طراحی مفهومی دستگاه توان سنجی سه‌محورة عضلات کمر در حالت ایزومتریک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 نویسنده مسئول و دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف

2 استاد دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف

3 کارشناس ارشد مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف

4 استادمعین دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

درک بهتر نقش بیومکانیکی اجزاء مختلف سامانه اسکلتی عضلانی عصبی تنه می‌تواند به انتخاب راهکارهای مناسب برای پیشگیری از بروز کمردرد و نیز پیشنهاد تمرین‌های مناسب برای بهبود آن منجر شود. مطالعات آزمایشگاهی که با استفاده از دستگاه‌های توانسنجی، گشتاور حاصل از فعالیت عضلات تنه را به ازاء سطوح مختلف شدت فعالیت عضلات اندازه‌گیری می‌کنند، مهمترین منابع برای درک بهتر بیومکانیک تنه و اجزاء آن محسوب می‌شوند. در این مطالعه طراحی یک نمونه جدید از دستگاه توانسنجی عضلات کمر، بر مبنای کمترین خیز تحت بارهای وارده، رعایت تنگناهای ناشی از ابعاد بدنی جامعه مورد مطالعه و ملاحظات خاص اندازه گیری ارائه می‌گردد که با استفاده از حسگرهای تک‌محوره و چیدمان مناسبی از بندها و مفاصل ، اندازه گیری دقیق سه بعدی گشتاورهای کمر را در وضعیت های استقرار مختلف بدنی به دور محورهای آناتومیک امکان­پذیر می‌کند. از دیگر ویژگی‌های طرح حاضر می­توان به تقارب محورهای مفاصل، پایداری بالا، امکان موقعیت‏دهی تنه در دامنه‏ای وسیع از ترکیب زوایا در هر سه محور آناتومیک، و امکان قرارگیری اندامهای تحتانی در حالت‌های نشسته و ایستاده اشاره نمود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

onceptual Design of an Apparatus for Tri-axial Measurement of Lumbar Torques in Isometric Mode

نویسندگان [English]

  • Mahmoud Reza Azghani 1
  • Farzam Farahmand 2
  • Ali Meghdari 2
  • Faras HakKak 3
  • Mohammad Parniyanpour 4
چکیده [English]

Understanding the role and significance of the different components of the trunk neuro-musculo-skeletal system is of great importance for development of proper preventive and curative measures for low back pain. The experimental investigations, using lumbar moment measurement devices, are considered the most useful sources of information for detail understanding of the biomechanics of trunk and its components. This paper describes the conceptual design of a new lumbar moment measurement system, based on minimum deflection, anthropometric characteristics, and measurement considerations. The system is capable to measure the 3-D trunk moments using uni-directional torque sensors within a proper configuration of links and joints. Some other features of the system include convergence of its joints, high stability, and ability to adapt to a wide range of anatomical postures is standing and sitting positions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Conceptual design
  • Lumbar moments
  • Isometric
  • Measurement
[1] Sheikhzadeh A., The Effect of Pure and Combined Loading on the Recruitment Pattern of Ten Selected Trunk Muscles, PhD thesis, New York University,1997.
[2] Tabatabae, Emami, Pour–Samimi, et al, Study of low back pain in west of Tehran, Low Back Pain Conf. Shahid-Beheshti University Hospital, 2001.
[3] Lariviere Ch., Gagnon D., Gravel D., et al, A Triaxial Dynamometer to Monitor Lateral Bending and Axial Rotation Moments during Static Trunk Extension Efforts, Clinical Biomechanics, 16, 80-83, 2001.
[4] Parnianpour M., Nordin M., Kahanovitz N. and Frankel V., The Triaxial Coupling of Torque Generation of Trunk Muscles during Isometric Exertions and the Effect of Fatiguing Isoinertial Movements on the Motor Output and Movement Patterns, Spine, 13, 982-992 ,1988.
[5] McNeill Th., Warwick D., Andersson G. and Schultz A., Trunk Strengths in Attempted Flexion, Extension, and Lateral Bending in Healthy Subjects and Patients with Low-Back Disorders, Spine, 5, 529-538, 1980.
[6] Lee Y.-H. and Kuo C.-L., Factor Structure of Trunk Performance Data for Healthy Subjects, Clinical Biomechanics, 15, 221-227, 2000.
[7] Davis Sh.W., Miller R.J., Mirka G.A., Marras W.S., Apparatus for monitoring the motion of the lumbar spine, Patent No. US5094249, 1992.
[8] Marras W.S., Davis K.G., Granata K.P., Trunk Muscle Activities during Asymmetric Twisting Motions, Journal of Electromyography and Kinesiology, Vol. 8, pp. 247-256, 1998.
[9] Seeds R.H., Levene J. and Goldberg H.M., Normative Data for Isostation B100, The Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy, 9, 141-155, 1987.
[10] http://www.pemed.com
[11] فراس حکاک، دستگاه سنجش سهمحورة گشتاورهای کمر در حالت ایزومتریک، پایاننامة کارشناسی ارشد،دانشکده مکانیک دانشگاه صنعتی شریف، 1383
[12] Nordin C.C. and White D.J., Measurement of Joint Motion: A Guide to Goniometry, Jaypee Brothers, 2nd edition , 1998, (1st Indian edition).
[13] Stephen Pheasant, Bodyspace, Anthropometry,Ergonomics and Design of Work, Taylor&Fracis ,2001.
[14] Mitchell Jay Hiroshi Lum, Kinematic Optimization of a 2-DOF Spherical Mechanism for a Minimally Invasive Surgical Robot, thesis University of Washington, 2004
[15] NR Crawford, GT Yamaguchi, CA Dickman, A new technique for determining 3-D joint angles: the tilt/twist method. Clin Biomech (Bristol, Avon). Mar;14(3):153-65, 1999.
[16] HJ Woltring, 3-D attitude representation of human joints: a standardization proposal., J Biomech. Dec;27(12):1399-414, 1994.
[17] Wu G, Siegler S, Allard P, Kirtley C, Leardini A, Rosenbaum D, Whittle M, D'Lima DD, Cristofolini L, Witte H, Schmid O, Stokes I “Standardization and Terminology Committee of the International Society of Biomechanics. ISB recommendation on definitions of joint coordinate system of various joints for the reporting of human joint motion--part I: ankle, hip, and spine. International Society of Biomechanics” J Biomech. Apr;35(4):543-8, 2002
[18] G. Pahl, W. Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-Heinrich Grote, Ken Wallace, Lucienne Blessing, K. Wallace, et al, Engineering Design: A Systematic Approach, third edition, Springer, 1998.
[19] Craig J.J., Introduction to Robotics:Mechanics and Control, Addison-Wesley, 1989.
[20] Mital A., Kumar S., Human Muscle Strength Definitions, Measurement, and Usage: Part II - The Scientific Basis (Knowledge Base) for the Guide, International Journal of Industrial Ergonomics, Vol. 22, pp. 123-144, 1998.
[21] Parnianpour M., Tan JC., Objective quantification of trunk performance, in D 'Orazio B. (Ed.) Back Pain Rehabilitation. Andover Medical Publishers, Boston, 205-237, 1993.
[22] محمودرضا آذغانی وبقیه، طراحی مفهومی دستگاه سه محورة توانسنجی عضلات کمر در حالت ایزومتریک،پانزدهمین کنفرانس سالانه)بین المللی( مهندسی مکانیک ISME2007