基于肌電信號的膝關節(jié)肌肉力分布模型.pdf

1、如果想深入理解骨、關節(jié)的載荷以及病理，必須得到肌肉力，這對于骨傷科、生物力學以及物理治療都是十分重要的。然而，在復雜的運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節(jié)肌肉力分布模型，模型包括肌肉長度-張力關系、速度-張力關系以及肌肉激活水平，模型不僅運用逆動力學模型還將使用正動力學模型，從而解決關節(jié)內(nèi)肌肉力的分布問題。本研究的目的就是建立肌電驅動模型來得到運動過程中膝關節(jié)的肌肉力。
　　因為肌肉參數(shù)個體差異很大，使用

2、平均肌肉參數(shù)的模擬結果很可能是無效的。所以論文進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)肌肉長度的模擬結果時需要十分慎重。為了解決上述問題，本研究使用數(shù)學優(yōu)化方法將模型得到的肌肉合力矩與逆動力學的膝關節(jié)合力矩進行標定，得到最優(yōu)肌肉參數(shù)。
　　本研究測試了9名運動員的急停起跳和變向動作，得到了人體下肢運動學、動力學數(shù)據(jù)以及膝關節(jié)周圍的10塊肌肉的肌電。建立膝關節(jié)的

3、肌電驅動肌肉力模型。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）代入變向動作中計算膝關節(jié)力矩。研究結果表明在急停起跳動作中模擬的肌肉力矩與逆動力學得到的關節(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節(jié)骨骼肌肉模型軟件。軟件能夠分析計算膝關節(jié)肌肉長度、力臂、肌肉、膝關節(jié)合力矩以及復相關系數(shù)。