Сгибание ног в тренажере сидя. Изучаем все тонкости и секреты.
Дамы и господа, наше почтение! На календаре 8 июня, среда, а это значит, время технической заметки на Азбука Бодибилдинга, и сегодня мы поговорим про сгибание ног в тренажере сидя. По прочтении Вы узнаете все о преимуществах, мышечном атласе и технике выполнения упражнения, также мы выясним степень его эффективности и целесообразности включения в свою тренировочную программу.
Итак, рассаживайтесь поудобней, мы начинаем.
Сгибание ног в тренажере сидя. Что, к чему и почему?
Не секрет, что первоочередной задачей большинства барышень, пришедших в зал, является “попа – орехом”, однако низ тела — это не только упругие ягодицы, это также развитый бицепс бедра, и именно у многих дам с ним имеются проблемы. Т.к. на календаре лето, оно подразумевает некоторое оголение – снятие с себя лишней одежи и часто открытие ног посредством юбок и шорт. Но вот беда, не многие представительницы прекрасного пола могут себе позволить подобный (особенно последний – короткие шорты) гардероб ввиду “несостоятельности” задней поверхности бедра. Последнее проявляется в том, что мы имеем “творожный” вид под пятой точкой, что является результатом слабого тонуса мышц этой области. Посему такая аказия не дает многим дамам насладиться короткой, открывающей ноги, одеждой. Что делать? Правильно, изучать заметку дальше, дабы познакомиться с решением проблемы — сгибанием ног в тренажере сидя.
Примечание:
Для более лучшего усвоения материала все дальнейшее повествование будет разбито на подглавы.
Мышечный атлас
Упражнение относится к классу изолированных с типом силы pull (тянуть) и имеет своей основной целью проработку мышц задней поверхности бедра.
Мышечный ансамбль включает в себя следующие единицы:
- таргетируемая – двуглавая мышца бедра;
- синергисты – икроножная, портняжная, тонкая мышцы, подколенные сухожилия;
- антагонисты – квадрицепс;
- антагонисты стабилизаторы – передняя большеберцовая.
Полный мышечный атлас представляет собой такую картину (кликабельно).
Выполняя сгибание ног в тренажере сидя, Вы вправе рассчитывать на получение следующих преимуществ:
- развитие силы мышц задней поверхности бедра;
- увеличение объема мышц бедер;
- развитие гибкости бицепса бедра;
- уборка “творожного” вида бицепса бедра;
- формирование линии четкого разделения/отделения ягодиц от бедра;
- подсушка/сепарация заднего бедра (при определенном типе выполнения);
- возможность выполнять при проблемах с низом спины.
Техника выполнения
Сгибание ног в тренажере сидя относится к упражнениям начального уровня сложности. Пошаговая техника выполнения выглядит следующим образом.
Шаг №0.
Отрегулируйте позицию спинки так, чтобы нижний край сидения пришелся точно под колени. Займите положение сидя с опорой спины к задней стенке тренажера. Поместите свои лодыжки под нижним валиком и упритесь в него. Отрегулируйте высоту верхнего опорного валика, опустив его на колени, защелкните замок. Ноги распрямите перед собой. Возьмитесь руками за поручни сверху. Это Ваша исходная позиция.
Шаг №1.
Вдохните и на выдохе, сохраняя туловище неподвижным, начните сгибать колени, приводя мышцы голени к бицепсу бедра, поджимая ноги под себя. В конченой точке траектории задержитесь на 1-2 счета. Медленно и подконтрольно произведите на вдохе разгибание и верните ноги в ИП. Повторите заданное количество раз.
В картинном варианте все это безобразие выглядит следующим образом.
В движении так…
Вариации
Помимо классического варианта сгибаний 2-х ног в тренажере сидя, существует несколько вариаций упражнения, в частности:
- поочередные сгибания для каждой ноги;
- сгибание с различным положением ступней.
Секреты и тонкости
Чтобы выжать максимум из упражнения, придерживайтесь следующих рекомендаций:
- подчеркнуто медленно разгибайте коленные суставы;
- не распрямляйте до конца колени, держите их слегка подсогнутыми;
- сгибайте ноги до угла 90 градусов в коленных суставах;
- в конечной точке траектории произведите пиковое сокращение и задержитесь на 1-2 счета;
- используйте полный диапазон движения;
- на протяжении всего движения не елозьте по сидению;
- смещайте акцент нагрузки на нужную область бицепсов бедер, используя разную позицию ног под валиком: внутренняя область – сведите носки ступней, внешняя – разведите;
- если Вы имеете проблемы с коленями, то используйте небольшой вес на большое количество повторений;
- техника дыхания: выдох — при сгибании коленей/на усилие; вдох – при разгибании;
- численные параметры тренировки: количество подходов 3-4, повторений 12-15.
С теоретической стороной закончили, теперь давайте разберем некоторые практические моменты.
Сгибание ног в тренажере сидя – эффективное упражнение для бицепса бедра?
О степени эффективности упражнения позволяет судить электрическая активность целевых мышц в нем. Последнее осуществляется посредством метода электромиографии. Данные исследований The Strength and Conditioning Journal за 2016 год в отношении упражнений на заднее бедро говорят нам о следующих значениях ЭМГ:
- сгибание ног сидя – 88%;
- сгибание ног стоя – 79%;
- сгибание ног лежа – 70%;
- становая тяга на прямых ногах – 63%.
Данные говорят о том, что наиболее эффективным упражнением на заднее бедро является не популярное сгибание ног лежа, а сидячий его вариант.
Как девушке убрать “творожные” бедра?
Если Ваша цель привести в тонус мышцы бицепса бедра и сделать эту область более подтянутой и упругой, то обратите внимание на следующую стратегию тренинга:
- выводите тренировку заднего бедра в своей ПТ на первое место;
- используйте 1-2 базовых (например, румынская становая и жим ногами с высокой постановкой ног) и 1 изолированное (например, сгибания ног сидя) упражнения;
- в базовом варианте используйте 3 подхода по 8-10 повторений, а в изолированном — 4-5 подходов от 20 повторений;
- завязывайте упражнения в дву/трисеты и выполняйте их с максимальной интенсивностью.
Сомневаетесь в действенности этой стратегии тренинга? А Вы попробуйте, и сомнения тут же развеются.
Собственно, с содержательной частью закончили, подведем итоги.
Послесловие
Сегодня мы познакомились с упражнением сгибание ног в тренажере лежа. Стоит его включать в свою тренировочную программу или нет, зависит от того, хотите Вы иметь красивые бедра, или и так сойдет. Если первое, то тогда дуем в зал и обкатываем теорию на практике, если второе – то не напрягаемся и сидим ровно на пятой точке :).
На сим все, до пятницы!
Скачать статью в pdf>>
PS. а Вы выполняете сгибание ног? Какой вариант?
PPS. Помог проект? Тогда оставьте ссылку на него в статусе своей социальной сети — плюс 100 очков к карме гарантировано :).
С уважением и признательностью, Протасов Дмитрий.
Вы можете пропустить чтение записи и оставить комментарий. Размещение ссылок запрещено.
Сгибание ног в тренажере лежа — упражнение для задней поверхности бедра — Fit4Gym
Сгибание ног в тренажере лежа, в отличии от разгибания ног в тренажере сидя, которые прорабатывают мышцы передней поверхности бедра, предназначены для того, чтобы акцентировано проработать мышцы задней поверхности бедра. Именно поэтому, это упражнение пользуется огромной популярностью среди девушек, которые хотят подтянуть мышцы задней поверхности бедер и ягодицы. Тем не менее, новички и профессиональные атлеты также не редко применяют сгибание ног в тренажере лежа в своих тренировках для того чтобы и прицельно проработать бицепсы бедер.
Так как сгибания ног это изолирующее упражнение для бицепса бедра, оно вряд ли поможет вам накачать ноги. Для этого лучше всего подходят тяжелые базовые упражнения, такие как приседания со штангой и мертвая тяга. Сгибания ног же чаще всего применяют девушки для того чтобы подтянуть заднюю поверхность бедра, а профессиональные атлеты для улучшения детализации и сепарации бицепса бедра. Новичкам данное упражнение поможет укрепить мышцы задней поверхности бедра, прежде чем приступить к выполнению более сложных движений, таких как становая или мертвая тяга.
Как понимаете, для выполнения этого упражнения вам понадобится специальный тренажер или станок для сгибания ног лежа. Тем не менее, если в вашем зале отсутствует такой тренажер или вы занимаетесь в домашних условиях, для того чтобы подтянуть заднюю поверхность бедра вы можете выполнять аналогичное упражнение с гантелью.
Для того чтобы выполнить сгибание ног с гантелью вам нужно лечь животом на скамью, так чтобы ваше колени находились на краю скамьи и удерживая гантель между стоп выполнять сгибание ног.
- Лягте на станок или тренажер для сгибания ног, так чтобы опорные валики тренажера находились над вашими ахилловыми сухожилиями и крепко возьмитесь обеими руками за боковые рукоятки тренажера, чтобы придать телу устойчивое положение. Спину удерживайте ровной, взгляд направлен прямо перед собой.
- Медленно, без рывков и резких движений, на выдохе акцентированным усилием бицепсов бедер согните ноги в коленных суставах и сделайте короткую паузу в верхней фазе амплитуды движения, удерживая статическое пиковое сокращение.
- На вдохе медленно опустите вес и вернитесь в начальное положение, чувствуя как при этом растягивается бицепс бедра. Сделайте необходимое количество повторений и подходов.
Как видите, техника выполнения сгибания ног довольно проста. Тем не менее есть много нюансов, на которые стоит обратить внимание при выполнении этого упражнения для ног.
Примечания к выполнению упражнения сгибание ног в тренажере лежа
- Прежде чем приступить к выполнению упражнения отрегулируйте и подстройте тренажер для сгибания ног под себя, чтобы вам было комфортно выполнять упражнение.
- При работе с большими весами не распрямляйте полностью ноги в нижней точке амплитуды, чтобы не травмировать подколенные сухожилия, так как если выполнять упражнение по полной амплитуде с большим весом, когда ноги полностью разогнуты мышцы расслабляются и при выполнении следующего повторения в начале движения вся нагрузка ложится на сухожилия. Поэтому, с большим весом старайтесь постоянно удерживать мышцы под нагрузкой. Для этого чуть-чуть не до конца распрямляйте ноги.
- Соблюдайте правильную технику выполнения упражнения и не гонитесь за весами, чтобы не травмировать сухожилия. Если вы не в состоянии выполнить 10-12 повторений придерживаясь строгой техники, значит нужно снизить рабочий вес.
- Выполняйте сгибания ног в тренажере в конце тренировки ног, после приседаний, мертвой тяги, жимов ногами в тренажере.
- Постепенно увеличивайте рабочий вес в упражнении, чтобы разогреть мышцы и сухожилия перед интенсивной работой и не травмировать их.
- Опытные атлеты могут для большей концентрации делать сгибания ног в тренажере лежа поочередно каждой ногой. Новичкам же лучше придерживаться традиционной техники выполнения упражнения.
Сгибание ног в тренажере какие мышцы работают. Сгибание ног лежа в тренажере: все секреты упражнения
Задняя поверхность бедра зачастую оказывается без должного внимания. Да, базовые приседания прорабатывают все группы мышц, расположенные на ногах.
Однако, если вы хотите достичь высоких результатов во формировании красивого и пропорционального тела, то без сгибаний ног лёжа это сделать довольно трудно.
Ведь оно относится к классу изолирующих упражнений, которые позволяют выделить и проработать отдельную мышечную группу.
В этой статье мы подробно разберём сгибания ног лёжа, правильную технику их выполнения и распространённые ошибки.
Популярное упражнение на сгибание ног в положении лежа позволяет эффективно проработать, в отличие от других, именно бицепс (заднюю поверхность) бедра.
Сгибание ног лежа, будучи формирующим упражнением, не наращивает мышечную массу, а лишь укрепляет ее и подчеркивает рельеф.
Поэтому выполнять его стоит после основного комплекса упражнений в качестве завершающего этапа тренировки.
Какие мышцы работают
Основная работа мышц в упражнении заключается в сгибании/разгибании ног в колене.
В большей степени задействованы мышцы:
- Двуглавая (находится на внешней стороне задней поверхности бедра – бицепс).
- Полуперепончатая (находится на внутренней стороне задней поверхности бедра).
- Полусухожильная (находится на внутренней стороне задней поверхности бедра, покрывает полуперепончатую мышцу).
- Икроножная (верхняя и серединная часть задней поверхности голени).
Стабилизаторами выступают мышцы верхней части туловища (нижние и средние части трапециевидных и передние зубчатые мышцы, бицепсы).
Благодаря регулярному выполнению упражнения проявляется рельеф задней поверхности бедра, выравниваются визуальные пропорции (особенно сзади), а также снижается риск травматизма этой группы мышц при выполнении других упражнений.
Варианты выполнения упражнения
Сгибание ног в положении лежа не имеет каких-либо вариаций для выполнения, однако, существуют смежные изолирующие упражнения для сгибания и разгибания ног, различающиеся лишь расположением тела.
К ним относятся сгибания ног сидя и сгибания ног стоя. Основным (базовым) упражнением для наращивания бицепса бедра является становая тяга на прямых ногах.
Техника выполнения упражнения
Подготовка к выполнению и исходное положение
Перед началом упражнения необходимо отрегулировать положение валика в зависимости от длины ног. Он должен упираться в заднюю часть лодыжек на расстоянии примерно трех пальцев поперек ноги от пятки.
В исходном положении надо лечь лицом вниз и взяться за рукояти тренажера для обеспечения устойчивости.
Важный момент: колени при этом должны немного выходить за края скамьи, а не упираться в нее. Ягодицы и пресс следует держать напряженными.
Выполнение упражнения
На вдохе необходимо быстро поднять валик ногами так, чтобы голени составляли с бедрами прямой угол (как минимум). В этом пиковом положении задержаться на пару секунд и напрячь бицепс бедра для увеличения работы мышц.
На выдохе плавно не до конца распрямить ноги и сразу начать следующее повторение.
- Следует начинать с 12-15 повторений по 2-4 подхода.
- Корпус тела должен быть плотно прижат к скамье для хорошей опоры во время выполнения упражнения.
- Предпочтение лучше отдавать тренажерам с изогнутой скамьей, которая обеспечивает большее растяжение тренируемых мышц.
- Можно попробовать выполнять упражнение отдельно для каждой ноги по очереди, чтобы лучше концентрироваться на проработке мышц.
Не стоит приподнимать или двигать таз, а также использовать другие мышцы (например, спины или рук, опирающихся на рукояти), так как это снижает эффективность упражнения для бицепса бедра, увеличивает риск травмы других мышц. При этом, если скамья прямая, бедра могут немного приподниматься в естественном движении, поэтому не нужно просить кого-то прижимать их в процессе выполнения упражнения.
- Не стоит выполнять упражнения рывками, используя силу инерции, так как от этого снижается нагрузка на бицепс бедра и увеличивается вероятность травмы других мышц и суставов.
- Опускать ноги в конце упражнения лучше плавно и не до конца – это сохраняет напряжение и эластичность мышц, защищает коленные суставы от повреждения.
- Ноги и стопы должны быть параллельны друг другу, однако, иногда можно немного менять их расположение. Чтобы увеличить нагрузку на внешнюю часть задней поверхности бедра, следует держать вместе пятки, на внутреннюю часть – носки.
- Необходимо правильно индивидуально подобрать вес. Не стоит выбирать слишком большую нагрузку, особенно если имеются проблемы со спиной.
- После выполнения каждого подхода нужно растягивать мышцы.
- После окончания упражнения уставшими должны быть мышцы именно бедра, а не спины. Если чувствуется обратное, значит упражнение выполняется неправильно.
Подводим итоги
В этом посте вы узнаете, как правильно делать сгибание ног на тренажере. Это упражнение весьма популярно, как у мужчин, так и у женщин. Почему? Благодаря тому, что задействуется огромное количество мышц, эффективно сжигается жир и прорисовывается рельеф.
Как выполняется сгибание ног
На самом деле, это не одно упражнение, а просто механика — сгибание ноги в колене. Имеет большое значение, каким образом этом происходит. Сгибание ног, сидя на тренажере, возможно в спортивном зале, на специально оборудованном тренажере. При этом вы прокачаете и заднюю часть бедра.
Сгибание ног стоя, как следует из названия, выполняется в стоячем положении. позволит вам прокачать и подколенные мышцы и, конечно же, мышцы бедра.
Сгибание ног на тренажере нужно выполнять после базовых упражнений. Не имеет значения, как давно вы тренируетесь, эти упражнения хороши как для новичков, так и для мастеров. Сколько раз нужно делать сгибание? Выполняйте упражнения по три-четыре подхода от десяти до пятнадцати раз.
Выполняем сгибание сидя
Сядьте на тренажер, ноги зафиксируйте валиком. Колени должны вылезать за край сидения, позволяя максимально распрямляться коленям.
Приступая к упражнению, ваши колени должны быть либо совершенно выпрямленными, либо немного согнутыми. Сделайте вдох, задержите дыхание и согните ноги. Доведя угол в колене до девяносто градусов, остановитесь и максимально напрягите ноги. Именно в этот момент вы работаете над мышцами. После вернитесь в исходное положение — так правильно выполняется сгибание ног сидя в тренажере.
Сгибание стоя
Это упражнение позволит вам проработать все мышцы бедра и икроножную мышцу. Возьмитесь за рукоятку тренажера руками. Ногу, которой будете выполнять упражнение, нужно прижать к опоре — верхнему валику. Голень подставьте под нижний валик. Выпрямляйте ногу и заводите щиколотку под нижний валик. Делая вдох, сгибайте ногу в колене. Выполнив сгибание, выдыхайте.
Можно увеличить нагрузку на мышцы во время выполнения этого упражнения — нужно всего лишь сгибать стопу при сгибании голени. Если же вам дается выполнение тяжело, то держите стопу выпрямленной — это снизит нагрузку на икроножную мышцу.
Сгибание ног на тренажере лежа
Еще одно полезное упражнение, которое позволит проработать подколенные мышцы, мышцы бедра и в меньшей степени — икроножную мышцу. Как выполнять: лягте на тренажер лицом вниз, возьмитесь руками за поручни. Ноги нужно распрямить и положить их под валики. Выполняем — делайте вдох и сгибайте оба колена. Заводите валик, стараясь коснуться ногами ягодиц. Сделайте задержку. Медленно возвращайте ноги в исходное положение. Делайте выдох.
Тренинг для тех, кто работает на массу
Если ваша цель — наработка мышечной массы, то есть особые нюансы как в выполнении упражнений, так и в питании. Касательно работы в зале вам следует делать меньше подходов с максимально возможным весом.
Правильно подберите питание. Вам необходимо съедать в день белка из расчета два грамма на один килограмм идеального веса и употреблять правильные углеводы — каши, овощи. Конечно же, речь о сладком не идет, иначе вы наберете вместе с мышечной массой жировую. Во время тренировок пейте гейнеры.
Если вы хотите похудеть
Занимаясь для похудения, нужно в первую очередь помнить о питании.
Даже эффективный тренинг окажется бесполезным перед страстью к вкусненькому. Основой вашего питания должен стать белок (куриное мясо, творог, яйцо, рыба всех сортов), углеводы в виде зеленых овощей. Каши полезны, но если вы хотите потерять ненужные жировые отложения, то пока от них откажитесь.
