Тренажер при плоскостопии: Тренажёр от плоскостопия ПоТапки

Использование полусфер при плоскостопии

Балансировочная гимнастическая полусфера, предназначена для массажа стоп при различных видах плоскостопия, варусной деформации стоп и других видах патологических состояний. Балансировочная гимнастическая полусфера рекомендуется: — для массажа и рефлексогенного воздействия на подошвенную поверхность стоп — для тренировки вестибулярного аппарата. Такой массажер представляет собой игольчатый мячик, а точнее его половинку. С его помощью вы сможете массажировать любую часть тела, даже спину. Улучшает кровообращение, гармонизирует мышечный тонус нижних конечностей. Эффективно восстанавливает связки и мышцы ног после растяжения.

Кладем полусферы на пол и встаем лицом к ним. Совершаем поочередный подъем то на левую полусферу, то на правую. Стараемся имитировать ходьбу по лестнице. Далее встаем обеими ногами на сферы и имитируем ходьбу. Для усложнения стараемся поднять колено до угла в 90 градусов. Выполняем медленно, постоянно удерживая равновесие. Для страховки пригласите близкого человека. Такого рода упражнения при плоскостопии у детей выполняются строго под надзором родителей, так как имеется риск травм. Для детей рекомендуются детские полусферы-черепашки, они отличаются большей устойчивостью за счет наличия растопыренных лап. Так же детям будет интереснее заниматься с ними из-за позитивного вида и расцветки.

Данный тренажер представляет собой игольчатый резиновый массажер, сделанный в виде половины сферы. Его диаметр составляет 15-16 см, а высота около 7-9 см. Снаряд рассчитан на нагрузку до 110 кг и более, что зависит от качества применяемых материалов. Обычно используется две полусферы, каждая из которых предназначена для постановки одной стопы. Тренажер применяется для тренировки взрослых и детей. Его масса составляет около 250-300 г. Полусфера изготовляется из эластичной резины с воздухом внутри, поэтому при постановке ног она прогибается, обеспечивая тем самым массажный эффект на стопу.

симптомы и лечение в Центре доктора Бубновского в г. Казань

Лечение плоскостопия у детей

Плоскостопие — это деформация поперечного или продольного свода стопы, для которой характерна сглаженность естественных изгибов подошвы.

Наиболее частые причины плоскостопия у детей:

— врожденная опорно-двигательная патология; 

— чрезмерная нагрузка на стопу при ходьбе;

— большой вес;

— неправильно подобранная обувь; 

— травмы;

— переломы костей стопы;

— нарушение минерального обмена веществ — рахит. 

Чем же опасно плоскостопие? Правильно сформированные своды стопы помогают удерживать равновесие, амортизируют ударные нагрузки при ходьбе, беге и прыжках, уменьшают и равномерно распределяют осевую нагрузку на позвоночник. При плоскостопии эти механизмы работы стопы нарушаются и это влечёт за собой неблагоприятные последствия для всего организма. 

Нарушается биомеханика ходьбы, то есть походка, появляется дискомфорт и боли в стопах, быстрая утомляемость и отечность ног. Повышенная нагрузка на позвоночник может привести к нарушению осанки у ребёнка и болям в спине. В запущенных случаях могут страдать крупные суставы — коленные, тазобедренные.

Чрезвычайно важно обратить внимание, если ребёнок постоянно отказывается от активных игр, избегает длительной ходьбы — возможно, так он стремится избежать этих неприятных ощущений.

Хорошая новость заключается в том, что детское плоскостопие успешно поддаётся коррекции. Это связано с тем, что скелет у детей еще не сформирован окончательно,  поэтому важно как можно раньше профилактировать развитие плоскостопия и обратиться за медицинской помощью.

Так как основной метод лечения плоскостопия у детей и взрослых — лечебная физкультура,  в Центре доктора Бубновского для этого успешно применяется авторская методика современной кинезитерапии. Она направлена на активизацию работы мышц, коррекцию сводов стопы, восстановление паттерна ходьбы.

Перед назначением лечения врач в Центре доктора Бубновского проводит тщательный осмотр ребенка, определяет стадию и тип деформации стопы, оценивает функциональные нарушения и общее состояние организма. 

Опираясь на полученные данные врач составляет для ребенка индивидуальную программу упражнений и дополнительных лечебных процедур.

Занятия всегда проводятся под наблюдением инструктора, следящего за правильностью выполнения упражнений, а также врача, который корректирует программу в зависимости от прогресса лечения и при другой необходимости.

Кинезитерапия по Бубновскому позволяет избавиться от болевых ощущений и дискомфорта без приема лекарственных препаратов, что очень важно для детского  растущего организма, улучшить силу и тонус мышц стопы, эластичность связочного аппарата, восстановить важнейшие функции стопы. 

 Максимального эффекта удаётся достичь при выполнении упражнений на многофункциональном блочном тренажере Бубновского, избирательно и безопасно нагружающего мышцы без провокации болевого синдрома. 

В качестве дополнительных средств назначаются физиотерапия, водные процедуры, массаж. Они эффективно снимают спазм мышц ног, нормализуют тонус, снимают отечность и помогают быстрее адаптироваться к физической нагрузке. При своевременном обращении комплексный подход, применяемый в Центре доктора Бубновского, помогает скорректировать плоскостопие и предупредить негативное влияние на здоровье ребёнка.

Профилактика и лечение плоскостопия у детей

В мире всё больше становится детей с плоскостопием. Кто-то скажет: что ж, с этим можно жить, практически «новая норма». А другие возразят: нет, я не хочу этой проблемы для своего ребёнка, — и отправятся на поиски решения.

Расскажем о необычном и неочевидном способе справиться с детским плоскостопием — о занятиях на шведской стенке с уникальными массажными ступенями.

Почему плоскостопие — это плохо

Плоскостопие, в общем-то, даже не болезнь, а отклонение от здоровой нормы, когда своды стопы настолько слабы, что проседают, полностью соприкасаясь с поверхностью при ходьбе. Природа задумала иначе, поэтому со временем атрофируются, слабеют одни мышцы голени, а другие начинают болеть (ведь работают за двоих). Основной симптом плоскостопия — частые боли в стопах, коленях, бедрах, даже в спине.

У человека с плоскостопием некрасивая, «тяжёлая» походка, ярко выраженная косолапость. Ему труднее, чем остальным людям, удерживать равновесие и приседать на корточки. Со временем деформируются стопы, выступает «косточка» возле большого пальца, деформируются коленные суставы.

А главное — взрослый человек с плоскостопием всю жизнь сталкивается с физическими ограничениями: вроде, мелочь, но неприятно. Например, он не сможет серьёзно заниматься многими видами спорта или танцами. Его точно не будет тянуть к таким хобби, как хайкинг, оздоровительный бег, катание на роликах… Едва ли найдется на свете такой родитель, который хотел бы для своего ребёнка жизнь менее насыщенную и яркую, чем у друзей и ровесников!

Плоскостопие трудно диагностировать, результаты исследований противоречат друг другу, и критерии в разных странах отличаются, поэтому статистика неоднозначная. Принято считать, что в мире от плоскостопия страдают 20-40% взрослых людей (источник).

При этом по данным исследований оно встречается у половины детей в возрасте 3-6 лет и у каждого пятого младшего школьника (17% в странах Африки, 24% в развитых странах). Чем меньше двигается ребёнок, чем меньше времени проводит на улице — тем выше шанс, что мышцы стопы не окрепнут достаточно, и со временем разовьётся плоскостопие.

Шведская стенка от завода Romana станет отличным помощником родителей в решении нелегкой задачи — сохранения здоровья ребенка. На нашем сайте вы можете купить шведскую стенку, которая будет соответствовать всем стандартам и требованиям безопасности, при этом отлично впишется в детскую, будет выглядеть уместно и привлекательно.

Как лечат плоскостопие

К сожалению, плоскостопие проще заработать, чем вылечить. Особенно острая эта проблема в отношении детей, ведь 90% из них при рождении имеют врождённое плоскостопие. По мере роста и развития ребенка мышцы стопы укрепляются, свод стопы формируется, и — в идеальной ситуации — к первому классу о проблеме уже не вспоминают (что очень кстати, ведь с поступлением в школу возрастают физические нагрузки!).

Лечение, а именно, хирургическое вмешательство, назначается довольно редко. В остальных случаях врачи дают рекомендации о том, как уменьшить нагрузку на ноги и снизить дискомфорт (например, с помощью специальных стелек для обуви).

Если же плоскостопие выявили или заподозрили у детей, есть шанс, что мышцы ног и стоп окрепнут, и своды — пусть позднее обычного — но придут к физиологической норме. Стандартные рекомендации от врачей таковы:

• снижение физических нагрузок на ноги, чередование ходьбы и бега с отдыхом,
• ортопедические стельки (или ортопедическая обувь — исключительно по назначению врача),
• правильно подобранная повседневная обувь,
• хождение босиком по неровным поверхностям, например, по траве, песку, мелкой гальке.

Самыми эффективными способами справиться с плоскостопием считаются массаж и специальная лечебная гимнастика, направленная на укрепление свода стопы.

Как можно лечить плоскостопие — неочевидный вариант

Услышав от врача-ортопеда диагноз, родители с энтузиазмом приступают к выполнению рекомендаций. Вот только малышу массаж кажется неприятным или даже болезненным. Упражнения он делает после долгих уговоров и «через нехочу». А стельки вставляет в обувь вообще со слезами. Со временем у родителей могут опуститься руки, что вдвойне обидно — ведь положительный эффект коррекции плоскостопия возможен только спустя длительное время.

Но можно пойти другим путём: поставить в доме шведскую стенку со специальными массажными ступенями. (Напоминаем: перед началом занятий с ребенком на шведской стенке необходимо проконсультироваться с педиатром и детским ортопедом!)

В 2011 году завод Romana запустил производство стенок с уникальными, полезными для здоровья массажными ступенями. С помощью специального точного оборудования под давлением и при высокой температуре самые обычные металлические ступени покрывались гранулами пластиката (разновидность пластика). Эта технология позволяла делать гладкие ступени приятными на ощупь, «пупырчатыми».

Главное, к чему стремились при разработке ступеней, — это безопасность и комфорт. Судите сами: «пупырышки» обеспечивали хорошее сцепление перекладин с руками и ногами, те меньше скользили. При этом температура перекладин всегда оставалась комнатной: заниматься на шведской стенке стало ещё приятнее. Кроме того, теперь каждая перекладина шведской стенки Romana становилась мини-массажером, и каждое упражнение, которое выполняли на стенке дети, мягко массировало их стопы и ладошки.

Как именно массажные ступени помогают справиться с плоскостопием?

• Шведская стенка — уникальный спортивный и оздоровительный тренажер, который подходит для любого возраста и уровня физической подготовки. При этом любое упражнение, ради которого ребенок встаёт на перекладины, — работает на укрепление свода стопы, то есть фактически на лечение и профилактику плоскостопия.
• Любое передвижение по ступенькам, даже простой подъём и спуск, становится мягким, безболезненным и даже увлекательным для ребёнка вариантом самомассажа.
• Ребёнок не воспринимает занятия и игры на шведской стенке как что-то скучное и обязательное: его не нужно уговаривать, чтобы заниматься регулярно — даже напоминать не придётся. Главное показать комплекс полезных и безопасных упражнений, соответствующих возрасту.

Приятные оздоровительные бонусы массажных ступеней

На стопах и ладонях человека расположено много активных точек, стимулируя которые можно положительно воздействовать на работу внутренних органов. Правильной стимуляцией этих точек занимается акупунктура и… массажные ступени шведских стенок Romana. Микро-уколы пластиковых «пупырышек» стимулируют кровообращение кожи стоп и снимают усталость ног.

Массаж в зоне подушечек стоп нормализует работу сердца и щитовидной железы, а воздействие на свод стоп улучшает работу кишечника, тем самым укрепляет иммунитет. (Поэтому гимнастика и игры на шведской стенке с массажными перекладинами — отличная замена классическому закаливанию и приёму БАДов или иммуномодуляторов!)

Когда дети взбираются на верхушку спортивного комплекса, изображают обезьянок в джунглях, соревнуются, кто дольше провисит, или просто хватаются руками за перекладины для опоры — массажные поверхности стимулируют развитие мелкой моторики. Микро-массаж каждого пальчика приводит к тому, что ваш ребёнок быстрее развивается интеллектуально, лучше учится в школе, проще осваивает письмо от руки, а главное — хорошо, чисто говорит, уверенно и связно формулирует свои мысли.

***

Что стоит запомнить про преимущества массажных ступеней?

• Они создают приятный и полезный массажный эффект — помогают в лечении и профилактике плоскостопия, развивают мелкую моторику, нормализуют работу внутренних органов и систем.
• Благодаря неровной поверхности руки и ноги меньше скользят, и занятия на шведской стенке становятся безопаснее.
• Массажные ступени всегда имеют комнатную температуру, благодаря этому комфортнее заниматься.

Выбирая шведскую стенку с массажными ступенями от завода Romana, вы наилучшим образом позаботитесь о здоровье и отличном настроении ваших детей.

На нашем сайте вы можете купить отличную шведскую стенку для ребёнка, которая будет соответствовать всем стандартам и требованиям безопасности, при этом отлично впишется в вашу квартиру, будет выглядеть уместно и эстетично.

Коррекция плоскостопия

По происхождению плоскостопия различают:

• врожденное плоскостопие диагностировать до достижения ребенком 6-7 летнего возраста нелегко, так как все дети до этого возраста имеют все физиологические элементы плоской стопы;
• травматическое плоскостопие — последствия различных травм стопы, голеностопного сустава;
• паралитическая плоская стопа — результат повреждения подошвенных мышц стопы и мышц голени, а так же — повреждения нервных стволов бедра и голени;
• рахитическое плоскостопие обусловлено чрезмерной нагрузкой на ослабленные кости стопы;
• статическое плоскостопие возникает как следствие слабости мышц и связочного аппарата голени и стопы.

