専門的な軸荷重装置は、シミュレーション精度を確保します。これは、リニアモーションローリングガイドを備えた垂直軸を利用して、60kgなどの一貫した静的体重を印加することによって実現されます。剛性のあるテストセットアップとは異なり、この独自の設計により、脛骨は垂直軸上で自由に回転でき、足の自然な動きの力学に対する人工的な制約を防ぎます。
垂直荷重を印加しながら脛骨の自由な回転を許容することにより、この装置は重要な「脛骨踵骨カップリング」メカニズムをシミュレートします。これにより、観察される足の変形と骨格の変位が、剛性のある人工的な実験室条件ではなく、実際のヒトの生体力学を反映することが保証されます。
高忠実度シミュレーションのメカニズム
この装置がどのように精度を達成するかを理解するには、単純な重量印加を超えて、その重量が足の解剖学とどのように相互作用するかを調べる必要があります。
脛骨踵骨カップリングの再現
この装置の主な革新は、脛骨踵骨カップリングをシミュレートする能力です。自然な人間の歩行では、脚（脛骨）は単に下向きに押すだけでなく、足が動くにつれて内側および外側に回転します。
脛骨が垂直軸上で自由に回転することを許可することにより、この装置は自然な生理学的運動に対応します。これにより、テスト装置が骨を人工的に固定することを防ぎ、圧力データを歪めることを防ぎます。
荷重印加の精度
この装置は、リニアモーションローリングガイドを使用して垂直運動を容易にします。これにより、力の印加がスムーズで垂直かつ一貫していることが保証されます。
たとえば、体重をシミュレートするために60kgの静的荷重を印加する場合、ガイドは、不要な摩擦や横方向のせん断なしに、力が純粋に下向きに印加されることを保証します。これにより、テストに関連する垂直重力のみが分離されます。
生体力学的精度の確保
あらゆる足圧テストの目標は、実際のストレス下で足がどのように振る舞うかを観察することです。この装置の機械的機能は、収集されたデータの妥当性に直接影響します。
現実的な足の変形
脛骨が回転することを許可すると、足のアーチと軟部組織は、歩行中に起こるのとまったく同じように変形します。
回転がブロックされた場合、足は不自然に圧縮され、不正確な圧力分布マップにつながります。この装置は、観察される変形が生体力学的に本物であることを保証します。
正確な骨格変位
足の骨の配置は、荷重下で変化します。この装置によって提供される「回転の自由」は、骨格構造が自然に変位することを可能にします。
これにより、生体力学シミュレーションの忠実度が高くなり、実験で記録された骨格のシフトが生きている被験者のものと密接に一致します。
トレードオフの理解
この装置は剛性システムよりも精度を大幅に向上させますが、その操作の特定の文脈を認識することが重要です。
静的制約と動的制約
主な参照では、静的荷重（例：60kg）の印加に言及しています。
この装置は、荷重支持のメカニズムと関連する回転を非常によくシミュレートしますが、静的荷重は、完全な走行歩行サイクルの可変加速と衝撃力を完全に再現するものではありません。これは、動的な衝撃過渡現象のシミュレーションではなく、荷重下での変位と圧力のシミュレーションです。
目標に合わせた適切な選択
適切なシミュレーション方法の選択は、分離する必要のある特定の生体力学的変数によって異なります。
- 主な焦点が構造的変形の場合：脛骨の回転を可能にするこの装置の能力は、正確な骨の変位とアーチの崩壊を捉えるために不可欠です。
- 主な焦点が圧力マッピングの場合：リニアモーションガイドは、荷重が垂直かつ一貫して印加されることを保証し、機械的摩擦からのノイズを排除します。
脛骨と足の自然なカップリングを優先することにより、この装置は機械的テストと生物学的現実との間のギャップを埋めます。
概要表：
| 特徴 | メカニズム | 生体力学的影響 |
|---|---|---|
| 垂直荷重 | リニアモーションローリングガイド | 摩擦なしで一貫した60kgの静的重量を保証します。 |
| 脛骨回転 | 自由な垂直軸移動 | 自然な足の動きのために脛骨踵骨カップリングをシミュレートします。 |
| 骨格配置 | 制約のない変位 | 現実的な変形のために骨の人工的な固定を防ぎます。 |
| 圧力マッピング | 分離された垂直力 | 正確なデータ収集のために横方向のせん断ノイズを排除します。 |
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参考文献
- Takuo Negishi, Naomichi Ogihara. Three-Dimensional Innate Mobility of the Human Foot on Coronally-Wedged Surfaces Using a Biplane X-Ray Fluoroscopy. DOI: 10.3389/fbioe.2022.800572
この記事は、以下の技術情報にも基づいています 3515 ナレッジベース .
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