Что же касается тренировок, то имеет смысл выполнять упражнения с небольшим весом, однако делая большее количество повторений. Если средний показатель — 10 раз за подход, то делайте не менее 20.
Владыка всея сайта и фитнес-тренер
|
подробнее >>
Род. 1984 г Тренируется с 1999 г. Тренирует с 2007.. КМС по пауэрлифингу. Чемпион России и Юга России по версии AWPC. Чемпион Краснодарского края по версии IPF. 1 разряд по тяжёлой атлетике. 2-х кратный призёр чемпионата Краснодарского края по т/а. Автор более 700 статей по фитнесу и любительскому атлетизму. Автор и соавтор 5 книг.
Место в : вне конкурса
()
Дата:
2012-05-29
Просмотры:
1 256 804 Оценка:
4.8
За что статьям даются медали:
Основные мышцы
—
Дополнительные
—
Сложность выполнения
— лёгкая
Сгибание ног в тренажёре лёжа — видео
Вес и количество повторений для новичков
Для мужчин:
10 — 15 повторений. 2 — 3 подхода.
Для женщин:
10 — 15 повторений. 2 — 3 подхода.
Нагрузка по группам мышц
Нагрузка указана по 10-ти бальной шкале (общая нагрузка суммируется)
Описание упражнения
Рекомендую в финальной фазе немного поднимать колени вверх. От этого выиграет и задняя поверхность бедра и ягодицы, так как это заставит их сильнее сокращаться. Опускать ноги лучше до конца.
Основные фишки
1.
Ложиться надо так, чтобы колени не упирались в подставку, а немного свешивались. Так более безопасно для них.
2.
Валик устанавливаем так, чтобы он упирался в щиколотку, ближе к пятке. Чем длиннее рычаг, тем лучше.
3.
Сгибать ноги желательно до конца. Чтобы валик касался ягодиц. Разгибать же можно как до конца, так и оставляя небольшой угол в колене.
4.
Если в верхней фазе движения вы будете немного колени отрывать от спинки, то немного повысите эффективность упражнения. Так будут включаться в работу ягодицы, и будет сильнее сокращаться задняя поверхность бедра.
5.
Это упражнение не является базовым. Поэтому делайте его после становых тяг, наклонов или гиперэкстензии. Чтобы «добить» заднюю поверхность бедра.
6.
Как вариант, можно делать это упражнение одной ногой по очереди. Так вы сможете лучше сосредоточится на одной ноге.
Сгибание ног в тренажёре – это изолированное упражнение на бицепс бедра
, которое хорошо работает в связке с такими упражнениями, как тяга гантелей на прямых ногах или разгибание ног в тренажёре. А также сгибания ног могут заменить базовые упражнения на заднюю поверхность бедра, если их нельзя выполнять, например, из-за лёгких травм спины. Если есть травмы, то для начала необходимо получить разрешение врача на занятия. Если же всё в порядке и заниматься спортом можно, то нужно потратить немного времени на изучение техники выполнения этого упражнения.
Виды упражнений и техника выполнения
Основные виды упражнений на сгибание
В спортивных клубах чаще всего можно встретить три основных разновидности тренажёров. Различаются они по исходному положению тела:
В некоторых тренажёрах нет регулировщика веса и вместо этого нужно самостоятельно навешивать блины на штыри, расположенные на валике или сбоку от тренажёра.
Техника выполнения
Перед выполнением упражнения необходимо тщательно изучить технику его выполнения. В независимости от положения тела (лёжа, сидя или стоя) рекомендации к правильному выполнению упражнения будут следующими:
Как разнообразить тренировку: чем заменить сгибания, пример тренировки
Альтернативные варианты
Пример тренировки
Эта тренировка включает в себя упражнение на сгибание ног.
Сгибания ног можно включить и в домашние тренировки, и в тренировки в спортивном зале. Это упражнение подходит как для начинающих, так и для опытных спортсменов. Новичкам следует сначала внимательно изучить технику выполнения и не гнаться за большими весами, так как не величина веса, а правильное выполнение упражнение быстрее приведёт к результату.
По статистике, упражнение сгибание ног лежа пользуется наибольшей популярностью у прекрасной половины человечества. И это вполне объяснимо: данное упражнение позволяет привести в форму, а также продемонстрировать свои стройные, подтянутые ножки.
Сгибание ног в тренажере лежа как раз и акцентировано на разработке мускулатуры задней стороны ног и ягодиц, а также придании рельефности и объемности бицепсам бедер.
Оно относится не к базовым, а к изолирующим упражнениям и является очень важным для обеспечения баланса между мускулатурой передней и задней части ноги, придавая ногам эстетичный вид.
Сгибание ног лежа для девушек как раз и ценно тем, что формирует красивые ноги, не слишком наращивая мышечную массу.
Сгибание ног лежа мышцы задействует на задней поверхности бедра, а если точнее, то бицепсы бедра, полусухожильные и полуперепончатые мышцы и частично еще икроножные мышцы. Соответствующий тренажер можно найти в любом тренажерном зале.
Само по себе сгибание ног в тренажере в лежачем положении – упражнение довольно простое по технике выполнения, но, по мнению мужчин, является достаточно сложной тренировкой.
Прежде всего, с помощью нижнего валика необходимо выставить положение тренажера, соответствующее вашему росту.
Упражнение выполняется в положении лежа на животе, с параллельно расположенными ногами, заведенными под валик, который упирается в заднюю часть лодыжек.
Талия должна находиться на изломе скамьи, руки – прочно держаться за поручни, а колени чуть-чуть выходить за пределы скамьи во избежание травматизма. При этом весь корпус прижат к скамье. Такова исходная позиция, в которой выполняется сгибание ног лежа на животе. Далее:
- На глубоком вдохе, задержав дыхание и не отрываясь от скамейки, валик, напрягая мышцы, подтягивают к ягодицам.
- Выдох и задержка в самой верхней позиции на несколько секунд.
- Вдох и очень медленное возвращение в исходное положение.
Казалось бы, сгибания ног в положении лежа – очень простое упражнение. У упражнения сгибание ног лежа техника действительно не слишком сложная, однако тем важнее ее точное соблюдение:
- крепко держаться за ручки;
- плотно прижимать таз к скамейке;
- заводить ноги так высоко, чтобы они почти соприкасались с ягодицами;
- чтобы сохранять нагрузку, не распрямлять колени, находящиеся в самой низкой точке, полностью;
- движение вниз должно происходить медленнее, чем вверх.
Это упражнение лучше делать после основных базовых упражнений для ног, нацеленных на наращивание мышечной массы, в то время как оно является формирующим.
Техника выполнения упражнения сгибание ног в тренажере
Сгибание ног в тренажере — одно из самых популярных упражнения для работы с ягодицами и задней поверхностью бедра. Однако, как показывает практика, многие девушки делаю его неправильно, чем снижают эффективность тренировки, а также рискуют получить травму. Как правильно выполнять сгибание ног с тренажере — читай в нашем материале.
ЧИТАЙ ТАКЖЕ — Можно ли похудеть на кокосовой воде
Упражнение сгибание ног в тренажере предназначено для активной работы с группой мышц-сгибателей бедра. Если говорить проще, то выполнение данного упражнения помогает сделать рельефными контуры бедер, а также точно проработать границу между бедром и ягодицами. Главными мышцами, с которыми работает данное упражнение, являются бицепсы бедра, хотя второстепенно задействованы и ягодицы, и икры.
КАК ПРАВИЛЬНО ВЫПОЛНЯТЬ СГИБАНИЕ НОГ В ТРЕНАЖЕРЕ
Для выполнения данного упражнения ляг на скамью тренажера. При этом очень важно правильно отрегулировать его положение. Так, нижний валик должен располагаться приблизительно на расстоянии 20 см от пятки. В то же время, колени должны немного выходить за пределы скамьи. Если в таком положении ты чувствуешь некий дискомфорт, подложи под живот свернутое полотенце, это уберет неприятные ощущения. Далее, полностью положи торс на скамью, голова находится на одной линии со спиной, взгляд направлен прямо, руками нужно упереться в специальные рукоятки.
На вдохе начни сгибать ноги. Обрати внимание, что темп выполнения упражнения должен быть медленным: без рывков и спешки. При выборе веса, стартуй от 15 килограмм, и увеличивай его по мере необходимости, когда будешь чувствовать, что данную отметку веса ты преодолела. Разгибай ноги на вдохе.
Читать также: Как правильно делать верхнюю тягу: правильная и эффективная техника
Помни, при сгибании ног нужно стремиться к тому, чтобы дотянуться ими до ягодиц, а вот при разгибании не нужно разгибать ноги полностью — колени должны оставаться согнутыми.
Выполняй данной упражнение в конце тренировки для ног. Так оно будет наиболее эффективным.
Читать также: Сексуальные ягодицы: как правильно делать тягу на прямых ногах
Обычно новичкам прописывают выполнять 3 подхода в 12-15 повторений. Также подчеркнем, сгибание ног в тренажере, при неправильном выполнении может спровоцировать травму нижней части позвоночника или коленей. Чтобы избежать этого, держи спину во время выполнения упражнения без прогиба, а также ни в коем случае не разгибай колени.
Смотреть онлайн видео Как правильно делать сгибание ног в тренажере: детальная техника выполнения
Сгибание ног в тренажере — одно из самых популярных упражнения для работы с ягодицами и задней поверхностью бедра. Как правильно выполнять сгибание ног с тренажере — читай в нашем материале.315615https://www.youtube.com/embed/6Q84re6jMAs2016-02-29T13:59:07+02:00T2h5M0S
Автор: Наталия Вересюк
Материалы по теме:
Сгибание голени лежа.
Изучаем тонкости сгибания ног лежа
В сегодняшней статье мы поговорим о таком популярном упражнении, как сгибание ног лежа. Как правило, оно является одним из основных упражнений, что рекомендуются для занятий в зале. Учитывая такую его высокую популярность, подробно рассмотрим технику выполнения данного упражнения.
В чем секрет его популярности?
Если верить статистике, то именно сгибание ног лежа является одним из наиболее излюбленных упражнений у женской половины населения. И это не удивительно, учитывая, что каждой девушке хочется будоражить мужчин своими формами сзади, и особенно это касается ног, которые не только должны быть стройными, но и подтянутыми. Поэтому основной упор необходимо делать именно на эти мышцы. Кроме того, как уже упоминалось выше, такой тренажер является непременным атрибутом любого тренажерного зала.
Какие мышцы при этом задействованы
Сгибание ног в положении лежа происходит благодаря а если быть конкретней, то полуперепончатых и полусухожильных мышц. Также во время самого занятия совершенно изолированно построена работа как бицепса бедра, так и функции сгибания ног в коленном суставе.
Если говорить о поколенных сухожилиях, то тут нужно учитывать, что состоят они из 3-х основных мышц:
- Двуглавой мышцы бедра.
- Полусухожильной.
- Полуперепончатой.
На сегодняшний день существует только 2 упражнения, включающие в себя использование подколенных сухожилий в своих тренировках. Как пример, можно привести где задействование подколенных сухожилий происходит благодаря тазобедренному суставу, делающую это упражнение больше всего похожим на растяжку.
Преимущества
Сгибание ног лежа, как и каждое занятие, не лишено своих преимуществ. В этом случае к ним можно отнести то, что оно полностью изолировано и полностью акцентировано на тонировании ягодиц и задней стороны ног. Также стоит отметить, что это упражнение можно использовать для придания как объемности, так и рельефности Из остальных плюсов можно выделить:
- Простоту его выполнения.
- Разнообразие вариаций.
- Увеличение силовых показателей в других стандартных упражнений для ног.
Кроме того, как показали многочисленные опросы среди мужского населения — это достаточно сложная тренировка.
Также хочется сказать еще несколько слов о том, что сгибание-разгибание ног является очень важным упражнением, что обеспечивает своеобразный баланс между передом и задом ноги. Это равновесие не только играет важную роль с эстетической стороны, но и с профилактической, так как значительным образом уменьшается вероятность нанесения травмы, что могла быть вызвана дисбалансом.
Как правильно выполнять это упражнение
Хоть сгибание ног лежа и считается одним из наиболее простых занятий, все же случаются случаи его неправильного выполнения, что в дальнейшем может привести к самым неприятным последствиям. Поэтому, чтобы минимизировать возникновение таких ситуаций, рассмотрим технику его выполнения.
Первым делом подходим к тренажеру и, используя нижний валик, выставляем его положение в соответствии со своим ростом. После этого ложимся лицом вниз, заводя ноги под валик (примерно на одной плоскости с лодыжками) и располагаем их параллельно относительно друг друга. Особое внимание стоит уделить тому, чтобы колени не свисали со скамьи, а ее излом был расположен по талии. Далее плотно прижимаясь тазом к тренажеру, беремся руками за поручень, направляя свой взгляд на пол, и напрягаем свой пресс и ягодицы. На этом подготовка к занятию завершается.
Сгибание ног лежа в тренажере
После того как исходная позиция принята, начинаем упражнение. Итак, первым делом совершаем глубокий вдох, задерживаем дыхание и, не отрывая передние бедра от скамейки, начинаем мощными движениями подтягивать валик к ягодицам. После этого выдыхаем, когда пройдена одна из самых сложных амплитуд. Задерживаемся на несколько секунд в самой верхней позиции и очень медленно, ни на секунду не теряя контроля на вдохе, возвращаемся на исходное положение. Далее повторяем эту же процедуру определенное количество раз.
Хитрости выполнения
- Во время выполнения крепко держать ручки тренажера.
- Ни в коем случае не отрывать таз от арки скамеек.
- Выполнять сгибание ног до того момента, пока они практически полностью не соприкоснутся с ягодицами.
- Для сохранения нагрузки на мышцы не распрямлять полностью колени, когда они будут в самой низкой точке.
- Движение вверх совершать несколько быстрее, чем вниз.
- Не елозить бедром или тазом по скамейке.
- Следить за тем, чтобы колени не свисали со скамьи.
- Растягивать заднее бедро после завершения каждого из подходов.
Упражнения в домашних условиях
Как показывает практика, накачать стройные ноги и можно и без походов в тренажерный зал. Все что для этого нужно — желание и настойчивость. К тому же принципиальным отличием занятий на дому является то, что проходить они могут, когда вы пожелаете и сколько захотите. К тому же они совершенно бесплатны.
Есть упражнения в домашних условиях, которые могут выполняться вне зависимости от вашей физической формы. К примеру: становимся ровно и ставим ноги немного шире уровня плеч. Руки держим на поясе, а носками и коленями «смотрим» в разных направлениях. После этого не спеша приседаем как можно ниже, не забывая при этом удерживать спину прямо, а колени не выгибать в сторону. Кроме того, выполняя это занятие, нужно следить за тем, чтобы живот был втянут, а мышцы ягодиц напряжены. Сами подъемы и приседания следует совершать очень плавно.
Целевыми мышцами при выполнении упражнения , являются бедра. Это упражнение является изолирующим. Как и любое другое силовое упражнение это также следует выполнять правильно, чтобы избежать травм и неприятных ощущений.
Для чего выполнять упражнение
сгибание ног лежа на тренажере
Выполнение упражнения сгибание ног лежа на тренажере
Упражнение сгибание ног лежа на тренажере, является изолированным и направлено на проработку группы мышц-сгибателей бедра. Это дает возможность сделать более рельефными контуры бедер, выделить и отграничить бедро от ягодичных мышц.
Основные мышцы, которые задействованы в этом упражнении, это бицепсы бедра, а также полусухожильные и полуперепончатые. Кроме того, нагружаются также ягодичные и икроножные мышцы.
Для выполнения этого упражнения наиболее оптимальным будет использование тренажера с возможностью регулирования веса. Он может быть тросовым или обычным, в котором груз укрепляется позади его подвижной части. Если такого тренажера нет, то можно крепить отягощения к нижней трети голени или к стопе.
1. При выполнении упражнения сгибание ног в тренажере необходимо лечь животом на горизонтальную скамью. Для комфорта можно под низ живота подложить мягкий валик или плотно свернутое полотенце, что, кроме удобства, поможет и избежать травм.
2. Затем необходимо просунуть ноги под упор так, чтобы его нижний край находился на расстоянии приблизительно 3 поперечных пальцев от пятки, в то время как область колена выходила за пределы скамьи.
3. После этого следует сделать упор на локти, поднять грудь и голову так, чтобы смотреть прямо перед собой.
4. Начинайте сгибать ноги. Темп не должен быть медленным, но и не торопливым, без рывков. Контролируйте положение таза – он не должен отрываться от скамьи, иначе частично снимается нагрузка с бицепсов бедер и возникает ненужное напряжение в позвоночнике.
Упражнение делается на вдох-выдох – вдох при разгибании, выдох при сгибании. Чтобы снизить нежелательную нагрузку на связочный аппарат колена, не нужно выпрямлять полностью ноги в нижней части движения. В верхней же фазе сгибайте ноги максимально сильно, старайтесь коснуться пятками ягодиц.
Чтобы включить в тренировку медиальную сторону бедра, во время выполнения упражнения необходимо сдвинуть носки друг к другу. Для тренировки внешней части бедер, нужно развести носки в стороны.
Для тренировки икроножных мышц необходимо разогнуть стопы в голеностопных суставах до максимума во время сгибания ног, и вытянуть их таким образом, чтобы они находились приблизительно на одной линии с голенями.
Сгибания ног лежа на животе
представляют собой формирующее упражнение для про-ра-бот-ки зад-ней поверхности бедра и ягодичных мышц. Сгибания ног лежа ре-ко-мен-ду-ет-ся применять атлетам любого уровня подготовки и целей пре-бы-ва-ния в тре-на-жер-ном за-ле. Девушки с его помощью могут тренировать ягодичную мыш-цу, муж-чи-ны за-ка-чи-вать бицепс бедра, приводящую мышцу, латеральную широкую мыш-цу и про-чие мыш-цы задней поверхности бедра, укрепляя тем самым коленный сус-тав. Это уп-раж-не-ние ре-ко-мен-ду-ет-ся применять и тем людям, которые пришли в тре-на-жер-ный зал под-тя-нуть здо-ро-вье и, в первую очередь, улучшить состояние спины. Де-ло в том, что би-цепс бед-ра является одной из тех мышц, которая участвует в ста-би-ли-за-ции поз-во-ноч-ни-ка, о чем под-роб-нее Вы можете прочитать .
Сгибания ног лежа можно выполнять для наработки силовых показателей, функ-цио-наль-ных ка-честв, набора мышечной массы и проработки рельефа. То, к каким ре-зуль-та-там при-ве-дет выполнение этого упражнения, зависит от того, в каком режиме и на сколь-ко пов-то-ре-ний Вы «работаете». Плюсом упражнения является то, что атлет его вы-пол-ня-ет ле-жа, что позволяет нивелировать нагрузку на поз-во-ноч-ник, а так же скон-цен-три-ро-вать-ся на ра-бо-те целевой мышечной группы. Ключевыми мо-мен-та-ми в сги-ба-ни-ях ног яв-ля-ют-ся: работа в полезном диапазоне и разворот ступней друг от дру-га. По-лез-ный диа-па-зон является тем диапазоном, в котором нагрузку на себя бе-рет це-ле-вая мы-шеч-ная груп-па, а разворот ступней в стороны, при развороте за счет ног, раз-во-ра-чи-ва-ет и кос-ти та-за, что обеспечивает наилучшую иннервацию ягодичных мышц.