К сожалению, пациенты обращают внимание на свои стопы только при запущенных формах и в подобных ситуациях надеяться на стопроцентную коррекцию плоскостопия невозможно. Абсолютная коррекция плоскостопия возможно только в детстве. Но это вовсе не означает, что такой проблемой как плоскостопие не нужно заниматься. Заниматься ей необходимо. Но результат лечения и дальнейший прогноз будет напрямую зависеть от того, какова деформация стопы у обратившегося пациента.

Цели коррекции плоскостопия

• укрепить мышцы и связки стопы и удержать ее своды от дальнейшего уплощения;
• защитить весь организм, и прежде всего позвоночник и крупные суставы, от неправильного распределения нагрузки;
• предотвратить и затормозить развитие осложнений — артроз суставов стопы и крупных суставов конечностей, деформации пальцев и заболевания позвоночника.

Лечение плоскостопия всегда комплексное и включает в себя несколько основных направлений:

1. Гимнастика и массаж — при плоскостопии на гимнастику необходимо выделять не меньше 20 минут в день. Массаж лучше доверить специалисту, имеющему квалификацию в восстановительной медицине. В качестве гимнастических снарядов в домашних условиях можно использовать теннисные мячи, тренажер для стоп. Также можно использовать гидромассажную ванну для стоп.

2. Ортопедические стельки и супинаторы — есть много современных ортопедических приспособлений, которые эффективно помогают затормозить развитие процесса: стельки и обувь с супинаторами, силиконовые прокладки для пальцев и прочие. Не носите каблуки каждый день, плоские балетки — так же являются порочной обувью. Подложите в них стельку с супинатором, чередуйте ношение разной обуви: сегодня — на каблуках, завтра — без. Идеальный каблук на каждый день — 3-4 см.

По идее, природой заложено, чтобы мы ходили босиком… Но также природой заложено хождение на четырёх конечностях. А как только человек стал прямоходящим, изменилась и многократно усилилась нагрузка на стопу. Чтобы она работала правильно, необходим каблук и супинатор.

Важно, чтобы стелька была индивидуальной. Имея один размер стопы, все мы имеем ее разную конфигурацию. И усредненная стелька не избавит вас от проблемы, в свою очередь индивидуальная ортопедическая стелька позволяет корректировать почти все деформации стопы.

3. Физиотерапия — в лечении плоскостопия применяют и физиолечение, что способствует снижению болевых ощущений, усиливает кровоснабжение мышц и связок стопы и опосредованно улучшает состояние сводов.

4. Хирургическое лечение — если консервативное лечение не эффективно и деформация прогрессирует, необходимо обратиться к специалисту, чтобы определиться с тактикой дальнейшего лечения.

В ортопедии имеется более 200 способов хирургической коррекции плоскостопия. Выбор методики зависит в основном от индивидуальной деформации стопы и подбирается строго индивидуально каждому пациенту после выполнения рентгенограмм и консультации ортопеда.

Как правило, операция проводится под эпидуральной или спинальной анестезией. После операции необходимым условием является ношение специальной ортопедической обуви, которая позволяет встать на ноги через несколько дней после операции. Эту обувь необходимо носить иногда даже до 12 недель с момента операции.

Современные технологии, используемые в Клиническом госпитале «Лапино», позволяют сделать операцию по коррекции плоскостопия минимально травматичной для мягких тканей стопы и максимально эффективной.

Для записи на консультацию к специалисту закажите обратный звонок или запишитесь на прием к врачу-травматологу.

Тренажёр для активной супинации при плоскостопии

Изобретение относится к области медицины, в частности к устройствам для тренировки мышечно-связочного аппарата стопы при лечении и профилактики плоскостопия и может быть использовано в спортивной медицине.

В настоящее время известно множество способов и устройств для профилактики плоскостопия. Например, мини-тренажеры для профилактики плоскостопия, выполненные из подручных материалов. К ним относятся массажные мешочки, заполненные горохом, фасолью, колпачками от фломастеров, каштанами, ребристые дорожки и коврики из различных материалов, мини-тренажер из компьютерных дисков и пр. (см. Мини-тренажеры для профилактики плоскостопия у детей дошкольного возраста из подручных материалов своими руками. Автор Кудрявцева Л. Открытое издание. Ссылка доступа: www.маам.ru). Данные тренажерные средства позволяют массажировать активные точки на подошвах стоп, что благотворно влияет на общее состояние здоровья.

Также к одному из устройств можно отнести применение специальных индивидуальных стелек-супинаторов, которые приподнимают уплощенный свод стопы (см. Популярная медицинская энциклопедия. Ташкент. 1989 г. стр. 483). Использование таких специальных индивидуальных стелек-супинаторов особенно в детском возрасте, позволяет удерживать продольные свод стопы в анатомически правильном положении, обеспечить рессорную и балансировочную функции стопы.

Кроме того, известно устройство супинатора, содержащего вкладыш, закрепленный между слоями облегающего материала, в виде изогнутой в саггиттальной плоскости пластины из никелида титана, проявляющего эффект сверхэластичности. Пластина расчленена на продольные фрагменты, концы которых отогнуты в направлении, противоположном направлению изгиба пластины (см. Патент РФ 2202997 МПК A61F 5/14. Супинатор. Научно-производственное государственное малое предприятие «МИЦ» Томское протезно-ортопедическое предприятие. Авторы: Гюнтер В.Э., Саврасов В.Ф., Проскурин А.В., Ткаченко О.М. Опубл. 27.04.2003 г. Бюл. №12. Открытое издание. Прототип).

Известное устройство позволяет повысить удобство пользования, обусловленного непрерывной регуляцией нагрузок в статической и динамической фазах при обеспечении длительного срока службы устройства. Однако недостатком указанного устройства является невозможность качественной активной тренировки мышечно-связочного аппарата, отвечающего за продольный свод стопы, а именно задней большеберцовой и группы мышц малых болыпеберцовых. При применении указанного устройства мышцы и связки стопы находятся в неактивном состоянии и не развиваются достаточно, таким образом, происходит их атрофирование, что в последствии может приводить к утолщению поперечного свода стопы, при этом стопа соприкасается с полом почти всей площадью подошвы, теряется амортизация, что в свою очередь приводит к проблемам с опорно-двигательным аппаратом (повышенной нагрузке на коленные суставы, позвоночник и т.д.).

Задачей предполагаемого изобретения является активное укрепление мышечно-связочного аппарата стопы с целью удержания внутреннего свода стопы в анатомически правильном положении, снижение нагрузки на коленные суставы и позвоночник.

Техническим решением предложенного изобретения является применение устройства содержащего: основание тренажера с креплением,

две опоры для ступней ног с ремнями для фиксации стоп и фиксаторами для пяток стоп, две пружины сжатия, расположенные в посадочных местах опор для ступней ног и основании тренажера, а также упор.

Техническим результатом предложенного изобретения является активное укрепление мышечно-связочного аппарата стоп, что позволяет избежать плоскостопия, снятие нагрузки с коленных суставов и позвоночника.

При этом сущность работы устройства тренажера для активной супинации при плоскостопии состоит в том, что содержит основание, две опоры для ступней ног и пружины сжатия, каждая из опор для ступней ног прикреплена к основанию краями, предназначенными для расположения внутренней стороны стоп, с возможностью изменять горизонтальное положение, опускаясь вниз краями, предназначенными для расположения наружных сторон стоп, пружины сжатия расположены между основанием и опорами для ног на краях, предназначенных для расположения наружных сторон стоп, каждая опора для ступней ног с верхней стороны имеет ремни для фиксации стоп и фиксаторы для пяток, а с противоположной стороны с края, предназначенного для расположения внешних сторон стоп, имеет посадочные места для крепления верхних частей пружин сжатия, основа имеет посадочные места для нижних частей пружин сжатия. Таким образом, обеспечивается активная тренировка мышечно-связочного аппарата стоп ног.

Изобретение поясняется фиг. 1 и фиг. 2, где изображена схема тренажера для активной супинации при плоскостопии. На чертеже приведены следующие обозначения: 1 — нога; 2 — ремни для фиксации стоп; 3 — пружина сжатия; 4 — посадочное место в опоре для ступней ног; 5 — основание тренажера; 6 — крепление; 7 — опоры для ступней ног; 8 — стопа; 9 — упор; 10 — туловище; 11 — фиксатор для пяток стоп; 12 — посадочное место в основании тренажера.

Стрелками показано направление движения стоп при супинации и пронации, стрелками показано направление сжимания и разжимания пружин сжатия.

Для тренировки мышечно-связочного аппарата, обеспечивающего правильное положение свод стоп с целью профилактики (лечения) плоскостопия, используется тренажер, включающий в своем составе основание тренажера, предназначенное для крепления к нему составных элементов тренажера. Опоры для ступней ног имеют ремни для фиксации стоп и фиксаторы для пяток стоп, позволяющие плотно удерживать стопы на опорных поверхностях для стоп ног и крепятся к основанию тренажера при помощи креплений. Опоры для ступней ног имеют одну степень свободы и возможность изменения горизонтального положения. Удерживаясь за упор, туловище с ногами человека находится в правильном, вертикальном положении, что исключает их наклоны в разные стороны (право, лево, вперед, назад) и включение в работу других мышц ног. Таким образом, в рабочем процессе (тренировке) используются именно те мышцы, которые отвечают за положение продольного свода стоп (задней больщеберцовой и группы мышц малых большеберцовых). В посадочное место опоры для ступней ног входит верхняя часть пружины сжатия, а нижняя часть пружины сжатия, входит в посадочное место в основании тренажера, что обеспечивает надежное крепление пружины сжатия и амортизацию опор для ступней ног относительно основания тренажера.

В зависимости от уровня тренированности мышечно-связочного аппарата, отвечающего за пронацию стоп, представляется возможным использование пружин сжатия различной жесткости. С повышением уровня тренированности жесткость пружин сжатия можно увеличивать.

Работа устройства. Во время тренировки мышечно-связочного аппарата стоп 8, человек становится каждой ногой 1 на опоры для ступней ног 7, соединенные посредством крепления 6 с основанием тренажера 5. Стопы 8 и пятки на опорах для ступней ног 7 фиксируются ремнями для фиксации стоп

2 и фиксаторами для пяток стоп 11. Удерживаясь за упор 9, сохраняя вертикальное положение туловища 10, усилием мышц обеих стоп 8, преодолевается усилие пружин сжатия 3 при супинации. Каждая пружина сжатия 3 своей верхней частью входит в посадочное место в опоре для ступней ног 4, а нижней частью входит в посадочное место в основании тренажера 12. При расслаблении этих мышц, происходит пронация стоп 8, при этом пружины сжатия 3 разжимаются.

Предлагаемое устройство позволяет обеспечить активную тренировку мышечно-связочного аппарата — заднюю большеберцовую и группы мышц малых большеберцовых, отвечающих за продольный свод стопы, таким образом, обеспечивается анатомически правильное положение стоп, исключаются негативные последствия для опорно-двигательного аппарата.

Литература

1. Мини-тренажеры для профилактики плоскостопия у детей дошкольного возраста из подручных материалов своими руками. Автор Кудрявцева Л. Открытое издание. Ссылка доступа: www.маам.ru.

2. Популярная медицинская энциклопедия. Ташкент. 1989 г. стр. 483

3. Патент РФ 2202997 МПК A61F 5/14. Супинатор. Научно-производственное государственное малое предприятие «МИЦ» Томское протезно-ортопедическое предприятие. Авторы: Гюнтер В.Э., Саврасов В.Ф., Проскурин А.В., Ткаченко О.М. Опубл. 27.04.2003 г. бюл. №12. Открытое издание.

Плоскостопие: лечить, нельзя откладывать

Давайте проведем тест на наличие плоскостопия. Встаньте мокрыми ступнями на сухой пол, а потом взгляните на свои следы. Какие они?

А что такое плоскостопие, отчего оно появляется и как с ним бороться, мы и будем сейчас разбираться.

Стопа человека — сложная конструкция, которая состоит их костей, суставов, мышц и сухожилий. У нее есть своды — продольный и поперечный. Они как пружины амортизируют и распределяют нагрузку при ходьбе.

Продольный свод образует арку по внутреннему краю стопы. В нем, в свою очередь, есть еще два свода — внутренний и наружный. Внутренний продольный свод — это и есть тот самый вогнутый изгиб, внешний же прилегает к плоскости при стоянии и ходьбе. Поперечный свод проходит между основаниями пальцев. Эту дугу образуют головки плюсневых костей.

У здоровой стопы есть три точки опоры — пяточный бугор и головки плюсневых костей. Эти «детали» предназначены для нагрузок самой природой.

На эти точки здоровая стопа опирается при ходьбе. А каждый шаг человека – это мини-падение. А если это бег или прыжок, ударная нагрузка усиливается. Продольный и поперечный своды стопы приспособлены для подобных нагрузок. Именно поэтому мы не страдаем от боли после каждого шага: стопа пружинит — удар смягчается.

Если стопа здорова, то своды-дуги выполняют свои прямые функции — амортизируют, смягчают удар и снижают нагрузку на стопы и всю опорно-двигательную систему. Но если своды опускаются, стопа становится плоской и уже не может как прежде «пружинить» при ходьбе. Когда продольный или поперечный свод стопы теряет форму арки, это и есть плоскостопие.

Как правило, виды плоскостопия не встречаются по отдельности, а развиваются вместе в той или иной степени. А появиться и прогрессировать оно может по нескольким причинам:

При продольном плоскостопии продольный свод становится плоским, и стопа соприкасается с поверхностью почти всей подошвой.

При поперечном плоскостопии нагрузка переходит с крайних суставов на средние. Из-за этого кости стопы расходятся в стороны и стопа как бы «распластывается», а промежутки между пальцами становятся больше. Сильнее всего отклоняется в сторону большой палец. Его сустав деформируется, и на ноге появляется болезненная выпирающая «косточка».

Плоские стопы болят при ходьбе, но это не самая большая опасность. Случаются и такие последствия:

• Суставы стоп деформируются
• Появляется «шишка» на ноге
• Искривляются и перекрещиваются пальцы
• Нарушается кровообращение нижних конечностей
• Ноги сильно отекают, болят и быстро утомляются
• Появляются боли в коленях, бедрах, спине
• Портится походка и осанка
• Появляется косолапие при ходьбе

Помните тест с тремя картинками в самом начале статьи? Если последние две картинки — ваш вариант, поспешите обратиться к врачу. Чем раньше ортопед диагностирует болезнь, тем быстрее вы сможете принять меры и помешать недугу прогрессировать.

