کنترل عصبی عضلانی عضلات گردن در وضعیت های مختلف سر: یک مطالعه مدل سازی اسکلتی عضلانی
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.48308/ths.2024.10099
کد مقاله : 1479-THS
نویسندگان
1دانشگاه علوم و تحقیقات
2دانشگاه ایالتی واشنگتن
چکیده
هدف: هدف از این مطالعه بررسی فعالیت عصبی عضلانی عضلات گردن در پنج وضعیت مختلف سر و گردن در حین مطالعه کتاب بود.
مقدمه: ستون فقرات گردنی به دلیل دامنه حرکتی وسیع، مهره های متعدد و درگیری چندین ماهیچه، ناحیه بسیار حساسی از بدن است. فعالیتهای روزانه، مانند خواندن کتاب، اغلب نیاز به استفاده مکرر از سر و گردن دارند که بررسی کنترل عصبی عضلانی در این وضعیتها را ضروری میسازد.
روشها: بیست و سه نفر در این مطالعه شرکت کردند و در حین خواندن کتاب پنج زاویه سر و گردن متفاوت (10-، 0 درجه، 10 درجه، 20 درجه و 30 درجه نسبت به محور عمودی) را در نظر گرفتند. ده دوربین تصویربرداری حرکتی Vicon مسیرهای نشانگر را از سر و تنه ثبت کردند. یک مدل اسکلتی عضلانی از سر و گردن در OpenSim، یک بسته نرم افزاری برای شبیه سازی بیومکانیکی ایجاد شد. ابزارهای سینماتیک معکوس، دینامیک معکوس و بهینهسازی استاتیک در OpenSim به ترتیب برای تخمین زوایای مفصل گردن رحم، گشتاورهای مفصلی و فعالسازی عضلات مورد استفاده قرار گرفتند.
یافتهها: مقایسه گشتاورهای مفصلی تفاوت معنیداری را در توزیع گشتاور بین مهرههای مختلف گردن در وضعیتهای مختلف نشان داد. علاوه بر این، افزایش خم شدن گردن در حین مطالعه کتاب منجر به افزایش گشتاور اعمال شده بر روی تمام مهره های گردنی شد. تجزیه و تحلیل فعالیت عضلانی نشان داد که الگوهای فعال سازی عضلات مختلف گردن با زوایای سر و گردن در وضعیت های مختلف متفاوت است.
نتیجهگیری: این مطالعه از شبیهسازی اسکلتی عضلانی برای تعیین کمیت دقیق پارامترهای حرکتی و جنبشی در وضعیتهای مختلف سر در حین مطالعه کتاب استفاده کرد. این بینش دقیق در مورد فعالیت های عصبی عضلانی عضلات گردن در این وضعیت ها ارائه کرد. یافته های این مطالعه می تواند در طراحی و توسعه میزها و لوازم ارگونومیک، ارتقاء ارگونومی بهبود یافته و کاهش خطر اختلالات اسکلتی عضلانی مورد استفاده قرار گیرد.
مقدمه: ستون فقرات گردنی به دلیل دامنه حرکتی وسیع، مهره های متعدد و درگیری چندین ماهیچه، ناحیه بسیار حساسی از بدن است. فعالیتهای روزانه، مانند خواندن کتاب، اغلب نیاز به استفاده مکرر از سر و گردن دارند که بررسی کنترل عصبی عضلانی در این وضعیتها را ضروری میسازد.
روشها: بیست و سه نفر در این مطالعه شرکت کردند و در حین خواندن کتاب پنج زاویه سر و گردن متفاوت (10-، 0 درجه، 10 درجه، 20 درجه و 30 درجه نسبت به محور عمودی) را در نظر گرفتند. ده دوربین تصویربرداری حرکتی Vicon مسیرهای نشانگر را از سر و تنه ثبت کردند. یک مدل اسکلتی عضلانی از سر و گردن در OpenSim، یک بسته نرم افزاری برای شبیه سازی بیومکانیکی ایجاد شد. ابزارهای سینماتیک معکوس، دینامیک معکوس و بهینهسازی استاتیک در OpenSim به ترتیب برای تخمین زوایای مفصل گردن رحم، گشتاورهای مفصلی و فعالسازی عضلات مورد استفاده قرار گرفتند.
