Biomechanical musculoskeletal model

Předkládaná práce je zaměřena na svalově-kosterní modelování, především pak na výpočet svalových sil a ramen momentů při libovolném pohybu s využitím nové metody určení průběhů svalů. Jejím hlavním přínosem je vývoj unikátní metody založené na svalovém obepínání anuloidů, která výrazné snižuje nedostatky již existujících metod pro určení svalových trajektorií. Metoda je vyvinuta pro výpočet korektního tvaru svalu při jakékoliv konfiguraci kloubů. Je založena na obecné známé metodě svalového obepínání série překážek tvořených tuhými geometrickými tvary a nahrazujících okolní tkáně, obecné známá jako metoda obstacle-set. Z důvodu vylepšení původní metody byly překážky tvaru koule či válce nahrazeny anuloidy. Nové vzniklá metoda dále umožňuje automatický výpočet umístění svalových úponů; pozic, natočení a poloměrů jednotlivých anuloidů; nárůst aktuálního fyziologického průřezu svalu během kontrakce či změny tvaru svalu s ohledem na sousedící svalové skupiny. Veškerá geometrie metody je založena na MRI a počtu uvažovaných svalových vláken. Dílčím cílem studie je vytvořit jednoduchý model ramene v programu MATLAB, který obsahuje pouze dvojhlavý sval pažní a je založen na nové vyvinuté metodě obepínání anuloidu. Touto cestou je prezentována implementace, použití, výhody a nevýhody této metody. Kosti modelu jsou nahrazeny tuhými tělesy spojenými reálnými klouby; skutečné chování svalů je simulováno modelem Hillova typu. Pro potřeby této práce jsou pohyby lopatky a klíční kosti zanedbány. Svalový komplex je prezentován elastickými svalovými vlákny zanedbatelného tření generující stejnou sílu po celé své délce a obepínající sousední struktury nahrazené anuloidy. Pro validaci modelu a metody obepínání anuloidu je simulován pohyb pažní kosti - abdukce a přední flexe do úhlu 90°. Trajektorie svalových vláken, síly ve svalech, aktuální délka a momentová ramena svalů jsou poté porovnána s výsledky obdobných modelů prezentovaných v literatuře, s elektromyografickým měřením a se dvěma modely ramene sestavených v programu AnyBody Modeling System. Výsledky prokazují úspěšnou validaci hlavních akčních členů abdukce a přední flexe ramene. Nová metoda svalového obepínání anuloidů je vhodnou metodou pro simulaci všech kloubů lidského těla - především pro komplikované klouby jako je např. ramenní komplex, či pro všechny typy svalů - silný, slabý, plochý, dlouhý, krátký, aj. Prezentovaná studie také stručné představuje anatomii a fyziologii ramenního komplexu, nabízí rešerši existujících ramenních modelů a metod pro výpočet svalové trajektorie a do větších detailů popisuje dynamiku vázaných mechanických systémů v prostoru. Závěrem lze říci, že metoda svalového obepínání anuloidů je užitečným nástrojem při svalové-kosterním modelování.NeobhájenoPresented thesis work is focused on musculoskeletal modeling, especially on muscle forces and moment arms calculation using the new method for muscle path determination. This method is based on obstacle-set method. However, the new torus obstacles are implemented instead of standard obstacles such as spheres and cylinders to improve the original process of muscle wrapping. This method also enables the automatic calculation of muscle lines attachments; positions, rotation and radius of torus obstacles originated from MRI and respecting the input number of muscle lines set by the user. The torus-obstacle method also considers the muscle bulging up as well as changes of muscle shapes influenced by surrounding muscles. The case of this study is to create the simple shoulder model in MATLAB including the deltoid muscle and using developed torus-obstacle method. Thanks that, the implementation, usage, advantages and disadvantages of presented method are shown. The bones are modeled by rigid bodies connected by real joints; the real muscle behavior is simulated by Hill-type model. For purpose of this work, the scapula and the clavicle are fixed. The muscle complex is replaced by elastic frictionless muscle lines of action generating the same force along the whole band and wrapping around the neighboring structures replaced by torus obstacles. The humeral abduction and forward flexion till 90° are simulated to validate the model and also the wrapping method. The paths of muscle lines, muscle forces, actual lengths and the muscle moment arms are compared to the similar models published in literature, to the electromyography measurement and to two shoulder models built in AnyBody Modeling System. The results show the successful validation of major actuators of abduction and forward flexion. In addition, the method is absolutely not time-consuming. The new torus-obstacle method is suitable for all human body joints - especially for complicated joints as shoulder complex, for all muscles - thick, thin, shallow, long, short etc. Presented study also introduces briefly the anatomy and physiology of the shoulder complex, offers the research of existing shoulder models and methods for muscle path definition and describes the multibody spatial dynamics in more details. In conclusion, developed torus-obstacle method designed for muscle trajectory computation in musculoskeletal modeling seems to be useful tool

