248 matches
-
2, 5, 6, 7, 8, 23, 26, 43, 44, 45, 46, 47, 49] pot fi grupate în următoarele tipuri: - modele structurale sau modele fizice, în care accentul se pune pe reprezentările structurale, pe reproducerea mișcărilor, a formei, mărimilor și proprietăților biomecanice ale elementelor cinematice, pe creșterea gradelor de libertate astfel încât să se apropie cât mai mult de realitatea descrisă; - modele cinematice, care, pornind de la modelele fizice, exprimă prin relații matematice legaturile dintre mișcările relative ale elementelor cinematice; sunt analizate traiectoriile anumitor
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
ale experimentului, pentru simulări ulterioare; -modele experimentale nedeterministe sau statistice, care prezintă comparativ valori ale unor măsurători experimentale încercând să determine anumite legături, reguli, tendințe probabilistice în evoluția parametrilor analizați; -modelele experimentale tehnice, care își propun să reproducă anumite fenomene biomecanice cu ajutorul similitudinii, folosind sisteme tehnice fizice sau virtuale; în această categorie se pot menționa: sistemele tehnice (roboții bipezi, mușchii artificiali etc.), modelele software specializate în biomecanică, sistemele tehnice de antrenament, de kinetoterapie etc. Modelele corpului uman se ocupă fie de
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
fizic, a cărui comportare să aproximeze cât mai bine pe cea a sistemului real. Modelul fizic se aseamănă cu sistemul real în ceea ce privește caracteristicile de bază, dar este mai simplu și deci mai abordabil analizei. Astfel, elementele componente ale unui sistem biomecanic pot fi modelate prin corpuri solide, cuple cinematice, arcuri, amortizoare etc., iar acțiunea reciprocă a două corpuri poate fi schematizată prin forțe concentrate, cupluri concentrate, sarcini distribuite, etc. În multe cazuri, răspunsul dinamic al structurilor biomecanice poate fi reprezentat printr-
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
componente ale unui sistem biomecanic pot fi modelate prin corpuri solide, cuple cinematice, arcuri, amortizoare etc., iar acțiunea reciprocă a două corpuri poate fi schematizată prin forțe concentrate, cupluri concentrate, sarcini distribuite, etc. În multe cazuri, răspunsul dinamic al structurilor biomecanice poate fi reprezentat printr-un model cu „parametrii concentrați”, compus din mase, arcuri și amortizoare. Aproximațiile care se fac la formularea modelelor fizice se referă la [23, 47, 128]: -neglijarea efectelor secundare; -neglijarea unor interacțiuni cu mediul ambiant; -înlocuirea caracteristicilor
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
coordonatele generalizate cunoscute iar x pozițiile punctelor ce trebuie obținute. In cazul piciorului, cunoscând unghiurile de rotație ale genunchiului și șoldului, poziția piciorului se determină prin utilizarea pozițiilor și rotațiilor șoldului și genunchiului. Pe baza cunoașterii schemei structurale a sistemului biomecanic, folosind notațiile Denavit - Hartenberg [45], se pot determina matricile care rezolvă cinematica directă a sistemului biomecanic dat. Astfel, conform rotațiilor din figura 2.40, fiecare element cinematic este caracterizat de patru parametrii: θ, d, a și α. Pentru un element
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
rotație ale genunchiului și șoldului, poziția piciorului se determină prin utilizarea pozițiilor și rotațiilor șoldului și genunchiului. Pe baza cunoașterii schemei structurale a sistemului biomecanic, folosind notațiile Denavit - Hartenberg [45], se pot determina matricile care rezolvă cinematica directă a sistemului biomecanic dat. Astfel, conform rotațiilor din figura 2.40, fiecare element cinematic este caracterizat de patru parametrii: θ, d, a și α. Pentru un element, θ este unghiul rotației articulare, d este distanța dintre originile axelor care mărginesc elementul, a este
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
