УДК 004

ВОЗМОЖНОСТИ АНАЛИЗА ПАДАЮЩЕЙ ПОХОДКИ В ПРОГРАММНОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ OPENSIM

Чистякова Наталья Сергеевна1, Черкасов Кирилл Владимирович2, Новикова Татьяна Борисовна3
1Магнитогорский Государственный Технический Университет им. Г.И. Носова, студент группы ФИПИб - 13
2Магнитогорский Государственный Технический Университет им. Г.И. Носова, студент группы ФИПИб - 13
3Магнитогорский Государственный Технический Университет им. Г.И. Носова, кандидат педагогических наук, доцент кафедры бизнес-информатики и информационных технологий

Аннотация
В данной статье будет описан процесс моделирования так называемой "падающей походки" больных с церебральным параличом в программе OpenSim.

Ключевые слова: биомеханика, болезнь, моделирование, паралич, хирургия


POSSIBILITIES OF ANALYSIS FALLING GAIT IN SOFTWARE MATHEMATICAL SIMULATION OF BIOMECHANICAL PROCESSES OPENSIM

Chistyakova Natalya Sergeevna1, Cherkasov Kirill Vladimirovich2, Novikova Tatiana Borisovna3
1Nosov State Magnitogorsk Technical University, student of Faculty of Informatics and Applied Computer Science group #13
2Nosov State Magnitogorsk Technical University, student of Faculty of Informatics and Applied Computer Science group #13
3Nosov State Magnitogorsk Technical University, Ph.D., Associate Professor, Department of Business Informatics and Information Technologies

Abstract
The modeling process of so-called "falling gait" of patients with cerebral palsy in the OpenSim software will be described in this article.

Keywords: OpenSim


Библиографическая ссылка на статью:
Чистякова Н.С., Черкасов К.В., Новикова Т.Б. Возможности анализа падающей походки в программном обеспечении математического моделирования биомеханических процессов OpenSim // Современная техника и технологии. 2016. № 12. Ч. 2 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2016/12/11475 (дата обращения: 26.05.2017).

С каждым годом человечество отдаляется от неудобств. Данная программа является инновационным решением по изучению биомеханики. Вместо того, чтобы в каждом заведении проводить свои личные опыты, можно воспользоваться уже существующими решениями и значениями, которые были заложены специалистами на основе одного глобального эксперимента.

OpenSim – это программное обеспечение в свободном доступе для моделирования людей, животных, роботов и окружающей среды, а также позволяет моделировать их взаимодействие и движение, имеет графический пользовательский интерфейс (GUI) для визуализации моделей, генерации и анализа моделирования. Включает в себя интерфейс прикладного программирования (API), которые разработчики могут использовать, чтобы расширить программное обеспечение.

OpenSim можно использовать, чтобы изучить возможные причины падающей походки, это одна из наиболее распространённых аномалий походки среди больных церебральным параличом. Аномалия характеризуется чрезмерным сгибанием колена в фазе опоры, которая часто сопровождается преувеличенным сгибанием и внутренней ротацией бедра. Одной из предполагаемых причин наклонной походки – короткие сухожилия (подколенные). Иногда хирурги-ортопеды удлиняют эти сухожилия в попытке улучшить осанку и походку пациентов с церебральным параличом. Однако, и другие причины чрезмерного сгибания колена имеют место быть, дальнейшее удлинение подколенных сухожилий может ослабить прочность этих мышц.

Чтобы хирургу было проще определить, является ли оправданной процедура удлинения мышцы бедра, единственный возможный путь решить являются ли мышца пациента короче, чем «нормальные» – это создать модель опорно-двигательного аппарата и сравнить длины мышц в течение цикла падающей походки пациента с длиной мышцы в течение цикла нормальной походки.

Можно снять показания с больного с помощью энкодеров и перенести их в OpenSim, что позволит опровергнуть или подтвердить необходимость операции. Если существует необходимость только в теоретическом изучение данной проблемы, то в OpenSim уже включены экспериментальные данные, снятые с реальных пациентов.

Для этого сперва нужно будет загрузить модель с нормальной походкой gait2392_simbody.osim (в последующем желательно переименовать ее). Далее загружаем файл движения crouch1.mot, который находится в папке Gait2392_SimbodyTutorial1. Этот файл содержит данные падающей походки, а также есть два файла, в которые занесена падающая походка других пациентов. OpenSim позволяет загружать несколько моделей одновременно. Чтобы открыть вторую модель заново открываем файл gait2392_simbody.osim (если после загрузки не будет видно вторую модель, то необходимо нажать кнопку «R»). Вторая модель, которую загрузили, автоматически становится текущей (current), а предыдущая модель в окне вида становиться полупрозрачной. После этого, во вторую модель загружаем движение нормальной ходьбы normal.mot. OpenSim может синхронизировать несколько движений, позволяя одновременно анимировать несколько моделей и их движения (ветка Motions каждой модели в Navigator, зажав Ctrl выбираем оба движения, затем правой кнопкой мыши по одному из них, во всплывшем меню нажимаем Sync. Motions.). Чтобы анимировать модели и визуализировать оба этих движения нажмите play. Обратите внимание, что оба движения синхронизировались. Включите стрелочку loop, есть возможность регулировать скорость анимации и вращать модели (Рис. 1).

Рис. 1 Строка управления анимацией

Представленные возможности с должным вниманием позволят совершить прорывы в таких областях, как медицина и робототехника. Сами же создатели рассматривали биомеханику с целью создания экзоскелетов и протезов для людей с ограниченной подвижностью.


Библиографический список
  1. Open TK // официальный сайт разработчиков библиотек OpenTK [Электронный ресурс] URL: https://simtk.org/projects/opensim/


Все статьи автора «Черкасов Кирилл Владимирович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: