利用慣性運動捕捉技術估算舉重過程中的脊柱負荷







研究背景

■ 腰痛是最常見的肌肉骨骼疾病(Andersson, 1999)

■ 評估材料搬運過程中的脊柱負荷

  • 2D生物力學模型 (Potvin 1997, Merryweather 2009)

  • 實驗室中的 3D 電腦模擬 ( Bassani等人,2017)

■ 慣性運動捕捉

■ 將運動學與預測的GRF結合起來,以估計脊柱負荷 (Karatsidis等人,2019)



研究目標

評估一個完全使用IMC (慣性運動捕捉)驅動的肌肉骨骼模型的併發有效性。肌肉骨骼模型完全使用IMC驅動和GRF預測,用以估計L4和L5脊柱在各種提舉和轉移任務中承受的力量。


實驗數據

■ 測試人數:9位男性、4位女性

■ 標準的提昇動作 (採用逐漸增加負荷的方式,負荷重量為 5~20 Kg)

■ 運動學

  • Qualisys (42 markers, 120Hz)

  • Xsens MVN Awinda (17 IMU, 60Hz)

■ 動力學

  • AMTI force plates (1200 Hz)





電腦模擬

■ 將IMU資料轉入至 AnyBody系統中

  • 應用感測器,測量身體尺寸和校準

  • 運動圖像來自.bvh文件

  • 虛擬標記(Skals等人,2017)

■ 預測地面反作用力(Fluit等人,2014;Skals等人,2017)。

■ 腳下放置接觸元件進行量測






資料分析與統計

■ 需要研究的參數

  • 軀幹彎曲

  • 右腳和左腳的垂直GRF

  • L4 L5椎間盤的JRFs

  • 力量豎脊肌的力量

■ 統計學比較

  • 類內相關係數

  • 均方根誤差

  • 相對均方根誤差

  • 布蘭德-奧特曼偏差 ((Bland-Altman bias)) 和協議的界限


結果:SYM Vertical GRF



結果: ASYM Vertical GRF



結果:SYM axial compression force



結果:ASYM axial compression force



結果:Axial compression force LOA



結果:SYM anteroposterior shear force



結果:ASYM anteroposterior shear force



結果:SYM mediolateral shear force



結果:ASYM mediolateral shear force



結果:SYM Erector spinae



結果:ASYM and TRA Erector spinae




結果:Thorax-Pelvis orientation



結論

  • 在動態的人工材料搬運任務中,IMC PGRF模型可用於評估人體的肌肉骨骼負荷

  • 與步態研究 (Karatsidis等人, 2019) ,在分析中引入負擔的結果是準確度較低。

  • IMC PGRF模型可在現場跟蹤軸向壓縮力的相對變化