دانلود مقاله ISI انگلیسی شماره 153305
ترجمه فارسی عنوان مقاله

چارچوب محاسباتی برای برآورد همزمان نیروهای تماس عضلانی و جفت و حرکت بدن با استفاده از بهینه سازی و مدل سازی جایگزین

عنوان انگلیسی
A computational framework for simultaneous estimation of muscle and joint contact forces and body motion using optimization and surrogate modeling
کد مقاله سال انتشار تعداد صفحات مقاله انگلیسی
153305 2018 9 صفحه PDF
منبع

Publisher : Elsevier - Science Direct (الزویر - ساینس دایرکت)

Journal : Medical Engineering & Physics, Volume 54, April 2018, Pages 56-64

ترجمه کلمات کلیدی
اسکلتی عضلانی مدل سازی، تماس، عضله، بهینه سازی، شبکه عصبی، جایگزین اسلحه لحظه ای، زانو، مشترک
کلمات کلیدی انگلیسی
Musculoskeletal; Modeling; Contact; Muscle; Optimization; Neural network; Surrogate; Moment arms; Knee; Joint;
ترجمه چکیده
برآورد همزمان فعالیت های عضلانی، نیروهای تماس مشترک و سینماتیک مشترک با استفاده از بهینه سازی شیب مبتنی بر مدل های اسکلتی عضلانی، با استفاده از الگوریتم های اتصال کامپوزیت گران و غیر صاف و اتصال عضلانی محدود می شود. ما چارچوبی را ارائه می دهیم که به طور همزمان سرعت محاسبات را افزایش می دهد و منابع غیر صاف بودن را از بهینه سازی نیروی عضلانی با استفاده از ترکیبی از مدل سازی و مدل سازی جایگزین، با تاکید ویژه بر روش جدید برای مدل سازی اتصال مشترک به عنوان یک مدل جایگزین یک تحلیل استاتیک حذف می کند. این رویکرد اجازه می دهد تا به طور موثر معرفی مدل تماس مشترک کششی در بهینه سازی استاتیک و پویا از حرکت انسان است. ما روشی را با انجام دو بهینه سازی، یک استاتیک و یک پویا، با استفاده از یک مدل اسکلتی عضلانی-لگن تحت چرخه راه رفتن نشان می دهیم. ما همگرایی را در مرتبه ثانیه برای یک دوره زمانی بهینه سازی استاتیک و به ترتیب دقیقه برای یک کل بهینه سازی پویا مشاهده کردیم. چارچوب ارائه شده می تواند تلاش های مبتنی بر مدل را برای پیش بینی اینکه برنامه های جراحی یا توانبخشی برنامه ریزی شده تحت تاثیر عملکرد مفصلی و عضلات پس از درمان تاثیر می گذارد، تسهیل می کنند.
پیش نمایش مقاله
پیش نمایش مقاله  چارچوب محاسباتی برای برآورد همزمان نیروهای تماس عضلانی و جفت و حرکت بدن با استفاده از بهینه سازی و مدل سازی جایگزین

چکیده انگلیسی

Concurrent estimation of muscle activations, joint contact forces, and joint kinematics by means of gradient-based optimization of musculoskeletal models is hindered by computationally expensive and non-smooth joint contact and muscle wrapping algorithms. We present a framework that simultaneously speeds up computation and removes sources of non-smoothness from muscle force optimizations using a combination of parallelization and surrogate modeling, with special emphasis on a novel method for modeling joint contact as a surrogate model of a static analysis. The approach allows one to efficiently introduce elastic joint contact models within static and dynamic optimizations of human motion. We demonstrate the approach by performing two optimizations, one static and one dynamic, using a pelvis-leg musculoskeletal model undergoing a gait cycle. We observed convergence on the order of seconds for a static optimization time frame and on the order of minutes for an entire dynamic optimization. The presented framework may facilitate model-based efforts to predict how planned surgical or rehabilitation interventions will affect post-treatment joint and muscle function.