Metrics of perineal support (MOPS) study

Background: Manual perineal protection (MPP) is an intrapartum intervention suggested to protect perineal integrity during childbirth. Proper execution of MPP is complex and evaluation of its true contribution is difficult in the clinical setting because of the large number of obstetric variables, some of which are hardly quantifiable. In this study we aimed to gather initial data on the forces executed by the accoucheur's thumb, index and middle fingers during MPP at the time of fetal head expulsion, quantify the duration of the intervention and investigate the timely interaction of the different components of MPP. Methods: Two bespoke right-handed measurement gloves (MG), with built in sensors, were designed and produced. The MG allowed the electronic real-time measurement of applied forces during MPP and transferred this data wirelessly to an integrated computer system. Sterile gloves were worn over the MG when used at the time of birth. The study was undertaken between January and December 2019. Singleton, term pregnant women having their first vaginal birth who provided a valid written consent were enrolled into this prospective pilot study. All deliveries were undertaken by one of two obstetricians experienced in MPP Results: Twenty women were enrolled. The mean duration of execution of MPP during the last contraction was 13.6 s. In 20% it lasted < 5 s. The overall means of the mean and maximum forces of the thumb, index and middle fingers were 26.7 N; 25.5 N; 20.2 N and 34.3 N; 32.6 N; and 27.6 N respectively. The onset of fingers and thumb activity was simultaneous in 13 cases (65%), while in seven (35%) deliveries the middle finger's force activity was initiated later. Conclusions: MPP during fetal head expulsion happens over a short period of time. In the majority of cases the thumb and fingers actions started simultaneously. There were differences in the duration of application and the forces executed by the fingers and thumb between the two practitioners, however this was only significant for thumb measurements. The results obtained will aid in improving further MPP modeling studies to optimize the technique

