模拟影响行走代谢率的生物力学特征,使用动力脚脚假肢

科学领域:

• 生物力学 生物力学
• 假肢的使用 假肢的使用
• 人类运动科学科学 人类运动科学

背景情况:

• 电动脚脚假肢为单边横截肢的人提供了潜在的好处,包括改善移动性和生活质量.
• 然而,在实验研究中,持续地证明生理改善,特别是步行期间降低代谢率,仍然是一个挑战.

研究的目的:

• 用动力脚脚假肢走路时,研究基础代谢率的生物力学机制.
• 使用机器学习方法,模拟多式生物力学因素与步行代谢率之间的关系.

主要方法:

• 开发了一个机器学习模型,结合了50个生物力学特征 (时空,工作,动力学,肌肉活动,地面反应力,假肢设置,受试者的特征).
• 累积的局部效应图被用于可视化每个特征对代谢率的影响.
• 该模型实现了高的预测准确性 (伪R2为0.986).

主要成果:

• 该模型确定了关键的生物力学因素,这些因素显著影响了步行代谢率.
• 峰值不受影响的侧脚反转角度,导致受影响的腿在一步到步过渡期间积极工作,峰值受影响的膝盖延伸角度是最有影响力的特征.
• 这些发现提供了对代谢成本的生物力学驱动因素的见解.

结论:

• 这项研究增强了对动力脚脚假肢使用的生物机械和生理反应的理解.
• 鉴定的关键特征可以为开发先进的假肢控制策略提供信息,以优化行走经济并降低新陈代谢率.
• 进一步的研究可能会导致更好的假肢设计和截肢者的康复方案.