Работа мышц и суставов
Основными рабочими мышечными массивами являются мышцы задней поверхности бед-ра и яго-дич-ных мышц, которые в сгибаниях ног лежа на животе работают изо-ли-ро-ва-но. Ко-неч-но, иннервируются и многие другие смежные мышечные группы, но их функ-ция в дан-ном случае ограничивается стабилизацией положения корпуса. Во мно-гом имен-но это и пред-опре-де-ля-ет режим «работы» в сгибаниях ног, поскольку такая изо-ля-ция ра-бо-чей мышечной группы не позволяет достичь её мак-си-маль-ной ин-нер-ва-ции. Суть в том, что в изолирующих упражнениях связки, суставы и ске-лет в це-лом на-хо-дят-ся в уязвимом положении, поэтому нервная система не отдает столь мощ-ные нерв-ные им-пуль-сы, ка-кие спо-соб-на «переварить» мышца. Соответственно, достичь такой же иннервации мышц, как можно дос-тичь в «ба-зе», в «изо-ля-ции» нель-зя, в свя-зи с чем, при-хо-дит-ся ра-бо-тать в бо-лее объем-ном ре-жи-ме.
На травмоопасности так же сказывается и то, что во время выполнения сгибаний ног ле-жа ос-нов-ная нагрузка приходится только на тазобедренный сустав, хотя механически ра-бо-та и со-вер-ша-ет-ся в ко-ле-не. Де-ло в том, что нагрузку всегда получает тот сустав, ко-то-рый на-хо-дит-ся над работающей мышечной группой. И, в общем-то, Вы мо-же-те в этом удос-то-ве-рить-ся, по-тро-гав свою ягодичную мышцу, хотя, можно потрогать и чу-жую, ес-ли её об-ла-да-тель-ни-ца не про-тив, или если Вы готовы рискнуть. При сги-ба-нии ног яго-дич-ная мыш-ца бу-дет напряженной, что свидетельствует о том, что она участ-ву-ет в сги-ба-нии но-ги, а пос-коль-ку ягодицы крепятся к тазобедренному сус-та-ву, а не к ко-лен-но-му, то и ло-гич-но заподозрить, что нагрузку получает он, а не колени. Так что будь-те ос-то-рож-ны, имея в ви-ду, что Ваш таз ни-че-го не страхует, и в слу-чае че-го он мо-жет по-лу-чить трав-му.
Сгибания ног лежа на животе –
схема
1) Лягте в тренажер, плотно зафиксировав корпус так, чтобы крепления, за которые Вы бу-де-те тя-нуть вес, плотно легли на голеностоп.
2) Ноги немного разверните в стороны, но именно ноги, а не только носки, чтобы раз-вер-нуть кости таза друг от друга, с этой целью носки нужно развести в стороны, а пят-ки свес-ти друг к другу.
3) Голова смотрит вперед, а руками следует придерживаться за специальные ручки, пос-ле че-го не-мно-го натянуть тросик тренажера, чтобы вес «лег» на мышцы.
4) С носками смотрящими максимально к корпусу, а не оттопыренными вперед, согните но-гу в ко-лен-ном суставе на 90⁰ и на секунду зафиксируйте ногу в этом положении.
5) Подконтрольно верните ноги в исходную позицию, т.е. в то положение, когда тросик тре-на-же-ра не-мно-го на-тя-нут.
Сгибания ног лежа –
примечания
1) Не сбивайте дыхание, обязательно выдыхайте на усилии и вдыхайте в негативной фа-зе уп-раж-не-ния.
2) Выполняйте упражнение подконтрольно, не дергайте снаряд, поэтому и опускать его до конца не нужно, иначе Вы не сможете выполнять упражнение с таким весом, с ко-то-рым мог-ли бы это делать, если бы не «уходили» в «мертвую точку».
3) Количество повторений в упражнении не должно быть меньше 6 повторений, пос-коль-ку, ско-рее всего, меньшее количество повторений не позволит Вам выполнить уп-раж-не-ние кор-рект-но. Если же Вы уже большой мальчик, то можно выполнять хоть «
от-дых-пау-зу
»
, но это для боле опытных атлетов.
4) Не закидывайте ноги за жопу, сгибайте колени до уровня 90⁰, поскольку дальше этой точ-ки за-кан-чи-ва-ет-ся «полезная амплитуда», мышцы расслабляются и нагрузка уходит в связ-ки.
5) Старайтесь концентрироваться на работе целевой мышечной группы, но, в первую оче-редь, по-за-боть-тесь о том, чтобы её легко было иннервировать физиологически, по-это-му пом-ни-те про правило с разведением носков в стороны.
Анатомия
Мышцы задней поверхности бедра представлены широким спектром мышц, которые, обыч-но, все вместе принято почему-то именовать «бицепсом бедра», хотя, на самом де-ле, би-цепс там занимает очень небольшую часть пространства. Но с точки зрения прак-ти-ки нам ин-те-рес-но то, что эти мышцы формируют силуэт сзади, что особенно важ-но де-вуш-кам, и вы-пол-ня-ют основную работу в нижней фазе таких упражнений, как ста-но-вая тя-га и приседания со штангой на плечах , что особенно важно парням. Сле-ду-ет пом-нить, что мышцы задней поверхности бедра крепятся к коленному суставу, по-это-му его бе-зо-пас-ность за-ви-сит от того, насколько пропорционально развиты квад-ри-цепс и мыш-цы зад-ней по-верх-нос-ти бедра. Так же развитие этих мышц играет важную роль в ста-би-ли-за-ции по-ло-же-ния поз-во-ноч-ни-ка.
Подводя итоги, можно сказать, что сгибания ног лежа в тренажере представляют собой эф-фек-тив-ное фор-ми-рую-щее упражнение, которое могут применять атлеты разного уров-ня под-го-тов-ки. Но-вич-кам следует его использовать для укрепления мышечного кар-ка-са, де-вуш-кам для прокачки самой главной мышцы в женском ор-га-низ-ме, а опыт-ным ат-ле-там для «закачки» мышц задней поверхности бедра и профилактики травм ко-лен-но-го сус-та-ва. Тем же, кто занимается спортом ради здоровья, а не ра-ди дос-ти-же-ний, дан-ное упражнение вообще следует применять на постоянной ос-но-ве, пос-коль-ку оно поз-во-ля-ет прокачать те мышцы, которые в го-ри-зон-таль-ном по-ло-же-нии про-ка-чать как-то ина-че вообще крайне сложно. Будьте осторожны и при-ме-няй-те уп-раж-не-ние с умом!
Сгибания ног лежа
– это изолирующее упражнение, направленное на проработку задней поверхности бедра, а именно бицепсов бедра
. В принципе, существует не так много упражнений, которыми можно изолированно проработать заднюю поверхность бедер. Если брать, например мышцы трицепса, существует большое количество изолированных упражнений и несколько базовых. С бедрами у нас другая ситуация, сразу на ум приходят 1-2 упражнения: сгибания ног лежа и сгибание ног сидя.Сейчас мы поговорим, как вы поняли о первом варианте, когда упражнение выполняется в лежачей позиции.
Чем хороши изолирующие упражнения? Они помогают проработать отдельную мышечную группу и сосредотачивают большую часть нагрузки именно на целевой мышце. Собственно из самого названия «изолированные упражнения» уже можно понять смысл таких упражнений. Их основная особенность в том, что они выключают из работы остальные мышечные группы. Например, если мы делаем мертвую тягу на прямых ногах, у нас хорошо включается в нагрузку задняя поверхность бедер, при этом в работу вовлечено куча второстепенных мышечных групп: спина, ягодицы и так далее. Поэтому такие упражнения называются базовыми или «многосуставными».
В чем особенность сгибания ног лежа? Особенность данного упражнения заключается в том, что в нем очень сложно нарушить технику выполнения и сделать что-то не так. Единственное, на что вам следует обратить внимание, это на настройки положения тренажера. Нужно его настроить так, что бы вам было удобно выполнять движения. Так, чтобы валик, под который вы будете засовывать и упирать ваши ноги, находился на нужном расстоянии, чтобы вам было удобно, и он упирался в поверхность, чуть выше наших пяток. Также, нужно настроить расстояние между платформой, на которой будут лежать ваши квадрицепсы и валиком, чтобы оно было оптимальным. Это делается для того, чтобы ваше колено чуть-чуть свешивалось с платформы, на которой находятся ваши квадрицепсы, чтобы ничего не мешало вам сгибать ноги.
ТЕХНИКА ВЫПОЛНЕНИЯ УПРАЖНЕНИЯ «СГИБАНИЕ НОГ ЛЕЖА»
1. Настройте лавку под себя, чтобы вам было удобно заниматься. Как говорилось ранее, следует лечь на скамью так, чтобы ваши колени немного выходили вперед, за края скамьи. А точки чуть выше ваших пяток (щиколотки) упирались в валики. Возьмитесь за ручки, тем самым зафиксировав тело в неподвижно состоянии. Это будет вашим исходным положением.
2. На усилии сделайте вдох, затем согните ноги в коленях, потянув валики к бицепсам бедер. Когда валики коснуться верней поверхности бедра, задержитесь в таком положении на 2 секунды. В самой верхней точке постарайтесь максимально напрячь бицепс бедра, тем самым усилив сокращение мышц.
3. На выдохе медленно разогните ноги и верните их в исходное положение. В нижней точке не опускайте ноги до самого конца, постоянно держите их в напряженном состоянии на протяжении всего время выполнения упражнения. Сами движения должны быть плавными и без рывков.
СОВЕТЫ ПО ТЕХНИКЕ ВЫПОЛНЕНИЯ УПРАЖНЕНИЯ
В принципе, это упражнение довольно таки простое, и нарушить технику очень сложно. Но бывают и исключения, поэтому я расскажу вам несколько ошибок, которые все-таки иногда допускают новички, а также дам полезные советы.
1. Как говорилось выше, нужно правильно настроить тренажер.
2. Если вы в верхней точке будете отрывать колени от скамьи, тем самым повысите эффективность выполняемого упражнения за счет повышенного сокращения бицепса бедер, а также включения в работу ягодичных мышц.
3. Существует вариант выполнения сгибания ног лежа, выполняя его каждой ногой по очереди. Так вы сможете лучше проработать каждую ногу в отдельности.
Сгибание ног в тренажере | willandwin.ru
Сгибание ног в тренажере — это упражнение, направленное на развитие мышц бедра. А точнее, на заднюю их часть. Оно является изолированным, так как задействован один сустав — коленный.
Какие мышцы задействованы в сгибание ног в тренажере?
Как уже говорилось ранее, сгибание ног в тренажере направлен на проработку задней части ноги. Так называемая двуглавая мышца бедра или бицепс бедра. Называйте мышцу как вам удобно. Главное чтобы у вас было понимание как она выглядит, где располагается и какие функции выполняет. Но не всю нагрузку получает бицепс, так же есть и мышцы ассистенты.
- Двуглавая мышца бедра. Является целевой мускулов, которая выполняет 90% движения. Располагается она на задней поверхности бедра, сразу под ягодичными мышцами. Называется двуглавой, так как имеет два пучка: длинный и короткий. Они оба задействованы в упражнение. Ее функции: сгибание голени, отведение ноги назад, и разворот носков в стороны друг от друга.
- Полусухожильная мышца. Располагается она на задней поверхности бедра ближе к внутреннему(медиальному) краю. Является мышцей ассистентом, помогает сгибать голень. Наружным краем она граничит с двуглавой, а внутренним с полуперепончатой мышцей. Функции у нее такие же как у бицепса бедра, кроме разворота носков. Их она вращает внутрь, навстречу друг к другу
- Полуперепончатая мышца бедра. Располагается она совсем близко к внутреннему краю бедра. Большая ее часть прикрыта полусухожильной мышцей. Разделяют три пучка: наружный, средний и внутренний. Основная функция: такая же, как и у остальных, только не участвует в поворотах носков.
- Икроножная мышца. Последняя мышца которая участвует в движения это икры. Она располагается на задней поверхности голени. Имеет две головки, внутреннюю и наружную. Функция: стабилизация стоп во время подъема, и так же работает во время разгибания ноги, создавая сопротивление.
Вот эти 4 мышцы работают в данном упражнении, и именно их развитие придает задней части ноги красивую форму.
Лайфхак
Есть несколько приемов, которые могут сместить направление нагрузки. Это доказанные факты, которые действительно работают. Заключается он в развороте носков:
- Если развернуть носки в стороны, то нагрузка сместиться на внутренние части бедра. То есть на латеральный (внешний) пучок двуглавой мышцы. В принципе это ожидаемо, потому что в ее функцию входит разворот стоп.
- Следовательно, сведение носков внутрь, также сменит акцент на внутреннюю часть бедра. То есть на полуперепончатую и полусухожильную мышцу.
Конечно надо понимать, что эти изменения минимальны и большого результата от них вряд ли стоит ждать. Но вот использовать их можно и даже нужно. Это поможет проработать заднюю часть бедра под разнообразным вектором. Что благотворно скажется на общем росте.
Варианты упражнений
Ввиду роста прогресса и разнообразных опытов в области анатомии и влияния упражнений на мышцы, было доказано. Что бедро может работать в нескольких плоскостях. Стоя, сидя и лежа. Поэтому были разработаны разнообразные тренажеры и мы можем выбрать тот, в котором наши мышцы работают максимально.
Сгибание ног в тренажере лежа
Не зря я об этом варианте упомянул первым. Все потому что он является очень известным во многих залах. Думаю и вы не обходите его стороной. Существует несколько разновидностей тренажера, но в принципе все они выполняют одну и туже функцию. Разделить их можно по виду скамьи: горизонтальная и изогнутая. А также по виду загрузки: тросовые с грузами и обычные с блинами. В принципе, большой разницы в них нет. Но все же лучше отдавать предпочтения изогнутой скамье. Ее форма помогает добиться максимальной изоляции. При этом ваш таз приподнят немного в верх. Это позволяет сильнее растянуть мышцы бедра в нижней точки. Следовательно, они получат куда большую нагрузку, а это только увеличит скорость их роста.
Исходное положение:
- Подойдите к тренажеру. Установите на нем нужный вам вес (навести блины или установите ограничитель на нужный вам вес).
- Лягте на скамью для сгибания ног, так чтобы ваши колени выходили за ее край. Если у вас горизонтальный вариант скамьи, тогда приподнимите немного таз вверх.
- Заведите ноги под специальный валик тренажера. Он должен располагаться выше пяток. Руками возьмитесь за ручки.
Сгибание ног сидя в тренажере
Вариант сидя также является очень известным. Особенно он распространен во время тренировок в стиле » Суперсет». Это когда делают несколько упражнений подряд в одном подходе без отдыха. В основном выбирают разгибание ног сидя на квадрицепсы, а потом сразу же делают сгибания в этом же тренажере. Это очень удобно, потому что не надо бегать по залу. Но если речь идет об обычном линейном тренинге, то сгибание ног сидя уступает лежачему варианту. Все из-за неудобства самого тренажера. Во-первых, чтобы вас не подкидывало от веса отягощения, на ноги сверху давит специальный валик. Иногда конечно он отлично подходит по величине подъема. Но в большинстве случаев либо передавливает ноги или наоборот выходит слишком высоко. Во-вторых, очень сложно сфокусироваться на работе двуглавых мышц. Все потому что во время сгибания надо будет выдвигать таз немного вперед, чтобы почувствовать бицепс бедра и увеличить амплитуду движения. А как известно, если делать два дела разом, то какое, будет отставать. Вывод: если вы тренируетесь по системе суперсет, или у вас нет в зале другого тренажера. Тогда вариант сгибаний сидя, будет хорошим помощником для вас.
Исходное положение:
- После того как установите нужный вам вес, сядьте на тренажер. Спиной упритесь в спинку.
- Ноги расположите на валике. Так, чтобы он оказался под икроножными мышцами ближе к пятке. Колени должны выходить за край сидушки. Сверху установите валик для удержания ног. Он должен располагаться сразу над коленными суставами.
- Отклонитесь назад и возьмитесь руками за специальные ручки.
Сгибание ног стоя в тренажере
Это самый простой в техническом плане вариант сгибаний ног. Но к сожалению его популярность тихо угасает. Сейчас не многие залы средней величины могут похвастаться наличием такого тренажера, где бы вы могли делать сгибание ног стоя. И эта новость очень огорчает, ведь преимуществ в данном варианте очень много.
- Максимальная изоляция задней части бедра.
- Большая амплитуда движения, а это как мы помним благоприятно влияет на мышечный рост.
- Из упражнения полностью исключается спина, поэтому его будет легко делать как новичкам, так и профессионалам. А также людям имеющим травмы спины, конечно не значительные.
- Проработка каждого бедра по отдельности. Конечно это можно делать и в двух других вариантах, но в них будет не столь удобно.
Вы видите, сколько положительных моментов можно выделить в этом упражнении. Но конечно есть и несколько минусов. Если прорабатывать ноги по отдельности, это займет в два раза больше времени. А ввиду того что сейчас время очень важный ресурс, многим его просто на просто не хватает. Поэтому все больше людей отказывается от одностороннего тренинга.
Исходное положение:
- Установите нужный вес. Одну из ног(правую или левую) поставьте под валик. Так же как и везде он должен оказаться ниже икроножных мышц. Коленом этой же ноги упритесь в нижнюю подвижную платформу. Другой ногой упритесь в пол.
- Руками возьмитесь за рукоятки. В некоторых тренажерах предусмотрены специальные упоры под локти и туловище.
Техника выполнения
Техника выполнения очень важная составляющая любого упражнения. Именно благодаря правильному выполнению мы добиваемся максимального сокращения мышц, на которые воздействуем. Также, оберегаем себя от разнообразных травм. Сгибание ног в тренажере в не зависимости какой вариант вы выберете, технически выполняется одинаково.
- После того как вы приняли исходное положение. На выдохе согните ноги(ногу) в колене. И приведите валик к тазу. Стараясь как бы пяткой достать до ягодичных мышц. В верхней точке сделайте небольшую паузу
- Далее на выдохе разогните ноги и вернитесь в исходное положение.
- Повторите заданное число раз. Если делали вариант стоя, смените ногу и проделайте то же самое на нее.
Видео выполнение варианта лежа:
Видео выполнение варианта сидя:
Видео выполнение варианта стоя:
Основные ошибки при выполнении
Когда доходит до этого пункта многие билдеры начинают говорить » Это не про меня. Моя техника выполнения идеальная и т.д.…». Если это действительно так, то примите мои поздравления. Но даже в таком случае эта информация вам может пригодиться. Ведь в залах очень много людей, которые еще не достигли мастерства. И наша с вами задача помочь им не допускать эти ошибки!
Большой вес
Это одна из распространенных ошибок. Все из-за того, что люди переоценивают свои силы и хотят как можно быстрей добиться результатов. Но такой подход может привести только к травмам и отсрочить прогресс. Поэтому берите вес с которым вы можете спокойно работать на 10-15 повторений. И по мере того как чувствуете, что уже готовы к более тяжелым нагрузка, можете добавить вес.