Biomechanical musculoskeletal model

Předkládaná práce je zaměřena na svalově-kosterní modelování, především pak na výpočet svalových sil a ramen momentů při libovolném pohybu s využitím nové metody určení průběhů svalů. Jejím hlavním přínosem je vývoj unikátní metody založené na svalovém obepínání anuloidů, která výrazné snižuje nedostatky již existujících metod pro určení svalových trajektorií. Metoda je vyvinuta pro výpočet korektního tvaru svalu při jakékoliv konfiguraci kloubů. Je založena na obecné známé metodě svalového obepínání série překážek tvořených tuhými geometrickými tvary a nahrazujících okolní tkáně, obecné známá jako metoda obstacle-set. Z důvodu vylepšení původní metody byly překážky tvaru koule či válce nahrazeny anuloidy. Nové vzniklá metoda dále umožňuje automatický výpočet umístění svalových úponů; pozic, natočení a poloměrů jednotlivých anuloidů; nárůst aktuálního fyziologického průřezu svalu během kontrakce či změny tvaru svalu s ohledem na sousedící svalové skupiny. Veškerá geometrie metody je založena na MRI a počtu uvažovaných svalových vláken. Dílčím cílem studie je vytvořit jednoduchý model ramene v programu MATLAB, který obsahuje pouze dvojhlavý sval pažní a je založen na nové vyvinuté metodě obepínání anuloidu. Touto cestou je prezentována implementace, použití, výhody a nevýhody této metody. Kosti modelu jsou nahrazeny tuhými tělesy spojenými reálnými klouby; skutečné chování svalů je simulováno modelem Hillova typu. Pro potřeby této práce jsou pohyby lopatky a klíční kosti zanedbány. Svalový komplex je prezentován elastickými svalovými vlákny zanedbatelného tření generující stejnou sílu po celé své délce a obepínající sousední struktury nahrazené anuloidy. Pro validaci modelu a metody obepínání anuloidu je simulován pohyb pažní kosti - abdukce a přední flexe do úhlu 90°. Trajektorie svalových vláken, síly ve svalech, aktuální délka a momentová ramena svalů jsou poté porovnána s výsledky obdobných modelů prezentovaných v literatuře, s elektromyografickým měřením a se dvěma modely ramene sestavených v programu AnyBody Modeling System. Výsledky prokazují úspěšnou validaci hlavních akčních členů abdukce a přední flexe ramene. Nová metoda svalového obepínání anuloidů je vhodnou metodou pro simulaci všech kloubů lidského těla - především pro komplikované klouby jako je např. ramenní komplex, či pro všechny typy svalů - silný, slabý, plochý, dlouhý, krátký, aj. Prezentovaná studie také stručné představuje anatomii a fyziologii ramenního komplexu, nabízí rešerši existujících ramenních modelů a metod pro výpočet svalové trajektorie a do větších detailů popisuje dynamiku vázaných mechanických systémů v prostoru. Závěrem lze říci, že metoda svalového obepínání anuloidů je užitečným nástrojem při svalové-kosterním modelování.NeobhájenoPresented thesis work is focused on musculoskeletal modeling, especially on muscle forces and moment arms calculation using the new method for muscle path determination. This method is based on obstacle-set method. However, the new torus obstacles are implemented instead of standard obstacles such as spheres and cylinders to improve the original process of muscle wrapping. This method also enables the automatic calculation of muscle lines attachments; positions, rotation and radius of torus obstacles originated from MRI and respecting the input number of muscle lines set by the user. The torus-obstacle method also considers the muscle bulging up as well as changes of muscle shapes influenced by surrounding muscles. The case of this study is to create the simple shoulder model in MATLAB including the deltoid muscle and using developed torus-obstacle method. Thanks that, the implementation, usage, advantages and disadvantages of presented method are shown. The bones are modeled by rigid bodies connected by real joints; the real muscle behavior is simulated by Hill-type model. For purpose of this work, the scapula and the clavicle are fixed. The muscle complex is replaced by elastic frictionless muscle lines of action generating the same force along the whole band and wrapping around the neighboring structures replaced by torus obstacles. The humeral abduction and forward flexion till 90° are simulated to validate the model and also the wrapping method. The paths of muscle lines, muscle forces, actual lengths and the muscle moment arms are compared to the similar models published in literature, to the electromyography measurement and to two shoulder models built in AnyBody Modeling System. The results show the successful validation of major actuators of abduction and forward flexion. In addition, the method is absolutely not time-consuming. The new torus-obstacle method is suitable for all human body joints - especially for complicated joints as shoulder complex, for all muscles - thick, thin, shallow, long, short etc. Presented study also introduces briefly the anatomy and physiology of the shoulder complex, offers the research of existing shoulder models and methods for muscle path definition and describes the multibody spatial dynamics in more details. In conclusion, developed torus-obstacle method designed for muscle trajectory computation in musculoskeletal modeling seems to be useful tool

