Estimation of Trunk Muscle Forces Using a Bio-Inspired Control Strategy Implemented in a Neuro-Osteo-Ligamentous Finite Element Model of the Lumbar Spine
Notice bibliographique
Résumé
Low back pain (LBP), the leading cause of disability worldwide, remains one of the most common and challenging problems in occupational musculoskeletal disorders. The effective assessment of LBP injury risk, and the design of appropriate treatment modalities and rehabilitation protocols, require accurate estimation of the mechanical spinal loads during different activities. This study aimed to: (1) develop a novel 2D beam-column finite element control-based model of the lumbar spine and compare its predictions for muscle forces and spinal loads to those resulting from a geometrically matched equilibrium-based model; (2) test, using the foregoing control-based finite element model, the validity of the follower load (FL) concept suggested in the geometrically matched model; and (3) investigate the effect of change in the magnitude of the external load on trunk muscle activation patterns. A simple 2D continuous beam-column model of the human lumbar spine, incorporating five pairs of Hill's muscle models, was developed in the frontal plane. Bio-inspired fuzzy neuro-controllers were used to maintain a laterally bent posture under five different external loading conditions. Muscle forces were assigned based on minimizing the kinematic error between target and actual postures, while imposing a penalty on muscular activation levels. As compared to the geometrically matched model, our control-based model predicted similar patterns for muscle forces, but at considerably lower values. Moreover, irrespective of the external loading conditions, a near (<3°) optimal FL on the spine was generated by the control-based predicted muscle forces. The variation of the muscle forces with the magnitude of the external load within the simulated range at the L1 level was found linear. This work presents a novel methodology, based on a bio-inspired control strategy, that can be used to estimate trunk muscle forces for various clinical and occupational applications toward shedding light on the ever-elusive LBP etiology.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».