Сгибание рывками и подъем по инерции
Данная ошибка плавно вытекает из первой. Когда спортсмен не справляется с весом, он начинает пользоваться силой инерции. На деле это выглядит очень ужасающе. В начале ноги резко падают с грузом вниз, а потом когда они отпружинивают, резко выжимаются вверх. Думаю и так понятно какие последствия из этого могут получиться. Берегите свое колени! Движения должны быть под вашим контролем.
Смещение тела во время движения
Есть такая особенность у многих спортсменов, чтобы уменьшить себе участь они, начинают сокращать амплитуду движения. Делают они это очень просто, меняя свое положения на скамье или в тренажере стоя. То есть, они либо сползают вниз или наоборот заползают вверх. Тем самым изменяют положения валика на ногах. Выше я писал: что если сместить вес на пятки, то нагрузка переходит на икры. А если положить валик на икры, то амплитуда движения станет совсем короткой. Следовательно, ни один из вариантов не проработает заднюю часть бедра.
ХОЧЕШЬ ЗНАТЬ БОЛЬШЕ? ТОГДА ТЕБЕ СЮДА НА willandwin.ru
работающие мышцы и техника выполнения
Лягте на тренажёр лицом вниз, валики на голенях чуть ниже икр. Тяните носки на себя, тело и бедра плотно прижаты к скамье. На выдохе сгибайте ноги. В точке наибольшего напряжения задержитесь на секунду. На вдохе опустите ноги обратно в исходное положение.
Сгибание ног в тренажере лежа: видео
5 проанализированных позиций: составляющие контактных сил в коленном суставе и угол сгибания коленного сустава во время цикла походки
Мышцы стопы и мышцы, охватывающие только голеностопный сустав, не учитывались.Но для моделирования нижней конечности было выбрано 29 мышц нижней конечности, соединяющих тазобедренный и коленный суставы: ягодичные мышцы (большая, средняя и минимальная), подвздошно-поясничная (подвздошно-поясничная), грушевидная, pectineus, внутренние и внешние запирающие мышцы, нижние и верхние гемелли, квадратная мышца бедра, приводящие мышцы (короткая приводящая мышца, длинная и большая мышца), тензор широких фасций, портняжник, тонкая мышца, длинная и короткая головки двуглавой мышцы бедра, четырехглавую мышцу бедра (прямую мышцу бедра, широкую мышцу промежности, латеральную широкую мышцу бедра и среднюю широкую мышцу бедра), подколенную мышцу, подошву, медиальную и латеральную головки икроножной мышцы.
Поскольку места прикрепления или истоки некоторых из этих мышц представляют собой относительно большие поверхности, эти мышцы подразделяются на два или более подразделения в скелетно-мышечной модели. Действия 29 выбранных мышц нижней конечности моделируются с помощью 122 мышечных сил в скелетно-мышечной модели. 122 мышечные силы были рекомбинированы в 6 мышечных сил для большой приводящей мышцы и короткой приводящей мышцы и 27 мышечных сил для других 27 выбранных мышц. К модели FE был приложен набор из 33 мышечных сил.
Геометрия модели
Модель FE была разработана с использованием трехмерной геометрии бедренной, большеберцовой, малоберцовой и надколенниковой костей, а также трехмерной геометрии менисков и суставных хрящей, присутствующих в коленном суставе. Трехмерная геометрия костей была создана на основе сетки предыдущего исследования [29]. Эта сетка была разработана с использованием современной процедуры получения трехмерной геометрии. Данные для процедуры были собраны с использованием медицинской компьютерной томографии (КТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ) у мужчины, близкого к 50-му процентилю [29]. Программный пакет FE HyperWorks-Radioss (Altair Engineering, Inc., Антони, Франция) использовался для создания геометрии костей из существующей сетки и для ручного создания геометрии мягких тканей на основе книг по анатомии. Затем файлы геометрических данных были импортированы в Design Modeler версии 16.2 программного пакета ANSYS Workbench FE (Ansys, Inc., Канонсбург, Пенсильвания, США) (рис. 2a). Чтобы избежать численных сложностей и сохранить линейность модели, при моделировании был исключен нелинейный контакт.Перед загрузкой модели различные части, кости и мягкие ткани, были размещены в выбранных положениях фазы опоры. При сборке избегали проникновений между частями модели. Все поверхностные фракции, контактирующие на границах раздела кость-хрящ, мениски-хрящ и бедренный хрящ-хрящ надколенника, были связаны. Связки в коленном суставе не моделировались в целях упрощения. Сухожилие надколенника моделировали с помощью трех пружин.
Фиг.2
a 3D-геометрия частей, составляющих FE-модель нижней конечности. b Модельная сетка: сухожилие надколенника моделировали с помощью 3 линейных пружин. Остальные части модели составлены из четырехгранных сплошных элементов
.
Свойства материала
Материал, составляющий части модели, считался однородным, изотропным и линейно-упругим. Для упрощения модели не учитывалась двухфазность мягких тканей.Кроме того, учитывая короткое время нагрузки при нормальной ходьбе по сравнению с постоянной времени вязкоупругости для хряща, суставной хрящ можно смоделировать как изотропную линейную эластичность [4, 20]. Грабекулярная кость не моделировалась в настоящем исследовании в целях упрощения, поэтому рассматривалась только кортикальная кость. Модуль Юнга влажной забальзамированной кортикальной кости большеберцовой кости у молодых (41,5 года) и пожилых (72 года) мужчин составляет 18 900 и 16 200 МПа соответственно [30]. Следовательно, для костей рассматривался модуль Юнга 17000 МПа для кортикального слоя кости. Модуль Юнга менисков выше в окружном направлении (120 МПа) по сравнению с радиальным и поперечным направлениями (20 МПа) [20]. Следовательно, модуль Юнга 120 МПа рассматривался для моделирования менисков как изотропного линейного эластичного материала. Модуль Юнга для суставного хряща составил 15 МПа [4, 6, 20]. Коэффициент Пуассона составлял 0,3 для костей и 0,45 для обеих мягких тканей. Жесткость пружин, моделирующих сухожилие надколенника, определялась с помощью уравнения
$$ k = \ frac {E \ cdot A} {L}, $$
, где E — модуль Юнга, A — поверхность поперечной сечение и L — длина сухожилия надколенника.Были использованы следующие значения: E = 900 МПа [31, 32], A = 160 мм [32, 33]. Для длины L сухожилия в соответствии с геометрией было определено среднее значение 5 мм. Следовательно, коэффициент жесткости связки надколенника составил k = 2880 Н / мм, что соответствовало пружине k = 960 Н / мм для каждой из трех пружин.
Приложение мышечных сил и граничные условия
Все части модели были соединены с четырехузловыми (твердые 72) или 10 узловыми (твердые 92) твердыми тетраэдрическими элементами [34], а сухожилие надколенника моделировалось тремя линейными пружинами как обозначенные на рис.2b. Для уменьшения объема памяти модели и сокращения времени расчета использовались четырехузловые тетраэдрические элементы.
Стопа и нога были взяты как уникальный сегмент, поскольку голеностопный сустав считался жестким. Зоны прикрепления анатомических мышц [35] были воспроизведены на поверхностях геометрии кости для приложения соответствующих сил активных мышц (рис. 3). Считалось, что закон действия-противодействия или третий закон Ньютона представляет действие любой мышцы, начинающейся и заканчивающейся на моделируемых костях.Эти мышцы были представлены двумя силами с равными величинами, но противоположными направлениями, приложенными к исходной точке и точке прикрепления.
Рис. 3
Вставки и начало мышц, включенных в моделирование: вид сзади анатомических костных прикреплений бедра и бедра [24]. b Воспроизведение прикрепления мышц по геометрии модели FE
Поскольку ступня не была включена в модель, был использован сегмент для обозначения подошвы ступни.Затем этот сегмент использовался для определения центра давления (COP), который является точкой приложения GRF. Пяточная кость (прикрепление икроножной и подошвенной костей) и КС моделировались удаленными точками (рис. 4c). Удаленные точки позволяют передавать запросы на поверхность, с которой они связаны. Геометрия костно-мышечной модели RB и модели FE были получены от двух разных доноров. Измерения скелетно-мышечной модели (AnyBody версии 6.0) были выполнены на правой нижней конечности мужчины (возраст 77 лет, рост 1.74 м, вес 105 кг). Затем геометрия была масштабирована до размеров человека (рост 1,62 м, вес 62 кг), походка которого считалась нормальной. Геометрия костей для сетки FE, как уже указывалось, была получена на основе снимков КТ и МРТ, собранных у мужчины, близкого к 50-му процентилю. Поэтому, чтобы убедиться, что две модели в двух системах были выровнены, для каждой из 5 выбранных позиций геометрия модели FE была изменена и размещена в том же соответствующем положении модели костно-мышечной системы RB.Позиционирование было выполнено в первую очередь путем выбора следующих анатомических маркеров скелетно-мышечной модели RB: центр головки бедренной кости, латеральный и медиальный надмыщелки бедренной кости и медиальные лодыжки. Во-вторых, затем были выбраны следующие три точки бедренной кости модели FE: центр головки бедренной кости, середина трансепикондилярной оси и медиальный надмыщелок. Затем выбранные три точки были расположены так, чтобы они совпадали с соответствующими тремя маркерами бедренной кости костно-мышечной модели RB [36].Затем большеберцовая кость и два мениска были расположены таким образом, чтобы мениски соприкасались с суставными хрящами дистального отдела головки бедренной кости и головки большеберцовой кости, избегая при этом взаимного проникновения. Однако из-за разницы в форме двух большеберцовых костей лодыжки двух моделей не были идеально выровнены, хотя угол, образованный двумя осями большеберцовых костей во фронтальной плоскости, был меньше 3 °. Это казалось приемлемым, и компоненты прогнозируемых мышечных сил были приложены как внешняя нагрузка к моделям FE в любом выбранном положении.Мышечные силы моделировались как распределенная нагрузка по области прикрепления мышц.
Фиг.4
a Статический анализ положения 4, b пружины высокой жесткости (10 9 Н / мм), фиксирующие центр головки бедренной кости к земле, c локализация КС и пяточной кости в положении 4: Головка бедренной кости была прикреплена к земле, и GRF был применен к COP, который был прикреплен к земле с помощью очень слабых пружин.КС и пяточную кость моделировали удаленными точками, прикрепленными к дистальному концу большеберцовой кости. Пружины стабилизации — слабые пружины 1 Н / мм
Из-за того, что хрящ надколенника был прикреплен к хрящу бедренной кости, сила четырехглавой мышцы была частично передана бедренной кости, а не большеберцовой кости. Однако, поскольку модуль Юнга хряща довольно мал, соединение между хрящом надколенника и бедренным хрящом было мягким, а передаваемые силы сдвига были небольшими.Согласно принципу Сен-Венана, это влияет на распределение напряжений только на этой границе раздела и не влияет на распределение напряжений в более удаленных местах. Три стабилизирующие пружины со слабой жесткостью 1 Н / мм, ориентированные в направлениях x, y и z, были прикреплены к дистальному основанию большеберцовой кости, чтобы избежать числовой нестабильности модели (рис. 4a, c). Три поступательные степени свободы бедренной кости были ограничены с помощью сферического сустава, реализованного путем фиксации центра головки бедренной кости к земле с помощью трех пружин.Эти три пружины имели высокую жесткость (10 9 Н / мм) и были ориентированы в трех направлениях пространства (рис. 4а, б).
Анализ FE и проверка моделей
Анализы были выполнены с использованием ANSYS Workbench (Ansys, Inc., Канонсбург, Пенсильвания, США). Для любого из пяти выбранных положений фазы опоры походки были рассчитаны следующие смещения и силы: смещения дистального конца большеберцовой кости относительно его исходного положения до приложения действий мышц, силы в стабилизирующие пружины и силы реакции на головке бедренной кости.В таблице 2 перечислены мышцы, включенные в модели FE, и величины GRF для каждой позиции. Модель считалась действительной, когда: (1) деформации, возникающие в результате приложенных нагрузок, были такими, что смещение дистального конца большеберцовой кости было почти нулевым, в соответствии с первым законом Ньютона; (2) величины сил в стабилизации пружины были незначительными и (3) реакционные силы в головке бедренной кости были похожи на предсказывал тазобедренного сустава сил опорно-двигательного аппарата модели RB.Штаммы проверяли, чтобы они оставались в разумных пределах.
Таблица 2 Величины мышечных сил и GRF в каждой позиции
Биомеханический анализ нижней конечности человека при ходьбе для дизайна экзоскелета
1. Введение
Экзоскелеты нижних конечностей были в центре внимания в последнее десятилетие, которые носятся на внешней стороне нижней конечности человека и могут свободно следовать за движением человеческой ноги. Чтобы помочь парализованным пациентам снова ходить или усилить возможности пользователя, структура механизма экзоскелетных роботов всегда проектируется как антропоморфный тип или квазиантропоморфный, так что ось вращения сустава робота совпадает с осью вращения человеческого тела, например HULC. , XOS-2 и HAL [1, 2].Антропоморфная / квазиантропоморфная структура имеет отличные преимущества. С одной стороны, гуманоидная структура позволяет роботу взаимодействовать с движением человека, уменьшая столкновения друг с другом; с другой стороны, изучение структуры и походки человека упрощает проектирование механизма и системы управления системы взаимодействия человека и робота [3]. Одним словом, видно, что метод бионики человека делает процесс проектирования системы экзоскелета более экономичным и научным [4, 5].
По мере развития оборудования для анализа походки мы могли более точно анализировать кинематику и динамику нижней конечности человека. В статье будет проанализирован механизм движения трех суставов нижних конечностей, например тазобедренный, коленный и голеностопный суставы, что важно для управления экзоскелетом [6, 7]. За исключением движения тела, мышцы могут сыграть важную роль в создании идеального исполнительного механизма экзоскелета. Как мы знаем, именно сокращение мускулов движет движением скелета вокруг сустава.Таким образом, биомеханика суставных мышц изучается для лучшего понимания движений человека, что способствует дальнейшей оптимизации выбора исполнительного механизма экзоскелета и источника энергии.
Основное исследование организовано следующим образом. Раздел 2 представляет принцип эксперимента многокамерной системы захвата движения и связанный с ним метод эксперимента. Затем мы представим математическую модель ходьбы человека и принцип моделирования соответствующих мышц. В разделе 3 анализируются результаты экспериментов по клинической походке, включая кинематику и динамику.В разделе 4 рассматривается работа мышц с помощью моделирования. Раздел 5 завершает эту статью.
2. Математическая модель нижней конечности человека и имитационная модель соответствующих мышц
Как показано на рис. 1, чтобы показать взаимосвязь между походкой человека и мышцами, весь процесс разделен на две части. Во-первых, движение человека при ходьбе определяется системой захвата движения человека, после чего динамика каждого сустава, то есть крутящий момент сустава, изучается программным обеспечением для анализа походки.Во-вторых, силы мышц, приводящие в движение такую ходьбу человека, вычисляются с помощью обратной динамики после того, как данные захвата движения, полученные в вышеупомянутом эксперименте, вводятся в программу моделирования биомеханики мышц.
Рис. 1.
Исследовательский процесс
2.1. Эксперимент по захвату движения человека
Эксперимент разделен на три этапа: подготовка к эксперименту, начало эксперимента и анализ экспериментальных данных.Подготовка к эксперименту заключается в выполнении ряда подготовительных мероприятий перед экспериментом, включая установку маркеров по методу Хелен Хейз. Начало эксперимента — войти в интерфейс управления, где пользователь может выполнить один раз получение движения походки. Анализ экспериментальных данных заключается в расчете крутящего момента в шарнире по внутреннему алгоритму.
2.1.1. Экспериментальное оборудование
Система захвата движения состоит из шести высокоскоростных камер, установленных на сцене, двух опорных пластин на тротуаре (основные характеристики приведены в Табл.2), ряд отмеченных точек, наклеенных на правильные позиции человеческого тела, и компьютер для распознавания значений координат отмеченных точек и расчета динамики каждого сустава, как показано на рис. 2.
Рис. 2.
Система захвата движения человека
а)
б)
2.1.2. Установить маркеры
Один из этапов подготовки эксперимента — установка маркеров по правилу и линии.Всего на кузов было установлено 16 маркеров. Маркеры 1-7 и маркеры 8-14 прикрепляли отдельно на левой и правой нижних конечностях. Маркер 15 присутствует крестцовый, а маркер 16 использовался для различения левого и правого (как показано на фиг. 3). Возьмем, к примеру, правую ногу, каждый сегмент тела был построен с помощью трех маркеров, как указано в таблице. 3.
Таблица 2.
Основные характеристики
Высокоскоростная камера |
Подножки для ног |
||
Производство |
Point Grey Corp, Канада |
Производство |
Мы сами |
Технические характеристики |
С250э |
Максимальное усилие по X / Y / Z |
1600/1600/3200 н. |
Максимальная скорость стрельбы |
250 кадров в секунду |
Максимальный момент вокруг X / Y / Z |
960/640/800 Нм |
точек на дюйм |
832 (В) × 832 (В) |
Номер |
2 штуки |
Номер |
6 штук |
Чувствительность |
6.5634 кг / В |
Время задержки стрельбы |
4 мс |
Степень нелинейности |
1,5% |
Точность стрельбы |
5 мм |
Ошибка гистериза |
2.0% |
Если собственный модуль предварительной обработки изображений |
Есть |
Выходное напряжение |
–10-10 В |
Рис. 3.
Маркеры на теле человека
а)
б)
Таблица 3.
Список маркеров правой нижней конечности
Производители |
1-2-3 |
3-4-5 |
4-5-6 |
5-6-7 |
6-7-15 |
Лимб |
Голеностопный сустав |
Хвостовик |
Коленный сустав |
Бедро |
Тазобедренный сустав |
2.1.3. Начать эксперимент
После подготовки эксперимента следует приступить к эксперименту. Подопытным является человек, параметры тела которого следует измерять с помощью линейки и линейки (как показано на рис. 4). Затем сотрудник (25 лет, мужчина, физическое здоровье) в черной одежде с несколькими маркерами прошел естественным путем по тротуару, поместив две пластины для измерения усилия на ногах (как показано на рис. 2). Шесть высокоскоростных камер записывают траекторию движения маркеров в пространстве с частотой захвата 100 Гц.При этом координаты движения траектории маркеров фиксировались в плоскости проекции каждой камеры в двух измерениях. Затем шесть групп двумерных массивов были сопоставлены с трехмерной координатой в декартовой системе координат с помощью внутреннего алгоритма. Трехмерная координата была реальным положением маркера в пространстве. В сочетании с силой реакции опоры (GRF), измеряемой пластиной силы стопы, крутящий момент в суставах человека во время каждой подфазы походки может быть рассчитан на основе модели динамики человека.
2.2. Кинематическая модель на основе кинематики мульти-твердого тела
В процессе анализа экспериментальных данных мы анализируем движение человека с помощью кинематической модели, основанной на кинематике мульти-твердого тела (см. Раздел 2.2) и динамической модели, основанной на механике Ньютона-Эйлера (см. Раздел 2.3).
