JP6043146B2 - 骨に沿った筋肉の運動および関節のまわりの筋肉の運動を数値的にシミュレートする方法およびシステム - Google Patents
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Description
を備える。筋肉による力の発生は、
で表される。
を備える。筋弾性からのエネルギ蓄積は、
で表される。
で表される。
で表される。
T2 = T1eμθ
ここで、T2の514bは高い張力であり、T1の514aは低い張力であり、θは接触角であり、μは摩擦係数である。
1) それぞれのトラス要素に対する標準的な力を計算する
・伸張されていない長さloを取得する
・現在の長さlおよび歪速度
を計算する
・lo、lおよび
の関数として軸方向応力を計算する
・軸方向の力T = Aσを計算する
2) ローラにまたがるそれぞれのペアのトラス要素の力および長さの補正する(つまり「滑り」調整する)
・計算した軸方向の力を試行値として使用する
・キャプスタン方程式を確認する
・キャプスタン方程式に適う場合は、試行値を張力として使用する
・そうでなければ、反復法を用いて非線形の関数の根(ルート)
を求める
・1ペアのトラス要素のそれぞれの伸張していない長さを更新する
・根から計算された張力を使用する
3) 「あまりにも短い」要素をローラの一方の側から反対側へ移動させる「交換」調整を行う
・1ペアの一方が閾値(つまり最小長lmin)に対して「あまりにも短く」なった場合、トラス要素を再メッシュ化する
・トラス要素の接続を変更する
・ローラに関連するノードを変更する
・移動されたばかりの要素がlminより確実に長くなるよう、移動されたばかりの要素に対して新しいノードを生成する
・移動されたばかりの要素の要素特性を変更する
本発明の実施形態は、ここに説明した機能を実行可能な1つ以上のコンピュータシステムに対してなされたものである。コンピュータシステム700の一例を、図7に示す。コンピュータシステム700は、プロセッサ704など1つ以上のプロセッサを有する。プロセッサ704は、コンピュータシステム内部通信バス702に接続されている。種々のソフトウェアの実施形態を、この例示的なコンピュータシステムの点から説明する。この説明を読むと、いかにして、他のコンピュータシステムおよび/またはコンピュータアーキテクチャーを用いて、本発明を実行するかが、関連する技術分野に習熟している者には明らかになるであろう。
212 トラス要素
214 ローラ
300 筋肉モデル
301 収縮性要素(CE)
302 ダンパ要素(DE)
303 受動要素(PE)
500 ローラ
502 接触角
514a 張力
514b 張力
504a トラス要素
504b トラス要素
601〜604 ノード
611〜613 トラス要素
718 リムーバブルストレージユニット
722 リムーバブルストレージユニット
710 2次メモリ
712 ハードディスクドライブ
714 リムーバブルストレージドライブ
720 インタフェース
708 メインメモリ(RAM)
706 モジュール
704 プロセッサ
702 バス
724 通信インタフェース
730 I/Oインタフェース
Claims (12)
- 骨に沿った筋肉の運動および関節のまわりの筋肉の運動を数値的にシミュレートする方法であって、
時間進行筋肉運動シミュレーションを行うアプリケーションモジュールがインストールされたコンピュータシステムにおいて、複数のトラス要素および少なくとも1つのローラを有するコンピュータ化モデルを受け取るステップであって、前記複数のトラス要素が筋肉繊維を表すように構成されるとともにそれぞれのローラが関節を表すように構成されており、前記複数のトラス要素が筋肉の生体力学特性モデルと関連しているステップと、
コンピュータシステムにおけるアプリケーションモジュールを用いてコンピュータ化モデルによって前記時間進行シミュレーションを行うステップであって、前記時間進行シミュレーションが時間の経過を表す一連の連続ソリューションサイクルを有するステップと、
それぞれのソリューションサイクルにおいて前記複数のトラス要素の軸方向応力および歪みを演算するステップと、
それぞれのローラにまたがっているそれぞれのトラス要素ペアに滑り調整および交換調整を適用し、骨に沿った筋肉繊維の数値的にシミュレートされた運動および関節のまわりの筋肉繊維の数値的にシミュレートされた運動を得るステップと、
を備え、
前記滑り調整では、前記それぞれのトラス要素ペアの伸張していない長さを再定義し、
前記それぞれのトラス要素ペアの一方が前記滑り調整により閾値より短くなったとき、前記交換調整が行われ、
前記交換調整では、前記それぞれのローラの第1側から第2側に前記それぞれのトラス要素ペアの前記一方を移動させる、
方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記交換調整後、前記それぞれのトラス要素ペアの前記一方は、前記閾値より大きい長さで構成される方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記伸張していない長さを、前記それぞれのローラにおいてキャプスタン方程式を用いて反復的に決定する方法。
