基于模型的与测量的肌肉活动在动态举重任务与或没有背部支外骨
Mohamad Behjati Ashtiani1, Mohammadhossein Akhavanfar2, Lingyu Li1
1Department of Industrial and Systems Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, VA, USA.
Journal of biomechanics
|November 16, 2025
概括
肌肉骨模型显示出通过估计肌肉活动来评估背部支外骨 (BSEs) 的前景. 虽然准确,但当参与者在举重任务时佩戴BSE时,模型预测的准确性较低.
科学领域:
- 生物力学和人体工程学
- 职业健康和安全问题 职业健康和安全问题
背景情况:
- 背部支外骨架 (BSE) 旨在减轻脊椎下部与工作相关的肌肉骨疾病.
- 表面电肌图 (sEMG) 是评估BSE影响的标准,但在干部肌肉监测方面存在实际限制.
- 肌肉骨 (MSK) 模型为估计肌肉活动提供了一个非侵入性的替代方案.
研究的目的:
- 评估两个MSK模型 (AnyBodyTM建模系统和OpenSim) 在估计干肌活动中的准确性.
- 为了比较模型衍生的肌肉活动估计与正常化的sEMG (nEMG) 数据在BSE和没有BSE的举重任务期间.
主要方法:
- 两种全身MSK模型 (AMS和OpenSim) 用于估计腰部延伸器 (长腰,斜腰) 的活动.
- 从18名参与者收集了数据,他们进行了带有和没有两种类型BSE的对称和不对称升降.
- 模型估计与nEMG进行了比较,使用最大规范化交叉相关性 (MNCC),根平均平方误差 (RMSE) 和峰值活动.
主要成果:
- AMS和OpenSim都与nEMG显示出强烈的相关性 (平均MNCC:0.90-0.95),但显示出中度错误 (平均RMSE:0.09-0.15).
- 模型通常捕捉到BSE使用时肌肉活动峰值降低,与nEMG发现保持一致,尽管大小各不相同.
- 在BSE条件下,模型准确性下降 (较低的MNCC,较高的RMSE),这表明简化的人类-BSE相互作用模型存在挑战.
结论:
- MSK模型显示了在职业环境中估计干肌活动和评估BSE有效性的潜力.
- 在BSE条件下,准确性降低,突出了改善人类与BSE相互作用建模的需要.
- 结果支持MSK模型在人体工程学中的实用性,但强调需要谨慎解释,特别是在复杂的场景中.