Математическая модель человека реконструирована по кинематике мульти-твердого тела. В качестве примера возьмем коленный сустав: треугольник, три вершины которого — p3, p4 и p5, представляет собой сегмент голени (как показано на рис.5). Координаты vuw определяются треугольником, где v — единичный вектор от точки 3 до точки 5; u — единичный вектор нормали к треугольной плоскости, w определяется по правилу правой руки. Выражения имеют вид (1-3).
Рис. 4.
Реконструкция трехмерных координат
Рис. 5.
Реконструкция трехмерных координат
(2)
uShank = (p4-p5) × (p3-p5) (p4-p5) × (p3-p5),
(3)
wShank = uShank × vShank.
Согласно эмпирической формуле, координата центра колена человека получается с использованием координат маркеров и единичного вектора uwv:
(4)
pKnee = p5 + 0.5⋅f1⋅uShank⋅wShank,
где, f1 — ширина коленного сустава (как показано на рис. 4). Точно так же координаты центра правого бедра и лодыжки — это Фип и Панкл.
Сегменты голени и бедра определяются единичным вектором оси i от центра тяжести бедра до центра тяжести голени:
(5)
iThigh = pHip-pKneepHip-pKnee,
(6)
iShank = pKnee-pAnklepKnee-pAnkle.
Наконец, угол коленного сустава выражается относительно двух единичных векторов с использованием тригонометрического уравнения:
(7)
αRКолено = arcsiniShank × iThigh.
Таким же образом можно получить αLKnee, αRAnkel, αLAnkel, αRHip, αLHip. Числовые значения шести углов меняются при ходьбе человека, закон которой показан в разделе 3.2. При анализе экспериментальных данных мы могли реконструировать процесс ходьбы человека, управляя трехмерным виртуальным человеком, используя данные угла суставов.В результате движение трехмерного виртуального человека очень плавное, почти такое же, как и реальная походка сотрудника. Следовательно, результат измерения может быть достоверным.
Рис. 6.
Реконструированная походка трехмерного виртуального человека
2.3. Динамическая модель на основе механики Ньютона-Эйлера
На основе механики Ньютона-Эйлера, механическое уравнение было выведено на основе уравнения баланса силы и крутящего момента.Согласно теории мультижесткого тела, нижняя конечность человека была разделена на сегмент бедра, сегмент голени и сегмент стопы (как показано на рис. 7).
Рис. 7.
Соотношение силы и крутящего момента на каждом шарнире
Для сегмента стопы сила и крутящий момент в голеностопном суставе следующие в соответствии со вторым законом Ньютона:
(8)
FAnkle + Fplate + mFootgk → = mFoota →,
(9)
MAnkle + Mplate + Fplatepplate-pFootCG + FAnklepAnkle-pFootCG = L˙Ankle,
где, k → = [0 0 –1] T , a → — ускорение PfootCG, который является центром тяжести правой ступни.Качество mFoot оценивается по анатомической эмпирической формуле, выражение которой mFoot = 0,0083 Weight + 254,5 g1h2i1 — 0,065 (Weight, g1, h2 и i1 показаны на рис. 4). И другие переменные следующие:
(10)
L˙Ankle = L˙iL˙jL˙kijk,
где, L˙i, L˙j, L˙k — три компонента L˙Ankle, которая является производной первого порядка от углового момента правой ступни. Решаются они следующим образом:
(11)
L˙i = Ikw˙i + Ik-Ijwkwj,
(12)
L˙j = Ijw˙j + Ii-Ikwiwk,
(13)
L˙k = Ikw˙k + Ij-Iiwjwi,
, где wi, wj, wk — скорость правой ноги относительно координатной оси i, j и k, значение которой автоматически обновляется компьютером как ходьба.Ii, Ij, Ik — инерция вращения правой стопы относительно координатных осей i, j и k, значение которой определяется анатомическим эмпирическим уравнением.
Согласно ур. (10) — (13), уравнение (9) может быть выражено как:
(14)
MAnkle = L˙Ankle-Mplate-Fplatepplate-pFootCG
-mFoota → -Fplate-mFootgk → pAnkle-pFootCG,
, где pplate — это точка нулевого момента (ZMP), то есть центр Fplate (как показано на рис. 8). Fplate и Mplate достигаются системой измерения усилия стопы (как показано на рис.9). Хотя Манкл — трехмерный вектор, нас беспокоит движение в сагиттальной плоскости, то есть в плоскости i-k. Следующее обсуждение основано на этом. Результаты эксперимента Манкл будут показаны в разделе 3.2.
Рис. 8.
Траектория движения ЗМП (pplate)
Что касается коленного и тазобедренного суставов, метод тот же, который здесь повторяться не будет.
2.4. Имитационная модель биомеханики мышц
Мышцы, приводящие к движению суставов, помогают людям легко ходить и комфортно адаптироваться к сложным поверхностям, что является сложным и совершенным биоприводом, весьма полезным для конструирования и управления исполнительным механизмом экзоскелета.Однако силу мышц невозможно измерить непосредственно тестом, потому что мышцы сложно распределены в тканях тела. В результате моделирование становится эффектным способом [8]. Система моделирования любого тела (ABMS) — это программное обеспечение для моделирования и симуляции, которое может анализировать механику живого человеческого тела, работающего во взаимодействии с окружающей средой, с помощью компьютерной инженерии (CAE). Когда внешние силы и граничные условия окружающей среды определены, а поза или движение человеческого тела определяется из набора записанных данных о движении, ABMS затем запускает моделирование и вычисляет индивидуальные мышечные силы, суставные силы и моменты, метаболизм, упругую энергию. в сухожилиях, антагонистические действия мышц и многое другое (как показано на рис.1).
Рис. 9.
Fplate и Mplate
а)
б)
Имитационная модель показана на рис. 10. Шарики жадности заставляют симуляционную модель человека ходить, соответствуют маркерам при проведении эксперимента по захвату движения человека (как показано на рис. 3). Длина и качество имитационной модели определяются исходя из реальных ценностей сотрудника, так же, как на рис.4 и 2. 3. Когда модель ходит, все мышцы работают вместе, чтобы уравновесить внешние силы, включая силу окружающей среды и силу тяжести костей. В ABMS сила каждой мышцы получается путем решения оптимального решения целевой функции (как показывает уравнение (15)), что означает завершение работы с минимальной мышечной активностью.
где, p — число мощности, fi (M) — мышечная сила мышцы i, а Ni — ее площадь. n (M) — общее количество мышц.
Условие ограничения уравнения.(15) это:
(16)
Cfi (M) = d, fi (M) ≥0, i∈1, …, nM.
Ур. (16) определяет динамическое равновесие. Где, C — матрица коэффициентов мышечной силы, d — вектор внешних сил.
Из предыдущих исследований было установлено, что коленный сустав играет важную роль в снижении вибрации и качания во время ходьбы. Скрытое отображение других мышц, только основные мышцы, управляющие коленным суставом, сохранены для ясности, как показано на рис. 10 (b). Итак, статья посвящена анализу силы главной мышцы колена.Вокруг коленного сустава двуглавая мышца бедра и медиальная широкая мышца бедра представляют собой пару антагонистов, выраженных моделью Хилла [9] (как показано на рис. 10 (c)). Fm представляет силу, создаваемую сократительным элементом, отражающую активные свойства мышечных волокон. Fp — это сила, создаваемая параллельно-упругим элементом, представляющим пассивную жесткость мышечных волокон. Ft — сила, создаваемая последовательно-упругим элементом, представляющим упругость сухожилия. Lm — длина сократительного элемента, а Lt — длина сухожилия.
Рис. 10.
Имитационная модель в ABMS
а)
б)
в)
Рис.11.
Основные мышцы коленного сустава
а)
б)
в)
Когда все настройки выполнены, мы можем запустить симуляцию, время симуляции которой представляет собой цикл всей шагающей походки, как показано на рис.11. Закон изменения мышечной силы при ходьбе человека будет показан в Разделе 4.
4. Биомеханическое моделирование основных мышц коленного сустава
4.1. Широкая медиальная мышца
Во время фазы поддержки (0-0,8 с).
В этот период медиальная широкая мышца бедра генерировала активную силу сокращения для растяжения коленного сустава, и длина Lm мышцы поддерживалась примерно 0,08 м (как показано на рис. 15) для мышцы, находящейся в изометрическом сокращении, что приводит к тому была близка к нулю (как показано на рис.16 (а)). В это время Ft≈Fm, поэтому колебания Ft были аналогичны Fm (как показано на Рис. 15 и Рис. 16 (b)). С точки зрения Fm, медиальная широкая мышца бедра испытывала сложную вибрацию во время подфаз I, II и III. Fm достиг максимального значения 280 Н или около того за 0,1 с во время подфазы I, когда нога только коснулась земли. Однако, когда нога вошла в фазу реальной опоры, то есть в подфазы II и III, сила мышцы быстро уменьшалась, потому что нога человека могла полагаться на свой собственный скелет, потому что он был вертикальным по отношению к земле.
Таблица 4.
Угловой диапазон стыков
Подфаз |
Совместное |
Период (периоды) |
Диапазон углов (°) |
||
№1 |
№2 |
№ 3 |
|||
я |
бедра |
0-0,2 |
36-40 |
35-39 |
33-39 |
Колено |
2-14 |
1-16 |
2-15 |
||
Лодыжка |
–3-8 |
0-7 |
0-11 |
||
II |
бедра |
0.2-0,8 |
–10-36 |
–12-35 |
–14-33 |
Колено |
7-18 |
1-21 |
4-17 |
||
Лодыжка |
–2-20 |
–2–21 |
0–21 |
||
III |
бедра |
0.8-1 |
–10-13 |
–12-12 |
–12-10 |
Колено |
7-58 |
7-56 |
4-58 |
||
Лодыжка |
-12-18 |
–15-20 |
–17-20 |
Фиг.15.
Кривая изменения активной силы мышцы Fm в зависимости от длины мышцы Lm (широкая медиальная мышца)
Во время фазы качания (0,8–1,2 с).
При переходе в фазу свинга медиальная широкая мышца бедра растягивалась пассивно, больше не как активная единица, во время которой Fm равнялся нулю, как показано на рис. 15. Итак, мы обратились к нашему исследованию Fp. В это время Lm достигла максимального значения 0,12 м. Fp изменился с малого на большой, а затем с большого на маленький.Во время процесса Fp достигло максимального значения 100 Н при максимальном угле изгиба коленного сустава (как показано на рис. 16 (а)).
4.2. Двуглавая мышца бедра
В отличие от медиальной широкой мышцы бедра, она была пассивной во время фазы поддержки и активной в фазе качания.
Во время фазы поддержки (0-0,8 с).
Lm сохранила исходную длину 0,16 м. Между тем, Fm оставался равным нулю, потому что двуглавая мышца бедра находилась в состоянии расслабления.Значение Fp было очень маленьким, поэтому им можно было пренебречь (как показано на рис. 18 (а)).
Во время фазы качания (0,8–1,2 с).
После перехода в фазу качания двуглавая мышца бедра начала выполнять активную функцию. По мере уменьшения угла наклона коленного сустава мышца сокращалась с 0,16 м до 0,13 м (как показано на рис. 17). После этого он медленно возвращается к исходной длине до конца фазы качания. Активная сила Fm достигла максимума 220 Н (как показано на рис.17). Однако, как мы знаем, в модели Хилла Fp должен значительно меняться при изменении Lm (поскольку параллельно-упругий элемент был параллелен активному блоку, Lm был не только длиной активного блока, но и длиной параллельно-упругий элемент), но из рис.18 (а) мы могли обнаружить, что дело обстоит не так. Почему? Разумным объяснением было то, что мышца была двухэлементной мышцей, а не трехэлементной мышцей, то есть в модели Хилла.
Фиг.16.
Кривая вариации Fp и Ft в зависимости от длины мышцы Lm (широкая медиальная мышца)
а) Пассивная сила мышц Fp
b) Сила сухожилий
Ft
Рис.17.
Кривая изменения активной силы мышцы Fm в зависимости от длины мышцы Lm (двуглавая мышца бедра)
Рис.18.
Кривая вариации Fp и Ft в зависимости от длины мышцы Lm (широкая медиальная мышца)
а) Пассивная сила мышц Fp
b) Сила сухожилий
Ft
5.Выводы
Исследование движений человека при ходьбе и активности соответствующих мышц может дать важное понимание конструкции экзоскелета. Для ходьбы человека были созданы многокамерная система захвата движения и система измерения силы стопы, с помощью которых были достигнуты кинематические и динамические характеристики трех суставов нижней конечности. Также важно выяснить свойства человеческих мышц, сложного и совершенного биоактуатора, который имеет довольно хорошее руководство по проектированию и управлению исполнительным механизмом экзоскелета.Во-первых, кинематические и динамические уравнения нижней конечности человека были выведены с помощью кинематики мульти-твердого тела и механики Ньютона-Эйлера. Кроме того, была представлена трехэлементная модель мышц — модель Хилла. В-третьих, с помощью эксперимента по ходьбе человека угловые кривые трех суставов нижней конечности были получены с помощью системы захвата движения. Учитывая, что процесс фазы поддержки был более сложным, чем фаза свинга, в статье были выделены три подэтапа фазы поддержки.В-четвертых, биомеханика соответствующих мышц, приводящих в движение коленный сустав, была смоделирована с помощью программного моделирования человека. Было обнаружено, что медиальная широкая мышца бедра была основной мышцей во время разгибания колена, которая могла обеспечить максимальную силу 280 Нм. Напротив, двуглавая мышца бедра была основной мышцей во время сгибания колена, которая могла обеспечить максимальную силу 220 Нм.
В заключение, человеческое тело является результатом естественной эволюции, имеющей хорошие формы движения и гибкий режим вождения.В данной статье не только экспериментально получены данные кинематики и динамики нижней конечности человека, но и исследована биомеханика основной мышцы коленного сустава при ходьбе. Все работы подробно исследуют функцию исполнительного механизма человеческого сустава, то есть мышцы, который используется для бионического проектирования искусственных конечностей и экзоскелета робота.
Анализ конструкции и моделирования улучшенного экзоскелета нижних конечностей
Цель этого раздела — проверить и проверить, подходит ли движущая сила двигателя.Для этого применяется метод Ньютона-Эйлера, а моделирование выполняется с использованием программного обеспечения ADAMS.
4.1. Формулировка динамики Ньютона-Эйлера
На основе рис. 8 динамическая формула Ньютона-Эйлера используется для решения его динамического уравнения.
Во-первых, матрицы вращения для каждой системы координат следующие:
(9)
i-1Ti = cosθi-sinθi0sinθicosθi0001, iTi-1 = cosθisinθi0-sinθicosθi0001.
Таким образом:
0T2 = 0T1 1T2, 0T3 = 0T2 2T3, 0T4 = 0T3 3T4, 0T5 = 0T4 4T5, 0T6 = 0T5 5T6, 2T0 = 2T1 1T0, 3T0 = 3T2 2T0, 4T0 = 4T3 3T0, 5T0 = 6T0 4T0.
Начальные условия перечислены ниже:
ω0 = ω˙0 = υ0 = 0, υ˙0 = 0g0T.
4.1.1. Расчет угловой скорости каждого шарнира
Угловая скорость поворотного шарнира 1 составляет:
(10)
1T0ω1 = 1T0ω0 + Z0θ˙1,
, где Z0 = 001T.
Таким же образом, когда i = 2, 3, 4, 5, 6, угловая скорость поворотного шарнира i равна:
(11)
iT0ωi = iTi-1 i-1T0ωi-1 + Z0θ˙i.
4.1.2. Расчет углового ускорения каждого сустава
Угловое ускорение поворотного шарнира 1 составляет:
(12)
1T0ω˙1 = 1T0ω˙0 + Z0θ¨1 + ω0 × Z0θ˙1.
Таким же образом, когда i = 2, 3, 4, 5, 6, угловое ускорение поворотного шарнира i равно:
(13)
iT0ω˙i = iTi-1 i-1T0ω˙i-1 + Z0θ¨i + i-1T0ωi-1 × Z0θ˙i.
4.1.3. Расчет линейного ускорения каждого сустава
Вектор положения начала координат Oi в системе координат с началом Oi-1 равен pi *.
Линейное ускорение поворотного шарнира 1 составляет:
(14)
1T0υ˙1 = 1T0ω˙1 × 1T0p1 * + 1T0ω1 × 1T0ω1 × 1T0p1 * + 1T0υ˙0,
где p1 * = 000T.
Таким же образом, когда i = 2, 3, 4, 5, 6, линейное ускорение поворотного шарнира i равно:
(15)
iT0υ˙i = iT0ω˙i × iT0pi * + iT0ωi × iT0ωi × iT0pi * + iTi-1 (i-1T0υ˙i-1),
, где iT0pi * = li-100T (i = 2, 3, 5, 6), 4T0p4 * = 00l3T.
4.1.4. Расчет центроид ускорения каждого звена
Начало базовой системы координат и системы координат O1X1Y1Z1 одинаковы. Следовательно, звено 1 можно рассматривать как место, где совпадают две конечные точки. Центроидное ускорение звена 1 равно линейному ускорению поворотного сочленения 1, как выражено в формуле. (16):
(16)
1T0a1c = 1T0υ˙1.
Когда i = 2, 3, 4, 5, 6, центроидное ускорение звена i равно:
(17)
iT0aic = iT0ω˙i × iT0si + iT0ωi × iT0ωi × iT0si + iT0υ˙i,
, где iT0si = (- li-1/200) T (i = 2, 3, 5, 6), 4T0s4 = 00-l3 / 2T.
4.1.5. Расчет силы на каждое звено
Усилие на звене 6 составляет:
(18)
6T0f6 = m6 6T0a6c.
Когда i = 1, 2, 3, 4, 5, сила на звене i равна:
(19)
iT0fi = iTi + 1 i + 1T0fi + 1 + mi iT0aic.
4.1.6. Расчет крутящего момента на каждом звене
Матрица инерции звена i относительно его центроида в системе координат X0, Y0, Z0 равна Ii.
Крутящий момент на звене 6:
(20)
6T0n6 = (6T0p6 * + 6T0s6) × m6 6T0a6c + 6T0N6,
, где общий внешний крутящий момент на звене 6 составляет:
(21)
6T0N6 = 6T0I6 0T6 6T0ω˙6 + 6T0ω6 × 6T0I6 0T6 6T0ω6.
Когда i = 1, 2, 3, 4, 5, крутящий момент на звене i составляет:
(22)
iT0ni = iTi + 1 i + 1T0ni + 1 + i + 1T0pi * × i + 1T0fi + 1
+ iT0pi * + i + 1T0si × mi iT0aic + iT0Ni.
Общий внешний крутящий момент на звене i составляет:
(23)
iT0Ni = iT0Ii 0Ti iT0ω˙i + iT0ωi × iT0Ii 0Ti iT0ωi.
4.1.7. Расчет крутящего момента на приводе каждого шарнира
Крутящий момент привода на шарнире 6:
(24)
τ6 = 6T0n6T 6T5Z0.
Когда i = 1, 2, 3, 4, 5, крутящий момент привода на шарнире i составляет:
(25)
τi = iT0niT iTi-1Z0.
