הבנת כיצד פציעות הגירסת משבשות יציבות משותפת היא אבן הפינה של ביומכניקה אורטפיליתית. מדי שנה, מיליוני אנשים סובלים מהתפרצויות ligament או דמעות - מפציעה הקרסולית המצדיעה ספורטאי לטרכימנט הקדמי הקדמי הקדמי (ACL) מאפשר שחזור כירורגי.

התפקיד הקרוסילי של ליגות ביציבות משותפת

Ligaments הם צפופים, fibrous להקות של רקמת החיבור בעיקר מורכב מסוג I קולגן מסודרים בחבילות מקבילים.הם מחברים עצם העצם ולפעול כמו מגבלות פסיביות המדריכות את התנועה המשותפת תוך התנגדות לעקירה מוגזמת.לכל רצועה יש אוריינטציה ייחודית, גליאומטריה של החדר, ונוקשות חומרית אשר יחד להגדיר את התרומה שלה ליציבות משותפת.

פציעות לרצועות ניתנות לדרגה. A Class I sprain כרוך בדמיעת מיקרוסקופית של סיבים ללא אובדן משמעותי של תפקוד; דרגה II כרוכה בדמיע חלקי עם קצת laxity; ודרגה III הוא קרע מוחלט.התוצאה המכנית של קרע מוחלט היא אובדן יכולת העומס של הרצועה או לחץ דם מופרז, לאחר שיפוי לחץ על ידי נזלת או לחץ דם פעיל אחר, כגון נזלת לחץ דם פעיל (כמו ⁇ ) או לחץ דם פעיל יותר, לאחר מכן, או לחץ דם פעיל) או לחץ דם פעיל.

מודלים ביומכניים לפציעות ליגמנט

מודלים ביומכניים מופשטים את המשותף למערכת של עצמות, ligaments, השרירים, משטחים אמנותיים, ואז ליישם חוקים של מכניקה כדי לחזות תנועה וכוחות פנימיים תחת תרחישי טעינה שונים.שלוש מסגרות מודלים ראשוניים מועסקים, כל אחד עם כוחות נפרדים ומגבלות.

מודלים של Finite Element (FE)

מודלים FE מרתיעים את המפרק לאלפים או מיליוני אלמנטים קטנים, כל אחד מהם תכונות חומריות המקובצות את הטרוגני, לא לינארי, ואת ההתנהגות המעמיקה של רקמות ביולוגיות. Ligaments יכול להיות מיוצג כחומרי פיברוזיס היפרליסטים עם מבנה חישובי מפוענח, אך פחות מעצימות את הני משקלם, או כישלונות של גורם ספציפי, לדוגמה, לנבאת, את הסימפטומים של לחץ חיצוני, או מדגימה חלקית.

מודלים של Musculoskeletal (MSK)

מודלים MSK מתייחסים לשלידטון כסדרה של גופים קשיחים המחוברים על ידי מפרקים עם דרגות מוגדרות של חופש. Ligaments מיוצגים כמרכיבים דמויי אביב המייצרים כוח כאשר מתוחים מעבר לאורכו המנוחה שלהם.שרירים מודל כמו אקטוטורים עם רמות של סימולציה של זמן קצר יותר מאשר התאמת עמדות קשיחות או slack של מעיינות, פציעה יכול להיות מדמיינת במיוחד עבור מודלים של תרגומים פנימיים של DR.

Multibody Dynamics (MBD) מודלים

מודלים MBD הם תת-קבוצה של מודלים MSK המתמקדים בקרימטיקה הכוללת וקנטינים של מערכת של גופים קשיחים המחוברים על ידי מפרקים ואלמנטים גמישים.הם יכולים לשלב גיאמטריה משותפת מציאותית מ- CT או MRI ולהשתמש ב kinematics תלויות כוח כדי להסביר את המגבלות הליכותיות של MBibs.D משמשים לעתים קרובות כדי ללמוד חוסר יציבות משותף תחת עומס מורכב, לא פיזי, כגון התנגשויות של התנגשויות של התנגשויות או קדמית של התנגשויות קדמית של , כגון התנגשויות התנגשויות התנגשויות התנגשויות קדמית קדמית , כגון התנגשויות התנגשויות קדמית קדמית קדמית קדמית ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

סימול: החלטות מפתח

ללא קשר למסגרת, דוגמנות של פגיעה ברצועה דורשות שינויים ספציפיים לקלטי המודל.הגישות הנפוצות ביותר כוללות:

  • (FLT:0) תכונות חומריות: FLT:1 Reduction של יאנג או קשיחות לשקף קרע חלקי, או להגדיר אותו לאפס עבור קרע שלם.עבור מודלים FE, זה עשוי לכלול שינוי החוק החוקתי מן היפרליסט לתגובה הרבה יותר רכות.
  • (FLT:0) הגאומטריה ההחזקה: FLT:103) נקודות הפחתת שינוי נקודות כדי לדמות שברים או רצועה מתיחה.זה יכול לשנות באופן דרמטי את הרגע הזרוע ואת הכיוון האיפוק.
  • התנהגות תלויה במשרה מלאה:0 [Time-dependent]: FLT:1 [השילוב של השפעות מולקולסטיות] יכול מודל כיצד רצועה מחוספסת תחת עומס מתמשך, המוביל לאי יציבות מתקדמת.
  • (FLT:0) פציעות הגירה:FreaLT:1 פציעות קליניות רבות כרוכות יותר מגירשה אחת (למשל, "השלישייה הלא-שמחה" של ACL, MCL, ו- Medial Meniscus) מודלים חייבים לקחת בחשבון את הגירעון המשולבים הללו כדי לחזות התנהגות משותפת במדויק.

נאמנות הסימולציה תלויה הדיוק של נתוני קלט - במיוחד תכונות חומריות של ligament וגיאומטריה משותפת. ההתקדמות האחרונה במודל מבוסס תמונה, כגון מודלים צורה סטטיסטית שמקורם בנתונים גדולים, להפחית את הצורך בפלוח ידני ולאפשר ניתוחים ברחבי האוכלוסייה.

כיצד להגות פציעות אלטר קינמטיות ו Kinetics

מודלים ביומכניים לכמתו את ההשלכות המכאניות הספציפיות של פציעות רצועה נפוצות.עבור הברך, מחקרים באמצעות מחזורים FE ו- MSK מראים באופן עקבי כי מחסור ב-ACL מוביל להצטבר תרגום מיידי (-6 מ"מ תחת עומסים פיזיולוגיים) ועלייה משמעותית ב- MBILOC במהלך פעילות גופנית-HDRDIVEDIVE (השינוי בדרך כלל משתנה).

שינויים בחלוקת העומס חשובים באותה מידה.לאחר פציעה בברך MCL, המודלים מראים כי תא המאוחר נושא נתח גדול יותר של העומס הכולל, אשר יכול להוביל לעומס מאוחר יותר, ובסופו של דבר מרחב משותף צר.בכתף, רצועות מטבוליות מטבוליות משבשות את מנגנון הדיכוי של הדחיסה הדחיסה הנורמלית, המוביל להפחתה של 60–0% בכוח הדרוש כדי לתרגם את הקושי הזה לעתים קרובות עם לחץ ראש.

ראוי לציין כי דפוסי הפעלה שרירים יכולים לפצות חלקית על אובדן הligament. MSK מודלים המשלבים אלקטרומיוגרפיה (EMG) מראה כי נושאים ACL-deficient לעתים קרובות co-contract שלהם ואת quadriceps כדי להפחית תרגום טיטבי אחורי.עם זאת, אסטרטגיה זו של הגשה הוא יקר אנרגטי ועשויה להיות לא מספיק במהלך משימות ביקוש גבוה, מדגיש את הצורך לשיקום מכני או שיקום ממוקד.

בדיקות קליניות לאגנוזה, טיפול ושיקום

התובנות הנגזרות ממודל ביומכני יש תועלת קלינית ישירה.עבור המנתחים, מודלים יכולים להנחות את ההחלטה של אילו ligaments לתקן וכיצד למתיחות grafts במהלך שיקום.לדוגמה, FE סימולציות של שחזור ACL מוכיח כי מיקום graft ב- aatomical טביעת רגל (במקום עמדה "isometric" אנכית יותר) לשחזר את היציבותal.

בשיקום, מודלים עוזרים לזהות אילו תרגילים בטוחים ויעילים לפציעה נתונה.עבור ספורטאי עם ספירת MCL ריפאנין, מודל MSK יכול לדמות את העומסים המוטלים על ידי שמיכות, ריאות או חיתוך תרגילים.אם המודל צופה מתח יתר של ligament מעבר לסף בטוח, את התרגיל ניתן להימנע או לשנות את הגישה "שיקום וירטואלי" זה משמש יותר ויותר כדי להפחית את ההתקדמות האישית, הפחתת הסיכון של סיכון.

