تخمین نیروهای عضلات و مفاصل کمری تحت فعالیت‌های فیزیکی مختلف با استفاده از یک مدل ترکیبی بهینه‌سازی و الکترومایوگرافی از ستون فقرات

شیوع کمردرد و ناهنجاری های کمری در جوامع مختلف رو به افزایش است، به علاوه اندازه گیری مستقیم نیروی مربوط به عضلات و مهره های ستون فقرات بسیار دشوار است. از این‌رو، استفاده از مدل های بیومکانیکی اسکلتی-عضلانی به عنوان یک ابزار جهت محاسبه و تخمین نیروهای وارده بر ستون فقرات در فعالیت های مختلف کاربرد فراوانی پیدا کرده است. لذا هدف این پژوهش تخمین نیروهای مذکور به روش های مختلف به خصوص در فعالیت باربرداری می باشد. بدین منظور از یک مدل اسکلتی-عضلانی آناتومیکی توسعه یافته شامل 6 مفصل سه درجه‌ی آزادی و 76 فسیکل عضلانی استفاده شده است. به علت بیش‌تر بودن تعداد مجهولات (نیروی عضلات) از تعداد معادلات تعادل، سیستم دچار افزونگی بوده و مساله جهت حل، نامعین می باشند. بنابراین، از روش های ترکیبی بهینه‌سازی و الکترومایوگرافی برای تخمین نیروی عضلات استفاده شده است. از آن‌جا که نیروهای عضلات حاصل از روش الکترومایوگرافی، معادلات تعادل را ارضا نمی کند، از یک‌سری ضرایب تصحیح جهت ارضای معادلات تعادل در تمام سطوح مفصلی کمری استفاده شده است. طبق نتایج به دست آمده برای یک فعالیت فیزیکی خاص، به علت استفاده از الگوریتم های مختلف جهت یافتن نیروها، ضرایب تصحیح متفاوتی برای هر عضله در روش های ترکیبی مختلف به دست می آید. مقادیر متفاوتی برای نیروی عضلات و میزان پایداری تخمینی توسط روش های ترکیبی مختلف به دست آمد، اما نیروهای فشاری و برشی مفصلی در مدل های ترکیبی به یک‌دیگر نزدیک می باشد. جهت صحت‌سنجی نتایج مدل، از داده های مربوط به فشار دیسک چهارم و پنجم کمری در یک مطالعه ی آزمایشگاهی استفاده شد، که هر دو مورد فشار را در محدوده‌ی 0/3-1/8 مگاپاسکال گزارش کرده اند.