Historia modelowania biomechanicznego ramienia

1. Pronk, Van der Helm (1991)- 3D model ramienia ze strukturami morfologicznymi mięśni i stawów. Ostatnio powiększono reprezentację ramienia o łokieć oraz połączenia przedramienia

2. Happee (1992) – badania nad sterowaniem mięśni ramienia. Nowa metoda optymalizacji dla symulacji dynamiki odwróconej.

3. Rozendaal (1997) – teoretyczne badania nad stabilnością stawu ramienia

4. Stroeve (1998) – użycie SNN do modelowania roli centralnego układu nerwowego w sterowaniu ruchem ramienia.

5. Brouwn (2000) – eksperymentalny zapis danych podczas 6. Erwin de Vlugt (od 1998) – dużą różnorodność warunków postaw

i ruchu. Używał manipulatora 2DOF

Model biomechaniczny ramienia

Struktura szkieletu ramienia – kinematycznie zamknięty i połączony ze sobą łańcuch kości, które łączą górne ramię do tułowia.

Kości: Obojczyk Łopatka

Połączenia elementów ramienia: połączenie mostkowo-obojczykowe połączenie wyrostka barkowego łopatki i obojczyka połączenie panewka-kość barkowa

Model biomechaniczny ramienia

Definicja lokalnego układu współrzędnych do przeprowadzenia analizy kinematycznej:

Xs

Ys

Zs

AA

Ys

Zs

Xs

Model biomechaniczny ramienia

Obroty klatki piersiowej

skręcanie Ruch poprzeczny

Obrót w tył

Yt

Zt

Xt

Yt

Zt

Xt

Yt

Zt

Xt

Model biomechaniczny ramienia

Obroty obojczyka

Xc

YcZc

wysunięcie/cofnięcie

Xc

YcZc

Xc

Yc Zc

podniesienie obórt wokół osi

Model biomechaniczny ramienia

Obroty kości barkowej

Xh

Yh

Zh

płaszczyzna podniesienia kąt podniesienia obrót kątowy

Yh Yh

Zh ZhXhXh

Model biomechaniczny ramienia

Biomechaniczna struktura ramienia, składająca się z 4 części.

Kręgosłup

Model biomechaniczny kręgosłupa

Rola kręgosłupa: ochrona rdzenia

kręgowego ochrona narządu ruchu narząd podpory ciała

KRĘGI

Więzadła

Rdzeń kręgowy

Nerw rdzeniowy

Więzadło ząbkowe

Przestrzeń podpajęczynówkowa

Przestrzeń podtwardówkowa

Opona miękka

Opona pajęcza

Opona twarda

Biomechanika rdzenia kręgowego wg Brieg’a

Zachowanie się rdzenia w kanale kręgowym podczas

zgięcia i przeprostu.

RDZEŃ KRĘGOWY - FUNKCJE

● Przesyła bodźce do mięśni

● Przewodzi impulsy z i do mózgu

● Unerwia skórę, mięśnie, gruczoły, układ naczyniowy

● Znajdują się w nim ośrodki odruchów bezwarunkowych

PARAPLEGIA niepełne albo całkowite uszkodzenia rdzenia kręgowego czyli paraliż dolnej połowy ciała, albo porażenie wszystkich kończyn (paraliżem ciała od szyi w dół), zależnie od tego, na jakiej wysokości wystąpiło uszkodzenie: w regionie piersiowo-lędźwiowym czy szyjnym.

RDZEŃ KRĘGOWY - USZKODZENIE

RDZEŃ KRĘGOWY – PO URAZIE

bardzo szybko dochodzi do martwicy rdzenia,

rozwoju tkanki glejowej, która jest tkanką bliznowatą, zamykającą możliwość regeneracji,

regeneracja wokół rdzenia też istnieje, ale jest ona bardzo wolna i śladowa, a rozwój gleju jest tak szybki, że uniemożliwia przerosty regenerujących się włókien nerwowych.

Komórki macierzyste

RDZEŃ KRĘGOWY – TERAŹNIEJSZOŚĆ

Jakub Tokarz (26 l.) młodzieżowym mistrzem Polski w judo.

Model biomechaniczny kręgosłupa

Ruchy kręgów w kręgosłupie Siły dziłające na kręgosłup

Statyczne: Ciężar głowy Ciężar ramion Ciężar tułowia Momenty występujące przy zakłóceniu symetrii

strzałkowej ciała

Dynamiczne: Siły bezwładności Siły odśrodkowe

Model Stotte’a

Qt - cięażr głowy i karku oraz tułowiaPp - siła wywierana przez ciśnieniew poddbrzuszu

Ql - cięażr ramion działających przez stawramienny,Px - siła prostowników grzbietuPm - składowa siły wzdłużnej mięśnibrzuchaPs, Pc - składowe siły w krążkumiędzykręgowym (styczna, kompresji)[wg. Stotte’a]Pxdx + Ppdp= Qldl ± Qtdt+PmdmPc=(Ql+ Qt)cosa + Px – Pp +PmPs=(Ql+ Qt)sina

Model obciążeniowy odcinka lędźwiowego wg Schultza

F F F Fx r r 1 11 sin

F F F F F Fy ir il kr kl s sin sin

cosFFcosFF

cosFFFFFFFFF

klkrilir

l1r1xlxrmlmrpcz

M d F d F F d F F d F Fx yp p ym mr ml yx xr xl yl r l 1 1

cosFFxcosFFxcos

FFdFFdFFdM

ilir0klkr0

l1r11xxlxrxxmlmrxmy

M d F F x F F x F Fz yl r kr kl il ir 11 1 0 0sin sin sin

Równoważniki mięśniowe:Fmr – brzucha,Fkr i Fir wewnętrzne i zewnętrzne skośne brzucha, Fr – prostownik kręgosłupa, Fxr – grzbietowy szerszy,Fc,Fr,Fs – reakcje składowe obciążeń kręgu:Fc - siła ściskająca trzon kręgu prostopadła do jego powierzchni, Fs - siłastyczna do powierzchni kręgu, Fr - siła reakcji kręgu na boczny skręt, działąjcaw osi x.

ZMIANY W OBSZARZE KRĘGOSŁUPA CZŁOWIEKA

Dyskopatia

Osteoporoza

Zniekształcenia

Złamania

Zwyrodnienia

Przykładowe zmiany chorobowe

elementów kręgosłupa

Dysk „normalny”

Dysk zdegenerowany

Dysk wybrzuszony

Dysk „wpadnięty”

Dysk o zmniejszonej wysokość

Dysk zdegenerowany z osteofitami

OSTEOPOROSIS

Model FEM dynamicznego stabilizatora kręgosłupa

Przednia spondylodeza metodą endoskopową

100m

100m

Analiza mikroskopowa pręta S1: a) ubytki korozyjne na powierzchni pręta, b) początki procesów korozyjnych zachodzących w miejscach mechanicznego uszkodzenia powierzchni

30m

50 m

b)

20 m50 m

Analiza mikroskopowa pręta S2: a) wżery i zarysowania na powierzchni pręta,b) rozwój korozji międzykrystalicznej po granicach ziaren austenitu.

wnioski