काइनेमेटिक्स और जोड़ जैवयांत्रिकी

काइनेमेटिक्स यह वर्णन करता है कि शरीर के खंड और जोड़ कैसे गति करते हैं - उनकी स्थिति, विस्थापन, वेग और घूर्णन के अक्ष - जबकि जोड़ जैवयांत्रिकी उन बलों और क्षणों का विश्लेषण करता है जो उस गति को उत्पन्न और प्रतिरोध करते हैं। साथ मिलकर वे यह निर्धारित करते हैं कि मस्कुलोस्केलेटल प्रणाली मांसपेशियों के प्रयास को नियंत्रित, भार-वहन गति में कैसे परिवर्तित करती है।

Definition

काइनेमेटिक्स गति का वर्णन है - खंडों और जोड़ों का विस्थापन, वेग और त्वरण - इसमें शामिल बलों के संदर्भ के बिना; जोड़ जैवयांत्रिकी इसे काइनेटिक्स तक विस्तारित करता है, जो जोड़ गति को उत्पन्न और प्रतिरोध करने वाले बलों, क्षणों और मांसपेशियों की क्रियाओं का विश्लेषण है।

Scope

यह विषय जोड़ गति (स्वतंत्रता की कोटियाँ, तल और अक्ष, गति की सीमा) के वर्णन, जोड़ बलों और क्षणों (काइनेटिक्स) के विश्लेषण, और कैसे मांसपेशियाँ, कण्डराएँ और जोड़ ज्यामिति गति उत्पन्न करने के लिए संयोजित होते हैं, जिसमें उन मात्राओं का अनुमान लगाने के लिए उपयोग किए जाने वाले कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग भी शामिल है जिन्हें सीधे मापा नहीं जा सकता है। यह एक कार्यप्रणाली और विश्लेषणात्मक संदर्भ है, न कि नैदानिक मार्गदर्शन।

Core questions

• जोड़ और खंड गति को स्वतंत्रता की कोटियों, तलों और अक्षों के संदर्भ में कैसे वर्णित किया जाता है?
• गति और बाहरी भार से जोड़ बलों और क्षणों का अनुमान कैसे लगाया जाता है?
• मांसपेशी बल, मोमेंट आर्म और जोड़ ज्यामिति गति उत्पन्न करने के लिए कैसे संयोजित होते हैं?
• आंतरिक यांत्रिकी का अनुमान लगाने के लिए कम्प्यूटेशनल मस्कुलोस्केलेटल मॉडल का उपयोग कैसे किया जाता है?

Key concepts

• स्वतंत्रता की कोटियाँ और जोड़ अक्ष
• गति के तल और गति की सीमा
• मोमेंट आर्म और जोड़ टॉर्क
• काइनेमेटिक्स बनाम काइनेटिक्स
• व्युत्क्रम और अग्र गतिकी
• मस्कुलोस्केलेटल मॉडलिंग और सिमुलेशन

Key theories

हिल-प्रकार मस्कुलोटेंडन मॉडलिंग

जैवयांत्रिकी विश्लेषण में मांसपेशी बल उत्पादन को आमतौर पर हिल-प्रकार के मॉडल द्वारा दर्शाया जाता है, जिसमें बल-लंबाई और बल-वेग गुणों वाला एक संकुचनशील तत्व एक लोचदार कण्डरा के साथ श्रृंखला में कार्य करता है, जिससे यह अनुकरण किया जा सकता है कि मांसपेशियाँ जोड़ गति को कैसे चलाती हैं।

व्युत्क्रम और अग्र गतिकी

जोड़ काइनेटिक्स का विश्लेषण या तो व्युत्क्रम गतिकी द्वारा किया जाता है, जिसमें देखी गई गति को उत्पन्न करने के लिए आवश्यक शुद्ध जोड़ क्षणों की गणना की जाती है, या अग्र गतिकी द्वारा, जिसमें अनुमानित मांसपेशी बलों से गति की भविष्यवाणी की जाती है, जो गति और इसे उत्पन्न करने वाले बलों के बीच पूरक मार्ग प्रदान करते हैं।

