AnyBody　应用案例

① 概要

在AnyBody中，用于计算的人体模型大致上再现了实际人体的构成。然而，由于计算时间和建模难度等因素，某些部位被简化了，例如手指的建模和膝关节的构造。针对这些问题，可以通过添加详细描述和修改AnyBody模型来加以改进。

默认模型・・・1个刚体

在下一版本的AnyBody中，预定导入的胸廓详细模型将对胸廓的所有骨骼（包括胸椎、肋骨和胸骨）进行分割，并在各个椎体之间设定关节和约束，从而能够模拟胸椎的侧弯变形。

以下是AnyBody原厂（AnyBody Technology）公开的应用胸廓详细模型进行侧弯变形模拟的示例。
Shayestehpour, H., Rasmussen, J., Galibarov, P. et al. An articulated spine and ribcage kinematic model for simulation of scoliosis deformities. Multibody Syst Dyn 53, 115–134 (2021).
https://doi.org/10.1007/s11044-021-09787-9

胸廓详细模型……共计38个刚体(肋骨12×2，胸椎12，胸骨2)

关节和运动模型描述
・胸椎之间的关节（胸椎间关节）以及胸椎与肋骨之间的关节（肋椎关节、肋横突关节）被建模为球体关节。
・肋骨与胸骨之间的连接（肋软骨接合处、胸肋关节）通过平移位移的约束来构建模型并定义其运动。
侧弯模型示例（手动输入）
在侧弯模型中，胸椎的角度设定方式与AnyBody中其他脊椎（颈椎、腰椎）相同，采用基于一组关节角度计算其他关节角度的方法（脊椎节律Spine Rhythm）。
自定义角度输入
如果你需要在每个胸椎上输入特定的角度值（例如基于X光测量的结果），则应禁用脊椎节律（Spine Rhythm），并直接设置相应的角度。

我们可以在模型允许的范围内自由输入角度，以调整模型的腰椎（L5）到胸椎（T1）的角度。 在本页的示例中，以脊椎侧弯为例，设定了以下关节弯曲角度进行分析：
・T4-T5关节弯曲20°
・L3-L4关节弯曲20°
・T9-T10关节弯曲40°

红箭头代表弯曲部位

分析方法与结果
分析方法
分析是在上述骨骼模型的基础上添加肌肉模型进行的。

分析结果
通过分析，确认了腰椎和胸椎的以下三个关键指标：
1.侧弯力矩
2.关节压缩力
3.左右剪切力
①侧弯力矩
在正常站立姿势下，如果脊椎没有发生变形，则不会产生侧弯力矩。然而，由于侧弯变形导致重心位置的变化，会产生由自重引起的侧弯力矩。为了维持姿势，胸椎和腰椎需要在相反方向上产生与自重引起的侧弯力矩大小相等的力矩以达到平衡。这种平衡的侧弯力矩是由肌肉活动提供的（上图显示了肌肉激活产生的力矩值）。然而，随着肌肉活动的增加，关节产生的作用力（关节反作用力）也会相应增加。

②关节压缩力矩
上图展示了关节反力中的近位-远位（压缩-伸展）方向的力。从图中可以看出，腰椎的压缩力显著增加。

③关节左右剪切力
这是关节反力中内-外（右-左）方向的力。由于脊柱侧弯的影响，腰椎和胸椎上产生了最大约150N（约15kg）的剪切力（作用于错位方向的力）。

如上所述，通过使用胸廓详细模型，可以精确计算出胸廓内的力的分布情况。