măsurători specifice, cât și pentru a furniza informații în urma simulării unor situații posibile pe modelul cinematic sau dinamic analitic, care să-l conducă pe medic, în final, la prescrierea tratamentului cel mai adecvat. 2.2.4.Modele statice Un sistem biomecanic de corpuri solide se află în echilibru static atunci când fiecare dintre componenți este în echilibru. Pentru a studia echilibrul static al sistemelor de corpuri solide, pot fi folosite mai multe metode, prezentate succint în cele ce urmează. Metoda izolării corpurilor
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
echilibru în spațiu sau 3n ecuații scalare de echilibru în plan. Dezavantajul acestei metode constă în introducerea în calcule a unui număr foarte mare de necunoscute, a căror determinare implică un calcul laborios. Exemplificarea acestei metode se face pentru sistemul biomecanic al membrului inferior uman, reprezentat schematic în figura 2.43 [23]. Legăturile exterioare pentru acest sistem se consideră că sunt în punctul A, unde piciorul (I) este rezemat pe sol și în punctul D unde coapsa (III) este articulată de
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
de legătură exterioare; se scriu ecuațiile de echilibru static după care, prin rezolvare, se determină necunoscutele, și anume, forțele de legătură exterioare și o parte din parametrii scalari care definesc poziția de echilibru a sistemului; Aplicând metoda solidificării la sistemul biomecanic al membrului inferior, reprezentat în figura 2.43, se obține următorul sistem de ecuații de echilibru: (2.32) Acest sistem de ecuații exprimă faptul că sistemul de corpuri considerate rigide al membrului inferior se află în echilibru sub acțiunea forțelor
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
de corpuri, considerate ca un singur corp solid rigid, și, prin rezolvare, se determină forțele de legătură exterioare și interioare și o parte din parametrii scalari care definesc poziția de echilibru a sistemului dat. Aplicând metoda echilibrului părților la sistemul biomecanic al membrului inferior analizat anterior (figura 2.43) și izolând subsistemul format doar din elementele picior (I) și gambă (II), așa cum este reprezentat în figura 2.45, se obține sistemul ecuațiilor de echilibru static: . (2.33) Pentru rezolvarea problemelor de
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
intrare“ caracteristicile antropometrice ale sistemului analizat, precum și valorile estimative ale forțelor musculare și se cer a fi determinate ca „date de ieșire“, pe baza ecuațiilor de mișcare, parametrii cinematici ai mișcării (poziții, viteze, accelerații) și reacțiunile legăturilor exterioare ale sistemului biomecanic [23, 106, 107, 125, 126]. În figura 2.46 este reprezentată o schemă generală a modelelor dinamice directe. Mișcarea se produce în modelele dinamice directe pornind de la comanda neurală către sistemul musculo-scheletal, așa cum este reprezentată schema directă din figura 2
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
dinamic invers este reprezentat în figura 2.48. Într-un astfel de model, datorită organelor senzoriale se poate stimula comanda neurală, schemei de producere a mișcării din fig. 2.47, corespunzându-i fluxul invers, de feedback. Modelarea analitică a sistemului biomecanic al corpului uman se poate realiza fie “exact”, recurgând la ecuații carea au la bază mecanica “clasică” sau abordări noi (cum ar fi metoda Bondgraf), fie „estimativ“, recurgând la expresii deduse din date experimentale care apoximează, estimează anumiți parametrii dinamici
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
2.41) unde: f jmax este valoarea maximă a forței musculare izometrice, fj este o constantă care variază între 0 și 1 funcție de nivelul de activare musculară, iar r(j) reprezintă vectorul moment al muschiului „j“ acționând asupra articulațiilor sistemului biomecanic (în număr de n), respectiv . (2.42) Momentul articular total, dat de toți cei „n“ mușchi este: , (2.43) unde: . Ecuația de mișcare are în acest caz expresia: , (2.44) unde: M(θ) reprezintă matricea masei, g(θ) este vectorul
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
pe baza unor metode specifice (metoda Rayleigh, metoda produselor), se stabilește legea fizică ce caracterizează fenomenul analizat, pe baza mărimilor fizice care-l determină. Modelele experimentale presupun efectuarea de experimentări in vitro, pe un model redus, geometric asemenea cu sistemul biomecanic real. Teoria similitudinii (asemănării) și a încercărilor pe modele stabilește condițiile care trebuie îndeplinite pentru ca fenomenul simulat pe model să fie asemenea fenomenului real [23]. Încercările pe modele furnizează informații deosebit de utile pentru înțelegerea funcționării structurii reale. Modelul experimental care
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
experimentale, nefiind încă posibil a fi elaborate modele analitice complexe, cele dezvoltate având multe ipoteze simplificatoare (sunt considerate segmente și grupe musculare izolate sau sunt luate în discuție grupele musculare principale, de interes pentru un scop sau altul). Pentru modelele biomecanice cu aplicații în sport pot fi remarcate următoarele aspecte critice: -Cercetările întreprinse pe baza unor modelele analitice active, nu au evidențiat încă parametrii biomecanici variabili interni care conduc la performanță, în diferitele sporturi, fiind remarcați doar parametrii de “intrare” și
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
pot fi remarcate următoarele aspecte critice: -Cercetările întreprinse pe baza unor modelele analitice active, nu au evidențiat încă parametrii biomecanici variabili interni care conduc la performanță, în diferitele sporturi, fiind remarcați doar parametrii de “intrare” și de “ieșire” ai sistemului biomecanic; -simulările musculo-scheletale prin programe specializate (SIMM, ADAMS, MADYMO, DADS) nu cuprind decât grupe principale musculare motoare și nu pot fi individualizate antropometric decât din punct de vedere scheletal; -nu sunt simulate pe modele analitice interacțiunile dintre sportivi sau dintre sportivi
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
-dezvoltarea unor modele analitice active; -dezvoltarea programelor specializate de reconstrucție în 3D a sistemelor anatomice, pe baza investigațiilor CT sau MRI, pentru a putea efectua analize individualizate și a proiecta, în timp real, sistemele tehnice necesare reconstrucțiilor osoase; - evaluarea aspectelor biomecanice ale tendoanelor și ligamentelor din structurile articulare și de putere (musculare), pentru a le putea cuprinde în modele unitare; -evaluarea factorilor de risc; -evaluarea unor factori mecanici externi asupra sistemului locomotor, atât pentru recuperarea medicală, cât și pentru antrenament; evaluarea
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
antrenament; evaluarea efectelor nocive sau benefice pe care anumiți factori mecanici externi (vibrații, șocuri, rezistențe, forțe propulsoare, viteze, accelerații) le pot avea în organism, în general și asupra sistemului musculo-scheletal, în particular; -dezvoltarea unor metode noi de simulare a sistemelor biomecanice active, folosind concepte cibernetice, precum feedback, transfer de date etc.; -realizarea unor echipamente tehnice performante, pentru utilizare medicală și sportivă - de antrenament. 3. MODEL ANALITIC AL ARTICULAȚIEI GLEZNEI CU APLICAȚIE ÎN RECUPERAREA MEDICALĂ ȘI ANTRENAMENTUL SPORTIV Modelarea sistemelor biomecanice se
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
sistemelor biomecanice active, folosind concepte cibernetice, precum feedback, transfer de date etc.; -realizarea unor echipamente tehnice performante, pentru utilizare medicală și sportivă - de antrenament. 3. MODEL ANALITIC AL ARTICULAȚIEI GLEZNEI CU APLICAȚIE ÎN RECUPERAREA MEDICALĂ ȘI ANTRENAMENTUL SPORTIV Modelarea sistemelor biomecanice se poate realiza prin folosirea unuia din cele două tipuri de modele, și anume: modele analitice și modele experimentale. Datorită complexității fenomenelor biomecanice, precum și datorită dificultăților matematice care apar la scrierea și rezolvarea ecuațiilor de mișcare ale aparatului locomotor, pentru
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
antrenament. 3. MODEL ANALITIC AL ARTICULAȚIEI GLEZNEI CU APLICAȚIE ÎN RECUPERAREA MEDICALĂ ȘI ANTRENAMENTUL SPORTIV Modelarea sistemelor biomecanice se poate realiza prin folosirea unuia din cele două tipuri de modele, și anume: modele analitice și modele experimentale. Datorită complexității fenomenelor biomecanice, precum și datorită dificultăților matematice care apar la scrierea și rezolvarea ecuațiilor de mișcare ale aparatului locomotor, pentru studiul dinamicii corpului uman se folosesc, adesea, modele experimentale, fie în mod direct, fie după o modelare analitică prealabilă. Modelarea analitică comportă, în
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
fizic”, a cărui comportare să aproximeze cât mai bine pe cea a sistemului real. Modelul fizic se aseamănă cu sistemul real în ceea ce privește caracteristicile de bază, dar este mai simplu și deci mai abordabil analizei. Astfel, elementele componente ale unui sistem biomecanic pot fi modelate prin corpuri solide rigide, arcuri, amortizoare etc., iar acțiunea reciprocă a două corpuri poate fi schematizată prin forțe concentrate, cupluri concentrate, sarcini distribuite etc. În multe cazuri, răspunsul dinamic al structurilor biomecanice poate fi reprezentat printr-un
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
elementele componente ale unui sistem biomecanic pot fi modelate prin corpuri solide rigide, arcuri, amortizoare etc., iar acțiunea reciprocă a două corpuri poate fi schematizată prin forțe concentrate, cupluri concentrate, sarcini distribuite etc. În multe cazuri, răspunsul dinamic al structurilor biomecanice poate fi reprezentat printr-un model cu “parametri concentrați”, compus din mase, arcuri și amortizoare. Aproximațiile care se fac la formularea modelelor fizice se referă la: -neglijarea efectelor secundare; -neglijarea unor interacțiuni cu mediul ambiant; -înlocuirea caracteristicilor “distribuite” prin parametri
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
articulației gambei, în care sunt relevate ligamentele și tendonul lui Achile, este reprezentat în figura 3.3 [10, 23, 28, 30, 79, 7180]. Funcție de talia (înălțimea) subiectului uman, evidențiată prin cota “H”, se pot calcula antropometric toate dimensiunile necesare studiului biomecanic al articulației gleznei, așa cum se prezintă în figura 3.3 (b). În figurile 3.3(a) și 3.3(b) s-au notat următoarele puncte: A reprezintă punctul de sprijin al piciorului pe capul oaselor metatarsiene I, II și III
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
se calculează cu expresiile definite pe cotele reprezentate în figura 3.3, variabila de calcul fiind înălțimea totală “H” a individului analizat [23, 149]. Modelul structural al ansamblului gambă - picior, folosit în cele ce urmează ca model mecanic necesar analizei biomecanice, este reprezentat în figura 3.4. Cotele a, b, c, d, e, h și l au următoarele semnificații: a - reprezintă distanța dintre punctul de sprijin antero-median al piciorului, A și punctul distal de legătură a ligamentului deltoid cu oasele tarsiene
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]
-
Generală de la Universitatea de Medicină și Farmacie “Gr. T. Popa” Iași, marcându-se cu tuș, direct pe subiectul uman, fiecare punct de interes descris anterior. Valorile acestor măsurători antropometrice vor fi prezentate la paragraful destinat rezolvării numerice a ecuațiilor modelului biomecanic propus. În cele ce urmează se va defini poziția unui “pas greșit” a piciorului drept aceea în care sprijinul piciorului pe sol se realizează numai pe una dintre marginile laterale ale acestuia și nu pe toată suprafața plantară, așa cum se
Cercetări privind modelarea biomecanică a sistemului locomotor uman cu aplicabilitate în recuperarea medicală şi Sportivă by Mihai-Radu IACOB () [Corola-publishinghouse/Science/100990_a_102282]