Factors affecting work performance in the organization

This dissertation deals with motivation and the factors affecting work performance of employees in the selected company. The aim of dissertation is find out which factors affecting work performance are used in the company Forte Beroun, spol. s. r. o. Further identify problem´s areas and suggest improvements. The theoretical part is based on literature reviews focusing on work performance, motivation and factors affecting work performance. The first part of practical work is made up of basic and organizational characteristics of the company and describing existing motivational and hygienic factors. The second part of practical work includes evaluation of an anonymous questionnaire survey on selected factors affecting work performance of employees. The survey results are suplement by controlled and non - standardized interviews. Based on the survey results are set critical areas and suggestions for their improvements

Occipito-posteriorní pozice a rozložení napětí ve svalu levator ani během vaginálního porodu s využitím konečnoprvkového modelu

Cílem práce bylo vyvinout MKP model vycházející z MRI snímků a s jeho použitím simulovat porod dítěte při úvaze occipito-posteriorní pozice hlavy.Objective of this study was to develop an MRI-based finite element model and simulate a childbirth considering the fetal head position in a persistent occiput posterior position

Nový detailní svalově-kosterní AnyBody model ruky

V situaci, kdy není možné řešit svalově-kosterní výzkum týkající se prevence či rehabilitace ruky pomocí experimentů, lze tyto otázky řešit pomocí počítačové techniky s využitím inverzní dynamiky. Do dnešní doby však nebyl vyvinut žádný komplexní model lidského těla. Hlavním cílem této práce tedy bylo vyvinout a validovat detailní model ruky v softwaru AnyBody Modeling System (AMS) s využitím metody torus-ostacle. A dále pak implementovat tento model do celistvého modelu lidského těla.Musculoskeletal research questions regarding the prevention or rehabilitation of the hand can be addressed using inverse dynamics simulations when experiments are not possible. To date, no complete human hand model implemented in a holistic human body model has been fully developed. The aim of this work was to develop, implement, and validate a fully detailed hand model using the AnyBody Modelling System (AMS) (AnyBody, Aalborg, Denmark) using the torus-ostacle method

Laparoskopická sakrocolpopexie jako hlavní článek pro studii signifikantního apikálního prolapsu pánevních orgánů

Primárním cílem této studie bylo pousouzení klinické proveditelnosti nové strategie, kde laparoskopická sacrocolpopexie je hlavní metoda pro řízení signifikantního apikálního prolapsu pánevních orgánů. Sekundárním cílem bylo vyhodnocení LSC výstupů ve vztahu k předoperačnímu lékařskému posudku žen s pomocí kategorizace Ameriské Společnosti Anesteziologů (ASA-PS).The primary aim of this study was to assess the clinical feasibility of a policy where laparoscopic sacrocolpopexy (LSC) is the default procedure for the management of a significant apical pelvic organ prolapse (a-POP). As a secondary aim, we wanted to evaluate LSC outcomes in relation to women’s preoperative assessment of their surgical fitness using the American Society of Anesthesiologists physical status (ASA-PS) categorization

Finite element modeling of maximum stress in pelvic floor structures during the head expulsion (FINESSE) study

Several studies have assessed birth-related deformations of the levator ani muscle (LAM) and perineum on models that depicted these elements in isolation. The main aim of this study was to develop a complex female pelvic floor computational model using the finite element method to evaluate points and timing of maximum stress at the LAM and perineum in relation to the birth process. A three-dimensional computational model of the female pelvic floor was created and used to simulate vaginal birth based on data from previously described real-life MRI scans. We developed three models: model A (LAM without perineum); model B (perineum without LAM); model C (a combined model with both structures). The maximum stress in the LAM was achieved when the vertex was 9 cm below the ischial spines and measured 37.3 MPa in model A and 88.7 MPa in model C. The maximum stress in the perineum occurred at the time of distension by the suboocipito-frontal diameter and reached 86.7 MPa and 119.6 MPa in models B and C, respectively, while the stress in the posterior fourchette caused by the suboccipito-bregmatic diameter measured 36.9 MPa for model B and 39.8 MPa for model C. Including perineal structures in a computational birth model simulation affects the level of stress at the LAM. The maximum stress at the LAM and perineum seems to occur when the head is lower than previously anticipated

