Title of article :
Musculoskeletal Modeling of Optimal Soccer Kick to Evaluate Selected Muscles Function
Author/Authors :
Haj Lotfalian, Mostafa Center of Excellence for Support Systems in Health Development - Yazd University, Yazd, IRAN , Honarvar, Mohammad Hadi Faculty of Mechanical Engineering - Yazd University, Yazd, Iran , Shamsehkohan, Parastoo School of Physical Education and Sport Science - Isfahan (Khorasgan) Branch Islamic Azad University, Isfahan, IRAN
Abstract :
Electromyography is a common method to calculate muscle’s function. But it has some limits. Musculoskeletal modeling is an indirect method to consider muscle’s function, by using kinematic and kinetic characteristicsof subject’s movement.The purpose of this study was to investigate and compare some selected muscles of prefer leg during performing two different kick patterns which consist of subject kick pattern and optimal kick pattern which created from same subjects by mechanical model.OpenSim 3.2 platform and Computed Muscle Control (CMC) tool were used to simulate muscles function. After selecting a 3D model of leg which consists of six degree of freedom and nine vital muscles, biomechanical parameters of two kick patterns, entered into model and run. Afterwards data were normalized and filtered. Paired sample t-test was used to analyze data. After compared two kick patterns, there were significant difference in contraction force of iliopsoas, biceps femoris long head and biceps femoris short head, rectus femoris, vastus lateralis and tibialis anterior. In addition, vastus lateralis, rectus femoris, iliopsoas and tibialis anterior were must important muscles in forward swing phase of two patterns of soccer kick. Also, iliopsoas and quadricepswere more active in subjectsand optimal pattern, respectively. The results revealed that, the interaction of muscles stimulation, joints motion and more activity of quadriceps, were main factors to increase the speed of optimal kick. Results from the musculoskeletal model, had a great similarity with the results of previous experimental studies. Incidentally this apparatus can simulate muscles activity, with high precision and considering the advantages of that, this method can be used in sports biomechanics and medicine research
Farsi abstract :
الكترومايوگرافي به عنوان روشي رايج در محاسبه ي فعاليت عضلات، همواره با محدوديت هايي همراه بوده است. مدل سازي اسكلتي عضلاني يك
روش غير مستقيم براي بررسي عملكرد عضلات، به كمك اطلاعات كينماتيكي و كينتيكي حركت است. هدف از انجام اين مطالعه، مقايسه ي
عملكرد منتخبي از عضلات پاي برتر حين اجراي الگوي شوت توسط تعدادي آزمودني ماهر، و الگوي شوتِ بهينه شده ي آنها با استفاده از مدل-
سازي مكانيكي بود. از پلت فورم اوپنسيم 2 / 3 و ابزار CMC براي شبيه سازي تحريك عضلات استفاده شد. پس از انتخاب يك مدل سه بعدي از پا
كه داراي شش درجه آزادي و نه عضله اصلي بود، پارامترهاي بيومكانيكيِ حاصل از ميانگين شوت آزمودني ها و شوت بهينه وارد مدل شد و اجرا
گرديد. پس از اجراي مدل، داده هاي مربوط به عملكرد عضلات، به صورت درصدي از حداكثر فعاليت، نرمال و سپس فيلتر شد. از آزمون تي زوجي
براي مقايسه ي عضلات در دو الگوي شوت استفاده گرديد. دو الگوي شوت بهينه و شوت آزمودني ها در شش عضله با يكديگر اختلاف معني دار
داشتند و عضلات پهن داخلي، راست راني، سوئز خاصره و ساقي قدامي، موثرترين عضلات فاز رو به جلوي حركت، در هر دو الگو بودند. همچنين
در الگوي آزمودني ها، عضله ي سوئز خاصره و در الگوي بهينه، عضله ي چهارسر ران بعنوان دو گروه عضلاني مهم در فاز رو به جلوي شوت، بيشتر
از الگوي ديگر فعاليت كردند. مداخله ي به ترتيب عضلات و اندام و فعاليت بيشتر عضله ي چهارسر ران، دو عامل اصلي افزايش سرعت شوت بهينه
نسبت به شوت آزمودني ها بود. با توجه به تطابق نتايج اين پژوهش با نتايج مطالعات الكترومايوگرافي محورِ گذشته، مي توان گفت مدل سازي
اسكلتي عضلاني مي تواند به عنوان يك ابزار مناسب در بيومكانيك و طب ورزش بكار گرفته شود.
Keywords :
Muscle Activity , Optimal Kick Pattern , OpenSim , Biomechanics
