全身反射マーカーセットの使用における機械的原理は何ですか？生体力学的運動のマッピング

全身反射マーカーセットの基本的な機械的原理は、被験者の皮膚表面に仮想座標系を確立することです。これらの外部点を追跡することにより、生体力学的モデルは骨セグメントの内部運動中心を数学的に定義し、骨格の動きを正確に再構築できます。

このシステムは、表面データを剛体モデルに変換し、関節軸の回転を正確に分離できるようにします。これは、人工装具のアライメントを評価し、関節の摩耗を防ぐために必要な複雑な内外回転角を計算するための決定的な方法です。

解剖学的形状の確立

表面から骨格へのマッピング

反射マーカーは皮膚に配置されますが、その目的は下の骨セグメントを追跡することです。モーションキャプチャシステムは、これらの表面点を使用して、体の構造の幾何学的表現を作成します。

運動中心の定義

このセットアップの主な機能は、特定の生体力学的モデルに従ってセグメントの運動中心を定義することです。この計算により、システムは動き中に関節が3次元空間でどこで回転するかを正確に決定できます。

関節力学のキャプチャ

関節軸の回転の特定

単純な線形追跡とは異なり、全身セットは特定の関節軸の回転を特定するように設計されています。この機能は、動的なタスク中に体節が互いにどのように回転するかを分析するために重要です。

複雑な角度の測定

このシステムは、内外回転角の評価に特に価値があります。これらの微妙な多平面運動を正確にキャプチャすることは、完全な生体力学的分析に不可欠です。

重要な依存関係の理解

生体力学的モデルの役割

データの精度は、マーカー位置を解釈するために選択された特定の生体力学的モデルに大きく依存します。モデルが運動中心を正しく定義していない場合、関節回転に関する結果のデータは不正確になります。

精度対摩耗

システムの有用性は、動きのわずかなずれを検出する能力に関連しています。関節軸の回転の追跡で高い精度を達成できないと、生物学的組織や機械部品の過度の摩耗につながる特定の回転力が失われるリスクがあります。

臨床的および機能的影響

コンポーネントの摩耗の防止

回転異常を正確に特定することにより、この方法は過度の回転摩耗を防ぐのに役立ちます。これは、解剖学的関節や機械的インプラントの寿命を維持する上で主な懸念事項です。

人工装具機能の最適化

これらのマーカーセットから得られたデータは、人工装具コンポーネントの機能的アライメントを評価するために使用されます。これにより、人工装具がユーザーの残肢に損傷を与える力を課すのではなく、自然な動きを促進することが保証されます。

全身モーションキャプチャの適用

この生体力学的データの有用性を最大化するために、分析を特定の臨床的または実験的目標に合わせて調整してください。

主な焦点が人工装具のデザインである場合：データを活用して機能的アライメントを確認し、コンポーネント軸がユーザーの自然な運動中心に揃っていることを確認します。
主な焦点が傷害予防である場合：内外回転角を分析して、過度の回転摩耗を引き起こす動きのパターンを特定し、軽減します。

皮膚表面の動きと内部の骨のダイナミクスのギャップを埋めることにより、この原理は高度な生体力学的診断に必要な数学的確実性を提供します。

概要表：

主要原理	機械的機能	実際的な応用
座標系	表面マーカーを内部骨セグメントにマッピングする	解剖学的形状の再構築
運動中心	関節セグメントの3Dピボットポイントを定義する	正確な関節軸追跡
回転分析	内外回転角を計算する	人工装具のアライメントと摩耗防止
生体力学的モデリング	ポイントデータを剛体力学に変換する	動きのパターンの診断

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参考文献

Tetsunari Harada, Yasuharu Nakashima. Reverse dynamics analysis of contact force and muscle activities during the golf swing after total hip arthroplasty. DOI: 10.1038/s41598-023-35484-y

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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