基于EMG的神经肌肉骨模拟提高了在低于最佳水平的行走过程中对膝关节接触力估计的准确性
Domitille Princelle1, Marco Viceconti1,2, Giorgio Davico3
1Department of Industrial Engineering, Alma Mater Studiorum - University of Bologna, Bologna, Italy.
Annals of biomedical engineering
|March 25, 2025
概括
个性化的肌肉骨模型准确地估计了膝关节的接触力. 在分析患者的异常行走模式方面,EMG辅助方法优越,增强了临床见解.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 神经肌肉模型的建模
- 临床步态分析 临床步态分析
背景情况:
- 个性化肌肉骨模型为神经肌肉骨疾病提供了洞察力.
- 缺乏验证研究限制了临床信任和采用.
- 准确估计膝关节的接触力对于患者管理至关重要.
研究的目的:
- 用肌肉骨模型评估静态优化和EMG辅助方法的预测准确性,以估计使用肌肉骨模型的膝关节接触力.
- 将这些方法与仪器膝盖植入物的实验数据进行比较.
主要方法:
- 使用Knee Grand Challenge数据集,为四名老年人开发了对象特定的肌肉骨模型.
- 进行了平行行走的生物机械模拟.
- 实施静态优化和EMG辅助方法来估计膝关节的接触力.
- 根据仪器膝盖植入物数据和使用统计参数映射和相似度指标的比较方法进行验证的估计.
主要成果:
- 静态优化和EMG辅助方法都准确地估计了走路时的膝关节接触力 (R2 > 0.82,RMSE < 0.56 BW).
- 通过EMG辅助的方法,确定了对象特定的肌肉合收缩模式,而静态优化无法捕捉到.
- 统计参数映射揭示了力估计的时空差异.
结论:
- 静态优化为典型的步态提供了足够的膝关节接触力估计.
- 推使用EMG辅助方法用于临床群体或具有异常行走模式的个人.
- 加强肌肉骨模型的验证对于临床应用至关重要.
