Моделювання функції верхньої кінцівки

Моделювання– це дослідження якого-небудь явища, процесів або систем об‘єктів шляхом побудови и вивчення їх моделей.

Під моделлю біокінематичного ланцюга розуміють деяку сукупність рухомо з‘єднаних ланок, відносні переміщення яких підпорядковані керуючим діям.

При рухах біокінематичного ланцюга верхньої кінцівки важливе значення мають дві умови: по-перше, тіло людини представляє собою певну механічну систему , яка складається з конечного числа окремих ланок (з певною геометрією мас), шарнірно з‘єднаних між собою; по-друге, в організації управління рухами суттєву роль грає нервово-м‘язовий апарат.

Таким чином, при моделюванні біокінематичного ланцюга верхньої кінцівки необхідно відтворити функції: 1) кісток і суглобів (моделювання біокінематичного ланцюга руки); 2) м‘язів і зв‘язок (моделювання приводних систем); 3) рухових нервів (моделювання прямого каналу системи управління); 4) чутливих нервів (моделювання каналу зворотнього зв‘язку). Тобто створюється складна багаторівнева система управління рухами людини (Бернштейн Н.А.,1947), яка розглядується як сукупність підсистем, що володіють відносною автономією. Кожна з цих підсистем мінімізує свою взаємодію з другими підсистемами і зовнішнім середовищем. Зовнішнє ж середовище, в свою чергу, прагне вивести дану підсистему з цього стану.

Отже, принцип найменшої взаємодії дозволяє розглядати доцільність поведінки системи як наслідок доцільної поведінки підсистем, що її утворюють. Цей принцип вносить організацію в систему, робить її роботу цілеспрямованою і економічною.

Відомо, що рухи сегментів біокінематичного ланцюга здійснюються за рахунок того, що до них прикладаються сили суглобових моментів. Останні реалізують керуючі дії ЦНС (Гурфінкель В.С.,1970). Але незалежне взаємне положення окремих сегментів біокінематичного ланцюга забезпечується лише до того часу, поки ця незалежність не порушиться керуючими в‘язями, в якості яких виступають м‘язи (Alexander R.,1970).

При цьому слід враховувати, що чим більша кількість ланок і степенів свободи приймається в розрахунковій схемі моделі, тим складнішою стає картина диференціації елементів біокінематичного ланцюга, а при їх функціональній багатозначності це ускладнює не кількісну, а якісну сторону явища. Крім того, для оптимальної будови рухомої моделі протеза необхідна детальна інформація не тільки про рухи самої кінцівки, але і про зміни зовнішніх умов, в яких той чи інший рух здійснюється. В практичному значенні ставиться завдання створення такої моделі верхньої кінцівки, кінематичні параметри якої залежали б від характеру виконання майбутньої роботи. При цьому необхідно враховувати слідуючі показники: кутові переміщення в плечовому, ліктьовому, променевозап‘ястковому і промене-воліктьовому, 1 і 2-му п‘ястковофалангових суглобах, лінійні переміщення “центру” плечового суглобу відповідно їх кутовим і лінійним швидкостям і прискоренням, а також часові характеристики руху, такі як час “роботи” суглобу, час його “виключення” і “включення” в руховому акті.

Біокінематичною моделлю руки може служити вільний, просторовий, розімкнутий, багатоланковий кінематичний ланцюг з ідеальними в‘язями. Кінематичний ланцюг називається вільним, якщо відсутні або несуттєві в‘язі між точками кінематичного ланцюга, з однієї сторони, і матеріальною системою відліку – з другої.