝の関節(jié)の構(gòu)造などです。 これらの課題に対して、記述を追加し、AnyBodyのモデルを変更することで対応することができます。

デフォルトモデル???1個(gè)の剛體

次期バージョンのAnyBodyに導(dǎo)入される予定の胸郭詳細(xì)モデルでは胸郭のすべての骨(胸椎/肋骨/胸骨) を分割して作成し、それぞれの間に関節(jié)や拘束を設(shè)定することで、胸椎の側(cè)彎変形をシミュレーションすることが可能になります。

またAnyBodyの開発元(AnyBody Technology)では、胸郭詳細(xì)モデルを応用して側(cè)彎変形シミュレーションを行った例を公開しております。
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

胸郭詳細(xì)モデル???計(jì)38個(gè)の剛體(肋骨12×2、頸椎12、胸骨2)

胸椎同士の関節(jié)(胸椎間関節(jié))、胸椎-肋骨の関節(jié)(肋椎関節(jié), 肋橫突関節(jié))は球體関節(jié), 肋骨-胸骨(肋軟骨接合部、胸肋関節(jié))は並進(jìn)変位の拘束によってモデルや動(dòng)きは構(gòu)成されています。
?側(cè)彎癥モデル例(手動(dòng)入力) モデルや設(shè)定にもよりますが、胸椎の角度はAnyBodyの他の脊椎(頸椎/腰椎)と同様に1組の関節(jié)角度から他の関節(jié)角度を算出して適用する方法(脊椎リズム)で設(shè)定されています。
各胸椎に任意の値(例えばレントゲンの測定値など)を入力するのであればこのリズムを無効にして、直接角度を設(shè)定します。

モデルの赤くピックアップされている腰椎(L5)～胸椎(T1)に対して、モデルが破綻しない範(fàn)囲で自由に角度を入力することができます。
本ページでは1例として脊椎が”く”の字に屈曲している狀態(tài)をイメージして、T4T5関節(jié)とL3L4関節(jié)に20°、T9T10関節(jié)に40°の屈曲を與え、解析を行います。

赤矢印が屈曲部位

解析は上記の骨モデルに筋肉を追加したモデルで行います。

解析結(jié)果として、腰椎/胸椎の①側(cè)屈モーメント、②関節(jié)圧縮力と③左右剪斷力を確認(rèn)します。
①側(cè)屈モーメント

立位姿勢において変形の無い脊椎であれば、側(cè)屈モーメントは発生しません。 しかしながら、側(cè)彎変形で重心の位置が変化することによって自重による側(cè)屈モーメントが生じるようになります。
姿勢を保つためには胸椎/腰椎に対して、自重による側(cè)屈モーメントとつり合う、反対方向で同じ大きさの側(cè)屈モーメントが必要になります。
このつり合いを取る側(cè)屈モーメントは筋肉の活動(dòng)によって提供されます(上図はこの筋発揮のモーメントの値になります)。
しかしながら、筋肉の活動(dòng)が増加することにより、関節(jié)に発生する力(関節(jié)反力)も増加します。
②関節(jié)圧縮力

関節(jié)反力のうち、近位-遠(yuǎn)位(圧縮-伸展方向)の力成分です。
特に腰椎の圧縮力が上昇していることが確認(rèn)できます。
③関節(jié)左右剪斷力

関節(jié)反力のうち、內(nèi)-外(右側(cè)-左側(cè))の力成分です。 側(cè)彎癥の影響で腰椎や胸椎に対して、最大で約150N(約15kg)の剪斷力(ズレる方向に作用する力)が発生しているのが確認(rèn)できます。
上記のように胸郭詳細(xì)モデルを活用することで、これまでは算出できなかった胸郭內(nèi)の負(fù)擔(dān)について算出することが可能になります。