4.2. Моделирование динамики
Для целей моделирования трехмерная модель, созданная SolidWorks, импортируется в программу ADAMS [11]. Затем экзоскелет делится на семь частей, и каждая часть окрашивается в свой цвет, как показано на рис. 9. На ступнях экзоскелета есть две массы, имитирующие ноги человека. Функция движения на каждом суставе устанавливается в соответствии с данными движения сустава нижней конечности человека.
После моделирования движущую силу каждого сустава можно получить из модуля ADAMS / постпроцессора.Как показано на рис. 10, это кривая изменения движущей силы тазобедренного сустава. В то время как на рис. 11 это кривая изменения движущей силы коленного сустава. Кривая изменения приводного момента голеностопного сустава показана на рис. 12. Таким образом, наибольшая движущая сила тазобедренного сустава составляет около 2000 Н, наибольшая движущая сила коленного сустава составляет около 600 Н, а наибольший приводной момент голеностопного сустава. стык составляет около 6,5 Нм. Поскольку вращающий момент голеностопного сустава намного меньше, чем крутящий момент коленного и тазобедренного суставов, на голеностопном суставе нет привода.Таким образом, видно, что линейные двигатели подходят для улучшенной конструкции в этой статье.
Рис. 9.
Моделирование
Рис. 10.
Требуемая движущая сила тазобедренного сустава
Рис.11.
Требуемая движущая сила коленного сустава
Фиг.12.
Требуемый крутящий момент голеностопного сустава
границ | Премия Немецкого общества биомеханики (DGfB) для молодых исследователей 2019: Доказательство концепции нового тренажера коленного сустава, обеспечивающего быстрые движения физиологических мышц и сил реакции опоры
Введение
Для биомеханических исследований in vitro образцов коленного сустава человека были внедрены различные типы симуляторов коленного сустава.Сложность коленного сустава человека требует сложной конструкции таких тренажеров. По сути, можно провести различие между симуляторами горизонтального коленного сустава, вертикальными симуляторами, так называемыми Oxford-Rigs, и симуляторами, управляемыми роботизированной рукой.
Горизонтальные тренажеры коленного сустава особенно характеризуются горизонтальным положением образцов коленного сустава (Blankevoort et al., 1988; Hirokawa et al., 1991; Torzilli et al., 1994; Bach and Hull, 1995; Dürselen et al., 1995; Омори и др., 1997; Ахмад и др., 1998; Кигучи и др., 1999; Стукенборг-Колсман и др., 2002b; Hofer et al., 2011). Как правило, бедренная или большеберцовая кость крепится к основанию тренажера или к подвижному поворотному рычагу, который отвечает за движения сгибания и разгибания, тогда как противоположная сторона обеспечивает все необходимые степени свободы (Heinrichs et al., 2017). Системы роботизированных манипуляторов (Rudy et al., 1996; Livesay et al., 1997; Li et al., 1999; Lo et al., 2008; Diermann et al., 2009; Goldsmith et al., 2013) сравнимы с горизонтальными симуляторами, но коленный сустав перемещается по заранее определенной траектории пассивного движения, при которой все внешние силы и моменты, действующие на коленный сустав, минимальны (Lorenz et al., 2013). Oxford-Rig (Kumagai et al., 2002; Lo et al., 2008) характеризуется вертикальной фиксацией коленного сустава, а также тазобедренным и голеностопным суставами (Завацкий, 1997). Узел тазобедренного сустава можно перемещать вертикально, тем самым обеспечивая сгибание и разгибание коленного сустава.В качестве разновидности конструкции Oxford-Rig существуют имитаторы ударов, имитирующие удары по коленному суставу с использованием падающих грузов (Withrow et al., 2006; Kiapour et al., 2016).
Некоторые из этих тренажеров могут имитировать мышечные силы, действующие на коленный сустав. Это осуществляется с помощью грузов или приводов и стальных тросов, которые соединяются с костью в анатомических местах введения или непосредственно с мышцами с помощью специальных зажимов. Обычно моделируют четырехглавую мышцу, двуглавую икроножную мышцу или подколенные сухожилия (Hirokawa et al., 1991; Шумейкер и др., 1993; Бах и Халл, 1995; Dürselen et al., 1995; Ахмад и др., 1998; Ли и др., 2002; Gill et al., 2003; Hofer et al., 2011; Heinrichs et al., 2017). Однако в большинстве случаев прилагаемые мышечные силы относительно низкие и достигают только значений до 200 Н (например, моделирование четырехглавой мышцы; Dürselen et al., 1995; Withrow et al., 2006). Это означает, что невозможно достичь ни физиологических условий нагрузки внутри коленного сустава, ни физиологической силы реакции опоры (создаваемой мышечными силами).Более того, адаптация мышечных сил с течением времени или с изменением угла сгибания коленного сустава редко возможна с современными симуляторами коленного сустава, что приводит только к медленным движениям в коленном суставе (Stukenborg-Colsman et al., 2002a).
Наиболее распространенными методами создания движения в коленном суставе в современных симуляторах коленного сустава являются либо пассивное сгибание колена, либо контроль угла сгибания колена, либо сила реакции опоры через контур управления мышечной силой (Stukenborg-Colsman et al., 2002a; Victor et al. ., 2009). Однако из-за того, что разные мышцы, охватывающие колени, влияют друг на друга, что приводит к статической неопределенности механической системы, управление в реальном времени несколькими одновременно действующими мышцами трудно осуществить для динамических движений, например прыжков с падением.Следовательно, такие механизмы контура управления, реализованные в современных симуляторах, допускают только медленные движения в суставах со скоростью сгибания-разгибания до ~ 1 ° / с (Churchill et al., 1998; Lo et al., 2008), что соответствует квазистатическому условия тестирования. Некоторые из существующих тренажеров коленного сустава типа Oxford-Rig могут моделировать почти физиологические силы реакции опоры или вес тела (Elias et al., 2002; Maletsky and Hillberry, 2005). Эти тренажеры могут моделировать движения со скоростью до 12 ° / с, что все еще намного ниже, чем требуемые для прыжкового приземления (145 ° / с).
Чтобы реально достичь реалистичных условий тестирования in vitro, , которые возникают во время повседневной деятельности, необходимы движения в коленных суставах и мышечные силы, приводящие к физиологическим силам реакции суставов и опоры. Таким образом, целью данного исследования была разработка нового симулятора коленного сустава для in vitro тестирования приседаний и прыжков с падением с реалистичной скоростью и совместными усилиями.
Материалы и методы
Техническое описание
Механическая конструкция нового тренажера коленного сустава, основанная на конструкции Oxford-Rig (Bourne et al., 1978), содержит базовую раму, тазобедренного сустава в сборе и голеностопного сустава в сборе (рисунок 1). Узел тазобедренного сустава состоит из универсального шарнира. Он обеспечивает три степени свободы, включая сгибание / разгибание, отведение / приведение и вертикальное линейное смещение. Вертикальное смещение достигается за счет узла тазобедренного сустава, прикрепленного к траверсе, которая может перемещаться вертикально по направляющему шариковому подшипнику с приводом от электрического серводвигателя (EMMS-AS-140-L-HS-RMB, Festo AG & Co. KG, Эсслинген, Германия) с линейной осью при максимальной скорости ползуна 670 мм / с, что соответствует максимальной угловой скорости 350 ° / с.Следует отметить, что имитация движения бедра приводит только к сгибанию и разгибанию колена без создания каких-либо сил реакции суставов или опоры. Узел голеностопного сустава имеет две степени свободы: сгибание / разгибание и отведение / приведение. Кроме того, благодаря дополнительному подшипнику большеберцовая кость может свободно вращаться как внутри, так и снаружи. Следовательно, тренажер коленного сустава допускает неограниченное движение при 6 ° свободы (Завацкий, 1997).
Рисунок 1 .Имитатор коленного сустава с моделью коленного сустава, закрепленной между узлами тазобедренного и голеностопного суставов, траверсой для вертикального смещения бедра и пневматическими приводами для имитации мышечной силы.
Девять наиболее важных мышц, охватывающих колени, моделируются для достижения физиологических условий нагрузки и сил реакции опоры. Этими мышцами являются Musculus (M.) Wastus medialis, M. Wastus Lateralis, M. Wastus Intermedius, M. rectus femoris, M biceps femoris, M. semitendinosus, M. semimembranosus, M.gastrocnemius medialis и M. gastrocnemius lateralis. Из-за схожих анатомических направлений растяжения M. vastus intermediateus и M. rectus femoris, а также M. semitendinosus и M. semimembranosus объединяются и моделируются как мышцы одностороннего действия соответственно. Всего для моделирования мышечной силы используется семь пневматических приводов (DNCI-63-300-P-A, Festo AG & Co. KG), которые расположены в верхней и нижней областях базовой рамы. Бикортикальные винты располагаются в анатомических местах прикрепления соответствующих мышц.Стальные кабели соединяют пневматические приводы и бикортикальные винты для моделирования мышечной силы. Семь датчиков одноосной силы (KD40S, ME-Messsysteme GmbH, Хеннингсдорф, Германия) встроены в стальные тросы для измерения приложенных мышечных сил соответственно. Кроме того, под узлом голеностопного сустава расположены линейный пневматический привод и вращательный пневматический привод для имитации осевых ударных нагрузок и моментов деформации большеберцовой кости, соответственно. Для измерения сил и моментов реакции опоры шестиосевой датчик силы / момента (K6D68, ME-Messsysteme GmbH) закреплен непосредственно под узлом голеностопного сустава.Таким образом, движение бедра создает сгибание и разгибание коленного сустава, в то время как семь пневматических приводов используются для моделирования мышечных сил, которые приводят к соответствующим силам реакции опоры. То есть без моделирования мышечной силы не было бы результирующей силы реакции опоры, а было бы только сгибание и разгибание коленного сустава.
Тренажер предназначен для работы в сочетании режимов управления положением и управления усилием (рисунок 2). Регулируемое по положению линейное смещение бедра напрямую связано со сгибанием и разгибанием коленного сустава.Мышечные силы применяются в режиме с контролем силы. Для этих целей как линейное смещение тазобедренного сустава как функция во времени, так и мышечные силы как функция во времени служат входными параметрами для симулятора коленного сустава. Эти входные значения были получены из исследования комбинированного анализа движений и обратной динамики (MAID) на 11 здоровых добровольцах, проведенного в лаборатории движения партнера по сотрудничеству (Клиника ортопедии и травматологической хирургии, Университетская больница Гейдельберга, Гейдельберг, Германия).При этом были измерены кинематика и кинетика испытуемых. Эти значения вместе с антропометрическими данными были использованы для расчета действующих мышечных сил с помощью обратного динамического опорно-двигательного аппарата моделирования.
Рисунок 2 . Управление симулятором динамического коленного сустава с помощью системы реального времени, инструмент конфигурации Festo для параметризации, управления пневматическими и электрическими приводами, регистрации датчиков силы и приложений реального времени LabVIEW и LabVIEW.
Входные параметры для мышечных сил и положения бедра, полученные из исследования MAID, были назначены соответствующим исполнительным механизмам (параметризация) с помощью инструмента пневматической конфигурации (Festo AG & Co. KG) (Рисунок 2). Одновременное управление всеми исполнительными механизмами осуществляется с помощью системы реального времени (cRIO-9064, National Instruments, Остин, Техас, США) и специального программного обеспечения (LabVIEW 2014, National Instruments). Сбор данных с датчиков одноосной мышечной силы и шестиосевого датчика силы реакции / крутящего момента достигается с помощью другого специализированного приложения LabVIEW (National Instruments).Оба приложения обеспечивают быстрое управление в реальном времени, обработку сигналов и сбор данных.
Комбинированный анализ движения и обратное динамическое исследование (MAID)
Одиннадцать здоровых взрослых людей (шесть женщин, пять мужчин, возраст = 30,9 ± 9,3 года, вес = 71,8 ± 17,1 кг, рост = 1,77 ± 0,11 м) были обследованы в рамках предметного исследования (разрешение IRB № S-081/2015 Гейдельбергского университета. ). Трехмерный (3D) анализ движения выполнялся с помощью оптоэлектронной системы с 12 камерами (Vicon Motion Systems Ltd., Оксфорд, Англия), работающей на частоте 120 Гц.Протоколом маркеров, использованным в этом исследовании, был набор маркеров для нижней части тела Plugin-Gait (Vicon Motion Systems, Оксфорд, Великобритания) с дополнительными маркерами на грудной клетке субъекта (остистый отросток 7-го шейного позвонка, левый и правый акромион и incisura jugularis). а также на медиальной лодыжке и медиальных мыщелках бедра. Кроме того, две платформы для измерения силы (Kistler Instruments AG, Винтертур, Швейцария) использовались для синхронного сбора кинетических данных при 1080 Гц. Совместная кинематика и совместная кинетика были получены с использованием подхода уравнений обратной динамики с программным обеспечением Plugin-Gait (Vicon Nexus 2.0, Vicon Motion Systems, Оксфорд, Великобритания) после Kadaba et al. и Davis et al. Испытуемые выполняли медленные приседания с углом сгибания колена от 0 ° до 70 ° и приземление на двух ногах с высоты 30 см для получения различных наборов данных. Следовательно, были определены движения и положения тазобедренного, коленного и голеностопного суставов с полученными углами сгибания и силами реакции опоры. Эти данные были использованы для расчета мышечных сил, действующих через коленный сустав в течение долгого времени, используя общее все тело опорно-двигательный аппарат моделирование для анализа данных о движении в OpenSim 3.3 (Delp et al., 2007). Плюсно-фаланговые и подтаранные суставы фиксировались в анатомически нейтральных положениях для всех анализов, как это было недавно сделано другими авторами (O’Connor et al., 2018). Фильтр нижних частот четвертого порядка с нулевой задержкой и частотой среза 10 Гц был применен к силам реакции земли, тогда как фильтр Вольтринга с MSE 10 использовался для сглаживания кинематических данных (Woltring, 1991). Входные данные для модели были созданы с использованием настраиваемых подпрограмм MATLAB (2014b, The MathWorks, Inc., Натик, Массачусетс, США) на основе сценариев MATLAB для обработки данных из simtk.org. Модель была масштабирована до размеров каждого испытуемого на основе статического испытания. Обратная кинематика и обратная динамика были выполнены для расчета суставных углов и суставных моментов. Мышечные силы рассчитывались с использованием статической оптимизации.
In vitro Исследование
После оттаивания в течение ночи кожа и мышцы девяти образцов трупного коленного сустава человека (возраст: 61,5 ± 5,5 года, масса тела: 62,3 ± 7,2 кг, индекс массы тела: 21,2 ± 1,0, Science Care, Inc., Феникс, Аризона, США. ; Разрешение IRB №300/12, Ульмский университет) были полностью удалены, обнажены бедренная и большеберцовая кость. Проксимальный отдел малоберцовой кости фиксировали к большеберцовой кости с помощью кортикального винта и резецировали на 2 см ниже головки малоберцовой кости. Бедренную и большеберцовую кости разрезали на расстоянии 12 см от коленного сустава и формовали в металлических горшках с использованием полиметилметакрилата (Technovit 4000, Kulzer GmbH, Wehrheim, Германия) (рис. 3C). Суставную капсулу осторожно вскрыли, обнажили надколенник и удалили инфрапателлярный жир. Коронарные мениски были надрезаны спереди и сзади, чтобы можно было ввести чувствительную к давлению фольгу Tekscan (система I-Scan (тип 4000), Tekscan Inc., Бостон, Массачусетс, США) на плато большеберцовой кости для измерения среднего и пикового тибиофеморального контактного давления. Датчик давления был прикреплен к большеберцовой кости спереди и сзади с помощью винта, чтобы свести к минимуму перемещение датчика во время тестирования.
Рис. 3. (A) Моделирование мышечной силы четырехглавой мышцы с использованием стержня с резьбой, стального троса, компонента со стальными крючками и наконечника. (B) Моделирование мышечной силы подколенного сухожилия и икроножных мышц с помощью стержней с резьбой, дюбелей и стальных тросов. (C) Образец закреплен в динамическом имитаторе коленного сустава с помощью цилиндрических металлических горшков, одноосных датчиков нагрузки для измерения мышечных сил, чувствительной к давлению фольги для измерения тибиофеморального контактного давления и систем координат с оптическими маркерами для измерения кинематики.
Из-за больших мышечных сил до 1000 Н, действующих на образцы коленного сустава, необходима жесткая фиксация стальных тросов в местах анатомического введения. Поэтому для моделирования передних мышц бедра в месте прикрепления сухожилия надколенника на бугорке большеберцовой кости просверливали отверстие, а затем вставляли стержень с резьбой и закрепляли контргайкой.Кроме того, в надколеннике просверливали два отверстия, к стержню с резьбой прикрепляли стальной трос, который пропускали через эти два отверстия. Чтобы обеспечить направление надколенника во время движения, под надколенником внутри стальных тросов устанавливали наконечник (Carl Stahl Technocables GmbH, Зюссен, Германия) (рис. 3A). Над надколенником был закреплен компонент с тремя стальными крючками на болтах для установления связи между анатомическим местом введения и одноосными датчиками нагрузки и пневматическими приводами.Моделирование мышц подколенного сухожилия также выполнялось с использованием стержней с резьбой в анатомических местах прикрепления мышц (рис. 3B). M. biceps femoris вставляется в головку малоберцовой кости, M. semitendinosus вставляется в подушечку anserinus на медиальном бугорке большеберцовой кости, а полуперепончатые мышцы вставляются в медиальный мыщелок большеберцовой кости. Для моделирования икроножных мышц (M. gastrocnemius medialis, M. gastrocnemius lateralis) использовались дюбели, которые крепились в исходных точках на медиальном и латеральном мыщелках бедренной кости (рис. 3B).Все стальные тросы дополнительно направлялись с помощью самоустанавливающихся поворотных устройств, чтобы обеспечить наилучшую анатомическую линию действия. На протяжении всего процесса подготовки и всех тестов образцы коленных суставов увлажняли физиологическим раствором.
После подготовки образцы коленного сустава фиксировали в вертикальном положении на имитаторе коленного сустава с помощью цилиндрических металлических горшков (рис. 3С). Кроме того, пневматические приводы были подключены к стальным тросам и датчикам одноосной силы (рис. 3C).На первом этапе и для предварительной подготовки образца коленного сустава выполнялось медленное приседание без моделирования мышечной силы. Образец коленного сустава сгибали от 10 ° до 70 ° и вытягивали назад до 10 ° при скорости сгибания 5 ° / с. Это движение было повторено с моделированием мышечной силы в соответствии с целевыми мышечными силами, полученными в исследовании MAID. Наконец, мы смоделировали движение приземления в прыжке с моделированием мышечной силы, во время которой образец изгибался от 10 ° до 50 ° со скоростью ~ 180 ° / с и вытягивался назад от 50 ° до 10 ° со скоростью ~ 120 ° / с. s (см. дополнительное видео).Ускорение и замедление бедра при сгибании было установлено на 2,5 м / с 2 , а при разгибании — на 1,5 м / с 2 . Выполненное испытуемыми прыжковое приземление (исследование MAID) длилось 420 мс.
