目に見える人間の女性と男性の 3 次元下肢筋骨格ジオメトリ

筋骨格モデリングは、他の方法では不可能な人体への洞察を得る手段を提供します。 人間の機能のモデルとシミュレーションは、医学、医療技術、製品開発、および教育に大きな影響を与えてきました。 多くの例のいくつかを強調するために、モデルとシミュレーションが組織の病理と治療を理解するために使用されてきました1.2、衝突および自動車衝突に対する応答の分析3、製品の開発とテスト4、教材の作成5、エンターテインメント用のモデルを構築する6. 残念なことに、有用なアプリケーションを作成するために使用される人体組織の 3 次元 (3D) 形状が一般に公開されることはめったにありません。7. その結果、新しいアプリケーションは、3D 組織形状を構築するプロセスの手間と時間のかかる最初のステップから最初から開始する必要があります。 3D ジオメトリは、断面画像 (MRI や CT など) からの解剖学的構造のセグメンテーションから構築されることがよくあります。 Visible Human Project から作成されたジオメトリですが、8.9 多くの研究や商用アプリケーションで使用されてきましたが、共有されることもめったにありません。 いくつかの例外は、自動車衝突解析や電磁気解析などのアプリケーション専用に構築されたモデルの例であり、臓器や付属肢の一般的な構造に焦点を当てています7.10. 組織形状のグループを組み合わせてこれらのモデルを作成しましたが、筋骨格運動のシミュレーションには個々の筋肉形状の詳細な表現が必要です。 さらに、OpenSim のような自由に利用できる筋肉の形状11 は二次元の作用線で表され、多くの場合、さまざまな標本からの筋肉表現のコレクションが含まれています。 さらに、Visible Human Male イメージング データセットから構築された組織形状が広く利用されており、Visible Human Female イメージング データセットの可用性はほとんど無視されています。 私たちの仕事は、目に見える人間の女性と男性の両方を含む、下肢の個々の 3D 筋骨格ジオメトリの包括的なセットを作成して公開し、データを最大限に再利用するために複数レベルの後処理で結果を提供することを目的としていました。 イメージングから 3D ジオメトリを作成することの固有の結果は、生のジオメトリと平滑化されたジオメトリがオーバークロージャーまたはオーバーラップする可能性があることです。12. この作業の斬新な部分は、元のソース イメージングに忠実でありながら、提供された最終的なジオメトリにオーバーラップがなく、コンピューター モデリングとシミュレーションで使用するための準備が整った基盤を提供するのに十分なスムージングが含まれていることです。 これらのジオメトリは、正常な機能のより良い理解と病状と治療の評価を可能にする、忠実度の高い変形可能な組織を使用した人間の筋骨格シミュレーションにおける継続的な作業の出発点を提供します。

要約すると、3D 筋骨格形状は、National Libraries of Medicine の目に見える人間の女性と男性の凍結切片から抽出されました。 骨盤から足首までの筋肉、骨、軟骨、靭帯、脂肪がデジタル化され、共有可能な形式でエクスポートされ、ダウンロードできるようになりました。 Visible Human Project からかなりの量の出版物が作成されていますが、著者の知る限り、男性と女性の両方の標本を含め、多数の 3D ジオメトリが公開されたのはこれが初めてです。 目に見える人間の女性と男性から合計 260 のジオメトリが凍結切片から抽出され、対象ごとに 76 の筋肉、28 の骨、16 の軟骨、8 つの靭帯、および 2 つの脂肪のジオメトリで構成されていました (図 1)。13. ライブラリは、処理の複数の段階で利用でき、特に隣接する構造間でオーバーラップのない最終的な形式で利用できます。 この作業は、筋骨格力学のより代表的なモデルを可能にするさまざまな計算モデルを開発するためのリソースを提供します。 このライブラリはオンラインで入手でき、マルチスケールで忠実度の高い筋骨格モデリングの継続的な作業を促進し、筋骨格系の新しいジオメトリの追加を含む再利用と継続的な開発を促進します。

図。 1

76 個の筋肉、28 個の骨、16 個の関節軟骨セグメント、および 8 個の靭帯で構成される、女性 (左) および男性 (右) の 3D 筋骨格ジオメトリの前方、側面、および後方ビュー。

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