- 請求項3に記載の方法であって、前記キャプスタン方程式は、前記それぞれのトラス要素ペアの軸方向応力および歪み、ならびに前記それぞれのローラの接触角の関数である方法。
- 請求項4に記載の方法であって、前記それぞれのローラの接触角は、前記それぞれのトラス要素ペアのそれぞれの方向によって決定される方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記コンピュータ化モデルは有限要素解析モデルである方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記筋肉生体力学特性モデルは、非線形ヒルタイプ筋肉生体力学特性モデルを備える方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記それぞれのローラは、前記それぞれのトラス要素ペアによって共有されるノードを有する方法。
- 骨に沿った筋肉の運動および関節のまわりの筋肉の運動を数値的にシミュレートするシステムであって、
入出力(I/O)インタフェースと、
筋肉の運動をシミュレートするための1つ以上のアプリケーションモジュールに関するコンピュータ可読コードを記憶しているメモリと、
前記メモリに連結される少なくとも1つのプロセッサと、
を備えており、前記少なくとも1つのプロセッサがメモリ内のコンピュータ可読コードを実行して、これにより、前記1つ以上のアプリケーションモジュールに、
複数のトラス要素および少なくとも1つのローラを有するコンピュータ化モデルを受け取るオペレーションであって、前記複数のトラス要素が筋肉繊維を表すように構成されるとともにそれぞれのローラが関節を表すように構成されており、前記複数のトラス要素が筋肉の生体力学特性モデルと関連しているオペレーションと、
コンピュータシステムにおけるアプリケーションモジュールを用いてコンピュータ化モデルによって前記時間進行シミュレーションを行うオペレーションであって、前記時間進行シミュレーションが時間の経過を表す一連の連続ソリューションサイクルを有するオペレーションと、
それぞれのソリューションサイクルにおいて前記複数のトラス要素の軸方向応力および歪みを演算するオペレーションと、
それぞれのローラにまたがっているそれぞれのトラス要素ペアに滑り調整および交換調整を適用し、骨に沿った筋肉繊維の数値的にシミュレートされた運動および関節のまわりの筋肉繊維の数値的にシミュレートされた運動を得るオペレーションと、
を行わせ、
前記滑り調整では、前記それぞれのトラス要素ペアの伸張していない長さを再定義し、
前記それぞれのトラス要素ペアの一方が前記滑り調整により閾値より短くなったとき、前記交換調整が行われ、
前記交換調整では、前記それぞれのローラの第1側から第2側に前記それぞれのトラス要素ペアの前記一方を移動させる、
システム。 - 請求項9に記載のシステムであって、前記伸張していない長さは、前記それぞれのローラにおいてキャプスタン方程式を用いて反復的に決定されるシステム。
- 方法を用いて骨に沿った筋肉の運動および関節のまわりの筋肉の運動を数値的にシミュレートするコンピュータが実行可能な命令を有するコンピュータ可読媒体であって、該方法が、
時間進行筋肉運動シミュレーションを行うアプリケーションモジュールがインストールされたコンピュータシステムにおいて、複数のトラス要素および少なくとも1つのローラを有するコンピュータ化モデルを受け取るステップであって、前記複数のトラス要素が筋肉繊維を表すように構成されるとともにそれぞれのローラが関節を表すように構成されており、前記複数のトラス要素が筋肉の生体力学特性モデルと関連しているステップと、
コンピュータシステムにおけるアプリケーションモジュールを用いてコンピュータ化モデルによって前記時間進行シミュレーションを行うステップであって、前記時間進行シミュレーションが時間の経過を表す一連の連続ソリューションサイクルを有するステップと、
それぞれのソリューションサイクルにおいて前記複数のトラス要素の軸方向応力および歪みを演算するステップと、
それぞれのローラにまたがっているそれぞれのトラス要素ペアに滑り調整および交換調整を適用し、骨に沿った筋肉繊維の数値的にシミュレートされた運動および関節のまわりの筋肉繊維の数値的にシミュレートされた運動を得るステップと、
を備え、
前記滑り調整では、前記それぞれのトラス要素ペアの伸張していない長さを再定義し、
前記それぞれのトラス要素ペアの一方が前記滑り調整により閾値より短くなったとき、前記交換調整が行われ、
前記交換調整では、前記それぞれのローラの第1側から第2側に前記それぞれのトラス要素ペアの前記一方を移動させる、
コンピュータ可読媒体。 - 請求項11に記載のコンピュータ可読媒体であって、前記伸張していない長さは、前記それぞれのローラにおいてキャプスタン方程式を用いて反復的に決定されるコンピュータ可読媒体。
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