使用 AnyBody 肌肉骨骼模型計算腰椎的真實負荷






腰椎負荷



肌肉力

  • 該位置的受力量測困難, 不像一般上肢/下肢容易量測


椎間盤壓力

  • 不容易採用非侵入式方式進行量測

  • 醫學倫理審批困難

  • 靠近脊椎位置可能會造成危險


關節面接觸力

  • 與椎間盤壓力量測遇到相同的問題 (不易量測)



確認 (Varification) 與驗證 (Validation)


Verification

模型的確認代表該模型是可以模擬正確的操作狀況


Validation

模型的驗證則是需要檢查模型的準確性, 確保該模型能夠描述真實的狀況





AnyBody AMMR (人體模型資料庫)

  • AnyBody 提供了完整的肌肉骨骼模型 (AnyBody Managed Model Repository, AMMR)

  • 該全身人體模型已經被全球眾多的研究單位所採用,進行越來越多的相關研究。

  • 僅在2016年,AnyBody Technology 官方網站就有超過 50篇的相關論文,其中大多數都採用了 AMMR 人體模型


當問題限縮在人體脊柱的表徵時,該模型可以用來評估生理活動期間的腰間負荷 (例如訓練、人體工程學以及醫療康復)以及病理狀況 (例如脊柱畸形與手術固定策略確認)







椎間盤內的壓力與與胸腔/骨盆之間的運動角度有關,已連續動態觀測的方式進行評估。



運動條件:舉起一箱 19.8公斤的啤酒

其他條件:站立/坐下/行走


  • 一名28歲的男性受測者 (體重 72Kg, 身高 174cm). Wilke et al. in 2001

  • 在皮膚上放置了 41個被動標記 (VICON Plug-in-Gait protocal)

  • 採用8個攝影機系統進行動態運動數據捕捉 (BTS Bioengineering, Italy)

  • 在 70Hz 時取得標記軌跡



標記軌跡轉成 *.c3d 的格式,轉入 AnyBody 系統以計算肌肉骨骼動力學。











討論

  • 結果證明了 AnyBody 系統在 L4L5 水平計算腰椎負荷模型的適用性

  • 只有在特定的姿勢(橫向位移特別大)時才需要特別注意

  • 研究結果確認可以將 AnyBody 模型作為一種合適的非侵入式腰椎生理負荷評估的工具

  • 未來的研究可以繼續朝向在已知改變脊柱的病理條件下的 AnyBody 模型適用性,例如脊柱畸形與脊柱固定方式


本研究目前的限制

1. 需要進行更多的研究主體

2. 受測人員為28歲,希望增加45歲的受測者 (與2001的論文進行比對)

3. AnyBody 模型目前仍然有下列限制

  • 肋骨與胸椎視為剛體 (rigid body)

  • 沒有小關節和韌帶

  • 邀椎間盤僅採用球型關節

  • 腰椎盆的運動方式採用現有文獻假設