Biomechanical modeling of joint kinetics in the study of knee osteoarthritis
膝骨关节炎研究中关节动力学的生物力学模型
基本信息
- 批准号:356518-2009
- 负责人:
- 金额:$ 1.53万
- 依托单位:
- 依托单位国家:加拿大
- 项目类别:Discovery Grants Program - Individual
- 财政年份:2009
- 资助国家:加拿大
- 起止时间:2009-01-01 至 2010-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The integrity of the human musculoskeletal system can be compromised with excessive and/or abnormal loading during dynamic activities. Knee osteoarthritis (OA), the progressive degeneration of the knee joint, has been particularly associated with mechanical factors during gait and is one of the main causes of disability across the world. Modern gait analysis is an established method of measuring the mechanical and neuromuscular factors of knee OA, but commonly used inverse dynamics modeling with gait data calculates only net resultant forces and moments at a joint, not accounting for force contributions from muscles spanning the joint. Reported joint forces are therefore conceptual quantities that are not necessarily physically present in any single joint structure. To understand the destructive pathways of knee OA and other diseases of the musculoskeletal system, it is important to determine accurate joint contact forces. This can be achieved by combining gait and electromyography data with more sophisticated modeling and optimization techniques that incorporate behavioral muscle models and more specific joint anatomy. Further, subject-specific musculoskeletal modeling and simulation can combine variations in joint geometry, alignment, muscle activation patterns, and lower limb dynamics to determine the unique biomechanical response of an individual. This will allow biomechanical information to be presented in a more specific, clinically-relevant manner than commonly reported generalized patterns. Simulations of the effects of both conservative and surgical interventions on the models will also provide an efficient and ethical manner of tailoring treatment strategies to an individual.
人体肌肉骨骼系统的完整性可能会受到动态活动期间过度和/或异常负荷的影响。膝关节骨关节炎(OA)是膝关节的进行性退行性变,尤其与步态中的机械因素相关,是世界各地残疾的主要原因之一。现代步态分析是测量膝关节OA的机械和神经肌肉因素的既定方法,但通常使用的具有步态数据的逆动力学建模仅计算关节处的净合力和力矩,而不考虑来自跨越关节的肌肉的力贡献。因此,报告的关节力是概念性的量,不一定物理上存在于任何单个关节结构中。为了了解膝关节OA和其他肌肉骨骼系统疾病的破坏性途径,确定准确的关节接触力非常重要。这可以通过将步态和肌电图数据与更复杂的建模和优化技术相结合来实现,这些技术包括行为肌肉模型和更具体的关节解剖结构。此外,受试者特定的肌肉骨骼建模和仿真可以将关节几何形状、对准、肌肉激活模式和下肢动力学的变化联合收割机组合以确定个体的独特生物力学响应。这将允许生物力学信息以比通常报告的一般模式更具体、临床相关的方式呈现。模拟保守和手术干预对模型的影响也将提供一种有效和道德的方式来为个人定制治疗策略。
项目成果
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