Statical analysis of the muscle-and-tendon-driven system of the human on the pseudo-triangular structure matrix.

伪三角结构矩阵上人体肌肉肌腱驱动系统的静态分析。

基本信息

批准号：
19560265
负责人：
YOKOGAWA Ryuichi
金额：
$ 3万
依托单位：
Doshisha University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、屈曲・伸展運動における指の筋・腱駆動モデルと3関節4腱駆動方式の腱の経路・配置を、筋・腱張力と指先操作力の関係に基づいて比較・検討することにより、屈曲・伸展運動における人の指の器用な動作が、筋・腱駆動系のどのような機構によって実現されているのかを、静力学的に調べることであった。人の指の筋・腱駆動モデルにおいて、屈曲・伸展運動に限定するときの各関節に対する筋・腱の経路と3関節4腱駆動方式の腱の経路を比較した。この比較により、複雑な人の筋・腱駆動系を簡単化し、筋張力で任意の指先操作力が制御できるように各関節に対する筋・腱の経路のモデル化を行った。MRI計測に基づいて、人の指の各関節における各腱のモーメントアームのモデル化を行った(被験者3人)。擬似三角構造マトリクスに基づいて得られた筋・腱の経路モデルとMRI計測に基づいたモーメントアームのモデルより人の示指の新しい腱駆動系モデルを作成した。このモデルを用いて、筋張力空間から指先操作力空間への写像を幾何学的に表し、その幾何学的特徴を基に腱駆動系の静力学的特徴を調べた。結果として、MRI計測に基づいた示指の3つの関節における筋・腱のモーメントアームのモデルを新たに構築できた。そのモデルと3関節4腱駆動方式の腱の経路とを比較することで、指の筋・腱駆動系が擬似三角構造マトリクスに基づく駆動系に近似できることが判った。結論として、人の示指の筋・腱駆動系は、筋張力により任意の各関節トルクを理論的に安定に出力できる筋の数と経路を持っていることが判った。

本研究的目的是根据屈伸时肌肉/腱张力与指尖操纵力的关系，对手指肌肉/腱驱动模型与3关节4腱驱动方法的腱路径和排列进行比较和检验本研究的目的是静态研究肌肉腱驱动系统的机制，该系统使人类手指在弯曲和伸展过程中能够灵巧地运动。在人类手指肌肉/肌腱驱动模型中，我们比较了限制屈曲/伸展运动时每个关节的肌肉/肌腱路径和 3 关节、4 肌腱驱动系统中的肌腱路径。通过这种比较，我们简化了复杂的人体肌肉/肌腱驱动系统，并对每个关节的肌肉/肌腱路径进行了建模，以便可以通过肌肉张力来控制任意指尖操作力。基于 MRI 测量，我们对人类手指（3 名受试者）每个关节中每个肌腱的力臂进行了建模。根据基于伪三角形结构矩阵获得的肌肉/肌腱路径模型和基于 MRI 测量的力臂模型，创建了人类食指的新肌腱驱动系统模型。利用该模型，我们将肌肉张力空间到指尖操作力空间的映射进行了几何表达，并根据几何特性研究了肌腱驱动系统的静态特性。因此，我们能够根据 MRI 测量结果构建食指三个关节中肌肉和肌腱力臂的新模型。通过将该模型与3关节、4腱驱动系统的腱路径进行比较，发现手指肌肉/腱驱动系统可以近似为基于伪三角形结构矩阵的驱动系统。综上所述，发现人体食指的肌肉肌腱驱动系统具有理论上可以根据肌肉张力稳定输出任意关节扭矩的肌肉数量和路径。