An Integrated Rigid-Flexible Body Dynamic Approach to Computationally Efficient Musculoskeletal Modeling and Muscle Recruitment Simulation of the Lumbosacral Spine and Torso
Notice bibliographique
Résumé
OBJECTIVE: In silico biomechanical models of the spine traditionally follow either rigid body dynamic (RBD) modeling (multibody modeling) or finite element (FE) modeling techniques. While RBD models lack robust representation for flexible tissues, FE models are computationally expensive. This study proposes an integrated rigid-flexible body dynamic (RFBD) architecture to address these limitations, and develops a full-torso human model, focusing spinal mechanical stability. METHODS: The model consisted of L1-L5 lumbar vertebrae, pelvis, sacrum, a lumped thoracic spine with ribcage as rigid bodies, while the intervertebral discs (IVDs), abdominal cavity and thoracolumbar fascia (TLF) were modeled as deformable reduced-order flexible bodies. Spinal ligaments were represented as nonlinear tension-only springs, while the musculature was modeled as tension-only forces. Level-by-level spinal stiffness was validated under pure flexion moments up to 7.5 Nm against literature studies. The reduced-order implementation was also validated against an identical FE model. Spinal stability contribution of different tissues in flexion was systematically evaluated using six on-off cases. RESULTS: Passive spine segmental stiffness profiles matched well with ex vivo and in silico comparators. The RFBD method demonstrated strong agreement with the FE solver, while significantly reducing computational demand. Stability analyses highlighted the role of intra-abdominal pressure in spinal unloading and generation of compressive loads along the spinal curvature through muscle recruitment. CONCLUSION: This parametric, fast-solving, high-fidelity spine simulation platform could be a useful biomechanical tool for spine researchers. SIGNIFICANCE: A novel human torso model with integrated rigid and flexible bodies was presented in this study, providing insights into mechanical spine stability.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».