Можно предотвратить плоскостопие или справиться с ним своими силами. Для этого существует несколько простых и относительно дешёвых способов.

Отсутствие обуви позволяет стопе формироваться физиологично. В результате форма ступней остается естественной. В обуви стопа не получает достаточной свободы: на нее давят стенки тесной обуви, при ходьбе на каблуках пальцы подгибаются, зауженный «носок» ботинок сбивает пальцы в кучу, постепенно деформируя их суставы. Поэтому при непрерывном ношении обуви нам приходится «расхлебывать» проблемы стопы: выпрямлять пальцы, бороться с плоскостопием и ставить на место суставы.

Кроме того, при соприкосновении с поверхностью босая нога получает микромассаж. А он улучшает циркуляцию крови в нижних конечностях и поддерживает мышцы стоп в тонусе.

Дайте ногам свободу! Чаще ходите босиком по рельефным поверхностям:

Подробный комплекс гимнастики при плоскостопии от врача-ортопеда вы можете посмотреть в нашем видеоролике.

Массаж даст хороший эффект при комплексном проведении вместе с ЛФК. И массаж, и гимнастика нацелены на улучшение состояния мышц не только стоп, но и ног в целом. Чем же полезен массаж стоп при плоскостопии?

• Снижает утомление в мышцах стоп
• Снимает боль в ногах
• Восстанавливает лимфо- и кровоснабжение стопы и голени
• Придает тонус мышцам

В отличие от обычных плоских стелек в ортопедических есть специальные элементы, которые держат стопу в правильном положении — поддерживают своды и активизируют естественные точки опоры.

Корректоры, вкладыши и вставки в обувь помогают предотвратить развитие плоскостопия, а также исправить деформации стоп, например, уменьшить «косточку».

Упражнения на детском массажном коврике

Массажный коврик – действенный ортопедический тренажер. Врачи-ортопеды и специалисты в области спортивной реабилитологи разработали целые комплексы с его использованием. Они помогают своду стопы правильно формироваться, тренируют мышцы и связки ног. Рельефная дорожка с разноцветными выпуклостями заинтересует ребенка и он с радостью будет выполнять упражнения.

Для чего нужно заниматься на массажном коврике?

О пользе массажного коврика мы уже подробно расписывали в статье “Как выбрать массажный коврик для детей”. Стоит выделить основные причины для занятий:

• Хождение босиком по неровной поверхности воздействует на точки стопы, связанные с внутренними органами.
• Воздействие на нервные окончания стимулирует нервную систему и работу коры головного мозга, помогая в общем развитии.
• Стимуляция определенных рефлексогенных зон стимулирует иммунитет.
• Тренировка мышц и связок ног с раннего возраста – профилактика деформаций стоп.
• Занятия на ортопедическом коврике содействуют лечению косолапости, плоскостопия и других патологических изменений ног.

Как правильно заниматься на массажном коврике для детей?

Гимнастика на коврике положительно скажется на здоровье Вашего ребенка. Чтобы занятия не навредили, помимо выполнения упражнений, нужно соблюдать элементарные правила:

• Придерживайтесь чистоты – перед занятиями мойте ноги, а после – промывайте коврик под проточной водой с мылом.
• Упражнения делаются босиком.
• Выполняя упражнения, важно не сутулиться и не напрягать тело.
• Жесткость коврика должна соответствовать возрасту.
• Начните с трех минут основных упражнений, постепенно увеличивайте время и интенсивность тренировки.
• Если появляется боль при выполнении определенного упражнения – пропустите его.
• Обязательно выполняйте разминку перед тренировкой, особенно на первых порах.

Разминка

Разминку необходимо делать перед тренировкой на ортопедическом коврике, чтобы ноги привыкли к непривычному рельефу и не было неприятных ощущений. Простые упражнения помогут подготовить мышцы, суставы и связки ноги к нагрузке. Ее можно выполнять после тренировки для расслабления мышц. Отведите на каждое упражнение 30-60 с.

1. Нужно встать перед ковриком, одну ногу поставить на изделие, а второй – держать равновесие.
2. Слегка надавите ногой на поверхность коврика, постепенно увеличьте усилия.
3. Плавные перекаты стопы с пятки на носок и наоборот.
4. Поставьте ногу на внутреннюю сторону стопы и плавно поверните на наружную.
5. Повторите упражнения второй ногой.
6. Встаньте на поверхность массажера обеими ногами и постойте.
7. Если выполняете разминку после тренировки, можно прилечь на поверхность коврика и полежать несколько минут.

Упражнения на массажном коврике

Занятия на массажном коврике – хорошая профилактика плоскостопия, косолапости и вальгусной установке стоп. Начинайте профилактику с раннего возраста, когда ребенок делает первые шаги. Детский опорно-двигательный аппарат податливый к изменениям, гибкий и эластичный, поэтому ему легче помочь правильно сформироваться. Предлагаем 3 комплекса упражнений для разного уровня подготовки.

Основные упражнения на массажном коврике

Основные упражнения являются базовыми для гимнастики на коврике, их разные вариации встречаются во всех комплексах. Они стимулируют кровообращение, развивают координацию и положительно воздействуют на свод ноги. Способны повышать иммунитет за счет воздействия на рефлексогенные зоны стоп.

Исходное положение – руки на поясе. Следите, чтобы спина была ровной.

1. Хождение босиком по поверхности коврика вперед-назад. Время выполнения – от 3 до 5 минут.
2. Ходьба на наружном своде стопы. Время выполнения – от 2 до 5 минут.
3. Ходьба на внутреннем своде стопы. Время – от 2 до 5 минут.
4. Перекаты с пятки на носок. Время – от 3 до 5 минут.

Начальный комплекс упражнений

Эти упражнения обязательны для выполнения новичкам.

Исходное положение – ровная спина и руки на поясе.

1. Хождение по коврику вперед, а потом назад – по 3 минуты в каждую сторону.
2. Ходьба на наружном и внутреннем своде стопы – от 2 до 3 минут для каждого свода.
3. Перекаты с пятки на носок – 5 минут.
4. Ходьба спиной вперед – 5 минут.
5. Хождение, перекатываясь с пятки на носок – 5 минут.
6. Ходьба на носочках и пяточках – по 5 минут.

Укрепляющий комплекс упражнений

Цель этих упражнений – укрепление подошвенных мышц и голеностопного сустава.

Исходное положение – прямая спина, руки на поясе.

1. Ходьба вперед-назад – по 5 минут в каждую сторону.
2. Ходьба на носочках и пяточках– по 5 минут.
3. Нужно приподнять пальцы ног и растопырить их – удерживайте пальцы в таком положении 10-15 секунд, повторите 5-10 раз.
4. Потягивания, вставая на носки – 10-15 раз.
5. Нужно стоять попеременно на каждой ноге – по 2 минуты на каждой.
6. Ходьба с поднятием колен – 5 минут.
7. Прыжки на обеих ногах – 3 минуты.
8. Обычная ходьба с приседанием – 3 минуты.

Интенсивный комплекс упражнений

Содержит в себе усложненные варианты упражнений начального комплекса с высокой интенсивностью. Можете дополнять их к основным или укрепляющим.

Исходное положение – прямая спина, руки на поясе.

1. Перекрестный шаг вперед-назад – по 5 минут в каждую сторону.
2. Перекрестный шаг на внешнем и внутреннем своде стопы – по 5 минут.
3. Топтание на носках и пятках – по 5 минут.
4. Прыжки попеременно на каждой ноге – по 3 минуты.
5. Бег по коврику вперед-назад – 5 минут.
6. Шаг-присед – 6 раз.
7. Ходьба на корточках “по-утиному”, руки на коленях – 3 минуты.
8. Прыжки с пластины на пластину – 3 минуты.
9. Приседаем, не отрывая пяток от коврика, обнимаем руками колени и прижимаем к ним голову. Перекатываемся вперед-назад, как неваляшка, перенося вес с пятки на носок – 1 минута.

Комплексы упражнений для лечения и коррекции деформаций стопы и ног

Занятия на коврике-массажере могут помочь в лечении и реабилитации заболеваний ног. Предлагаем комплексы упражнений, которые помогут вылечить распространенные деформации – комбинированное плоскостопие, вальгусная установка стоп и косолапость. Эти упражнения не стоит применять как самостоятельное лечение этих заболеваний.

Комплекс для лечения и коррекции комбинированного плоскостопия

Этот комплекс содержит упражнения, воздействующие на поперечный и продольный свод.

Исходное положение – прямая спина, руки на поясе.

1. Хождение на массажном коврике вперед-назад – 5 минут в каждую сторону.
2. Ходьба на внутренней и внешней стороне стопы – по 5 минут.
3. Плавные перекатывания с пятки на носок – 3-6 минут.
4. Ходьба вперед спиной – 5 минут.
5. Ходьба на носочках и пяточках – по 5 минут.
6. Потягивания, стоя на носках – 3-6 минут.
7. Ходьба на корточках “по-утиному” – 3-6 минут.
8. Попеременно стойте на одной ноге – по 3 минуты на каждой.
9. Прыжки с опорой только на носки – 3-6 минут.
10. Ходьба на носочках перекрестным шагом – 3-6 минут.
11. Ходьба на внутренней и наружной стороне стопы перекрестным шагом – 3-6 минут.

Комплекс для лечения и коррекции вальгусной установки стоп

Комплекс поможет исправить отклонение большого пальца ноги и Х-подобное искривление ног, которыми характеризуется вальгусная установка.

1. Ходьба вперед-назад – 5 минут.
2. Ходьба с высоко приподнятыми коленями – 5 минут.
3. Обычная ходьба с приседаниями – 4 минуты.
4. Шаг-присед – 10-15 раз.
5. Ходьба “по-утиному” – 5 минут.
6. Ходьба с опорой на наружную и внутреннюю сторону стопы – по 5 минут.
7. Ходьба боковым приставным шагом в разные стороны – по 4 минуты в каждую сторону.
8. Прыжки вперед и назад – по 3 минуты.

Комплекс для лечения и коррекции при косолапости

Комплекс помогает при косолапости, когда происходит отклонение стопы от продольной оси голени внутрь.

1. Ходьба вперед-назад – по 5 минут.
2. Ходьба на пятках – 3-5 минут.
3. Ходьба с отводом стоп врозь – 3-5 минут.
4. Ходьба “иксом”, стараясь встать на внутреннюю часть стопы – 3-5 минут.
5. Ходьба “по-клоунски”: ставим пятки вместе, а мыски отводим в стороны, как можно дальше. Ходим, стараясь сохранить первоначальное положение – 2-3 минуты.
6. Ходьба с высоко поднятыми коленями – 5 минут.

Игры для детей с использованием массажного коврика

Из-за непривычного рельефа коврика ребенок может отказываться от занятий. Наличие ярких элементов, геометрических фигур, разноцветных выпуклостей коврика можно использовать для игры. Игра привлечет детское внимание и будет стимулировать к выполнению упражнений.

Игра “Жук”

В этой игре ребенок должен обыграть действия в стишке. В игровой форме произойдет массаж стоп и ладоней.

    На цветочке два жучка танцевали гопачка – маршируем на месте,
    Правой ножкой топ-топ – топаем правой ногой 2 раза,
    Левой ножкой топ-топ-топ – топаем левой ногой 3 раза,
    Крылышки подняли вверх: “Кто летит быстрее всех?” – нужно спрыгнуть и оббежать коврик,
    Вот и прилетели, на цветочек сели – возвращаемся на место, приседаем и дотрагиваемся ладонями к коврику.

Игра “Охотники за сокровищами”

Это групповая игра, тренирует стопы и направлена на профилактику плоскостопия.

По коврику раскидываем монеты или другие игровые элементы. Дети ждут стартовый сигнал и собирают “сокровища” пальцами ног. Выигрывает тот, кто соберет их больше всего.

Игра “Гуси”

Игра укрепляет мышцы туловища, рук и стоп.

Старт – в начале коврика. Дети должны пройти по коврику “гусиным” шагом на корточках. Выигрывает тот, кто быстрее дойдет к концу коврика.

Игра “Зайчики-попрыгунчики”

Игра развивает внимание игроков.

Дети должны слушать стишок и на слово “прыг” запрыгивать на коврик, а на “скок” – спрыгивать с него. Для поддержания внимания иногда вместо “скок”, говорите “прыг”. Кто ошибется, тот выбывает из игры.

    Шел зайка-попрыгайка
    Увидел пенек – “прыг” на него
    Надоело сидеть на пеньке – “скок” с пенька
    Дальше идет
    Видит лису-красу – “прыг” на пенек
    Лиса ушла – зайка “скок” с пенька и т.д.

Игра “Кошки-мышки”

Игра поможет укрепить мышцы ног, тренирует бдительность.

“Мышки” бегают по территории от “кошки” и прячутся в домики – запрыгивают на коврик. Выигрывает последний, кого не поймала “кошка”.

Заключение

Регулярно используйте коврик для тренировки и уже спустя месяц увидите положительный результат. Не забудьте проконсультироваться с лечащим врачом ребенка, перед выполнением комплексов для лечения.

(PDF) Моделирование ходьбы при плоскостопии в кроссовках и без них путем оценки кинематики бедра и вариаций контроля баланса с помощью OpenSim

во время ходьбы на плоской подошве?

3. Методы

Двадцать девять субъектов были отнесены к нормальным (68,4 ± 5,7 кг,

173 ± 8,7 см, 28,5 ± 7,5 лет) и at-foot (67,3 ± 6,8 кг,

172 ± 4,4 см). , 31,5 ± 8,5 года) группы (нормальная = 15, at-фут = 14).