Mechanisms

जोड़ गति को एक जोड़ के स्वतंत्र रूप से गति करने के तरीकों की संख्या (स्वतंत्रता की कोटियाँ) और उन तलों और अक्षों द्वारा वर्णित किया जाता है जिनके चारों ओर यह घूमता है, जिसमें गति की सीमा आर्टिकुलर ज्यामिति और नरम-ऊतक बाधाओं द्वारा सीमित होती है। गति को चलाने वाले बल मांसपेशियों से उत्पन्न होते हैं, जिनका एक जोड़ पर प्रभाव उनके द्वारा उत्पन्न बल और उनके मोमेंट आर्म (क्रिया की रेखा से जोड़ अक्ष तक की लंबवत दूरी) पर निर्भर करता है - ताकि जोड़ टॉर्क मांसपेशियों के बल और मोमेंट आर्म का गुणनफल हो जो सभी मांसपेशियों में योग किया जाता है। क्योंकि जीवित विषयों में आंतरिक मांसपेशी और जोड़ संपर्क बलों को सीधे मापा नहीं जा सकता है, जैवयांत्रिकी विशेषज्ञ मापी गई गति और बाहरी बलों से शुद्ध जोड़ क्षणों की गणना करने के लिए व्युत्क्रम गतिकी (inverse dynamics) का उपयोग करते हैं, और सिमुलेशन के माध्यम से व्यक्तिगत मांसपेशी योगदान का अनुमान लगाने के लिए हिल-प्रकार के एक्चुएटर (Hill-type actuators) के साथ मस्कुलोस्केलेटल मॉडल का उपयोग करते हैं।

Clinical relevance

काइनेमेटिक और काइनेटिक विश्लेषण सामान्य और परिवर्तित जोड़ कार्यप्रणाली की आर्थोपेडिक समझ, पुनर्निर्माण प्रक्रियाओं के लिए तर्क, और चोट या सर्जरी के बाद गति के मूल्यांकन का आधार है। यह विषय बताता है कि गति और जोड़ लोडिंग को कैसे मापा और मॉडल किया जाता है और यह किसी भी व्यक्ति के लिए उपचार या पुनर्वास निर्धारित करने का आधार नहीं है।

Evidence & guidelines

जोड़ काइनेमेटिक्स और जैवयांत्रिकी विश्लेषण यांत्रिकी पर आधारित हैं और प्रायोगिक और कम्प्यूटेशनल अध्ययनों के माध्यम से मान्य हैं; मानक विधियों को जैवयांत्रिकी ग्रंथों और व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले ओपन-सोर्स मॉडलिंग फ्रेमवर्क में समेकित किया जाता है, न कि नैदानिक दिशानिर्देशों में।

History

मानव गति का मात्रात्मक अध्ययन प्रारंभिक गति फोटोग्राफी और कंकाल पर कठोर-पिंड यांत्रिकी के अनुप्रयोग से विकसित हुआ। बीसवीं सदी के अंत तक, इंस्ट्रूमेंटेड चाल विश्लेषण और व्युत्क्रम-गतिकी विधियाँ परिपक्व हुईं, और इक्कीसवीं सदी में ओपन-सोर्स मस्कुलोस्केलेटल मॉडलिंग और सिमुलेशन प्लेटफॉर्म ने आंतरिक जोड़ और मांसपेशी यांत्रिकी के विस्तृत अनुमान को व्यापक रूप से सुलभ बनाया।

Key figures

• Scott Delp
• Marcus Pandy

Seminal works

• delp-2007
• pandy-2001

Frequently asked questions

काइनेमेटिक्स और काइनेटिक्स में क्या अंतर है?

काइनेमेटिक्स स्वयं गति का वर्णन करता है - स्थिति, कोण, वेग - इसके कारणों के संदर्भ के बिना, जबकि काइनेटिक्स उन बलों और क्षणों का विश्लेषण करता है जो उस गति को उत्पन्न और प्रतिरोध करते हैं।

जोड़ जैवयांत्रिकी में कम्प्यूटेशनल मॉडल का उपयोग क्यों किया जाता है?

क्योंकि जीवित लोगों में आंतरिक मांसपेशी और जोड़ संपर्क बलों को सीधे मापा नहीं जा सकता है, मस्कुलोस्केलेटल मॉडल और सिमुलेशन मापी जा सकने वाली गति और बाहरी भार से इन मात्राओं का अनुमान लगाते हैं।