Investigating the efficacy of a 3d-printed hip brace actuation system in minimizing lower-limb muscle activation during squatting
Çömelme sırasında alt ekstremite kas aktivasyonunu en aza indirmede 3d baskılı kalça desteği çalıştırma sisteminin etkinliğinin araştırılması
- Tez No: 956869
- Danışmanlar: Assist. Prof. Dr. BORA BÜYÜKSARAÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Bahçeşehir Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Anabilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 125
Özet
Kalça ve belde kas-iskelet yaralanmaları, tekrarlayan kaldırma veya çömelme içeren mesleklerde önemli bir endişe kaynağı olmaya devam etmektedir. Bu çalışmada, özellikle kalça ekstansörleri üzerindeki mekanik talebin en yüksek olduğu vücut ağırlığı çömelmelerinin yükselme aşamasında kas eforunu azaltmak için tasarlanmış, 3D baskılı bir aktüatörle donatılmış bir kalça dış iskelet desteği tanıtılmaktadır. Destek üzerine sabitlenen ve 9:1 dişli oranıyla çalışan aktüatör, harici yük olmadan hedeflenen tork yardımı sağladı. Korsenin biyomekanik etkisini değerlendirmek için yüzey elektromiyografisi (sEMG) ve hareket yakalama sistemleri kullanıldı. Kas aktivitesi, sekiz zaman alanı EMG özelliği kullanılarak kalçayla ilgili beş kastan (Biseps Femoris, Gluteus Maximus, Gluteus Medius, Rectus Femoris ve Tensor Fasciae Latae) kaydedilmiştir: Kök Ortalama Kare, Ortalama Mutlak Değer, Eğri Altındaki Alan, Varyans. Yardım sırasında eklem düzeyindeki mekanik davranışı değerlendirmek için RMS, MAV ve Hareket Aralığı kullanılarak sağ kalça, diz ve ayak bileği eklemlerinden kinematik veriler çıkarılmıştır. Rectus Femoris ve Gluteus Medius'ta kas aktivasyonunda önemli azalmalar gözlenmiştir, bu da çömelmenin desteklenen fazı sırasında etkili kas yüklemesini göstermektedir. Ek olarak. Kinematik açıdan bakıldığında, kalça fleksiyonu/ekstansiyonu ve iç/dış rotasyonu önemli ölçüde azalma gösterirken, kalça abdüksiyonu/addüksiyonu destek altında önemli ölçüde artmıştır. Dizde fleksiyon/ekstansiyon, iç/dış rotasyon ve abdüksiyon/addüksiyondaki değişiklikler eklem düzeyindeki adaptasyonları daha da yansıtmıştır. Bu sonuçlar, aktüatör-korse sisteminin destekli çömelme sırasında belirli kalça kaslarına etkili bir şekilde yük bindirdiğini doğrulamaktadır. Kalça ve dizdeki eklem seviyesi değişiklikleri, korse desteği altında mekanik yeniden dağılımı yansıtmakta ve tekrarlayan kaldırma senaryolarında hedeflenen ergonomik bir müdahale olarak potansiyelini desteklemektedir.
Özet (Çeviri)
Musculoskeletal injuries to the hip and lower back remain a major concern in occupations involving repetitive lifting or squatting. This study introduces a hip exoskeleton brace equipped with a 3D-printed actuator, designed to reduce muscle effort specifically during the ascending phase of bodyweight squats, where mechanical demand on the hip extensors is greatest. The actuator, fixed onto the brace and operating via a 9:1 gear ratio, provided targeted torque assistance without external load. To evaluate the biomechanical impact of the brace, surface electromyography (sEMG) and motion capture systems were employed. Muscle activity was recorded from five hip-related muscles—Biceps Femoris, Gluteus Maximus, Gluteus Medius, Rectus Femoris, and Tensor Fasciae Latae—using eight time-domain EMG features: Root Mean Square, Mean Absolute Value, Area Under the Curve, Variance. Kinematic data were extracted from the right hip, knee, and ankle joints using RMS, MAV, and Range of Motion to assess joint-level mechanical behavior during assistance. Significant reductions in muscle activation were observed in Rectus Femoris and Gluteus Medius, indicating effective muscular offloading during the supported phase of squatting. Additionally. From a kinematic perspective, hip flexion/extension and internal/external rotation showed significant reductions, while hip abduction/adduction increased notably under brace support. At the knee, changes in flexion/extension, internal/external rotation, and abduction/adduction further reflected joint-level adaptations. These results confirm that the actuator-brace system effectively offloads specific hip musculature during assisted squatting. Joint-level changes at the hip and knee reflect mechanical redistribution under brace support, supporting its potential as a targeted ergonomic intervention in repetitive lifting scenarios.
Benzer Tezler
- Moringa oleifera yüklü üç boyutlu baskı yamalarının in vitro kolon kanser hücrelerinde etki mekanizmalarının araştırılması
Investigation of the effect mechanisms of moringa oleifera loaded three-dimensional printed patches on in vitro colon cancer cells
HASAN EGE
Doktora
Türkçe
2024
Fizyolojiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaFizyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NERMİN YELMEN
- Bizmut sülfür nanopartikül yüklü hidrojelin 3 boyutlu baskısı ve meme kanseri tedavisinde radyoterapi etkinliğinin araştırılması
3D printing of bismuth sulfide nanoparticle loaded hydrogel and investigation of radiotherapy efficacy in breast cancer treatment
BÜŞRA ÇOLAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
BiyomühendislikErciyes ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YAVUZ NURİ ERTAŞ
- Gürültüyü azaltan ve piezoelektrik etki ile enerji hasat eden Helmholtz rezonatörü tasarımı ve analizi
Design and analysis of Helmholtz resonator that reduces noise and harvests energy with piezoelectric effect
ALİ ÖZERMİŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiManisa Celal Bayar ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖZDE SARI
- Development of 3D tumor models for investigating drug efficacy of sapogenol derivatives
Sapogenol türevlerinin ilaç etkinliklerinin araştırılması için 3B tümör modellerinin geliştirilmesi
NECMETTİN ARDA PİŞİRİCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Biyomühendislikİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHU ARSLAN YILDIZ
- Kemik metastazlı hastalarda simülasyon yapılmadan uygulanan radyoterapinin güvenilirliğinin araştırılması
Investigating the safety of radiotherapy without simulation in patients with bone metastases
MELİSA DEDELİ KOÇAK
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2025
Radyasyon OnkolojisiTrakya ÜniversitesiRadyasyon Onkolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VUSLAT YÜRÜT ÇALOĞLU