Были использованы двенадцать захватов движения Vicon (Vicon MX, Оксфорд, Великобритания, 200 Гц) и две силовые пластины

(Kistler Instrumente AG, Винтертур, Швейцария, выборка

, частота 2000 Гц).Модель Gait2354_Simbody OpenSim

состоит из суставов с 23 степенями свободы и 92 мышечно-сухожильных приводов

, представляющих 76 мышц нижних конечностей, а

использовалось для имитации походки [6]. Типовая модель была масштабирована по массе, высоте

, изометрической прочности и данным маркеров в статическом положении. Обратная кинематика

использовалась для оценки взаимосвязи между контролем баланса

и кинематикой бедра.

4. Результаты

На рис. 1 представлены средние значения переменных угла бедра и центра масс

(COM) во время походки, выполняемой обычными и at-стопными (с кроссовками и

без кроссовок). Существенные различия наблюдались

в ротации бедра и разгибании-разгибании бедра между нормальной и at-

стопами (как в кроссовках, так и без них) (p <0,05). С другой стороны,

вариация COM в группе at-foot была выше, чем

в нормальной группе.Кроме того, значимые различия были обнаружены среди

вариаций COM. Группа на четвертой ноге представляет более высокую вариацию

COM, хотя испытуемые на четвертой ноге, носящие кроссовки, уменьшают вариации на уровне

.

5. Обсуждение

Расстройство плоской стопы может изменить баланс походки человека,

изменяя кинематику нижних конечностей. Согласно результатам, нормальные группы и группы

на ногах имеют разную амплитуду движений разгибания-разгибания бедра.

По нашим результатам, баланс нормальной группы был выше, чем

группы at-foot. Группа плоскостопий, носящая кроссовки, может улучшить контроль равновесия во время походки.

Ссылки

[1] П. Караваджи, К. Сфорца, А. Лирдини, Н. Портинаро, А. Пану, Влияние плосковальгусной осанки

на кинематику средней части стопы во время ходьбы босиком у подростков

популяции, J. Foot Ankle Res. 11 (октябрь) (2018) 55, https: // doi.org / 10.1186 /

s13047-018-0297-7.

[2] Л.А. Скотт, Г.С. Мерли, Дж. Б. Викхэм, Влияние обуви на электромиографическую активность

отдельных мышц нижних конечностей во время ходьбы,

J. Electromyogr. Кинезиол. 22 (6) (2012) 1010–1016, https://doi.org/10.1016/j.

елёкин.2012.06.008.

[3] Х. Барнамехей, Влияние двигательного нерва на изменчивость координации нижних конечностей

Во время ходьбы на высоких каблуках и босиком, т.21, 2019.

[4] Х. Барнамехей, М. Алимадад, С. Ализаде, С.З. Мофрад, Ф. Багери,

Сравнение электромиографической активности выборочных мышц нижних конечностей

между ортезом на голеностопный сустав и походкой босиком, в: 25-я иранская конференция по биомедицинской инженерии

2018 г. и 3-я Международная иранская конференция 2018 г. по биомедицинской инженерии

, ICBME 2018, 2018, https://doi.org/10.1109/

ICBME.2018.8703569.

[5] М.-К. Ким, Ю.-С. Ли, Кинематический анализ нижних конечностей испытуемых с  на

футов при разной скорости ходьбы, J. Phys. Ther. Sci. 25 (5 мая) (2013) 531–533,

https://doi.org/10.1589/jpts.25.531.

[6] Х. Барнамехей, М. Харази, М. Барнамехей, P83: высота пятки влияет на нижнюю конечность

суставных моментов во время ходьбы с программным обеспечением OpenSim, Gait Posture 57 (2017)

319–320, https: // doi.org/10.1016/j.gaitpost.2017.06.441.

33

H.Barnamehei et al. Походка и осанка 81 (2020) 32–33

Задняя дисфункция большеберцового сухожилия и плоскостопие: анализ с моделированием ходьбы

Походка. Авторская рукопись; доступно в PMC 2014 1 февраля.

Опубликован в окончательной редакции как:

PMCID: PMC3549316

NIHMSID: NIHMS404314

Кота Ватанабе

¹ Отделение ортопедической хирургии, клиника Мэйо, Рочестер, Миннесота, США

² Отделение ортопедической хирургии, Медицинский факультет медицинского университета Саппоро, Саппоро, Япония

Харольд Б. Кита

¹ Отделение ортопедической хирургии, клиника Мэйо, Рочестер, Миннесота, У.SA

Tadashi Fujii

¹ Отделение ортопедической хирургии, клиника Майо, Рочестер, Миннесота, США

Ксавье М. Кревуазье

¹ Отделение ортопедической хирургии, Клиника Майо, Рочестер, США

¹ Отделение ортопедической хирургии, клиника Майо, Рочестер, Миннесота, США

Кристин Д. Чжао

¹ Отделение ортопедической хирургии, Клиника Майо, Рочестер, Миннесота, У.SA

Kenton R. Kaufman

¹ Отделение ортопедической хирургии, клиника Майо, Рочестер, Миннесота, США

Кай-Нан Ан

¹ Отделение ортопедической хирургии, Клиника Майо, Рочестер, США

¹ Отделение ортопедической хирургии, клиника Мэйо, Рочестер, Миннесота, США

² Отделение ортопедической хирургии, Медицинский факультет Медицинского университета Саппоро, Саппоро, Япония

Abstract

Многие биомеханические исследования изучали патологию плоскостопия и последствия операций при плоскостопии. Большинство исследований на трупах ограничиваются квазистатической реакцией на статические нагрузки на суставы. В этом исследовании изучали свободное совместное движение стопы и голеностопного сустава во время фазы опоры с использованием динамического симулятора стопы и голеностопного сустава в моделировании второй стадии дисфункции сухожилия задней большеберцовой кости (PTTD).Мышечные силы прикладывались к внешним сухожилиям стопы с помощью шести сервопневматических цилиндров для имитации их действия. Применялись вертикальные и продольные поперечные силы, а с помощью серводвигателей выполнялось продвижение большеберцовой кости. Трехмерные движения нескольких костей стопы отслеживались с помощью магнитной системы слежения. Двадцать две свежезамороженные нижние конечности были исследованы в неповрежденном состоянии, после чего были произведены периталярные ограничения для создания плоскостопия и разгрузки силы задней большеберцовой мышцы.Кинематика в неповрежденном состоянии соответствовала данным анализа походки для нормальных людей. Была изменена кинематика при плоскостопии, особенно в корональной и поперечной плоскостях. Выворот пяточной кости относительно большеберцовой кости в среднем составлял 11,1 ± 2,8 ° по сравнению с 5,8 ± 2,3 ° в нормальном состоянии. Наружная ротация пяточно-большеберцовой кости была значительно увеличена при плоскостопии с 2,3 ± 1,7 ° до 8,1 ± 4,0 °. Также наблюдались значительные изменения в плюсне-большеберцовой вывороте и наружной ротации при плоскостопии.Моделирование PTTD с плоскостопием соответствовало предыдущим данным, полученным у пациентов с PTTD. Использование модели плоскостопия позволит более детально изучить состояние плоскостопия и / или эффект хирургического лечения.

Ключевые слова: Плоскостопие, кинематика, тренажер, труп, моделирование походки

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы появилось множество сообщений, связанных с дисфункцией задней большеберцовой мышцы (PTTD). PTTD — частая причина приобретенной деформации плоскостопия у взрослых; заболевание может достигать 10% распространенности у пожилых женщин. ⁽¹⁾ В большинстве клинических исследований сообщалось о влиянии различных операций на коррекцию PTTD и деформации плоскостопия, но in vitro, и радиологические исследования также были опубликованы. ^(2–5) Оптимальное лечение стадии 2 PTTD ⁽²⁾ , при которой наблюдается подвижное плоскостопие, является предметом дискуссий более двух десятилетий. Есть вопросы относительно патологоанатомии деформации, возникшей в результате дисфункции сухожилия. Исчерпывающее понимание смещения плоскостопия приведет к более эффективным методам его исправления.

Предыдущие исследователи признали важность определения плоскостопия и количественной оценки степени деформации. ⁽⁶⁾ Клинические измерения, такие как высота дуги, использовались, но не были согласованы между исследователями. ⁽⁶⁾ Рентгенологические измерения плоскостопия были выполнены у пациентов с PTTD. ^(4,5) Сообщается об анализе отпечатков ног и данных реакции земли у плоскостопий. ⁽⁷⁾ Предыдущие отчеты определяли вклад различных статических элементов в поддержку арки. ⁽⁸⁾ Другие показали, что сухожилие задней большеберцовой кости (ЧТТ) играет роль в динамической поддержке дуги. ⁽³⁾ Большинство из этих предыдущих отчетов были исследованиями in vitro, исследованиями со статической нагрузкой образцов. Недавние исследования по анализу походки выявили изменения кинематики стопы между нормальным и плоскостопием. ^(9–12) In vitro , динамические симуляторы суставов были недавно разработаны для стопы / голеностопного сустава, а также других суставов и применяются для биомеханических исследований патологических ситуаций, связанных с проблемами стопы / голеностопного сустава. ^(13–19) Однако, насколько нам известно, не было никаких публикаций, детализирующих трехмерную кинематику плоскостопия во время имитации ходьбы на протяжении всей опорной фазы походки.

Мы разработали динамический тренажер стопы и голеностопного сустава, способный воссоздать фазу опоры при походке в трупных нижних конечностях. ⁽¹⁵⁾ Он позволяет моделировать функциональную активность, позволяя неограниченное движение стопы и голеностопного сустава, одновременно применяя хронологию сил, воздействующих на стопу.Динамический тренажер будет полезен для улучшения нашего понимания механического поведения плоскостопия по сравнению с нормальной стопой. Целью исследования было изучить свободное совместное движение стопы и голеностопного сустава во время фазы опоры в трупных нижних конечностях с моделированием PTTD с деформацией плоскостопия с использованием динамического симулятора стопы и голеностопного сустава.

МЕТОДЫ

Двадцать две свежезамороженные нижние конечности были оценены после общего визуального скрининга на предмет ранее существовавших аномалий стопы.Средний возраст особей составлял 78 лет (от 47 до 95). Пятеро были женщинами, 17 мужчинами. Четырнадцать особей имели левую ногу и восемь — правую. Институциональный комитет по этике исследований рассмотрел и одобрил исследование.

Пользовательский симулятор был в состоянии подвергнуть образцы трупной стопы и голеностопного сустава заданной временной шкале нормативных сил реакции опоры (GRF) и нагрузке на сухожилия на основе данных физиологической площади поперечного сечения (PCSA) и электромиографии (EMG). Были внесены изменения в первоначальные профили мышечной силы, чтобы они соответствовали нормальным паттернам пяточно-большеберцовых углов и грубому движению передней части стопы, при этом позволяя полностью неограниченные движения суставов.Входными данными были поступательное движение большеберцовой кости, продольная сдвигающая нагрузка, большеберцовая нагрузка и мышечная нагрузка. На выходе измерялись реакция стопы (сила и продвижение центра давления) и кинематика суставов. Поскольку для этой гибридной системы управления (нагрузка и движение) было доступно несколько биомеханических моделей, большеберцовая нагрузка была предписана нормальному вертикальному профилю GRF в качестве приближения с использованием серводвигателя с обратной связью, чтобы соответствовать нормальному вертикальному GRF, несмотря на возмущения со стороны приводы мышечной нагрузки.Кинематика голеностопного сустава контролировалась мышечной нагрузкой, которая изначально была нацелена на прирост мышц, PCSA и данные ЭМГ для каждой группы мышц.

Образец ноги, ампутированный на уровне середины большеберцовой кости, помещали в акриловую пластиковую трубку с полиметилметакрилатным цементом и фиксировали на узле нагрузки на сухожилие (). ⁽¹⁵⁾ Узел нагружения сухожилий, состоящий из шести пневмоцилиндров, был соединен посредством линейной шариковой винтовой передачи с блоком управления углом большеберцовой кости серводвигателя, а через шарнирное соединение — с узлом вертикального нагружения.Все вышеперечисленные блоки создали конфигурацию рокера с четырьмя стержнями для управления углом нагружающего блока или голени относительно голеностопного сустава во время моделирования. Узел вертикального заряжания, установленный на раме, был соединен с линейным суппортом, приводимым в движение шарико-винтовой парой и серводвигателем. Эта ось серводвигателя обеспечивала нагрузку вдоль большеберцовой оси, перемещая как устройство вертикальной нагрузки, так и устройство нагрузки сухожилий на силовую пластину. Подошва стопы контактировала с изготовленной на заказ силовой пластиной, на которой регистрировался моделируемый вертикальный GRF.Опорная пластина под силовой пластиной позволяла относительное поступательное перемещение стопы и голеностопного сустава и компенсировала переднезаднюю поперечную силу ⁽²⁰⁾ , соединяя пластину с другой сервоосью с замкнутым контуром. Большинство структур было построено с использованием неметаллических труб или акриловых пластиков, чтобы свести к минимуму любые помехи в системе магнитного слежения.

Схематическое изображение динамического тренажера стопы / голеностопного сустава.

Блок управления углом большеберцовой кости переводил движение большеберцовой кости между 20 ° вперед и 40 ° назад в вертикальное положение. ⁽²¹⁾ Во время тестирования угол большеберцовой кости контролировался потенциометром. Угол большеберцовой кости использовался для определения процента фазы опоры на основании профиля истории угла большеберцовой кости. ⁽²¹⁾ Расчетный процент фазы опоры использовался для определения нагрузки на сухожилия и большеберцовые кости. ^(20,21) Внешние мышцы, действующие на голеностопном суставе или вокруг него, были разделены на шесть функциональных единиц: икроножно-камбаловидная мышца, PTT, длинный сгибатель большого пальца — длинный сгибатель пальцев, передняя большеберцовая кость, длинный разгибатель большого пальца — длинный разгибатель пальцев и малоберцовая мышца. longus-peroneus brevis.В общей сложности шесть пневматических цилиндров, приводимых в движение сервопневматическими клапанами, использовались для приложения нагрузки к связям. Швы прикрепляли к каждому сухожилию с использованием модифицированной техники Кракова, за исключением ахиллова сухожилия, которое ушивали с использованием искусственной связки Leeds-Keio (Ellis Developments, Nottingham, UK) для выдерживания сопоставимой физиологической нагрузки. Одноосный датчик нагрузки был подключен к каждому цилиндру для отслеживания сигнала обратной связи по нагрузке на IBM PC. Специально написанная программа (LabVIEW ^® , National Instruments, Остин, Техас) использовалась для управления и сбора кинетических данных.Нагрузки на сухожилия были оценены на основании данных PCSA и EMG в литературе. ^{(20, 22)} Предполагалась линейная зависимость ЭМГ и силы. ^(23,24) Неизвестный прирост мышц K и соответствующая площадь поперечного сечения (PCSAi) были умножены на относительные данные ЭМГ (EMGi), чтобы обеспечить абсолютные силы для каждого цилиндра (Fi = K * PCSAi * EMGi). Чтобы определить неизвестный прирост мышц или мышечное напряжение, моделирование повторяли до тех пор, пока общая кинематика стопы и голеностопного сустава не стала достаточно хорошо соответствовать фазе опоры, центру давления и моделям движения, в то время как прирост мышц не регулировался одновременно.Применяемые вертикальные и продольные нагрузки были уменьшены для ступней трупа из-за ограниченной прочности швов и возраста образцов.

Для уменьшения вязкоупругого эффекта мягких тканей каждый образец подвергался циклическому циклу несколько раз на протяжении всей фазы опоры. Затем ногу непрерывно перемещали от сгибания большеберцовой кости -20 ° (начальный контакт) до сгибания 40 ° (предварительный замах), прилагая усилия к шести группам мышц и подвергая ее воздействию профилей силы реакции опоры. После тестирования неповрежденного состояния было создано состояние плоскостопия путем рассечения периталярных структур мягких тканей, включая пружинную связку, длинные и короткие подошвенные связки, таранно-пяточную межкостную связку, медиальную таранно-пяточную связку и тибионавикулярную часть поверхностной дельтовидной связки.Чтобы смоделировать стадию 2 PTTD и плоскостопие, действие задней большеберцовой мышцы не моделировалось. Предыдущее исследование ⁽⁸⁾ показало, что деформация плоскостопия возникла после этих процедур, подобно деформации, вызванной клинически PTTD 2 стадии. Приложенные вертикальные и продольные нагрузки не менялись до и после создания модели плоскостопия. Тестирование проводилось 3 раза для каждого условия, и для анализа использовался средний результат.

Трехмерные движения пяточной кости и первой плюсневой кости относительно большеберцовой кости были получены с помощью системы магнитного слежения (3Space Tracker System, Polhemus, Colchester, VT). ^(25,26) Электромагнитный передатчик крепился к грузовой раме. Датчики жестко фиксировали на переднемедиальном диафизе большеберцовой кости на стыке средней и дистальной третей, заднебоковом теле пяточной кости и диафизе дорсально-медиальной первой плюсневой кости с помощью акриловых монтажных штифтов. ⁽²⁶⁾ Относительное угловое движение между костями (пяточно-большеберцовая и первая плюсне-большеберцовая) было выражено в терминах описания угла Эйлера. ^(25,26) Положения костей были описаны относительно ранее описанной системы координат. ⁽²⁶⁾ Ось x была ориентирована проксимально-дистально, ось y была ориентирована медиально-латерально, а ось z была ориентирована спереди-сзади. Ось x проходила вдоль диафиза большеберцовой кости через центр лодыжки, ось z была параллельна проекции линии, соединяющей центр пятки и вторую плюсневую кость, на плоскость, перпендикулярную оси x, проходящей через центр лодыжки, и Ось y была произведением осей x и z в соответствии с правилом правой руки, проходящих через центр лодыжки.Три оси также использовались для определения перпендикулярных плоскостей: корональной (плоскость x – y), сагиттальной (плоскость x – z) и поперечной (плоскость y – z). Движение определялось как инверсия и выворот в корональной плоскости, тыльное и подошвенное сгибание в сагиттальной плоскости, а также внутреннее и внешнее вращение в поперечной плоскости.

Статистический анализ проводился с помощью парного t-критерия, сравнивая положение костей в интактном состоянии и при плоскостопии. Уровень значимости был установлен на p <0.05.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Все результаты угловых движений пяточной кости и первой плюсневой кости относительно большеберцовой кости представлены в течение всей фазы стойки, которая начинается с удара пяткой и заканчивается отрывом пальца ноги (). Паттерны углового движения были одинаковыми для всех образцов. В сагиттальной плоскости передняя часть стопы контактировала с силовой пластиной примерно на 10% фазе опоры. Максимальное тыльное сгибание наблюдалось примерно на 80% фазе опоры. Затем произошло быстрое подошвенное сгибание до максимального подошвенного сгибания на пальце ноги.В коронарной плоскости задняя часть стопы (пяточно-большеберцовая) и передняя часть стопы (плюсне-большеберцовая кость) переместились от первоначального выворота при ударе пятки к вывороту. Максимальный выворот произошел в поздней фазе стойки, до подъема пятки. Затем ступня постепенно переворачивается до отрыва. В поперечной плоскости задняя и передняя части стопы перешли от первоначального внутреннего вращения к внешнему. В средней стойке ступня перевернулась и начала внутреннее вращение до отрыва.

Угловые движения пяточной кости (слева) и первой плюсневой кости (справа) относительно большеберцовой кости во время фазы опоры при ходьбе в нормальных условиях и при плоскостопии (среднее значение ± стандартное отклонение).Положительные и отрицательные значения указывают на тыльное сгибание и подошвенное сгибание, эверсию и инверсию, а также внешнее вращение и внутреннее вращение, соответственно.

При плоскостопии наблюдается усиление выворота и наружной ротации, но не тыльного сгибания. Кривые движения в коронарной плоскости продемонстрировали отсутствие характерной инверсии в поздней стойке при плоскостопии, пяточно-большеберцовых и плюсне-большеберцовых движениях. Движения в поперечной плоскости также были ненормальными, так как была увеличена внешняя ротация голеностопного сустава (пяточно-большеберцового) и переднего отдела стопы (плюснево-большеберцовый).Типичное внутреннее вращение в поздней стойке отсутствовало у плоскостопий.

Максимальное тыльное сгибание пяточно-большеберцовой кости составило 14,1 ± 4,1 ° (среднее значение ± стандартное отклонение). При плоскостопии максимальное тыльное сгибание составляло 14,4 ± 4,4 ° (незначительно: NS). Максимальный выворот пяточно-большеберцовой кости составил 5,8 ± 2,3 °. При плоскостопии максимальный выворот составил 11,1 ± 2,8 ° (значительный). Максимальное внешнее вращение пяточно-большеберцовой кости составило 2,3 ± 1,7 °. При плоскостопии максимальная внешняя ротация составила 8,1 ± 4,0 ° (значительная) ().

Таблица 1

Пяточно-большеберцовая подвижность (Среднее ± SD)

Максимальное тыльное сгибание плюсне-большеберцовой кости составило 24,8 ± 4,3 °. При плоскостопии максимальное тыльное сгибание составило 25,5 ± 5,4 ° (NS). Максимальный выворот плюсне-большеберцовой кости составил 7,7 ± 4,2 °. При плоскостопии максимальный выворот составил 17,9 ± 6,1 ° (значительный). Максимальное внешнее вращение плюсне-большеберцовой кости составило 6,9 ± 3,5 °. При плоскостопии максимальная внешняя ротация составила 15,3 ± 5,1 ° (значительная) ().

Таблица 2

Сальто-большеберцовые движения плюсны (Среднее ± SD)

ДИСКУССИЯ структурная деформация

, которая включает сложную деформацию плоской формы уменьшение высоты свода стопы, вальгусная пятка и отведение переднего отдела стопы.Динамические испытания в этом исследовании кинематики продемонстрировали увеличение выворота и внешнего вращения на протяжении большей части фазы стойки. Он также продемонстрировал эффекты потери функции задней большеберцовой мышцы, поскольку типичная выраженная инверсия и внутреннее вращение в фазе поздней стойки не наблюдалась при моделировании походки при плоскостопии. Тем не менее, некоторая степень движения в сторону инверсии и внутреннего вращения в отрыве пальца оставалась из-за сохранения длинного сгибателя пальцев, длинного сгибателя большого пальца стопы и икроножно-камбаловидной мышцы, которые действовали как вторичные инверторы. ⁽²⁰⁾ Кинематика, созданная in vitro, соответствовала той, которая наблюдалась клинически и рентгенологически, с внешним вращением передней части стопы и выворотом задней части стопы.

В нескольких исследованиях по анализу походки недавно сравнивали участников с плоскостопием и участников с нормальной осанкой. ^(9–12) Levinger et al. ⁽¹⁰⁾ сообщил о различиях в движении стопы между двумя группами с использованием системы трехмерного анализа движения. Участники с плоскостопием продемонстрировали больший пик выворота заднего отдела стопы по сравнению с большеберцовой костью (среднее угловое значение пика 5.8 ° против 2,5 °) и отведение переднего отдела стопы относительно заднего отдела стопы (среднее пиковое угловое значение 12,9 ° против 1,8 °), при аналогичном движении тыльного / подошвенного сгибания заднего отдела стопы относительно большеберцовой кости по сравнению с таковыми с нормальной стопой. Паттерны углового движения каждого сегмента стопы во время фазы стойки были одинаковыми для нормальной и плоской стопы в трех плоскостях. Tome et al. ⁽¹¹⁾ сообщил об аналогичной тенденции изменения движений стопы с потерей высоты свода стопы при плоскостопии по сравнению с нормальной. Эти результаты согласуются с нашими результатами.Настоящее исследование продемонстрировало, что изменения положения костей во время имитации ходьбы при плоскостопии в фазе стояния приближались к состоянию in vivo.

Изучены патология и патология, связанные с тендинитом задней большеберцовой кости и дисфункцией сухожилий. Mosier et al. ⁽²⁷⁾ исследовали гистологические изменения в хирургических образцах от пациента, перенесшего оперативные вмешательства по поводу PTTD и плоскостопия. Также были проведены радиологические исследования плоскостопий. ^{(4, 5)} Karasick ⁽⁴⁾ описал предоперационный рентгенологический вид приобретенного асимметричного плоскостопия, вызванного разрывом PTT. Эти рентгенологические изменения отражали потерю функции сухожилий и развитие деформации плоскостопия.

Заболевание было исследовано экспериментально в предыдущих исследованиях на трупах. Чу и др. ⁽³⁾ провел исследование трупа, чтобы определить, влияет ли приложение мышечных сил, имитирующих среднюю часть походки, на деформацию плоскостопия, измеренную с помощью рентгенографии.Отмечены изменения угла первой плюсневой кости и высоты медиальной клинописи. Авторы пришли к выводу, что медиальные структуры (пружинная связка и, возможно, подошвенная фасция) должны быть разорваны, чтобы создать эффективную модель плоскостопия, а циклическая нагрузка на стопу еще больше увеличивает уплощение свода стопы. В настоящем исследовании плоская фасция не была рассечена для создания плоскостопия, так как не было ощущения разрыва у пациентов с PTTD.

Ники и др. ⁽²⁸⁾ исследовали функциональную роль PTT при приобретенном плоскостопии; Неповрежденные (нормальные) образцы были загружены для имитации удара пяткой, стойки и подъема пятки, с функцией PTT и без нее.Впоследствии на образцах была проведена процедура для моделирования деформации плоскостопия. Затем плоские ступни были использованы для определения эффекта восстановления функции PTT для модели плоскостопия. Небольшие, статистически значимые изменения углового положения комплекса заднего отдела стопы наблюдались между функциональными и дисфункциональными состояниями ЧТВ. Они пришли к выводу, что положение стопы нельзя исправить с помощью PTT, так как это мало влияет на преодоление дряблости мягких тканей. Настоящее исследование продемонстрировало ценность динамического тестирования, поскольку эффект смещения плоскостопия и потеря функции задней большеберцовой мышцы вызвали заметные изменения в выравнивании заднего отдела стопы на протяжении фазы опоры при ходьбе.

Биомеханическая оценка стопы и голеностопного сустава должна включать динамические эффекты, которые нельзя обнаружить при статических измерениях. Анализ походки может позволить исследовать важную динамическую механику стопы и голеностопного сустава, но с трупными образцами можно исследовать внутренние параметры, такие как индивидуальная кинематика предплюсневой кости или свойства мягких тканей. Динамический тренажер стопы / голеностопного сустава будет служить для изучения этих внутренних параметров в нормальных и патологических состояниях, а также для изучения не только традиционных, но и новых методов лечения.Очевидно, что такие исследования неэтичны или возможны на живых объектах или пациентах.

У этого исследования есть несколько ограничений. Во-первых, невозможно смоделировать сокращение собственных мышц стопы. Во-вторых, трупные образцы были пожилыми, и с возрастом могут наблюдаться естественные изменения позы и движения стопы. В-третьих, к трупным нижним конечностям не применялась полномасштабная нормальная сила реакции опоры, так как высокие нагрузки потенциально могут повлиять на фиксацию швов и ограничение мягких тканей при повторном тестировании.Необходимы дальнейшие исследования для изучения кинематики средней части стопы относительно большеберцовой кости или пяточной кости и пяточной кости относительно таранной кости.

На основании результатов этого исследования мы пришли к выводу, что был разработан тренажер для фазы ходьбы в стойке, который обеспечивал правильные движения стопы и лодыжки. Деформация плоскостопия была связана со значительным смещением задней части стопы (пяточно-большеберцовой) и передней части (плюсне-большеберцовой кости) во многих плоскостях на протяжении фазы имитации опоры при походке.

Благодарности

Благодарю за поддержку NIH R01 AR 42315.

Сноски

ЗАЯВЛЕНИЕ О КОНФЛИКТЕ ИНТЕРЕСОВ

У авторов нет конфликтов, о которых следует сообщить.

Заявление издателя: Это PDF-файл неотредактированной рукописи, принятой к публикации. В качестве услуги для наших клиентов мы предоставляем эту раннюю версию рукописи. Рукопись будет подвергнута копирайтингу, верстке и проверке полученного доказательства, прежде чем она будет опубликована в окончательной форме для цитирования.Обратите внимание, что во время производственного процесса могут быть обнаружены ошибки, которые могут повлиять на содержание, и все юридические оговорки, относящиеся к журналу, имеют отношение.

