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Análisis de elementos finitos de la respuesta cinemática de la columna cervical durante la eyección utilizando un modelo de músculos dinámicos tipo Hill

Autores: Gong, Yikang; Cheng, Zhenghan; Teo, Ee-Chon; Gu, Yaodong

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Análisis de elementos finitos de la respuesta cinemática de la columna cervical durante la eyección utilizando un modelo de músculos dinámicos tipo Hill


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Bioingeniería

Palabras clave

Impacto
Músculo activo
Columna cervical
Modelo de elementos finitos
Activación de la fuerza muscular
Perfil de aceleración

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 31

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Para determinar el impacto del músculo activo en la respuesta dinámica del cuello de un piloto durante una eyección de emergencia simulada, se construyó un detallado modelo de elementos finitos (FE) tridimensional (3D) de la columna cervical (C0-T1) integrado con músculos activos. Basado en el modelo tipo Hill que caracteriza la mecánica de activación de la fuerza muscular, se modelaron 13 músculos principales del cuello. La fuerza activa generada por cada músculo se simuló como funciones de (i) estado activo (), (ii) velocidad ((v)), y (iii) longitud ((L)). Se aplicó un perfil de tiempo de aceleración con una tasa de aceleración inicial de 125 G·s en el periodo de 0-80 ms, alcanzando una aceleración máxima de 10 G, luego se mantuvo constante durante 70 ms adicionales. Los ángulos de rotación de cada segmento cervical bajo estas condiciones de eyección se compararon con aquellos sin músculos y con músculos pasivos derivados del estudio anterior. Se observaron tendencias similares de rotación segmentaria con curvatura en S y C de la columna cervical en el intervalo de 150 ms analizado. Con músculos activos, el movimiento de flexión de los segmentos C0-C2 mostró mayores magnitudes de rotación en comparación con aquellos sin músculos y con modelos de músculos pasivos. El movimiento de flexión aumentó rápidamente y alcanzó su pico alrededor de los 95-105 ms, luego disminuyó rápidamente a una magnitud menor. Los segmentos C2-T1 inferiores mostraron menos variación en los movimientos de flexión y extensión. En general, durante las eyecciones de emergencia, las actividades musculares activas reducen efectivamente la variabilidad en los ángulos de rotación a lo largo de los segmentos cervicales, excepto en los segmentos C0-C2 en el periodo de 60-120 ms. El papel de la dinámica del estado activo de los músculos fue crucial para la magnitud de las fuerzas musculares demostradas. Esto indica que es crucial para los pilotos contraer conscientemente sus músculos antes de la eyección para prevenir lesiones en la columna cervical.

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