DOI: 10.17586/2226-1494-2020-20-3-446-454


УДК617.3, 519.244.4, 539.3

СТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ОТНОШЕНИЙ КОЛЕННОГО СУСТАВА



Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:

Мусалимов В.М., Перепелкина С.Ю., Паасуке М., Гапеева Е., Ерелине Я. Статистическое моделирование передаточных отношений коленного сустава // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020. Т. 20. № 3. С. 446–454. doi: 10.17586/2226-1494-2020-20-3-446-454



Аннотация
Предмет исследования. Предложен новый подход к анализу экспериментальных данных ходьбы, заключаю- щийся в использовании статистик передаточных отношений. В основу исследований положены эксперимен- тальные данные сгибания-разгибания-ротации коленного сустава, полученные в лаборатории кинезиологии и биомеханики Тартуского университета Эстонии. Методы. Для каждой из фаз данных движения были рассчитаны угловые скорости. Моменты времени изменения знака угловых скоростей представлены в качестве случайного процесса. Рассмотрена роль распределения Пуассона для моделирования распределения точек перехода через нуль. Построены корреляционные функции и спектральные плотности этих процессов. Описана роль равномер- ного распределения в оценке передаточных отношений. Изучена роль крестообразных связок в передаче движения. Основные результаты. В результате обработки данных с использованием статистик Пуассона и Фишера рассчитаны средние значения и дисперсия передаточных отношений. Предложена модель механизма упругой передачи движения сгибания-разгибания-ротации коленного сустава с использованием передаточного отноше- ния и особенностей спиральной анизотропии в применении к механике крестообразных связок. Практическая значимость работы определяется поиском решения задач модернизации эластичных актуаторов, используемых в конструкциях коленных ортезов.

Ключевые слова: коленный сустав, сгибание/разгибание, ротация, распределения, передаточные отношения, крестообразные связки, спиральная анизотропия

Список литературы
  1. Механические свойства биологических тканей человека. Справочное пособие. М.: ГУ НПО «Спецтехника и связь» МВД России, 2001. 100 с.
  2. Евсеев В.И. Биомеханика повреждений коленного сустава. М.: РУСАЙНС, 2018. 338 с.
  3. Farhat N., Mata V., Rosa D., Fayos J., Peirau X. Musculo - Skeletic Model for Knee Joint Forces Estimation in Sport Activities // Proc. 7th EUROMECH Solid Mechanics Conference. Lisbon, Portugal. 2009. P. 1–21.
  4. Мусалимов В.М., Паасуке М., Гапеева Е., Ерелине Я., Ерофеев М.А. Моделирование динамики опорно-двигательной системы // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2017. Т. 17. № 6. С. 1159–1166. doi: 10.17586/2226-1494-2017-17-6-1159-1166
  5. Schmidt R., Komistek R.D., Blaha I.D., Penenberg B.L., Maloney W.J. Fluoroscopic analyses of cruciate-retaining and medial pivot knee implants // Clinical Orthopaedics and Related Research. 2003. V. 410. P. 139–147. doi: 10.1097/01.blo.0000063565.90853.a4
  6. Chen E., Ellis R.E., Bryant J.T., Rudan J.F. A computational model of postoperative knee kinematics // Medical Image Analysis. 2001. V. 5. N 4. P. 317–330. doi: 10.1016/S1361-8415(01)00049-4
  7. Banks S.A., Hodge W.A. Design and activity dependrnce of kinematics in fixed and mobile-bearing knee arthroplasties // Journal of Arthroplasty. 2004. V. 19. N 7. P. 809–816. doi: 10.1016/j.arth.2004.04.011
  8. Markolf K.L., Mensch J.S., Amstutz H.C. Stiffness and laxity of the knee-the contributions of the supporting structures. A quantitative in vitro study // Journal of Bone and Joint Surgery - Series A. 1976. V. 58. N 5. P. 583–594. doi: 10.2106/00004623-197658050-00001
  9. Blaha J.D. The rationale for a total knee implant that confers anteroposterior stability throughout range of motion // Journal of Arthroplasty. 2004. V. 19. N 4. Suppl. 1. P. 22–26. doi: 10.1016/j.arth.2004.04.002
  10. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. М.: Мир, 1974. 464 с.
  11. Вальд А. Последовательный анализ. М.: Физматлит, 1960. 328 с.
  12. Финни Д. Введение в теорию планирования экспериментов. М.: Наука, 1971. 286 с.
  13. Мещеряков В.В. Задачи по статистике и регрессионному анализу с MATLAB. М.: Диалог-МИФИ, 2009. 448 с.
  14. Светлицкий В.А. Статистическая механика и теория надежности. М.: Изд-во МГТУ, 2004. 504 с.
  15. Koo S., Andriacchi T.P. The knee joint center of rotation is predominantly on the lateral side during normal walking // Journal of Biomechanics. 2008. V. 41. N 6. P. 1269–1273. doi: 10.1016/j.jbiomech.2008.01.013
  16. Lu T.-W., O’Connor J.J. Lines of action and moment arms of the major force-bearing structures crossing the human knee joint: comparison between theory and experiment // Journal of Anatomy. 1996. V. 189. N 3. P. 575–585.
  17. Dyrby C.O., Andriacchi T.P. Secondary motions of the knee during weight bearing and non-weight bearing activities // Journal of Orthopaedic Research. 2004. V. 22. N 4. P. 794–800.doi: 10.1016/j.orthres.2003.11.003
  18. Мусалимов В.М., Мокряк С.Я. О некоторых задачах для спирально-изотропной среды // Механика сплошных сред. Томск: ТГУ, 1983. С. 88–96.
  19. Pratt J.E., Krupp B.T., Morse C.J., Collins S.H. The RoboKnee: An exoskeleton for enhancing strength and endurance during walking // Proc. of the 2004 IEEE International Conference on Robotics and Automation. New Orleans, LA. 2004. P. 2430–2435. doi: 10.1109/ROBOT.2004.1307425
  20. Pratt J., Krupp B., Morse C. Series elastic actuators for high fidelity force control// Industrial Robot. 2002. V. 29. N 3. P. 234–241. doi: 10.1108/01439910210425522


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2020 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика