Automated Generation of Three-Dimensional Complex Muscle Geometries for Use in Personalised Musculoskeletal Models
| dc.contributor.author | Modenese, Luca | |
| dc.contributor.author | Kohout, Josef | |
| dc.date.accessioned | 2020-06-22T10:00:16Z | |
| dc.date.available | 2020-06-22T10:00:16Z | |
| dc.date.issued | 2020 | |
| dc.description.abstract | Geometrickou reprezentaci svalů ve výpočetních modelech muskuloskeletálního systému typicky představuje série úseček, jejichž anatomie je založena na měřeních provedených na několika málo kadaverických studií, což omezuje možnosti personalizace a posouzení geometrických modelů svalů. Pro překonání tohoto metodologického omezení navrhujeme novou, plně automatickou techniku, která z geometrie povrchu svalu a jeho úponových oblastí dokáže vygenerovat libovolný počet tzv. line of action (vláken) tvořených uživatelsky definovaným počtem úseků. Tato vlákna mohou být začleněna do standardních muskuloskeletálních modelů a využita v biomechanických simulacích. Tato metodologie byla aplikována na čtyři svaly v okolí kyčelního kloubu (iliacus, psoas, gluteus maximus a gluteus medius), extrahovaných z MRI snímků kadavera, pro které byly vytvořeny vysoce diskretizované reprezentace a použity pro simulaci funkčních úloh. Momenty sil jednotlivých vláken byly validovány vůči měřením a modelům stejných svalů z literatury se slibnými výsledky. Lze proto očekávat, že navržený přístup zlepší anatomické reprezentace kosterních svalů v personalizovaných biomechanických modelech a aplikacích FE. | cs |
| dc.description.abstract-translated | The geometrical representation of muscles in computational models of the musculoskeletal system typically consists of a series of line segments. These muscle anatomies are based on measurements from a limited number of cadaveric studies that recently have been used as atlases for creating subject-specific models from medical images, so potentially restricting the options for personalisation and assessment of muscle geometrical models. To overcome this methodological limitation, we propose a novel, completely automated technique that, from a surface geometry of a skeletal muscle and its attachment areas, can generate an arbitrary number of lines of action (fibres) composed by a user-defined number of straight-line segments. These fibres can be included in standard musculoskeletal models and used in biomechanical simulations. This methodology was applied to the surfaces of four muscles surrounding the hip joint (iliacus, psoas, gluteus maximus and gluteus medius), segmented on magnetic resonance imaging scans from a cadaveric dataset, for which highly discretised muscle representations were created and used to simulate functional tasks. The fibres' moment arms were validated against measurements and models of the same muscles from the literature with promising outcomes. The proposed approach is expected to improve the anatomical representation of skeletal muscles in personalised biomechanical models and finite element applications. | en |
| dc.format | 12 s. | cs |
| dc.format.mimetype | application/pdf | |
| dc.identifier.citation | MODENESE, L., KOHOUT, J. Automated Generation of Three-Dimensional Complex Muscle Geometries for Use in Personalised Musculoskeletal Models. Annals of Biomedical Engineering, 2020, roč. 48, č. 6, s. 1793-1804. ISSN 0090-6964. | en |
| dc.identifier.document-number | 520620900001 | |
| dc.identifier.doi | 10.1007/s10439-020-02490-4 | |
| dc.identifier.issn | 0090-6964 | |
| dc.identifier.obd | 43929586 | |
| dc.identifier.uri | 2-s2.0-85082774154 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11025/37037 | |
| dc.language.iso | en | en |
| dc.project.ID | LO1506/PUNTIS - Podpora udržitelnosti centra NTIS - Nové technologie pro informační společnost | cs |
| dc.publisher | Springer | en |
| dc.relation.ispartofseries | Annals of Biomedical Engineering | en |
| dc.rights | © Springer | en |
| dc.rights.access | openAccess | en |
| dc.subject | Kosterní sva | cs |
| dc.subject | muskuloskeletální geometrie | cs |
| dc.subject | momenty sil | cs |
| dc.subject | line of action | cs |
| dc.subject | dolní končetina | cs |
| dc.subject.translated | skeletal muscle | en |
| dc.subject.translated | musculoskeletal geometry | en |
| dc.subject.translated | moment arms | en |
| dc.subject.translated | line of action | en |
| dc.subject.translated | lower limb | en |
| dc.title | Automated Generation of Three-Dimensional Complex Muscle Geometries for Use in Personalised Musculoskeletal Models | en |
| dc.title.alternative | Automatické generování 3D geometrie složitých svalů pro personalizované muskuloskeletální modely | cs |
| dc.type | článek | cs |
| dc.type | article | en |
| dc.type.status | Peer-reviewed | en |
| dc.type.version | publishedVersion | en |