تخمین نیروهای عضلات و مفاصل کمری تحت فعالیت های فیزیکی مختلف با استفاده از یک مدل ترکیبی بهینه سازی و الکترومایوگرافی از ستون فقرات

شیوع کمردرد و ناهنجاری­های کمری در جوامع مختلف رو به افزایش است، به علاوه اندازه­گیری مستقیم نیروی مربوط به عضلات و مهره­های ستون فقرات بسیار دشوار است. از این رو، استفاده از مدل­های بیومکانیکی اسکلتی-عضلانی به عنوان یک ابزار جهت محاسبه­ و تخمین نیروهای وارده بر ستون فقرات در فعالیت­های مختلف کاربرد فراوانی پیدا کرده است. لذا هدف این پژوهش تخمین نیروهای مذکور به روش­های مختلف به خصوص در فعالیت باربرداری می­باشد. بدین منظور از یک مدل اسکلتی-عضلانی آناتومیکی توسعه یافته شامل ۶ مفصل سه درجه ی آزادی و ۷۶ فسیکل عضلانی استفاده شده­ است. به علت بیش تر بودن تعداد مجهولات (نیروی عضلات) از تعداد معادلات تعادل، سیستم دچار افزونگی بوده و مساله جهت حل، نامعین می­باشند. بنابراین، از روش­های ترکیبی بهینه سازی و الکترومایوگرافی برای تخمین نیروی عضلات استفاده شده است. از آن جا که نیروهای عضلات حاصل از روش­ الکترومایوگرافی، معادلات تعادل را ارضا نمی­کند، از یک سری ضرایب تصحیح جهت ارضای معادلات تعادل در تمام سطوح مفصلی کمری استفاده شده است. طبق نتایج به دست آمده برای یک فعالیت فیزیکی خاص، به علت استفاده از الگوریتم­های مختلف جهت یافتن نیروها، ضرایب تصحیح متفاوتی برای هر عضله در روش­های ترکیبی مختلف به دست می­آید. مقادیر متفاوتی برای نیروی عضلات و میزان پایداری تخمینی توسط روش­های ترکیبی مختلف به دست آمد، اما نیروهای فشاری و برشی مفصلی در مدل­های ترکیبی به یک دیگر نزدیک می­باشد. جهت صحت سنجی نتایج مدل، از داده­های مربوط به فشار دیسک چهارم و پنجم کمری در یک مطالعه­ی آزمایشگاهی استفاده شد، که هر دو مورد فشار را در محدوده ی ۳/۰ - ۸/۱ مگاپاسکال گزارش کرده­اند.

کلیدواژه ها:

الکترومایوگرافی ، بهینه سازی ، روش های ترکیبی ، فشار درون دیسکی ، نیروی عضلات کمری