DOI: 10.12307/2025.139
基于OpenSim预测青少年跖屈肌无力的下肢生物力学行为
付恩洪
杨行
梁成
张小刚
张亚丽
靳忠民
西南交通大学,机械工程学院,四川省 成都市 610031
摘要：背景:跖屈肌无力是痉挛型脑瘫和腓骨肌萎缩症患者的常见肌肉缺陷,临床上会表现出异常步态,而跖屈肌无力与异常步态间的关系尚不明晰.
目的:探讨跖屈肌无力单因素作用时对下肢生物力学行为的影响,以揭示跖屈肌无力诱发异常步态的机制,为跖屈肌无力患者康复训练提供指导.
方法:基于OpenSim Moco建立矢状面内骨肌多体动力学预测框架,预测正常受试者下肢关节角和肌肉激活变化,结合实验数据逆运动学和肌电图激活时间,验证框架有效性.减小等距肌肉力进行跖屈肌无力建模并将预测得到的下肢关节角、关节力矩和肌肉能量消耗,与正常受试者对比,以分析跖屈肌无力对下肢生物力学的影响.
结果与结论:①基于Moco的预测框架较真实地预测了正常受试者步行过程中的下肢生物力学变化(关节角归一化相关系数≥0.73,均方根误差≤7.10°);②跖屈肌无力时模型采用小步幅且支撑相上升的"脚跟行走"步态,当跖屈肌无力达到80%时,肌肉能量消耗为5.691 4 J/(kg·m),腓肠肌和比目鱼肌激活度最大分别为0.72,0.53,可能致使跖屈肌无力患者步行时更易疲劳;③当跖屈肌无力超过40%时,肌肉能量消耗显著升高;跖屈肌无力超过60%时,下肢关节角和关节力矩出现较明显恶化,说明跖屈肌无力对步态的影响可能存在"阈值",这或许对应于医护人员进行临床干预的时间点.
关键词：下肢跖屈肌无力生物力学步态预测肌肉能量消耗肌肉激活OpenSim Moco
分类号：R459.9(治疗学)R318(医用一般科学)R685(骨科学（运动系疾病、矫形外科学）)
论文发表日期：2025-03-21
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：7( 1789-1795 )
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