Musculoskeletal and Finite Element Modeling of Femoroacetabular Impingement

股骨髋臼撞击的肌肉骨骼和有限元建模

基本信息

  • 批准号:
    8629695
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15.83万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-05-01 至 2016-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Femoroacetabular impingement (FAI) is a reduction in hip joint clearance that causes hip pain and may predispose the hip joint to osteoarthritis (OA). Altered biomechanics are considered the key initiator of OA. Patients with FAI often present with chondrolabral damage and restrictions in range of motion, suggesting that FAI alters cartilage/labrum contact mechanics and hip kinematics. Recent studies suggest that FAI may also cause primary or adaptive changes to muscle activation and force. Previous clinical and basic biomechanics studies have failed to elucidate the link between FAI, altered biomechanics and OA due to oversimplified approaches or inaccurate testing equipment. Our long term goal is to improve the diagnosis and treatment of FAI by quantifying hip biomechanics. To support this goal, we propose a R21-level research study to demonstrate the feasibility of using a combined experimental and computational protocol to quantify joint kinematics, muscle forces/activations, and cartilage/labrum contact mechanics in the human hip. We will use a combination of dual fluoroscopy and camera-based marker tracking to quantify lower limb kinematics during activities of daily living. Musculoskeletal (MS) models will estimate muscle forces/activations and finite element (FE) models will predict chondrolabral mechanics. In the past, our MS models assumed a static hip joint center and pre-defined muscle attachments and our FE models assumed boundary and loading conditions from the literature. In this R21, we will compare MS model (Aim 1) and FE model (Aim 2) predictions between models that are subject-specific with those that assume pre-defined or literature-based inputs. After determining the required level of model complexity and after conducting power analyses with the pilot data from this R21, we will pursue R01 level funding extending our computational and experimental protocols to further investigate the biomechanics of FAI.
描述(由申请人提供):股骨替代撞击(FAI)是髋关节间隙的降低,会导致髋关节疼痛,并且可能使髋关节容易成为骨关节炎(OA)。改变的生物力学被认为是OA的关键引发剂。 FAI患者经常出现软骨lob损伤和运动范围的限制,这表明FAI会改变软骨/唇部接触力学和髋关节运动学。最近的研究表明,FAI也可能导致肌肉激活和力的主要或适应性变化。 以前的临床和基本生物力学研究未能阐明由于过度简单的方法或不准确的测试设备而导致的FAI,生物力学和OA之间的联系。我们的长期目标是通过量化髋关节生物力学来改善FAI的诊断和治疗。为了支持这一目标,我们提出了一项R21级研究研究,以证明使用合并的实验和计算方案来量化人类髋关节中关节运动学,肌肉力量/激活以及软骨/唇部接触力学。 我们将使用双透视镜和基于摄像头的标记跟踪的组合来量化日常生活活动期间的下肢运动学。肌肉骨骼(MS)模型将估计肌肉力量/激活,有限元(FE)模型将预测软骨力学。过去,我们的MS模型假设了一个静态的髋关节关节中心和预定的肌肉附件,而我们的FE模型假设了文献中的边界和载荷条件。在此R21中,我们将比较MS模型(AIM 1)和Fe模型(AIM 2)模型之间的预测,这些模型是特定于主题的模型与假设基于预定或基于文献的输入的模型。 在确定了所需的模型复杂性水平并通过此R21的试点数据进行了幂分析之后,我们将寻求R01水平资金,以扩展我们的计算和实验方案,以进一步研究FAI的生物力学。

项目成果

期刊论文数量(18)
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