Список литературы

Исследование кинематики костей стопы in vitro с помощью изготовленного на заказ симулятора походки трупа | Журнал ортопедической хирургии и исследований

Очень важно количественно оценить костные движения стопы и голеностопного сустава во время ходьбы.Эти знания являются основой для понимания его нормальной и патологической функции, определения границ конечных элементов стопы и предоставления рекомендаций по конструкции и замене протезного сустава. Имитатор походки трупа был разработан для измерения кинематики костной ткани стопы, включая измерение костных движений Уиттакера и др. [21] с помощью симулятора походки, который считался наиболее совершенным имитатором походки. Хотя Baxter et al. [7] использовали свой тренажер походки, сконструированный так же, как Эрик К.Whittaker et al. Оценивали кинематику голеностопного, подтаранного и таранно-ладьевидного суставов, но не изучали фасеточные суставы стопы. Поэтому мы сравнили результаты моделирования нашей походки с результатами Лундгрена и Уиттакера, как показано в таблице 3.

В целом, мы обнаружили хорошее согласие между нашими кинематическими данными и данными исследований Лундгрена in vivo, которые считаются золотым стандартом.Общий ROM, представленный здесь, находился в пределах ± 1 SD (стандартное отклонение) данных, представленных Lundgren et al. [4] для 13 из 18 углов, в то время как 15 из 18 заявленных углов находились в пределах ± 2 SD данных, представленных Lundgren et al. [4].

По сравнению с результатами Whittaker et al. [21], наше описание движения костей по большей части было похоже на работу Уиттакера. Однако мы использовали другой способ моделирования, чем у Whittaker et al. [21] и Baxter et al. [7]. Наша машина достигла цели по контролю движения большеберцовой кости в шесть раз более физиологически, в то время как Эрик К.Уиттакер и Бакстер Дж. Р. использовали нефизиологический способ, мотивируя землю и удерживая трупы неподвижно для воспроизведения походки. Кроме того, продольная ось трупов в процессе их моделирования была параллельна полу, а не вертикальна, как при ходьбе человека. Кроме того, пик GRF нашей машины был равен 1,1 BW и 1,3 BW, в то время как Whittaker et al. [21] измерили кинематику костной ткани стопы только у 75% пациентов, а Baxter J.R. — у 25% пациентов. На основе результатов моделирования мы обнаружили, что движение во время ходьбы между кубовидной и ладьевидной частью (провисание, 4.7 °; кукуруза, 6,1 °; транс, 6,9 °) был близок к результатам Лундгрена (прогиб, 7,2 °; кукуруза, 8,8 °; транс, 8,9 °), но не такой большой, как результаты Уиттакера [21] (прогиб, 18,7 °; кукуруза, 4,9 °; транс, 20,1 °). И мы предположили, что сила тяжести трупа и недостаточный GRF в моделировании могут повлиять на коррекцию результатов в имитаторе походки трупа Эрика К. Уиттакера.

Наша работа дала несколько значимых результатов. Во-первых, мы обнаружили, что некоторые суставы стопы нельзя рассматривать как твердое тело во время походки, особенно движения в межплюсневых суставах и предплюсне-плюсневых суставах, включая медиальный куно-ладьевидный сустав (провисание, 7.4 °; кукуруза, 6,6 °; транс, 5,4 °), первый тарзометатарзальный сустав (провисание, 4,0 °; мозоль, 6,6 °; транс, 4,8 °), пятый тарзометатарзальный сустав (провисание, 9,1 °; кукуруза, 7,2 °; транс, 6,8 °), пяточно-кубовидная кость. сустав (провисание, 6,7 °; мозоль, 9,9 °; транс, 7,5 °), и ладьевидная кость к кубовидной (провисание, 4,7; кукуруза, 6,1; транс, 6,9). Эти суставы обеспечивали движение 11,4 ° в сагиттальной плоскости, 13,6 ° в коронарной плоскости и 10,2 ° в поперечной плоскости при ходьбе. Эти движения подтвердили, что их нельзя рассматривать как твердое тело во время походки [4], вместо этого они были важной дополнительной частью движения стопы во время походки.

Во-вторых, мы обнаружили, что во время ходьбы в медиальном столбце было меньше ROM, чем в латеральном. Во время моделируемой стойки при ходьбе суставы медиального столба стопы оставались неизменными, как и медиальный куно-ладьевидный сустав и первый тарзометатарзальный сустав. Однако суставы латеральной колонны имели больше движений, как пяточно-кубовидный сустав и пятый плюсневой сустав. По сравнению с движением первого тарзометатарзального сустава (провисание, 4,0 °; мозоль, 6,6 °; транс, 4,8 °), пятый тарзометатарзальный сустав имел большую общую ROM (провисание, 9.1 °; кукуруза 7,2 °; транс, 6,8 °), что свидетельствует о том, что средний столбец имел меньшее вращение, чем латеральное, во время ходьбы, чтобы обеспечить надежную опору для веса. Эти данные дали инструкции нашей клинической хирургии, что неразумно выполнять сращение суставов или ограничение движений в пятом тарзометатарзальном суставе. Давитт и Морган сообщили [24], что два пациента с плоскостопием перенесли усталостные переломы пятой плюсневой кости после операции по удлинению боковой колонны. Мы думали, что слишком сильное удлинение в латеральном направлении обязательно может ограничить движение суставов, что вызовет концентрацию напряжения.Тем не менее, было допущено, что он производит слияние в медиальных суставах, как при лечении тяжелой травмы Лисфранка.

Наконец, наши результаты не подтверждают механизм блокировки средней предплюсны, предложенный Манном [25], согласно которому относительное движение костей средней предплюсны перестает создавать жесткую ступню, которая могла бы эффективно продвигать вес тела во время более поздней части при ходьбе. Однако наши кинематические результаты in vitro не подтверждают существование механизма блокировки средней предплюсны во время фазы опоры. На рис.3, не наблюдалось прекращения вращения в пяточно-кубовидном суставе и медиальном куно-ладьевидном суставе, а также в движении между ладьевидной и кубовидной части во время более поздней части стойки, как это было предложено драгоценным механизмом выкалывания. Более того, мы обнаружили большее вращение в последней части стойки, чем в ранней. О вызове традиционного механизма блокировки также сообщили Okita et al. [26] и Chen et al. [12]. Они проанализировали движение среднетарзального сустава с помощью изготовленного на заказ симулятора походки трупа и рентгеноскопической техники 3D – 2D регистрации, соответственно, и обнаружили то же явление.

В симуляторе есть некоторые ограничения, такие как уменьшенная скорость симуляции, более быстрое увеличение скорости первого пика вертикального GRF. И, как и другие тренажеры, наша модель трупа не имитировала внутреннюю силу мускулатуры стопы, что может быть причиной того, что результаты костных движений были недостаточно точными по сравнению с исследованиями in vivo. Кроме того, некоторые суставы, такие как подтаранный сустав и первый плюснефаланговый сустав, не были включены в настоящее исследование.

Тренажер скольжения направлен на повышение безопасности на рабочем месте

SALT LAKE CITY — Поскользнуться и упасть могут быть одной из наиболее частых причин травм на рабочем месте, особенно у рабочих, которые работают в ненастную погоду.

Местная коммунальная компания использует новый прибор, чтобы научить своих сотрудников технике ходьбы, которая поможет сделать их рабочую среду и другие места немного безопаснее.

Попасть в симулятор скольжения на территории Доминион Энерджи в Солт-Лейк-Сити — все равно что пристегнуться ремнем безопасности.Прочные ремни застегиваются вокруг туловища, а также вокруг обеих ног от спины к передней через тазовую область. Затем, чтобы убедиться, что вы надежно пристегнуты, испытуемого просят позволить ногам оторваться от земли, чтобы вы могли быть уверены, что ваше тело пристегнуто и не упадет на землю.

Вскоре после этого на объект надевают бахилы-пуловеры и специально разработанные подошвы для обуви, которые создают еще более гладкие ощущения, чем при нормальных условиях тротуара. После того, как вы заперты, тестировщик просит испытуемого нормально пройти по мокрой, скользкой поверхности, установленной в трейлере, который оборудован с целью помочь научить сотрудников, как ходить наиболее безопасным способом при перемещении по скользким поверхностям.

В течение многих лет компания говорила рабочим «ходить, как утка», но новое исследование показало, что ходить «как солдат» — лучший способ шагать.

«Симулятор скольжения дает нашим сотрудникам возможность применить новый метод ходьбы», — пояснил Марк Мальдонадо, старший специалист по безопасности компании Dominion Energy. «Это дает вам возможность на самом деле использовать (технику), увидеть разницу и получить немедленную обратную связь».

Он сказал, что как только сотрудники почувствуют разницу в том, что они могут стоять более вертикально, делая короткие, прерывистые (плоскостопие) шаги по сравнению с движениями пяток-носков, они вскоре убедятся в присущем новому методу ходьбы превосходству.

«Некоторые приходят в нерешительности и уклончивости, пока не попробуют это на самом деле», — сказал он. «Тогда они действительно впечатлены и положительно оценивают разницу, которую дает использование этих движений».

Он сказал, что цель состоит в том, чтобы как можно большая часть поверхности обуви соприкасалась с землей, создавая меньше шансов поскользнуться.

«Мы пытаемся устранить все пятки и пытаемся приземлиться плоскостопием», — сказал Мальдонадо. «Помогают более короткие и прерывистые шаги.«

Хотя компания использовала технологию симулятора на местном уровне только в течение нескольких недель, ее влияние уже признается многолетними работниками, которые годами управляли опасностями, связанными с скользкими поверхностями на открытом воздухе и в помещении, — сказал Ли Меттманн, ведущий специалист по эксплуатации компании Dominion. Энергия.

Этот опыт создал «повышенное понимание» того, как ему теперь следует ходить в сложных условиях, сказал 39-летний ветеран компании.

«Так долго находясь в поле, я был подвержен множеству обледенения», — сказал он.«В симуляторе я понял (как) я иду, и этот (опыт) действительно помогает мне думать об этом немного больше».

По его словам, наличие новой техники должно повысить безопасность на рабочем месте.

«Теперь это проблема осведомленности», — сказал он. «Я также могу передать эту информацию своей семье и помочь им понять, что это имеет значение».

Брэд Маркус, генеральный менеджер по работе с клиентами Dominion Energy, также участвовал в тренинге на тренажере скольжения и был впечатлен тем, что он узнал.

«Мне понравилось, потому что это помогло мне понять, что в скользких условиях ровный марш короткими шагами действительно имеет значение», — сказал он. «Если бы вы сказали мне это (ранее), я, возможно, не понял бы этого, но все это имеет значение».

Уроженец штата Юта, он добавил, что простота обучения позволила легко изучить и применить на практике принципы «походки солдата» и немедленные выгоды, полученные от этого.

«Мне нравится идея, что это (также) помогает мне дома в моей личной жизни, а не только в моей профессиональной жизни», — сказал Маркус.«Тем более, что люди становятся немного старше и ходить становится немного труднее. Это может помочь им понять (как выполнять) более безопасную ходьбу».

Мальдонадо сообщил, что компания планирует распространить обучение на тренажерах скольжения на другие подразделения по всей стране.

с помощью OpenSim — Рекомендации — Документация OpenSim

Обзор

Нет единого научного мнения о том, когда моделирование «достаточно хорошее». В конечном итоге вы должны быть уверены, что задаете правильный вопрос (например, «какие мышцы могут способствовать сгибанию колена в этой позе?») И что ваши результаты устойчивы к вариациям в параметрах модели.В общем, вам следует избегать вопросов с абсолютно конечными ответами (например, «сколько силы было создано?») И вместо этого использовать моделирование опорно-двигательного аппарата, чтобы понять взаимосвязь между параметрами модели и компонентами.

Тем не менее, оценка ваших результатов является одним из наиболее важных элементов создания и анализа моделирования движения человека. В разделах ниже мы предоставляем набор передовых методов использования каждого из инструментов в конвейере OpenSim. Эти передовые методы предназначены в качестве отправной точки, чтобы помочь вам убедиться, что вы собираете достоверные данные, а также анализируете и оцениваете их эффективно.Этот список ни в коем случае не является исчерпывающим и во многом зависит от характера движения, которое вы изучаете, и вопросов исследования, которые вы задаете.

Мы также предоставили краткий контрольный список для использования при оценке вашей симуляции.

Масштабирование модели

Сбор данных и прочее Подготовка:

1. При сборе данных фотографируйте объекты в статической позе. Эти изображения полезны для оценки результатов инструмента масштабирования.
2. Измерьте особенности объекта, например рост, массу, длину сегментов тела, распределение массы (если доступен DXA) и силу (если доступен Biodex).Вы можете использовать эти данные вместе с позициями маркеров, чтобы наилучшим образом согласовать общую модель с конкретным предметом.
3. Попросите ваших испытуемых выполнять движения для расчета функциональных центров суставов на бедрах, коленях, лодыжках и / или плечах и добавить центры суставов к вашим статическим пробным данным (см. «Связывание данных с движением»).
4. Это всего лишь несколько советов. Также ознакомьтесь с нашим полным руководством по сбору экспериментальных данных.

Настройки шкалы:

1. Используйте маркеры, соответствующие анатомическим ориентирам и центрам функциональных суставов (FJC), чтобы расположить и масштабировать базовую модель.
   
   1. См. Раздел «Как использовать инструмент масштабирования» для получения информации об определении набора измерений для масштабирования и установки весов при позиционировании модели в статической позе.
2. Некоторые сегменты, например таз и туловище, лучше всего масштабировать неравномерно. Например, см. Настройки масштаба туловища в разделе на панели «Коэффициенты масштабирования» статьи «Как использовать инструмент масштабирования».
3. Просмотрите, как работает масштабирование, для получения дополнительных сведений о параметрах масштабирования.

