Математическое моделирование головы и шеи человека: проблемы и возможные решения
Г. Николова
, Д. Данчев
Abstract: Цель: В данном исследовании сделана попытка предоставить более реалистичную модель головы и шеи человека как двух отдельных сегментов человеческого тела. Материал и методы: Мы представляем аналитические выражения для массы, центра массы, объемов, основных моментов головы и шейных сегментов по отдельности, а также в сочетании таковых в виде сегментов «голова и шея». Результаты: В данном исследовании предложен различный подход к моделированию головы и шеи: i) Голова смоделирована как продолговатый сфероид; горизонтальная плоскость разрезает его, образуя поперечное сечение с соответствующим размером, полученным путем измерения горловины, таким образом обеспечивая плавное соединение головы с шеей в этом поперечном сечении. ii) Шея моделируется как цилиндр. Обсуждение: До сих пор большинство моделей представляли голову и шею как эллипсоид. В настоящем исследовании мы решили эту проблему, использовав другую модель. Мы используем математическое моделирование для определения массо-инерционных свойств изучаемых сегментов. Выводы: В настоящей статье предлагается более реалистичное и близкое к реальным формам математическое моделирование головы и шеи. При условии, что получены легкоизмеряемые антропометрические параметры, это моделирование может применяться к любому человеку, независимо от его расы и пола.
Keywords: голова и шея; Моделирование тела человека; массо-инерционные характеристики
| References: (click to open/close) | [1] Yordanov, Y., Nacheva, A., Tornyova, S., Kondova, N., Dimitrova, B., Topalova, D., 2006. Anthropology of the Bulgarian population at the end of the 20-th century (30-40 years old). Professor Marin Drinov Academic Publishing House, Sofia, Bulgaria.
[2] Dempster, W. T., 1955. Space requirements of the seated operator. WADC Technical Report 55-159, Wright-Patterson Air Force Base, Ohio.
[3] Clauser, C. E., McConville, J. T., Young, J. W., 1969. Weight, volume, and center of mass of segments of the human body, Technical Report AMRL-TR-69-70, Wright-Patterson Air Force Base, Ohio.
[4] Chandler, R. F., Clauser, C. E., McConville, J. T., Reynolds, H. M., Young, J. W., 1975. Investigation of inertial properties of the human body. Technical Report AMRL-TR-74-137, Wright-Patterson Air Force Base, Ohio.
[5] Zatsiorsky, V., M, Seluyanov, V. N., 1983. The mass and inertia characteristics of the main segments of the human body. In Matsui H., Kobayashi K. (Eds.), Biomechanics VIII-B. Champaign, IL: Human Kinetics, 1152–1159.
[6] Mungiole, M., Martin. P., E., 1990. Estimating segment inertial properties: Comparison of magnetic resonance imaging with existing methods. Journal of Biomechanics 23, 1039–1046.
[7] Wei, C., Jensen, R. K., 1995. The application of segment axial density profiles to a human body inertia model. Journal of Biomechanics, 28, 103–108.
[8] Hanavan, E., P., 1964 A mathematical model of the human body, AMRLTR-64-102 Ohio, Aerospace Medical Research Laboratories, Wright-Patterson Air Force Base, Ohio.
[9] Hatze. H., 1980 A mathematical model for computational determination of parameter values of anthropomorphic segments. Journal of Biomechanics 13, 833-843.
[10] Wooley, C., 1972. Segment masses, centers of mass and local moments of inertia for an anthropometric model of the man. National Aronautic and Space Administration Report D-6584, Washington, D. C.
[11] Zatsiorsky. V., M., 2002. Kinetics of human motion, Human Kinetics, Champaign, IL, USA.
[12] Pascoletti, G., Huysmans, T., Molenbroek, J.F.M. & Zanetti, E. M., 2024. From an ellipsoid-based to an anthropomorphic articulated total body model for multibody applications. International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM) 18, 5991–6011.
[13] Nikolova G., Toshev Y., 2007. Estimation of male and female body segment parameters of the Bulgarian population using a 16-segmental mathematical model. Journal of Biomechanics 40, 16, 3700-3707.
[14] Nikolova, G., Tsveov, M., Dantchev, D, Kiriazov, P., 2021. CAD design of a new 3D geometrical model of the human body. Series on Biomechanics, 35, 2, 58-64.
[15] Whittle, M., 1991. Gait Analysis: An Introduction, Butterworth-Heinemann Ltd., Halley Court, Jordan Hill, Oxford 0X2 8EJ.
[16] Dimitrova, A., 2023. Differences in muscle mass and fat mass accumulation in youth female athletes, Series on Biomechanics, 37, 4, 3-8.
[17] Dimitrova, A., Kachaunov, M., Petrov, L. 2024. Anthropometric and body composition profile of young swimmers. Series on Biomechanics, 38, 3, 55-60.
[18] Carpentier, C., Font-Llagunes, J.M., Kövecses, J. 2010. Dynamics and energetics of impacts in crutch walking, Journal of Applied Biomechanics, 26, 473-483.
[19] Hasan, S. K., Dhingra, A., K. 2022. Biomechanical design and control of an eight DOF human lower extremity rehabilitation exoskeleton robot. Results in Control and Optimization 7: 100107.
[20] Baines, K. N., Edmond, S., & EISMA, D. R. 2011. Stature. In: Forensic anthropology, 113-136 CRC Press.
|
|
| Date published: 2025-03-25
(Price of one pdf file: 39.00 BGN/20.00 EUR)
