Механическая нагрузка на плечи при ношении рюкзака — на пути к проектированию рюкзака, основанного на знаниях

Солдатам и туристам-любителям часто приходится нести тяжелые грузы на теле во время военных операций или походов. Несмотря на достижения в конструкции рюкзаков, грузы, которые несут солдаты, по-прежнему вызывают чрезмерное физиологическое напряжение (деформация мягких тканей), что часто приводит к дискомфорту, боли, травмам опорно-двигательного аппарата и потере сенсомоторной функции.

В текущем исследовании будет проведена характеристика давлений, оценка деформации мягких тканей, в частности жира, мышц, плечевого сплетения и подключичных сосудов, прикладываемых к плечу в положении сидя с тяжелым рюкзаком. Данные, полученные в ходе текущих испытаний, будут использованы для разработки конечно-элементной (КЭ) 3D-модели плеча. Цель состоит в том, чтобы лучше понять механические нагрузки, которые передаются нижележащим тканям ниже плечевых лямок во время ходьбы/марша с рюкзаком. На втором этапе этого проекта данные, собранные в ходе этого исследования, будут использоваться для разработки экипировки, которая снимет нагрузку с плеч, предотвратит травмы и повысит производительность.

Гипотеза

• Высокая очаговая нагрузка (горячие точки) на ткани плеча, наблюдаемая при картировании давления, будет также наблюдаться на МРТ.
• Натяжение в этих горячих точках можно уменьшить с помощью ремешков с индивидуальной геометрией.

Волонтеры

В этом исследовании примут участие пять молодых (18-30 лет), здоровых и подтянутых мужчин.

Дизайн испытаний

1. МРТ-сканирование. Сканирование будет выполнено для анализа анатомии плечевого сустава и будет использовано для разработки 3D-модели FE. Сагиттальный вид будет использоваться для разработки 3D-модели. Коронарное и осевое сечения будут использоваться для оценки деформации ткани плеча. Затем сканирование будет повторено при ношении стандартного коммерческого рюкзака массой 25 кг в том же положении сидя для оценки деформации тканей плечевого пояса. Оценка времени для каждого сканирования составляет 40 минут (всего 80 минут). Субъектам не требуется носить рюкзак до этих сканирований.
2. Измерение статического давления – каждого добровольца попросят посидеть в течение 30 секунд, неся рюкзак весом 25 кг. Во время этого сеанса давление будет измеряться с помощью подушки для картирования давления (Sensor Products Inc., США), помещенной между плечевым ремнем и подлежащей тканью.

Максимальное общее время участия каждого волонтера составит 2 часа (внутри и снаружи МР).

Данные, полученные в ходе текущих испытаний, будут использованы для разработки 3D-модели конечно-элементного плеча. МРТ-сканы будут использоваться для составления геометрии и для оценки граничных условий (величина деформации). Измерения давления будут использоваться в качестве граничных условий (величина напряжения).

МРТ и измерение давления будут проводиться в медицинском центре «Шиба».