یافتهها: مقایسه گشتاورهای مفصلی تفاوت معنیداری را در توزیع گشتاور بین مهرههای مختلف گردن در وضعیتهای مختلف نشان داد. علاوه بر این، افزایش خم شدن گردن در حین مطالعه کتاب منجر به افزایش گشتاور اعمال شده بر روی تمام مهره های گردنی شد. تجزیه و تحلیل فعالیت عضلانی نشان داد که الگوهای فعال سازی عضلات مختلف گردن با زوایای سر و گردن در وضعیت های مختلف متفاوت است.
نتیجهگیری: این مطالعه از شبیهسازی اسکلتی عضلانی برای تعیین کمیت دقیق پارامترهای حرکتی و جنبشی در وضعیتهای مختلف سر در حین مطالعه کتاب استفاده کرد. این بینش دقیق در مورد فعالیت های عصبی عضلانی عضلات گردن در این وضعیت ها ارائه کرد. یافته های این مطالعه می تواند در طراحی و توسعه میزها و لوازم ارگونومیک، ارتقاء ارگونومی بهبود یافته و کاهش خطر اختلالات اسکلتی عضلانی مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه ها
Title
Neuromuscular control of neck muscles in different head postures: a musculoskeletal modeling study
Authors
Meroeh Mohammadi, Hamidreza Barnamehei
Abstract
Objective: The objective of this study was to evaluate the neuromuscular activities of neck muscles in five different postures of the head and neck during book reading.
Introduction: The cervical spine is a highly sensitive region of the body due to its extensive range of motion, numerous vertebrae, and the involvement of multiple muscles. Daily activities, such as reading books, often require the frequent use of the head and neck, making it crucial to investigate the neuromuscular control in these postures.
Methods: Twenty-three subjects participated in this study and assumed five different head and neck angles (-10°, 0°, 10°, 20°, and 30° relative to the vertical axis) while reading a book. Ten Vicon motion capture cameras recorded marker trajectories from the head and trunk. A musculoskeletal model of the head and neck was created in OpenSim, a software package for biomechanical simulations. The inverse kinematics, inverse dynamics, and static optimization tools in OpenSim were utilized to estimate cervical joint angles, joint moments, and muscle activations, respectively.
Results: The comparison of joint torques revealed significant differences in torque distribution among different neck vertebrae in various postures. Furthermore, increasing neck flexion during book reading led to an increase in torque applied to all cervical vertebrae. Analysis of muscle activity demonstrated that the activation patterns of different neck muscles varied with head and neck angles in different postures.
Conclusion: This study employed musculoskeletal simulation to accurately quantify kinematic and kinetic parameters in various head postures during book reading. It provided detailed insights into the neuromuscular activities of neck muscles in these postures. The findings from this study can be utilized in the design and development of ergonomic tables and accessories, promoting improved ergonomics, and reducing the risk of musculoskeletal disorders.
Introduction: The cervical spine is a highly sensitive region of the body due to its extensive range of motion, numerous vertebrae, and the involvement of multiple muscles. Daily activities, such as reading books, often require the frequent use of the head and neck, making it crucial to investigate the neuromuscular control in these postures.
Methods: Twenty-three subjects participated in this study and assumed five different head and neck angles (-10°, 0°, 10°, 20°, and 30° relative to the vertical axis) while reading a book. Ten Vicon motion capture cameras recorded marker trajectories from the head and trunk. A musculoskeletal model of the head and neck was created in OpenSim, a software package for biomechanical simulations. The inverse kinematics, inverse dynamics, and static optimization tools in OpenSim were utilized to estimate cervical joint angles, joint moments, and muscle activations, respectively.
Results: The comparison of joint torques revealed significant differences in torque distribution among different neck vertebrae in various postures. Furthermore, increasing neck flexion during book reading led to an increase in torque applied to all cervical vertebrae. Analysis of muscle activity demonstrated that the activation patterns of different neck muscles varied with head and neck angles in different postures.
Conclusion: This study employed musculoskeletal simulation to accurately quantify kinematic and kinetic parameters in various head postures during book reading. It provided detailed insights into the neuromuscular activities of neck muscles in these postures. The findings from this study can be utilized in the design and development of ergonomic tables and accessories, promoting improved ergonomics, and reducing the risk of musculoskeletal disorders.
Keywords
Biomechanics, neck, ergonomics, Musculoskeletal Modeling, cervical spine