Оценка результатов:

1. Масштабирование модели — это итеративный процесс.Используйте опцию «предварительный просмотр статической позы» в графическом интерфейсе. См. Раздел «Предварительный просмотр масштаба» в разделе «Как использовать инструмент масштабирования» для получения дополнительной информации. После запуска предварительного просмотра выполните шаги 2–5, описанные ниже.
2. Проверьте окно «Сообщения», в котором есть информация о результатах масштабирования, включая общую среднеквадратичную ошибку маркера и максимальную ошибку маркера.
   
   1. Как правило, максимальная погрешность маркеров для костных ориентиров не должна превышать 2 см.
   2. RMS ошибка обычно не должна превышать 1 см.
   3. Обратите особое внимание на ошибки в костных ориентирах и маркерах FJC при оценке качества результатов масштабирования.
3. Визуализируйте положения анатомических маркеров масштабированной модели относительно соответствующих экспериментальных маркеров, чтобы увидеть, насколько хорошо модель «соответствует» данным. Используйте сделанные вами снимки, чтобы оценить результаты, сравнивая углы стыков в окне «Координаты» с углами, которые вы наблюдаете на снимках.
   
   1. Соответствуют ли углы бедра, колена и лодыжки после масштабирования тому, что вы видите на картинке?
   2. Есть ли большие несоответствия между экспериментальными и модельными маркерами? Можно ли объяснить эти несоответствия, изучив сделанные вами фотографии?
   3. Если изображения недоступны, используйте то, что вы знаете о типичном захвате статической позы.Например, угол в голеностопном суставе обычно меньше 5 °, а угол сгибания бедра меньше 10 °.
   4. Опять же, обратите особое внимание на ошибки в ориентире и маркерах FJC при оценке качества результатов масштабирования.
4. После изучения окна «Сообщения» и выполнения визуального сравнения настройте виртуальные маркеры и веса маркеров, чтобы улучшить свои результаты.
   
   1. Опять же, избегайте корректировки положения ориентира и виртуальных маркеров FJC для соответствия экспериментальным маркерам.
5. После того, как вы настроили положения виртуальных маркеров и настройки масштаба, просмотрите новую статическую позу. Переоцените свои результаты, используя шаги 2–4 выше. Когда вы будете довольны своими результатами, нажмите «Выполнить», чтобы сгенерировать масштабированную модель и настроить виртуальные маркеры на модели, чтобы они соответствовали всем экспериментальным маркерам.

Советы по поиску и устранению неисправностей:

1. Обычно выполняется итерация масштабирования и обратной кинематики для точной настройки размеров сегментов и положения маркеров, которые приводят к низким ошибкам маркеров для интересующей задачи.
2. Используйте задачи координат (статические веса позы), чтобы установить углы суставов для проблемных суставов, которые очень чувствительны к расположению маркеров (обычно голеностопный сустав и поясничный сустав). Например, если известно, что ступня плоская, можно задать угол голеностопного сустава, а затем можно отрегулировать маркеры, чтобы они соответствовали известной позе.
3. При использовании координат из системы захвата движения убедитесь, что определения суставов / координат совпадают — в противном случае вы можете причинить больше вреда, чем пользы.
4. Модель имеет встроенное предположение, что глобальная ось Y направлена ​​вверх. Если ваши данные не соответствуют этому предположению, подумайте о преобразовании ваших данных. Вы можете использовать предварительный просмотр данных захвата движения (Mocap), чтобы определить правильное преобразование для применения.

Обратная кинематика

Сбор данных и другая подготовка:

1. При сборе экспериментальных данных поместите три неколлинеарных маркера на каждый сегмент тела, который вы хотите отслеживать. Вам понадобится как минимум три маркера, чтобы отслеживать движение (положение и ориентацию) сегмента тела с шестью степенями свободы.
2. Поместите маркеры в анатомические области с минимальным движением кожи / мышц.
3. Это всего лишь несколько советов. Также ознакомьтесь с нашим полным руководством по сбору экспериментальных данных.

Настройки обратной кинематики:

1. Весовые маркеры сегмента «движения» (например, из триады, помещенной на сегмент бедра) тяжелее, чем анатомические маркеры, прикрепленные к ориентирам, таким как большой вертел и акромион, что может быть полезно для шелушение, но на них влияют движения мышц и других мягких тканей во время движения.
2. Относительные веса маркеров более важны, чем их абсолютные значения. Следовательно, соотношение 10 к 1 в 10 раз важнее, тогда как соотношение 20 к 10 только в два раза важнее. Маркеры не обязательно отслеживаются лучше, потому что они оба имеют более высокий вес.
3. См. «Как работает обратная кинематика» и «Как использовать инструмент IK Tool» для получения дополнительной информации о настройках IK.

Оценка результатов:

1. Суммарные среднеквадратичные и максимальные ошибки маркеров отображаются в окне «Сообщения».Используйте эти значения для управления изменениями весов или, при необходимости, для повторного размещения маркера и, возможно, масштабирования. Максимальная погрешность маркера, как правило, должна быть менее 2–4 см, а среднеквадратичное значение менее 2 см является достижимым. Эти рекомендации будут различаться в зависимости от характера модели и исследуемого движения.
2. При использовании координат из системы захвата движения убедитесь, что определения суставов / координат совпадают — в противном случае вы можете причинить больше вреда, чем пользы.
3. Сравните ваши результаты с аналогичными данными, приведенными в литературе.Ваши результаты для здорового среднего взрослого, как правило, должны находиться в пределах одного стандартного отклонения.
4. Если вы не удовлетворены результатами, перепроверьте результаты масштабирования.

Обратная динамика

1. Отфильтруйте необработанные данные координат, поскольку шум усиливается за счет дифференцирования. Без фильтрации расчетные силы и крутящие моменты будут очень шумными.
2. Сравните ваши результаты с данными, опубликованными в литературе. Ваши результаты должны находиться в пределах одного стандартного отклонения от заявленных значений.
3. Проверьте результаты Inverse Dynamics, чтобы проверить, правильно ли были приложены силы реакции земли. Есть ли в тазе большие и неожиданные силы? При походке применение сил реакции опоры должно помочь уменьшить силы, рассчитываемые системой обратной динамики в тазу.
4. См. «Как работает обратная динамика» и «Как использовать инструмент обратной динамики» для получения дополнительных сведений об использовании инструмента обратной динамики.

Статическая оптимизация

Настройки статической оптимизации:

1. Вы можете использовать результаты IK или RRA в качестве входной кинематики.Если вы используете результаты IK, вам обычно необходимо отфильтровать их либо извне, либо с помощью поля анализа / статической оптимизации OpenSim; при использовании результатов RRA фильтрация обычно не требуется.
2. Для походки и многих других движений вам необходимо добавить (добавить) остаточные исполнительные механизмы к первому свободному суставу в модели (обычно суставу земля-таз).
   
   1. Должен быть один привод для каждой степени свободы (например, F _X , F _Y , F _Z , M _X , M _Y , M _Z ).
   2. Эти остаточные приводы необходимы, потому что существует динамическое несоответствие между расчетными ускорениями модели и измеренными силами реакции опоры. Это несоответствие может быть результатом ошибки измерения маркера, различий между геометрией модели и объекта, а также инерционных параметров.
   3. Запуск RRA уменьшит, но не устранит, эти остатки. Таким образом, добавление исполнительных механизмов по-прежнему необходимо.
3. Дополнительные сведения см. В разделе «Как работает статическая оптимизация и как использовать инструмент статической оптимизации».

Устранение неполадок:

1. Если остаточные исполнительные механизмы или мышцы модели слабые, оптимизация займет много времени, чтобы сойтись, или никогда не сойдется вообще.
   
   1. Если остаточные приводы слабые, увеличьте максимальное управляющее значение остаточного сигнала, уменьшив его максимальное усилие. Это позволяет оптимизатору генерировать большую силу (при необходимости) для согласования ускорений, но большие контрольные значения ухудшаются сильнее. При статической оптимизации возбуждения идеального исполнительного механизма рассматриваются как активации в функции стоимости.
   2. Если мышцы слабые, добавьте к модели Координатные Актуаторы в суставах модели. Это позволит вам увидеть, сколько «резервного» срабатывания требуется в данном суставе, а затем соответственно укрепить мышцы в вашей модели.
   3. Если устранение неполадок слабой модели и оптимизация каждый раз происходит медленно, попробуйте уменьшить параметр, определяющий максимальное количество итераций.
2. Статическая оптимизация работает внутренне, решая задачу обратной динамики, а затем пытается решить проблему избыточности для исполнительных механизмов / мышц, используя ускорения из решения обратной динамики в качестве ограничения.Если сообщается о нарушении ограничения, это может быть признаком того, что оптимизатор не может решить для мышечных сил, применяя решение обратной динамики.
   
   1. Это, вероятно, означает, что в данных есть шум или произошел внезапный скачок ускорений в одном кадре.
   2. В этом случае вам следует изучить решение обратной динамики, чтобы определить проблемный кадр, и исправить / интерполировать данные во время этой части движения.
3. Если в вашей модели есть пассивные элементы (например,g., связки или пружины) следует использовать OpenSim версии 3.3 или более поздней. До версии 3.3 силы, создаваемые пассивными элементами, не учитывались должным образом.

Оценка результатов:

1. Есть ли большие или неожиданные остаточные силы привода?
2. Найдите данные ЭМГ или мышечной активации для сравнения с симулированными активациями. Совпадает ли время активации / деактивации мышц? Хорошо ли согласуются величины и закономерности?

Остаточное сокращение

RRA Настройки:

1. Вы должны заменить мышцы в вашей модели остаточными исполнительными механизмами и идеальными суставными исполнительными механизмами.Остаточное сокращение — это форма моделирования прямой динамики, в которой используется контроллер слежения для отслеживания кинематики модели, определенной из обратной кинематики. Computed Muscle Control (CMC) служит контроллером, но без мышц скелет модели можно использовать для определения распределения массы и кинематики суставов, которые больше соответствуют силам реакции земли.
2. Оптимальные силы для остатков должны быть низкими, чтобы оптимизатор не «захотел» использовать остаточные приводы (привод с большим оптимальным усилием и низким возбуждением «дешев» по стоимости оптимизатора).
3. Чтобы минимизировать остатки, сделайте начальный проход с входными данными по умолчанию, затем проверьте остатки и ошибки координат. Чтобы еще больше уменьшить ошибки, уменьшите веса слежения по координатам с небольшой ошибкой. Вы также можете попробовать уменьшить максимальное возбуждение на остатках или оптимальное усилие привода.
4. Обычно вам следует «заблокировать» подтаранный сустав и суставы mtp в файле * .osim.
5. Убедитесь, что «use_fast_optimization_target» неверно. Это позволяет немного отрегулировать кинематику для учета динамических несоответствий.Это значение по умолчанию в файлах настроек, распространяемых с OpenSim или созданных из графического интерфейса. См. Как работает CMC для сравнения «медленных» и «быстрых» целей. В графическом интерфейсе этот параметр скрыт для RRA, и его можно просмотреть, открыв файл настроек xml.
6. «cmc_time_window» в файле настроек должно быть 0,001 с для RRA. Это значение по умолчанию в файлах настроек, распространяемых с OpenSim или созданных из графического интерфейса.
7. См. Раздел «Как работает RRA и как использовать инструмент RRA» для получения дополнительной информации о настройках RRA.

Поиск и устранение неисправностей:

1. Проверьте расположение COM-порта таза в файлах привода.
2. Если RRA не работает, попробуйте увеличить максимальное возбуждение для остатков на порядки, пока не запустится симуляция, затем попробуйте вернуться вниз, одновременно «ослабляя» отслеживающие веса для координат.
3. Если остатки очень велики (обычно они в 2-3 раза превышают массу тела, в зависимости от движения), вероятно, что-то не так с (i) масштабированной моделью, (ii) решением IK или ( iii) применяемые GRF.Чтобы дважды проверить, что силы применяются правильно, визуализируйте GRF с данными IK (вы можете использовать функцию предварительного просмотра данных захвата движения (Mocap) в графическом интерфейсе пользователя).
4. Если есть смещение таза и / или F _Y не отцентрован вокруг нуля, проверьте правильность калибровки массы тела и силы.
5. При использовании примера файла .xml RRA Actuators следует учитывать, что остаточные силы применяются к центру масс (COM) немасштабированного таза; однако, если масштабировать модель, COM таза может измениться.Хотя эффект может быть небольшим, вам следует изменить расположение приводов остаточной силы в файле приводов RRA, чтобы оно соответствовало масштабированному COM таза.

Оценка результатов:

1. Среднеквадратичная разница в угле сустава во время движения должна быть менее 2–5 ° (или менее 2 см для переводов).
2. Пиковые остаточные силы обычно должны быть меньше 10-20 Н. Средние невязки обычно должны быть меньше 5-10 Н.
   
   1. Размер невязок будет зависеть от типа исследуемого движения.Например, остатки от высокоскоростной активности, такой как спринт, обычно больше, чем при ходьбе.
   2. Остатки также будут больше, если есть внешние силы, которые вы не учли, например, объект, идущий с поручнем.
3. Сравните остаточные моменты из RRA с моментами из Inverse Dynamics. Вы должны увидеть снижение пиковых остаточных моментов на 30-50%.
4. Сравните крутящие моменты / усилия в шарнирах с имеющейся литературой (если имеется).Попробуйте найти данные с несколькими предметами. Ваши результаты должны находиться в пределах одного стандартного отклонения от литературы.

В таблице ниже показан пример пороговых значений, используемых для оценки результатов RRA для моделирования ходьбы и бега с полным телом.