Finite element model focused on stress distribution in the levator ani muscle during vaginal delivery

Cílem této práce byl vývoj sofistikovaného modelu vycházejícího ze snímků MRI a následná simulace změn levatoru ani (MLA) během vaginálního porodu. Pánev ženy a hlava dítěte byly modelovány tuhými tělesy. MLA a obturátorový sval byly reprezentovány Ogdenovým materiálovým modelem. Okrajové podmínky nahradily všechna anatomická omezení a podpory. Střední hodnota napětí ve svalu MLA během průchodu hlavy byla 4.91–7.93 MPa. Největší hodnoty napětí byly nalezeny v puboviscerální a purorektální části MLA (27.46 MPa). Sval MLA byl prodloužen 2,5 krát oproti své původní klidové pozici. Obecně řešeno, oblast největšího napětí byla odhalena v části připojení ke stydké kosti. Právě tato oblast je považována za oblast největšího rizika poranění s dlouhodobými komplikacemi.The objective of this study was to develop a sophisticated MRI-based model to simulate changes in the levator ani muscle (MLA) during vaginal delivery. The female pelvis and the fetal head were modeled by rigid bodies. The MLA and obturator were represented by Ogden material model. The boundary conditions reflected all anatomical constraints and supports. The mean stress values in the MLA during fetal head passage were 4.91–7.93 MPa. The highest stress values were induced in the pubovisceral and puborectal MLA (mean 27.46 MPa). The MLA was elongated by nearly 2.5 times from its initial resting position. The absolute stress values were highest in muscle area arising from the pubic bone. This area is at the highest risk for muscle injuries with long-term complications

Mercury and selenium in the food web of Lake Nahuel Huapi, Patagonia, Argentina

Despite located far from point sources of Hg pollution, high concentrations were recorded in plankton from the deep oligotrophic Lake Nahuel Huapi, located in North Patagonia. Native and introduced top predator fish with differing feeding habits are a valuable economic resource to the region. Hence, Hg and Se trophic interactions and pathways to these fish were assessed in the food web of this lake at three sites, using stable nitrogen and carbon isotopes. As expected based on the high THg in plankton, mercury did not biomagnify in the food web of Lake Nahuel Huapi, as most of the THg in plankton is in the inorganic form. As was observed in other aquatic systems, Se did not biomagnify either. When trophic pathways to top predator fish were analyzed, they showed that THg biomagnified in the food chains of native fish but biodiluted in the food chains of introduced salmonids. A more benthic diet, typical of native fish, resulted in higher [THg] bioaccumulation than a more pelagic or mixed diet, as in the case of introduced fish. Se:THg molar ratios were higher than 1 in all the fish species, indicating that Se might be offering a natural protection against Hg toxicity.Fil: Arcagni, Marina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Unidad de Actividad de Ingeniería Nuclear. Laboratorio de Análisis por Activación Neutróica; ArgentinaFil: Rizzo, Andrea Paula. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Unidad de Actividad de Ingeniería Nuclear. Laboratorio de Análisis por Activación Neutróica; ArgentinaFil: Juncos, Romina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Unidad de Actividad de Ingeniería Nuclear. Laboratorio de Análisis por Activación Neutróica; ArgentinaFil: Pavlin, Majda. Institute Jožef Stefan; EsloveniaFil: Campbell, Linda M. Saint Mary's University; CanadáFil: Arribere, Maria Angelica. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Unidad de Actividad de Ingeniería Nuclear. Laboratorio de Análisis por Activación Neutróica; ArgentinaFil: Horvat, Milena. Institute Jožef Stefan; EsloveniaFil: Ribeiro Guevara, Sergio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Unidad de Actividad de Ingeniería Nuclear. Laboratorio de Análisis por Activación Neutróica; Argentin