基于个性化肌肉骨骼模型的小腿假肢使用者多肌肉力学分析及优化策略

本研究通过个性化肌肉骨骼模型（sDIMS平台）分析小腿截肢者穿戴被动/主动假肢时的多肌肉力学特征，揭示其代偿策略与肢体间对称性差异。创新性提出结合相关系数、周期图（cyclograms）和对称指数（SI）的多肌肉协同分析框架，为假肢参数个性化优化提供新思路。

　　

Highlight

本研究采用基于sDIMS平台的个性化肌肉骨骼模型，首次系统分析了小腿截肢者穿戴不同阻尼参数假肢时的多肌肉协同模式。通过计算13块下肢关键肌肉（如股直肌RF、股二头肌BF等）的力学参数，结合相关系数矩阵和相位循环图（cyclograms），揭示了健侧肢体的特异性代偿机制。

Results

1. 1.

   关节动力学：假肢使用者踝关节活动度降低32%，而健侧膝关节力矩峰值增加28%（p<0.05）

2. 2.

   肌肉协同：股外侧肌（VL）与比目鱼肌（SOL）在支撑期呈现显著负相关（r=-0.71），提示跨关节代偿

3. 3.

   对称性分析：主动假肢使步态周期中肌肉发力对称指数（SI）提升至0.83±0.12，接近健康人群水平

Discussion

研究发现假肢阻尼参数显著影响腓肠肌（GAS）与胫骨前肌（TA）的发力时序。通过"肌肉-假肢协同指数"新指标，证实个性化参数设置可使肌肉做功分布优化19%。该框架为智能假肢的闭环控制提供了生物力学依据。

Conclusion

这项研究建立的肌肉力学分析范式，突破了传统表面肌电（sEMG）的局限性，为临床假肢适配提供了可量化的生物标志物。未来可结合深度学习实现实时肌肉状态预测，推动康复工程向精准医疗迈进。