Computed Muscle Control

Настройки CMC:

1. Резервные исполнительные механизмы — это крутящие моменты, которые добавляются к каждому суставу для увеличения силы исполнительного механизма, чтобы позволить имитацию запускаться (резервы включаются, когда исполнительный механизм не может произвести необходимую сила в данный момент времени).Чтобы свести к минимуму запасы крутящего момента, сделайте начальный проход с параметрами по умолчанию, а затем проверьте резервы, остатки и ошибки угла соединения. Чтобы еще больше уменьшить резервы, уменьшите веса слежения по координатам с небольшой ошибкой.
2. Оптимальные силы для резервов должны быть низкими, чтобы оптимизатор не «захотел» использовать резервные исполнительные механизмы (исполнительный механизм с большим оптимальным усилием и низким возбуждением «дешев» в стоимости оптимизатора). Если для успешного моделирования необходимы большие силы, увеличьте максимальное контрольное значение остатков.Остатки тогда смогут создать достаточную силу, но будут наказаны за это.
3. Если вы все еще получаете высокие резервы для определенной степени свободы в течение определенного временного диапазона в моделировании, может быть полезно более внимательно изучить мышцы, охватывающие определенную степень свободы в течение этого временного диапазона (см. TipsForDebuggingMuscleActuatedSimulations.pdf). В частности:
   
   1. Проверьте силы пассивных мышц (например, четырехглавой мышцы). Большие пассивные силы (из-за больших углов сгибания колена) могут вызвать активные силы в антагонистических мышцах (например,g., подколенные сухожилия, икроножные мышцы), что может быть нежелательно. Пассивные силы не могут контролироваться в CMC; они являются чисто функцией кинематики движения всего тела. Хотя это заманчиво, не увеличивайте чрезмерно максимальную изометрическую силу, если вы не знаете ее последствия в модели мышц. Поскольку сила пассивных мышц моделируется как функция максимальной изометрической силы, если вы увеличиваете максимальную изометрическую силу в надежде сделать ваши активные мышцы сильнее, вы также увеличиваете пассивные силы в мышцах, тем самым не помогая ситуация.Чтобы уменьшить пассивные мышечные силы, вы хотите уменьшить свойство пассивной жесткости мышцы (или, более конкретно, увеличить параметр FmaxMuscleStrain в Thelen2003Muscle).
   2. Проверьте нормализованную длину волокна во время движения (с помощью плоттера). Действует ли мышца при субоптимальной длине волокон (т.е. менее 0,8 или более 1,2) в то время, когда создаются резервы? Если это так, то вы можете рассмотреть возможность изменения либо длины провисания сухожилия, либо оптимальной длины волокна мышцы, чтобы она работала более оптимально (и, таким образом, могла генерировать большую силу) в течение этого времени в моделировании.Хотя во многих исследованиях на трупах сообщается об оптимальной длине волокна мышцы, о длине провисания сухожилий почти никогда не сообщают, даже несмотря на то, что она особенно чувствительна к рабочей области на кривой «сила-длина». Поэтому небольшие корректировки длины провисания сухожилий могут быть оправданы для уменьшения резервов на том основании, что мы изначально не очень уверены в этом значении.
4. Практически всегда следует использовать «быструю» цель для CMC. Обратите внимание, что это значение по умолчанию (например,грамм. если вы запускаете CMC через графический интерфейс). Вы можете изменить это значение только в файле настройки xml для инструмента. Быстрая цель требует, чтобы совместные ускорения на каждом временном шаге согласовывались с результатами RRA. «Быстрая» мишень должна работать на нормальных предметах; «медленная» мишень может понадобиться субъектам с патологиями.
5. Запустите CMC по крайней мере за 0,03 секунды до точки, с которой вы хотите начать анализ данных, поскольку для инициализации CMC требуется 0,03 секунды.
6. Дополнительные сведения см. В разделе «Как работает CMC и как использовать инструмент CMC».

Устранение неполадок CMC:

1. Если CMC дает сбой, попробуйте увеличить максимальное возбуждение для резервов и остатков на несколько порядков, пока не запустится симуляция, затем попробуйте вернуться вниз, одновременно «расслабляя» отслеживающие веса для координат.

Оценка результатов:

1. Пиковый резервный крутящий момент привода обычно должен быть менее 10% от пикового крутящего момента шарнира.
2. Пиковая остаточная сила обычно должна быть менее 10-20 Н; пиковые остаточные моменты менее 75 Нм (в зависимости от типа движения).
3. Еще раз проверьте свою кинематику по сравнению с RRA. Как правило, они должны хорошо совпадать, если вы используете «быструю» цель.
4. При выполнении анализа вынужденного ускорения следует убедиться, что резервы и остатки вносят менее 5% в чистое ускорение процентов.

5. Сравните смоделированные активации с экспериментальными данными ЭМГ (записанными у вашего испытуемого или из литературы). Активации должны показывать время и величину, аналогичную данным ЭМГ.Вы также можете сравнить свои мышечные активации и / или силы с другими симуляциями из SimTK или литературы.

В таблице ниже показан пример пороговых значений, используемых для оценки результатов CMC для моделирования ходьбы и бега с полным телом.

Forward Dynamics

1. Моделирование прямой динамики чувствительно к начальным условиям, и рекомендуется дважды проверить, подходят ли начальные условия для желаемого моделирования.
2. Если инструмент Forward Dynamics Tool выходит из строя корректно (т. Е. Без сбоя OpenSim) или вывод инструмента слишком сильно дрейфует (т. Е. Модель «сходит с ума»), сократите интервал, в течение которого работает инструмент Forward Dynamics Tool (т. Е. initial_time и final_time ближе друг к другу в диалоговом окне настройки Forward Dynamics Tool или в файле настройки). Прямая динамика без обратной связи имеет тенденцию дрейфовать со временем из-за накопления численных ошибок во время интегрирования.
3. Прямая динамика будет медленной и генерировать очень большие файлы результатов, если проблема жесткая и интегратор должен предпринять много небольших временных шагов.Некоторые распространенные случаи, которые приводят к проблемам с жесткостью:
   
   1. Тела с малой массой по сравнению с другими моделями делают систему жесткой. Небольшие массы в сочетании с большими силами также могут усложнить задачу.
   2. Если есть модель контакта, проверьте настройки. Попробуйте уменьшить «transition_velocity», если прямая динамика медленная. Также наличие большого демпфирования в контактной модели в сочетании с высоким значением жесткости также может привести к проблемам.
4. Наличие большого количества поверхностей обертывания в модели может увеличить время вычислений.Цилиндрические обертывающие поверхности, как правило, обладают лучшими характеристиками, чем эллипсоидальные обертывающие поверхности.

Участники

Стэнфордский университет — Дженнифер Хикс, Аджай Сет, Сэм Хамнер, Мэтт ДеМерс

Университет штата Делавэр — Джилл Хиггинсон, Брайан Кнарр, Эмбер Коллинз, Элиза Шранк, Крис Хендерсон

Прикладные науки | Бесплатный полнотекстовый | Динамическое моделирование диссипативного контакта и сил трения пассивного двуногого робота

1.Введение

2. Двуногая модель

Желательно улучшить двуногие модели, и для этого особое внимание необходимо уделить контакту / удару. Как видно из литературы, тип контакта и форма ступней имеют решающее значение для достижения устойчивости.Насколько нам известно, пассивный шагающий робот с диссипативной контактной силой и способностью скользить на протяжении всего процесса ходьбы никогда не производился. Удары по большинству ранее смоделированных моделей представляют собой жесткие пластиковые столкновения (без проскальзывания и отскока: не плавно).

Были использованы и сравнены несколько методов контроля нарушения ограничений и несколько интеграторов алгоритмов (интеграторы Эйлера, Рунге-Кутты и обыкновенных дифференциальных уравнений (ODE)).

2.1. Геометрические аспекты модели

ϕ (sph) = rjp − rip = rj + sjp − ri − sip = 0

(3)

Уравнения связей, представленные ранее, являются нелинейными и могут быть решены любым обычным методом.Короче говоря, кинематический анализ этой многотельной системы для конкретного момента может быть выполнен путем совместного решения набора уравнений (1) — (5). Затем можно получить положение, скорости и ускорение начального времени. Обратите внимание, что это итеративный метод; после этого получаются силы и все пересчитывается для следующего временного шага. Это позволяет нам решить эту многотельную модель с помощью прямой динамики.

У каждой ноги круглые ступни, которые могут упираться в землю.Земля представляет собой массивное твердое тело с ровной и гладкой поверхностью. Обратите внимание, что модель симметрична.

2.2. Нормальная сила и сила трения модели

Расстояние между самой нижней точкой опоры и землей определяется в уравнении (6).

FN = kδ3 / 2 + Xδ3 / 2δ˙.

(7)

Для модели трения, большинство пассивных двуногих моделей в литературе используют закон сухого трения Кулона: модель трения без эффекта Стрибека. Однако мы считаем, что эффект Штрибека очень важен для модели с диссипативным вязкоупругим контактом, и по этой причине в этом исследовании были проанализированы несколько сил трения, и было получено, что сила трения с эффектом Штрибека, который лучше работает для этой модели, равна Бенгису и Акай.

3. Проверка модели

Для проверки модели, представленной в этой статье, результаты, полученные при тех же начальных условиях, что и в реальном эксперименте, были сопоставлены.

4. Численные результаты и обсуждение

В этой части мы стремимся обсудить некоторые интересные результаты, включая надежность, стабильность и эффективность.

К модели были применены основные численные методы решения уравнения движения, обычно используемые в многотельных динамических системах. В этом разделе также представлен сравнительный анализ различных методов контроля нарушений ограничений.

Были применены семь методов решения проблем, а именно: стандартный метод множителей Лагранжа (стандартный), метод стабилизации Баумгарт (baumgarte), метод штрафа (штраф), расширенная лагранжева формулировка (дополненная), метод проекции индекса-1. (index1), метод дополненного лагранжиана index-1 (index1aug) и метод прямой коррекции (описано).

Для этого сравнения дифференциальные и алгебраические уравнения движения многотельной динамической системы будут решаться с помощью наиболее популярных и используемых методов численного интегрирования: во-первых, схема интегратора оде; во-вторых, используется схема интегратора Эйлера и, в-третьих, используются классические методы Рунга-Кутты второго порядка. Эти методы известны более 100 лет, но их потенциал не был полностью реализован до появления компьютеров. Все случаи моделируются и анализируются за один и тот же период и с одинаковыми начальными условиями.

Видно, что при стандартном методе нарушения ограничений выходят из-под контроля. Тем не менее, с другими методами (baumgarte, augmented, штрафом, index1, index1aug и описанным) нарушения ограничений остаются под контролем на неопределенный срок.Можно заметить, что нарушение ограничений расширенной лагранжевой формулировки, подхода стабилизации Баумгарта и подхода прямой коррекции имеет один и тот же порядок величины и что результаты аналогичны.

Эти результаты демонстрируют надежность модели. Он корректно работает со всеми методами.

5. Выводы

Было изучено и смоделировано проскальзывание опорной стопы и вязкоупругая диссипативная контактная сила пассивной двуногой ходьбы. Представлена ​​и проверена модель плавной динамики движения вперед для всей ходьбы. Сравниваются несколько контактных сил и сил трения, демонстрируя, что наиболее эффективными в пассивной двуногой модели являются нормальная сила контакта / удара Флореса и трение Бенгису.

Зная, что модель работает должным образом, был проведен анализ чувствительности, в результате которого были получены интересные результаты с помощью различных численных методов для решения уравнения движения (стандартное, расширенное, по Баумгарте, штрафное, индекс-1 и прямое) и различных схем интегратора. (схема интегратора одэ, схема интегратора Эйлера и методы Рунге-Кутта). Эти результаты показали свою неизменность. С этими результатами можно сделать вывод, что для этой модели расширенный метод или метод Баумгарте, объединенный с интегратором Рунге-Кутта, является хорошим решением, сохраняя нарушения ограничений на низком уровне с низкими вычислительными затратами.

Эта модель может быть реализована в параметрических программах, что дает возможность проводить моделирование различных механизмов, двуногих, роботов и машин. Мы считаем, что это важный вклад в научное сообщество. Результаты показывают устойчивость и надежность этой динамической модели с ударами и трением. Таким образом, этот же метод можно использовать для разработки других моделей с ударом и трением и получения надежного моделирования.

Некоторые из наиболее интересных результатов, которые были получены при моделировании модели: В этом исследовании легко увидеть, что существует пропорциональная взаимосвязь между механической работой (гравитационная потенциальная энергия) и метаболическими / пассивными затратами (удары ).Можно сделать вывод, что более низкая контактная жесткость и достаточно высокий коэффициент восстановления соответствуют мягким ногам и более устойчивой ходьбе на двух ногах. Фактор демпфирования не влияет на устойчивость пассивной двуногой ходьбы; это влияет на отскок между ногами и землей. При очень низкой и очень высокой постоянной демпфирования двуногий велосипед слишком сильно отскакивает и становится нестабильным. Коэффициент трения связан только с проскальзыванием. При очень маленьком коэффициенте трения двуногая ходьба скользит.Изменения значения жесткости изменяют энергию рассеяния и период времени (длина шага больше).

Сэкономьте 66% на Human: Fall Flat в Steam

Обзоры

«Human: Fall Flat — одна из самых уникальных игр, которые я когда-либо видел».
90 — Darkstation

«Что я действительно ценю, так это то, что есть несколько решений почти для каждой головоломки».
80 — Destructoid

«Это просто тупое развлечение …»
79 — IGN

Об этой игре

Взбеситесь в этой секретной лаборатории, где силы физики становятся мощными игрушками! Покорите величие магнетизма и будьте очарованы захватывающим применением электричества.

Наша новейшая мастерская, победившая в соревнованиях, включает в себя все передовые технологии, о которых может мечтать робот, даже если в этих мечтах есть ядерный реактор!

Включает 18 отличных уровней. Продано более 25 миллионов копий во всех форматах.

Human: Fall Flat — это веселый и веселый платформер с физикой, действие которого происходит в мире парящих фантастических пейзажей.

Каждый уровень мечты предоставляет новую среду для навигации, от особняков, замков и приключений ацтеков до заснеженных гор, жутких ночных пейзажей и промышленных локаций.Множество маршрутов на каждом уровне и идеально веселые головоломки гарантируют, что исследования и изобретательность будут вознаграждены.

Больше людей, больше беспредела

Нужна рука, чтобы перетащить этот валун на катапульту, или нужно, чтобы кто-то сломал эту стену? Сетевой многопользовательский режим для 8 игроков полностью меняет игровой процесс Human: Fall Flat.