Перед запуском моделирования приземления в прыжке были приложены силы предварительной нагрузки от 50 до 300 Н для стабилизации коленного сустава. Во время медленных приседаний и приземления в прыжке непрерывно регистрировалось тибиофеморальное контактное давление (K-Scan ™, Tekscan Inc.). Кинематика коленного сустава регистрировалась с помощью системы 3D-камер на основе маркеров (Optitrack, NaturalPoint, Inc., Штат Орегон, США). Во время приземления в прыжке сила реакции земли и приложенные мышечные силы дополнительно регистрировались с частотой дискретизации 1 кГц с использованием специально разработанного программного обеспечения LabVIEW (National Instruments).
Статистический анализ
Коэффициент корреляции Браве-Пирсона (R) использовался для сравнения фактических и целевых значений (MAID) силы реакции земли и приложенных мышечных сил во время приземления в прыжке. Значения> 0,5 коэффициентов множественной корреляции показывают умеренную взаимосвязь, а значения> 0.8 показывают сильную линейную зависимость. Гауссовское распределение тибиофеморального пика и данных распределения среднего давления с использованием теста Шапиро-Уилка (Shapiro and Wilk, 1965) привело к нормально распределенным данным. Поэтому был проведен однофакторный дисперсионный анализ с апостериорным тестом LSD для сравнения среднего и пикового тибиофеморального контактного давления между медленным приседанием с имитацией мышечной силы и без нее и приземлением с прыжком с падением с моделированием мышечной силы латерального и медиального отсек соответственно.Различия в медиальном и латеральном тибиофеморальном контактном давлении исследовали с помощью парного теста Стьюдента t . Пакет статистического программного обеспечения (SPSS V24. IBM Corp., Армонк, США) использовался для проведения статистического анализа, в то время как значение p <0,05 считалось значимым, и при необходимости применялась стандартная поправка Бонферрони.
Результаты
Мышечные силы
Все смоделированные средние фактические мышечные силы и целевые мышечные силы, полученные в исследовании MAID, представлены как функция цикла движения для прыжкового приземления (Рисунок 4).Целевая сила M. Wastus lateralis увеличилась в течение 80 мс до максимального значения 1050 Н. Моделируемая мышечная сила была на ~ 15% ниже с задержкой ~ 60 мс, что привело к корреляции R = 0,72. Целевая сила медиальной мышцы бедра увеличилась в пределах 120 мс до 480 Н, тогда как смоделированная мышечная сила была на ~ 10% ниже с задержкой 60 мс (R = 0,85). Целевая сила мышц M. Wastus Intermedius и M. rectus femoris увеличилась до 580 Н в течение 100 мс. Моделирование этой группы мышц было на ~ 12% ниже с задержкой 40 мс (R = 0.92). Целевые значения мышц задней поверхности бедра (M. biceps femoris, M. semitendinosus / M. semimembranosus) и икроножных мышц (M. gastrocnemius medialis, M. gastrocnemius lateralis) составляли от 0 до 200 Н, что приводило к корреляции R = 0,48, R = 0,52, R = 0,71 и R = 0,68 соответственно.
Рисунок 4 . Моделирование мышечной силы — сравнение фактических (средние значения) и целевых мышечных сил (полученных в исследовании MAID) в зависимости от цикла движения (продолжительность: 540 мс) во время приземления с прыжком для M.Вастус латеральный, М. Вастус medialis, М. Вастус промежуточный / М. rectus femoris, М. biceps femoris, М. semitendinosus / М. semimembranosus, M. gastrocnemius medialis и M. gastrocnemius lateralis ( n = 9).
Наземные силы реагирования
Что касается силы реакции земли в вертикальном направлении во время прыжкового приземления, была определена сильная корреляция (R = 0,93) между средним фактическим значением и целевым значением (Рисунок 5). В начале движения вертикальная сила реакции опоры на опору достигла значений ~ 100 Н из-за ранее описанных сил смещения мышц.В дальнейшем были созданы силы до 860 Н.
Рисунок 5 . Вертикальная сила реакции грунта — сравнение фактических (среднее значение, синяя линия) со стандартным отклонением (огибающая, голубые линии) и целевых сил реакции грунта (измеренных во время исследования MAID, зеленая линия) в зависимости от цикла движения (продолжительность : 540 мс) ( n = 9).
Давление при прикосновении к колену
Данные о среднем и пиковом контактном давлении для медленного приседания без и с имитацией мышечной силы, а также для прыжкового приземления для медиального и латерального коленных отделов представлены на Рисунке 6 соответственно.Однофакторный дисперсионный анализ показал значительную разницу ( p <0,001) для всех измерений среднего и пикового давления. Тестирование LSD post-hoc выявило значительное увеличение среднего и пикового контактного давления в медиальном и латеральном отделах между медленным приседанием без моделирования мышечной силы и медленным приседанием с моделированием мышечной силы ( p <0,04) и приземлением в прыжке. с моделированием мышечной силы ( p <0,001). Пиковое контактное давление не отличалось ( p > 0.187) при сравнении медленного приседания с симуляцией мышечной силы и приземления с прыжком с симуляцией мышечной силы. Расчеты среднего контактного давления показали значительно более высокие значения для прыжкового приземления ( p <0,001) по сравнению с медленным приседанием с моделированием мышечной силы. Сравнение медиального и латерального пика и среднего контактного давления не показало разницы ( p > 0,067) между отделениями.
Рисунок 6 . Среднее и пиковое контактное давление (среднее ± стандартное отклонение) в медиальном и латеральном отделах для медленного приседания без имитации мышечной силы, медленного приседания с имитацией мышечной силы и упражнения приземления с прыжком.* p ≤ 0,05 ( n = 9).
Кинематика
Во время медленных приседаний было определено внешнее вращение большеберцовой кости между ~ 6 ° и 12 ° (рис. 7), что отражает типичный винтовой возвратный механизм, возникающий между разгибанием колена и положением сгибания 30 °.
Рисунок 7 . Примерное внешнее вращение большеберцовой кости в зависимости от угла сгибания колена во время медленного приседания с имитацией мышечной силы.
Обсуждение
В рамках настоящего исследования был разработан новый симулятор коленного сустава, который сравнил in vivo с данными испытуемых для силы реакции опоры и мышечных сил.Можно было показать, что этот тренажер может применять быстрые движения 145 ° / с в сочетании с симуляцией физиологической мышечной силы к образцам коленного сустава, что приводит к реалистичным силам реакции земли. Таким образом, насколько нам известно, этот тренажер для коленного сустава является первым тренажером, способным имитировать прыжковые движения при приземлении с физиологическими нагрузками на суставы и кинематикой.
Проверка концепции симулятора коленного сустава была проведена путем исследования силы реакции опоры в вертикальном направлении и тибио-бедренного контактного давления.Кроме того, была проанализирована кинематика колена, чтобы гарантировать свободное движение.
Сила реакции опоры является важной мерой нагрузки на конечность (Zadpoor, Nikooyan, 2011). В настоящем исследовании можно было показать, что во время моделирования прыжкового приземления для этой когорты может быть создана почти физиологическая сила реакции земли в вертикальном направлении с R = 0,93. Эта физиологическая сила реакции земли во время прыжкового приземления может быть достигнута, несмотря на частично не идеально смоделированные мышечные силы.В деталях, моделирование мышечной силы для четырехглавых мышц-разгибателей (M. Wastus Lateralis, M. Wastus medialis, M. Wastus Intermedius / M. rectus femoris) показало хорошие корреляции (R = 0,72–0,92) между мышечными силами, полученными из MAID исследование и смоделированные мышечные силы. В свою очередь, из-за инерции пневматических приводов имитировать подколенные сухожилия и икроножные мышцы было труднее. Однако коэффициенты Браве-Пирсона для этих симуляций мышечной силы по-прежнему показали приемлемый коэффициент в диапазоне R = 0.48–0,71. Кроме того, мы полагаем, что это не повлияло существенно на результирующую силу коленного сустава. Эти мышечные силы действуют на гораздо более низком уровне силы, чем, например, мышцы-разгибатели (рис. 4), и, таким образом, вносят меньший вклад в стабилизацию коленного сустава во время прыжка при приземлении, чем мышцы-разгибатели (Baratta et al., 1988; Урабе и др., 2005). Тем не менее, чтобы улучшить моделирование сил мышц-сгибателей в будущих исследованиях, необходимо усовершенствовать систему контроля давления воздуха.
Что касается тибиофеморального контактного давления, исследования уже показали, что контактное давление в коленном суставе значительно увеличивается с увеличением осевых нагрузок даже при статическом положении колена (Poh et al., 2012; Geeslin et al., 2016). Зейтц и др. и Perez-Blanca et al. определили пиковое контактное давление ~ 3 МПа при приложении осевой нагрузки 1000 Н (Seitz et al., 2012; Perez-Blanca et al., 2016). Ли и др. определили пиковое контактное давление 4,2 МПа в медиальном отделении при осевой нагрузке 1800 Н при угле сгибания колена 60 ° (Lee et al., 2006). Это пиковое значение немного ниже, но находится на том же уровне, что и давление, определенное в настоящем исследовании. Таким образом, можно сделать вывод, что осевая нагрузка, создаваемая мышечными силами во время прыжкового приземления, соответствует осевой нагрузке ≥1800 Н. Далее можно показать, что на основании измерений тибиофеморального контакта передача физиологической нагрузки была достигнута только в случай моделирования мышечной силы, указывающий на соотношение передачи медиального и латерального отсеков ~ 60:40 (Bruns et al., 1993). В свою очередь, без моделирования мышечной силы медиолатеральное распределение нагрузки было случайным. Сравнение квазистатического движения приседа без имитации мышечной силы с имитацией упражнения на приседание с имитацией мышечной силы и прыжком через падение привело к значительному увеличению среднего тибиофеморального и пикового контактного давления. Это подчеркивает важность обеспечения физиологических совместных сил во время экспериментов in vitro .
Анализ кинематики коленного сустава показал внешнее вращение большеберцовой кости во время моделирования медленного приседания от ~ 6 ° до 12 °, начиная с 25 ° сгибания в настоящем исследовании.Этот типичный винтовой механизм представляет собой непроизвольное пассивное движение, стабилизирующее коленный сустав при разгибании, и вызвано асимметрией между мыщелками бедренной кости и плато большеберцовой кости (Piazza and Cavanagh, 2000). Согласно литературным данным, механизм завинчивания начинается между 25 ° и 36 ° сгибания колена и обычно составляет от ~ 5 ° до 12 ° внешнего вращения (Bull et al., 2008; Müller et al., 2009; Sharma et al. ., 2012; Hacker et al., 2016). Наши измерения согласуются с этими выводами, что доказывает неограниченное движение соединенных образцов.
Ограничение имитатора коленного сустава, представленное здесь, представляет собой наблюдаемую задержку 120 мс (28%) при сравнении моделирования движения приземления в прыжке (540 мс) и данных, полученных из предметного исследования MAID (420 мс). Мы предполагаем, что пневматические приводы не смогли достаточно быстро перенастроиться из-за внутреннего контура регулирования давления и инерции пневматических приводов. Тем не менее, со скоростью, используемой для сгибания и разгибания, можно было добиться имитации движения приземления в прыжке почти в реальном времени.Еще одно ограничение заключается в том, что в исследовании MAID использовался набор маркеров Plugin Gait без сложного набора маркеров стопы. Поскольку при захвате движения на основе маркеров недостаточно разрешения, чтобы получить точность, необходимую для отслеживания плюснефаланговых и подтаранных суставов, особенно при наличии всего нескольких маркеров на стопе, сохранение этих степеней свободы в пределах разумного.
В заключение, представленное здесь устройство можно использовать, в частности, для моделирования динамических упражнений с быстрыми движениями в сочетании с физиологическими мышечными силами, возникающими в повседневной жизни.Например, на сегодняшний день доступны только данные о менисковых нагрузках и их приложениях, полученные в результате статических или квазистатических испытаний и условий нагружения. В будущем можно будет исследовать нагрузки на мениски и их крепления в условиях физиологических движений и мышечных сил. Другие структуры, включая крестообразные и коллатеральные связки и хрящи, также могут быть исследованы в таких условиях. Симулятор коленного сустава может быть расширен, чтобы в будущем включить в него другие модели движений.Следовательно, можно будет исследовать возникающие вопросы, особенно в области травм коленного сустава и оптимизации реабилитации.
Заявление о доступности данных
Наборы данных, созданные для этого исследования, доступны по запросу соответствующему автору.
Заявление об этике
Исследования с участием людей были рассмотрены и одобрены Ethikkommission Universität Ulm и Ethikkommission Universität Heidelberg. Пациенты / участники предоставили письменное информированное согласие на участие в этом исследовании.
Авторские взносы
FS разработал тренажер коленного сустава. SD и SW выполнили анализ движения и исследование обратной динамики. FS и SH выполнили и оценили контрольные испытания. FS и AS провели статистический анализ. FS, AS и LD составили черновик статьи и нарисовали рисунки. AS, AI и LD участвовали в процессе доработки статьи и окончательно одобрили представленную версию.
Финансирование
Эта работа финансировалась Немецким исследовательским фондом (DFG DU254 / 8-1).Финансирование публикации в открытом доступе предоставлено Немецким обществом биомеханики.
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Дополнительные материалы
Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2019.00244/full#supplementary-material
Дополнительное видео. Видео тренажера, выполняющего упражнение по приземлению в прыжке.
Список литературы
Ахмад, С.С., Квак, С.Д., Атешян, Г.А., Уорден, В.Х., Стедман, Дж. Р., и Моу, В. К. (1998). Влияние адгезии сухожилия надколенника к передней большеберцовой кости на механику колена. Am. J. Sports Med. 26, 715–724. DOI: 10.1177 / 03635465980260051901
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Бах, Дж. М., и Халл, М. Л. (1995). Новая система приложения нагрузки для исследования in vitro связок коленного сустава человека. J. Biomech. Eng-T Asme 117, 373–382. DOI: 10.1115 / 1.2794195
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Баратта Р., Соломонов М., Чжоу Б. Х., Летсон Д., Чуинар Р. и Д’Амброзия Р. (1988). Мышечная коактивация. Роль мускулатуры антагониста в поддержании стабильности колена. Am. J. Sports Med. 16, 113–122. DOI: 10.1177 / 036354658801600205
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Борн, Р., Гудфеллоу, Дж., И О’Коннор, Дж. (1978). Функциональный анализ различных артропластик коленного сустава. Пер. Ортоп. Res. Soc . 24: 160.
