基于肌電信號的膝關(guān)節(jié)肌肉力分布模型.pdf

1、如果想深入理解骨、關(guān)節(jié)的載荷以及病理，必須得到肌肉力，這對于骨傷科、生物力學(xué)以及物理治療都是十分重要的。然而，在復(fù)雜的運(yùn)動中得到肌肉力是非常困難的。本論文將建立基于肌電信號的膝關(guān)節(jié)肌肉力分布模型，模型包括肌肉長度-張力關(guān)系、速度-張力關(guān)系以及肌肉激活水平，模型不僅運(yùn)用逆動力學(xué)模型還將使用正動力學(xué)模型，從而解決關(guān)節(jié)內(nèi)肌肉力的分布問題。本研究的目的就是建立肌電驅(qū)動模型來得到運(yùn)動過程中膝關(guān)節(jié)的肌肉力。
　　因?yàn)榧∪鈪?shù)個體差異很大，使用

2、平均肌肉參數(shù)的模擬結(jié)果很可能是無效的。所以論文進(jìn)行了敏感度分析得到肌肉參數(shù)對肌肉力的影響。敏感度分析的結(jié)果表明使用精確的肌肉最優(yōu)長度非常重要。所以解釋平均最優(yōu)肌肉長度的模擬結(jié)果時(shí)需要十分慎重。為了解決上述問題，本研究使用數(shù)學(xué)優(yōu)化方法將模型得到的肌肉合力矩與逆動力學(xué)的膝關(guān)節(jié)合力矩進(jìn)行標(biāo)定，得到最優(yōu)肌肉參數(shù)。
　　本研究測試了9名運(yùn)動員的急停起跳和變向動作，得到了人體下肢運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)數(shù)據(jù)以及膝關(guān)節(jié)周圍的10塊肌肉的肌電。建立膝關(guān)節(jié)的

3、肌電驅(qū)動肌肉力模型。模型使用急停起跳動作得到肌肉參數(shù)（肌肉最優(yōu)長度、肌肉最大收縮速度以及電-力延遲）代入變向動作中計(jì)算膝關(guān)節(jié)力矩。研究結(jié)果表明在急停起跳動作中模擬的肌肉力矩與逆動力學(xué)得到的關(guān)節(jié)合力矩相似度很高。使用急停起跳得到肌肉最優(yōu)長度、最大收縮速度和電-力延遲預(yù)測變向動作的肌肉力矩，精度僅輕微下降。
　　本研究編制了一套圖形化界面的膝關(guān)節(jié)骨骼肌肉模型軟件。軟件能夠分析計(jì)算膝關(guān)節(jié)肌肉長度、力臂、肌肉、膝關(guān)節(jié)合力矩以及復(fù)相關(guān)系數(shù)。