一个基于特定主体的肌肉骨模型和蒙特卡洛模拟的框架,以个性化肌肉协调再培训
Hans Kainz1,2, Willi Koller3,4,5, Elias Wallnöfer3,4,5
1Department of Biomechanics, Kinesiology and Computer Science in Sport, Centre for Sport Science and University Sports, University of Vienna, Auf der Schmelz 6a (USZ II), 1150, Vienna, Austria. hans.kainz@univie.ac.at.
Scientific reports
|February 12, 2024
概括
使用新型模拟框架进行个性化步行再训练,可以显著减少下肢关节负荷. 这种方法确定了改变协调的关键肌肉,为疼痛和疾病预防提供了非侵入性策略.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 肌肉骨系统的建模
- 步态分析 步态分析
背景情况:
- 过度的下肢关节负荷导致疼痛和退行性疾病.
- 肌肉协调再培训提供了一个非侵入性治疗策略.
- 个性化干预需要了解个人对再培训的反应.
研究的目的:
- 引入一个模拟框架来量化肌肉协调再训练的潜力,以减少关节负荷.
- 确定特定的肌肉,其改变的协调最有效地减少了关节负荷.
- 为了实现个性化的步态再培训策略.
主要方法:
- 使用OpenSim开发了一个模拟框架,每个参与者可以运行10,000次蒙特卡洛模拟.
- 创建个性化的肌肉骨模型,从MRI数据中结合患者特定的几何形状.
- 分析了健康青少年和扭形变形患者的3D运动捕捉数据.
主要成果:
- 肌肉协调的改变实现了5-18% (部),4-45% (膝盖),16-36% (腿) 和2-6% (脚) 的最大关节负荷减轻.
- 减少一个关节的负荷有时会增加其他关节的负荷,表明复杂的相互依赖.
- 观察到最佳肌肉力量变化的显著个体间变化.
结论:
- 通过肌肉协调重新训练来减少关节负荷的潜力是高度个体特异性的,受到肌肉骨几何和步态的影响.
- 拟议的模拟框架对于开发个性化的步行再培训计划至关重要.
- 这种方法对非侵入性治疗关节疼痛和预防退行性疾病充满希望.