Google Scholar
Брунс, Дж., Фолькмер, М., и Люссенхоп, С. (1993). Распределение давления в коленном суставе — влияние варусного и вальгусного отклонения без и с рассечением связок. Arch. Ортоп. Trauma Surg. 113, 12–19. DOI: 10.1007 / BF00440588
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Бык, А.М., Кесслер, О., Алам, М., и Эмис, А. А. (2008). Изменения кинематики коленного сустава отражают геометрию сустава после артропластики. Clin. Ортоп. Relat. Res. 466, 2491–2499. DOI: 10.1007 / s11999-008-0440-z
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Черчилль, Д. Л., Инкэво, С. Дж., Джонсон, К. К. и Бейннон, Б. Д. (1998). Ось трансепикондилярной кости приблизительно соответствует оптимальной оси сгибания колена. Clin. Ортоп. Relat. Res. 111–118.DOI: 10.1097 / 00003086-199811000-00016
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Делп, С. Л., Андерсон, Ф. К., Арнольд, А. С., Лоан, П., Хабиб, А., Джон, К. Т. и др. (2007). OpenSim: программное обеспечение с открытым исходным кодом для создания и анализа динамических симуляций движения. IEEE Trans. Биомед. Англ. 54, 1940–1950. DOI: 10.1109 / TBME.2007.4
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Дирманн, Н., Шумахер, Т., Шанц, С., Рашке, М. Дж., Петерсен, В., и Зантоп, Т. (2009). Ротационная нестабильность колена: внутреннее вращение большеберцовой кости при имитации теста смещения шарнира. Arch. Ортоп. Травма. Surg . 129, 353–358. DOI: 10.1007 / s00402-008-0681-z
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Dürselen, L., Claes, L., and Kiefer, H. (1995). Влияние мышечных сил и внешних нагрузок на деформацию крестообразных связок. Am. J. Sports Med. 23, 129–136. DOI: 10.1177/036354659502300122
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Элиас, Дж. Дж., Кумагаи, М., Митчелл, И., Мизуно, Ю., Маттессич, С. М., Уэбб, Дж. Д. и др. (2002). Кинематические модели in vitro аналогичны для фиксированной платформы и протеза с подвижной опорой. J. Arthroplasty 17, 467–474. DOI: 10.1054 / арт.2002.31082
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Гислин, А.Г., Чивитарезе, Д., Тернбулл, Т.Л., Дорнан, Г. Дж., Фусо, Ф. А., и ЛаПрейд, Р. Ф. (2016). Влияние бокового отрыва заднего корня мениска и мениско-бедренной связки на механику тибио-бедренного контакта. Коленная хирургия. Sports Traumatol. Arthrosc. 24, 1469–1477. DOI: 10.1007 / s00167-015-3742-1
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Гилл, Т. Дж., ДеФрейт, Л. Э., Ван, К., Кэри, К. Т., Зайонц, С., Заринс, Б. и др. (2003). Биомеханическое влияние реконструкции задней крестообразной связки на функцию коленного сустава.Кинематическая реакция на моделируемые мышечные нагрузки. Am. J. Sports Med. 31, 530–536. DOI: 10.1177 / 03635465030310040901
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Голдсмит, М. Т., Янссон, К. С., Смит, С. Д., Энгебретсен, Л., ЛаПрейд, Р. Ф., и Вейдикс, К. А. (2013). Биомеханическое сравнение анатомических реконструкций передней крестообразной связки с одним и двумя пучками: исследование in vitro . Am. J. Sports Med. 41, 1595–1604.DOI: 10.1177 / 0363546513487065
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Хакер С. П., Игнатий А. и Дюрселен Л. (2016). Влияние тестовой установки на кинематику коленного сустава — метаанализ ротации большеберцовой кости. J. Biomech. 49, 2982–2988. DOI: 10.1016 / j.jbiomech.2016.07.025
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Heinrichs, C.H., Knierzinger, D., Stofferin, H., and Schmoelz, W. (2017).Валидация нового биомеханического испытательного стенда для коленного сустава с шестью степенями свободы. Biomed. Eng . 63, 709–717. DOI: 10.1515 / bmt-2016-0255
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Хирокава С., Соломонов М., Луо З., Лу Ю. и Д’Амброзия Р. (1991). Сокращение мышц и контроль устойчивости колена. J. Electromyogr. Кинезиол. 1, 199–208. DOI: 10.1016 / 1050-6411 (91)
-4
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Хофер, Дж.К., Геджо, Р., МакГарри, М. Х., и Ли, Т. К. (2011). Влияние на биомеханику тибио-бедренной кости при стоянии на коленях. Clin. Биомех. 26, 605–611. DOI: 10.1016 / j.clinbiomech.2011.01.016
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Киапур, А. М., Деметропулос, К. К., Киапур, А., Куатман, К. Э., Вордеман, С. К., Гоэль, В. К. и др. (2016). Деформационная реакция передней крестообразной связки на одноплоскостные и многоплоскостные нагрузки во время имитации приземления: последствия для механизма травмы. Am. J. Sports Med. 44, 2087–2096. DOI: 10.1177 / 0363546516640499
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Кигучи К., Фукуда Т., Кога Ю., Ватанабэ Т., Терадзима К., Хаяси Т. и др. (1999). Разработка физиологического тренажера движения колена. ADV Robotics 13, 171–188. DOI: 10.1163 / 156855399X01071
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Кумагаи, М., Мизуно, Ю., Маттессич, С. М., Элиас, Дж. Дж., Cosgarea, A.J., и Chao, E.Y. (2002). Разрыв задней крестообразной связки изменяет in vitro кинематику колена. Clin. Ортоп. Relat. Res. 395, 241–248. DOI: 10.1097 / 00003086-200202000-00029
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ли, С. Дж., Аадален, К. Дж., Малавия, П., Лоренц, Э. П., Хайден, Дж. К., Фарр, Дж. И др. (2006). Механика тибиофеморального контакта после серийных медиальных менискэктомий трупного колена человека. Am. J. Sports Med. 34, 1334–1344. DOI: 10.1177 / 0363546506286786
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ли, Г., Гилл, Т. Дж., ДеФрейт, Л. Е., Зайонц, С., Глатт, В., и Заринс, Б. (2002). Биомеханические последствия дефицита PCL в колене при моделировании мышечной нагрузки — экспериментальное исследование in vitro . J. Orthop. Res. 20, 887–892. DOI: 10.1016 / S0736-0266 (01) 00184-X
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ли, Г., Руди, Т. В., Сакане, М., Канамори, А., Ма, С. Б. и Ву, С. Л. Й. (1999). Важность нагрузки на четырехглавую мышцу и подколенное сухожилие для кинематики колена приводит к тому, что силы in-situ в ACL. J. Biomech. 32, 395–400. DOI: 10.1016 / S0021-9290 (98) 00181-X
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ливси, Г. А., Руди, Т. В., Ву, С. Л., Рунко, Т. Дж., Сакане, М., Ли, Г. и др. (1997). Оценка влияния ограничений на суставы на распределение силы in situ в передней крестообразной связке. J. Orthop. Res. 15, 278–284. DOI: 10.1002 / jor.1100150218
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ло, Дж., Мюллер, О., Вюншель, М., Бауэр, С., и Вюлькер, Н. (2008). Силы в передней крестообразной связке при моделировании сгибания под нагрузкой с передней и внутренней ротационной нагрузкой на большеберцовые кости. J. Biomech. 41, 1855–1861. DOI: 10.1016 / j.jbiomech.2008.04.010
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Лоренц, А., Rothstock, S., Bobrowitsch, E., Beck, A., Gruhler, G., Ipach, I., et al. (2013). Характеристика поверхности хряща по рассеиваемой энергии трения во время сгибания коленного сустава с осевой нагрузкой — модель овцы in vitro . J. Biomech. 46, 1427–1432. DOI: 10.1016 / j.jbiomech.2013.03.009
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Мюллер, О., Ло, Дж., Вюншель, М., Обло, К., и Вюлькер, Н. (2009). Моделирование движений колена под нагрузкой в недавно разработанном имитаторе колена in vitro . Biomedizinische Technik 54, 142–149. DOI: 10.1515 / BMT.2009.015
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
О’Коннор, Дж. Д., Резерфорд, М., Беннет, Д., Хилл, Дж. К., Беверленд, Д. Э., Данн, Н. Дж. И др. (2018). Длительная нагрузка на бедро у пациентов с односторонним полным протезированием бедра не отличается для конечностей или по сравнению со здоровым контролем при одинаковой скорости ходьбы. J. Biomech. 80, 8–15. DOI: 10.1016 / j.jbiomech.2018.07.033
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Омори, Г., Кога, Ю., Бехтольд, Дж. Э., Густило, Р. Б., Накабе, Н., Сасагава, К. и др. (1997). Контактное давление и трехмерное отслеживание неизолированной надколенника при тотальном эндопротезировании коленного сустава. Колено 4, 15–21. DOI: 10.1016 / S0968-0160 (96) 00230-X
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Перес-Бланка, А., Эспехо-Баэна, А., Амат Трухильо, Д., Прадо Новоа, М., Эспехо-Рейна, А., Кинтеро Лопес, К. и др. (2016). Сравнительное биомеханическое исследование контактных изменений после отрыва заднего корня бокового мениска, чрескостного повторного введения и тотальной менискэктомии. Артроскопия 32, 624–633. DOI: 10.1016 / j.arthro.2015.08.040
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Пьяцца, С. Дж., И Кавана, П. Р. (2000). Измерение возврата колена в исходное положение чувствительно к ошибкам совмещения осей. J. Biomech. 33, 1029–1034. DOI: 10.1016 / S0021-9290 (00) 00056-7
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
По, С. Ю., Ю, К. С., Вонг, П. Л., Кох, С. Б., Чиа, С. Л., Фук-Чонг, С. и др. (2012). Роль передней межменисковой связки в механике тибио-бедренного контакта при нагрузке на осевой сустав. Колено 19, 135–139. DOI: 10.1016 / j.knee.2010.12.008
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Руди, Т. В., Ливси, Г. А., Ву, С. Л. и Фу, Ф. Х. (1996). Комбинированный роботизированный / универсальный подход к датчику силы для определения силы связок колена на месте. J. Biomech. 29, 1357–1360.DOI: 10.1016 / 0021-9290 (96) 00056-5
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Зейтц, А. М., Любомерский, А., Фримерт, Б., Игнатиус, А., и Дюрселен, Л. (2012). Влияние частичной менискэктомии на медиальном заднем роге на механику тибио-бедренного контакта и деформации менискового кольца в коленях человека. J. Orthop. Res. 30, 934–942. DOI: 10.1002 / jor.22010
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Шапиро, С.С., и Уилк, М. Б. (1965). Анализ дисперсии теста на нормальность (полные выборки). Биометрика 52, 591–611. DOI: 10.1093 / biomet / 52.3-4.591
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Шарма Г. Б., Саеварссон С. К., Амири С., Монтгомери С., Рамм Х., Личти Д. Д. и др. (2012). Радиологический метод измерения пателлофеморального отслеживания и кинематики большеберцовой кости до и после тотального эндопротезирования коленного сустава. Bone Joint Res. 1, 263–271. DOI: 10.1302 / 2046-3758.110.2000117
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Шумейкер, С. К., Адамс, Д., Дэниел, Д. М., и Ву, С. Л. (1993). Взаимодействие переднего крестообразного трансплантата четырехглавой мышцы — исследование кинематики сустава и натяжения трансплантата передней крестообразной связки in vitro. Clin. Ортоп. Relat. Res. 294, 379–390. DOI: 10.1097 / 00003086-199309000-00054
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Stukenborg-Colsman, C., Ostermeier, S., Hurschler, C., и Wirth, C.J. (2002a). Контактное напряжение большеберцовой кости после тотального эндопротезирования коленного сустава: сравнение конструкций вкладок с фиксированным и подвижным вкладышами. Acta Orthop. Сканд. 73, 638–646. DOI: 10.3109 / 17453670209178028
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Стукенборг-Колсман, К., Остермайер, С., Венгер, К. Х., и Вирт, К. Дж. (2002b). Относительное движение вкладки подвижного подшипника после тотального эндопротезирования коленного сустава — динамическое исследование in vitro . Clin. Биомех. 17, 49–55. DOI: 10.1016 / S0268-0033 (01) 00103-6
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Торзилли П. А., Дэн Х. Х. и Уоррен Р. Ф. (1994). Влияние сжимающей нагрузки на сустав и силы четырехглавой мышцы на движение колена в неповрежденном колене и колене с разрезом передней крестообразной связки. Am. J. Sports Med. 22, 105–112. DOI: 10.1177 / 036354659402200117
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Урабе, Ю., Кобаяси, Р., Сумида, С., Танака, К., Йошида, Н., Нишиваки, Г.А., и др. (2005). Электромиографический анализ колена при прыжке с места у спортсменов мужского и женского пола. Колено 12, 129–134. DOI: 10.1016 / j.knee.2004.05.002
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Виктор, Дж., Вонг, П., Витвроу, Э., Слотен, Дж. В., и Беллеманс, Дж. (2009). Насколько изометричны медиальная пателлофеморальная, поверхностная медиальная коллатеральные и боковые коллатеральные связки колена? Am.J. Sports Med. 37, 2028–2036. DOI: 10.1177 / 0363546509337407
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Витроу, Т. Дж., Хьюстон, Л. Дж., Войтис, Э. М., и Эштон-Миллер, Дж. А. (2006). Влияние импульсного вальгусного момента колена на относительную деформацию ПКС in vitro во время имитации приземления в прыжке. Clin. Биомех. 21, 977–983. DOI: 10.1016 / j.clinbiomech.2006.05.001
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Вольтринг, Х.Дж. (1991). Представление и расчет трехмерного движения сустава. Hum. Mov. Sci. 10, 603–616. DOI: 10.1016 / 0167-9457 (91)
-3
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Задпур А.А., Никоян А.А. (2011). Связь между стрессовыми переломами нижних конечностей и силой реакции опоры: систематический обзор. Clin. Биомех. 26, 23–28. DOI: 10.1016 / j.clinbiomech.2010.08.005
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
% PDF-1.7
%
436 0 объект
>
эндобдж
xref
436 124
0000000016 00000 н.
0000003561 00000 н.
0000003797 00000 н.
0000003824 00000 н.
0000003878 00000 н.
0000003914 00000 н.
0000004484 00000 н.
0000004608 00000 п.
0000004806 00000 н.
0000004929 00000 н.
0000005045 00000 н.
0000005167 00000 н.
0000005289 00000 н.
0000005416 00000 н.
0000005537 00000 н.
0000005661 00000 н.
0000005780 00000 н.
0000005897 00000 н.
0000006015 00000 н.
0000006133 00000 п.
0000006250 00000 н.
0000006369 00000 п.
0000006487 00000 н.
0000006613 00000 н.
0000006732 00000 н.
0000006851 00000 н.
0000006970 00000 н.
0000007089 00000 н.
0000007208 00000 н.
0000007327 00000 н.
0000007445 00000 н.
0000007563 00000 н.
0000007721 00000 н.
0000007857 00000 н.
0000008019 00000 н.
0000008188 00000 н.
0000008343 00000 п.
0000008497 00000 н.
0000008635 00000 н.
0000008715 00000 н.
0000008795 00000 н.
0000008876 00000 н.
0000008956 00000 н.
0000009035 00000 н. Wdk & d% a @ k} RZ% W] CC: `QH8
DI0
10F
Параметры модели нижней конечности
Параметры модели нижней конечности
ПАРАМЕТРЫ МОДЕЛИ НИЖНЕЙ КОНЕЧНОСТИ
Скотт Л.Делп, канд.
Кафедры биомедицинской инженерии и физической медицины и
Реабилитация, Северо-Западный университет, Программа сенсомоторной деятельности,
Реабилитационный институт Чикаго.
ИСТОРИЯ
Этот набор данных обеспечивает параметры, необходимые для разработки компьютерной модели.
нижней конечности человека. Он основан на модели, разработанной в VA
Реабилитационный научно-исследовательский центр в Пало-Альто, Калифорния, 1987-1990 гг.
Все данные могут быть использованы и скопированы в некоммерческих целях.Данные
в комплект входят описания поверхностей костей, кинематики суставов, мышечных линий
действия, и параметры создания мышечной силы. Эти данные позволяют
рассчитать длины, силы момента, силы и моменты в суставах, создаваемые
сорок три мышцы нижней конечности. Набор данных представлен в
несколько файлов.
«Muscle_input_file» включает:
(1) безразмерная кривая сила-длина для сухожилия,
(2) безразмерные кривые сила-длина для мышцы,
(3) безразмерная кривая сила-скорость для мышцы,
(4) определение сорока трех мышц нижних конечностей.Определение каждого
Muscle содержит список координат, описывающих его линию действия и
параметры (пиковая изометрическая сила, оптимальная длина волокна, провисание сухожилия
длина и угол перистости), необходимые для вычисления изометрической мышечной силы.
Более читаемое резюме musculotendon параметров
приведен в отдельной таблице.
«Joint_kinematic_file» включает кинематические описания бедра,
коленный, голеностопный, подтаранный и плюснефаланговый суставы.
«Каталог костей» включает приблизительную геометрию поверхности костей
нижняя конечность. Формат этих файлов описан в файле с именем
«формат файла кости». Вы можете скачать геометрию поверхности для
таз
бедренная кость
надколенник
большеберцовая кость
малоберцовая кость
осыпь
стопа и
пальцы ног. Надколенник, большеберцовая кость,
малоберцовая кость и
кости стопы предоставил Дон Стредни из Университета штата Огайо.
ФОРМАТ НАБОРА ДАННЫХ
Набор данных организован в соответствии со структурой входных файлов для
SIMM (программное обеспечение для интерактивного моделирования Musculoskeletal).Обзор
это программное обеспечение и форматы файлов приведены в Delp, S.L. and Loan, J.P .: A
системное программное обеспечение для разработки и анализа моделей опорно-двигательного аппарата
структур, Компьютеры в биологии и медицине, т. 25, стр. 21-34, 1995.
ОГРАНИЧЕНИЯ МОДЕЛИ
Есть несколько важных ограничений компьютерной модели, описанной
этот набор данных. Компьютерная модель представляет собой нормального взрослого мужчины и
на основе параметров, которые были скомпилированы в нескольких различных экспериментальных
исследования.Детали модели нижней конечности и некоторые ее ограничения
описаны в публикациях, перечисленных ниже.
ПОЛЬЗОВАТЕЛИ ЭТИХ ДАННЫХ ДОЛЖНЫ ПРИНИМАТЬ
ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ЗА ТЕСТИРОВАНИЕ И ОЦЕНКУ ТОЧНОСТИ МОДЕЛИ В
КОНТЕКСТ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ. ЗАГРУЗКА ДАННЫХ ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОГЛАШЕНИЕ
СДЕЛАЙ ЭТО.
Delp, S.L., Loan, J.P., Hoy, M.G., Zajac, F.E., Topp E.L., Rosen, J.M .: An
интерактивная графическая модель нижней конечности для изучения
ортопедические хирургические процедуры, IEEE Transactions on Biomedical
Инженерное дело, т.37, стр. 757-767, 1990.
Делп, С.Л .: Моделирование хирургии: система компьютерной графики для анализа и
проектирование костно-мышечных реконструкций нижней конечности, канд.
Диссертация, Стэнфордский университет, 1990.
Если вы хотите получить копию диссертации, пожалуйста, свяжитесь со Скоттом Делпом,
Программа сенсорно-двигательной активности, Реабилитационный институт Чикаго,
Room 1406, 345 East Superior Street, Чикаго, Иллинойс 60611, США
(delp @ nwu.эду).
ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛИ
Вариации этой модели использовались в анализах, представленных в
количество публикаций, включая перечисленные ниже.
Арнольд, А.А., Коматту, А.В., Делп, С.Л .: Внутренняя ротационная походка: компенсаторный механизм для восстановления отведения ок.
Переносимость снизилась из-за деформации кости? Медицина развития и детская неврология, т. 39, стр. 40-44, 1997.
Дебски, Р.Э., Вонг, Э.К., Уорнер, Дж. Дж. П., Фу, Ф. Х., Ву, С. Л.-Й .: Транзакции капсуло-лигаментных ограничений
при трансляции плечевого сустава. Труды 42-го ежегодного собрания, ортопедические исследования So
общество, стр. 230, 1996.
Delp, S.L. и займа, J.P .: Система программного обеспечения для разработки и анализа моделей скелетно-мышечных структур, Com
компьютеры в биологии и медицине, т. 25, стр. 21-34, 1995.
Delp, S.L. и Мэлони, В.Дж .: Влияние расположения центра бедра на способность мышц генерировать момент. Журнал
биомеханики. т. 26, стр. 485-499, 1993.
Delp, S.L. и Zajac, F.E .: Способность мышц нижних конечностей генерировать силу и момент до и после сухожилия.
удлинение. Клиническая ортопедия и родственные исследования, т. 284, стр. 247-259, 1992.
Делп, С.Л., Арнольд А.А., Спирс, Р.А., Мур, К .: Длина подколенных сухожилий и поясничной мышцы при нормальной походке и походке приседая:
значение для операции на мышцах и сухожилиях.Журнал ортопедических исследований, т. 14, стр. 144-151, 1996.
Делп С.Л., Коматту А.В., Виксон Р.Л .: Превосходное смещение бедра при полной замене сустава: эффекты профи
длина шеи, угол шейки и ствола и угол антеверсии влияют на способность мышц генерировать момент,
Журнал ортопедических исследований, т. 12. С. 860-870, 1994.
Delp, S.L., Loan, J.P., Hoy, M.G., Zajac, F.E., Topp E.L., Rosen, J.M .: интерактивная графическая модель
нижняя конечность для изучения ортопедических хирургических вмешательств.IEEE Transactions по биомедицинской инженерии, т. 37,
С. 757-767, 1990.
Делп, С.Л., Рингвельски, Д., Кэрролл, Северная Каролина: Перенос прямой мышцы бедра: влияние места переноса на моментные рычаги
около колена и бедра. Журнал биомеханики об. 27, стр. 1201-1211, 1994.
Делп, С.Л., Стэтлер, К., Кэрролл, Северная Каролина: Сохранение силы подошвенного сгибания после хирургического лечения контрактуры
triceps surae: исследование с компьютерным моделированием, Journal of Orthopaedic Research, vol.13, стр. 96-104, 1995.
Фри, С.А. и Делп, С.Л .: Влияние вертельной передачи на руки, длину и силу, создающую силу.
подвижности отводящих мышц бедра. Журнал ортопедических исследований, т. 14. С. 245-250, 1996.
Гонсалес, Р.В., Бьюкенен, Т.С., Делп, С.Л .: Как структура мышц и момент рук влияют на сгибание-разгибание запястья
сионные моменты. Журнал биомеханики, вып. 30, стр. 705-712, 1997.
Кешнер, Э.А., Статлер, К.Д., Делп, С.Л .: Кинематика свободно движущихся головы и шеи у бдительного кота, Экспериментальная
Исследование мозга, т. 115, стр. 257-266, 1997.
Ким, А.В., Розен, А.М., Брандер, В.А., Бьюкенен, Т.С.: Избирательная активация мышц после электростимуляции
коллатеральных связок человеческого колена, Архивы физической медицины и реабилитации, вып. 76, с. 750-757,
1995 г.
Ллойд, Д. и Бьюкенен, Т.: Модель распределения нагрузки между мышцами и мягкими тканями в колене человека в течение
статических задач, Журнал биомеханической инженерии, вып. 118, стр. 367-376, 1996.
Мюррей, В.А., Делп, С.Л., Бьюкенен, Т.С.: Варьирование мышечного момента рук с положением локтя и предплечья, Jour
журнал биомеханики, т. 28, стр. 513-525, 1995.
Пьяцца, С.Дж. и Делп, С.Л .: Влияние мышц на сгибание колена во время фазы качания нормальной походки.Журнал
биомеханики, т. 29, стр. 723-733, 1996.
Васавада А.Н., Делп С.Л., Мэлони В.Дж., Шурман Д.Дж., Заяц Ф.Э .: Компенсация изменений в мышцах
длина при общей артропластике бедра: влияние на способность мышц генерировать момент. Клиническая Ортопедия
и родственные исследования, т. 302, стр. 121-133, 1994.
Ямагути, Г.Т.