מניעת פציעות היא אזור אחר שבו מודלים מאירים.על ידי סימול מכניקה של פגיעה ללא מגע ACL במהלך חיתוך צעד אחד, החוקרים זיהו עמדות גוף בסיכון גבוה - כגון קריסת גבס הברך וירידה הגמישות. ממצאים אלה הובילו תוכניות הכשרה נוירומוספרית ללמד ספורטאים לאמץ נחיתה בטוחה יותר וטכניקות חיתוך, וכתוצאה מכך ירידה של 50-80% בפציעה במחקרייקרה מבוקרת.

כיוונים עתידיים: לקראת מודלים אישיים וחיזוי

הגבול הנוכחי של פגיעה בגירסת שקרים בשילוב נתונים ספציפיים לחולה כדי ליצור תאומים דיגיטליים של מפרקים בודדים.התקדמות הדמיה רפואית (דלקת-גבוהה-שדה MRI, CT) לאפשר שיקום מדויק של גיאומטריה ואתרי ההחדרה לכל מטופל. אלגוריתמי למידת מכונה יכולים כעת לנתח באופן אוטומטי מבנים אלה ואפילו לחזות כשלון מפני נטייה קולגן.

התפתחות מרגשת נוספת היא שילוב של ביולוגיה ריפוי לחיקוי לדוגמניות. Ligaments עוברים רצף צפוי של דלקת, התפשטות, ושיפוץ לאחר פציעה. על ידי הפיכה סימולציה מכנית עם חוק ההשמדה נזק, מודלים עתידיים עשויים לחזות כיצד התכונות המכאניות של רצועה מלוטשת מתפתח לאורך זמן, ומאפשרים לקלינאים לרשום לוחות זמנים טעינה אופטימליים כדי להנחות מודלים של הדגימה, לדוגמה, מוקדם יותר, הוכחומת תאים ריפוי.

לבסוף, הזמינות הגוברת של חיישניים בעלי יכולת ללבוש (מאגרמטרים, גירוסקופים) מאפשרת ניטור שדה של תנועה משותפת לאחר פציעה. נתונים מן החיישנים האלה ניתן להאכיל לתוך מודל MSK פשוט פועל על סמארטפון לספק משוב בזמן אמת על יציבות משותפת במהלך פעילויות יומיומיות.זה "מודל טיפול-of-of-care" יש פוטנציאל לחולל מהפכה על ידי העצמת חולים ורופאים עם מרפאות אובייקטיביות של התאוששות.

אתגרים ומגבלות

למרות ההבטחה שלה, מודלים ביומכניים של פציעות רצועה עומדים בפני כמה מכשולים.הנכסים החומריים של הרצועות הם מאוד בודדים ומשתנים עם הגיל, מין, ורמת הפעילות.רוב המודלים משתמשים ערכי ספרות ממוצעים, אשר עשויים לא לייצג את איכות הרקמות של המטופל מסוים.בנוסף, התנאים הגבול (איך כוחות מוחלים על המודל) הם לעתים קרובות פשטניים, מתעלם מקונקטורגמנים שרירים דינמיים קפסולות כי הם עדיין ממגבלות חישוביות מורכבות.

מסקנה

מודלים ביומכניים שינו את ההבנה שלנו כיצד פציעות הגירסת פשרות יציבות משותפת.על ידי הדמיה של השפעות מכניות של תכונות גירוד משתנות, גיאומטריה והתנהגות תלויה בזמן, מודלים אלה מספקים תחזיות כמותיות של שינויים קיומטיים וקנטיים כי תחת חוסר יציבות כרוני ו ניוון משותף.הידע צבר כבר עיצב טכניקות ניתוחיות, פרוטוקולי שיקום, ותוכניות למניעת פגיעה.

מקור:0 (ב) מקורות:

  • מחקר:0 (PubMed Search: Finite Element Analysis of ACL Stress biomechanicsph 1
  • (FLT:0Annals of Biomedical Engineering: Multibody Model for Jointיציבות AssessmentFLT)
  • (ב) [15] דיווחים על כך: מודל ספציפי למטופל של פציעות ברצועה הקרסולית (Filloment: 1)
  • (FLT:0 British Journal of Sports Medicine: Neuromuscular Training) מקטין את הסיכון לפציעה של ACL: