A Statistical Model of Spine Shape and Material for Population-Oriented Biomechanical Simulation
Julkaisuvuosi
2021
Tekijät
Sun, Xiaobang; Wang, Hongkai; Wang, Weiying; Li, Nannan; Hämäläinen, Timo; Ristaniemi, Tapani; Liu, Changjian
Tiivistelmä
In population-oriented ergonomics product design and musculoskeletal kinetics analysis, digital spine models of different shape, pose and material property are in great demand. The purpose of this study was to construct a parameterized finite element spine model with adjustable spine shape and material property. We used statistical shape model approach to learn inter-subject shape variations from 65 CT images of training subjects. Second order polynomial regression was used to model the age-dependent changes in vertebral material property derived from spatially aligned CT images. Finally, a parametric spine generator was developed to create finite element instances of different shapes and material properties. For quantitative analysis, the generalization ability to emulate spine shapes of different people was evaluated by fitting into 17 test CT images. The median fitting accuracy was 0.8 for Dice coefficient and 0.43 mm for average surface distance. The age-dependent bone density regression curve was also proved to well agree with large population statistics data. Finite element simulation was performed to compare how shape parameters influenced the biomechanics distribution of spine. The proposed parametric finite element whole spine model will assist the design process of new devices and biomechanical simulation towards a wide range of population.
Näytä enemmänOrganisaatiot ja tekijät
Julkaisutyyppi
Julkaisumuoto
Artikkeli
Emojulkaisun tyyppi
Lehti
Artikkelin tyyppi
Alkuperäisartikkeli
Yleisö
TieteellinenVertaisarvioitu
VertaisarvioituOKM:n julkaisutyyppiluokitus
A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessäJulkaisukanavan tiedot
Lehti
Volyymi
9
Sivut
155805-155814
ISSN
Julkaisufoorumi
Julkaisufoorumitaso
2
Avoin saatavuus
Avoin saatavuus kustantajan palvelussa
Kyllä
Julkaisukanavan avoin saatavuus
Kokonaan avoin julkaisukanava
Rinnakkaistallennettu
Kyllä
Muut tiedot
Tieteenalat
Tietojenkäsittely ja informaatiotieteet; Liikuntatiede
Avainsanat
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Julkaisumaa
Yhdysvallat (USA)
Kustantajan kansainvälisyys
Kansainvälinen
Kieli
englanti
Kansainvälinen yhteisjulkaisu
Kyllä
Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa
Ei
DOI
10.1109/access.2021.3129097
Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen
Kyllä