平地行走模式下肌骨參數(shù)對肌肉代謝的影響

帥俊峰，吳豪豪，殷寶麟，馬常友，顏兵兵

（佳木斯大學 機械工程學院，黑龍江佳木斯 154007）

目前，在傷病預防以及人體下肢助力機器人的設(shè)計中均會考慮人體下肢生物力學狀態(tài)[1-2]。肌肉代謝是生物力學狀態(tài)變化的集中體現(xiàn)，因此，在人體下肢運動狀態(tài)的研究方面，需要考慮肌肉骨骼參數(shù)對下肢肌肉代謝的影響。由于人體生物系統(tǒng)的復雜性以及受社會倫理的限制，現(xiàn)有實驗技術(shù)難以準確測量下肢肌肉的代謝結(jié)果。因此，近年來多數(shù)學者采用建模與仿真技術(shù)構(gòu)建不同人群的肌肉骨骼模型，探究其對人體肌肉狀態(tài)或肌肉代謝的影響。

Hill 模型是被廣泛認可的肌肉-肌腱的力學模型。Thelen 針對Hill 模型加以改進，基于人體解剖學知識修改不同年齡階段的肌肉參數(shù)，測量腳踝輸出的扭矩功率[3]。結(jié)果表明，相對于青年人（30 歲）而言，老年人（70 歲）的腳踝輸出功率下降了39%～44%。基于Thelen 改進的Hill 模型，詹曉彤針對髂腰肌進行生物力學分析，設(shè)計了相應的康復醫(yī)療器械，用以解決由髂腰肌產(chǎn)生的腰痛問題[4]。郭超利用OpenSim 平臺對不同行走速度和負重狀態(tài)進行研究，獲取期對下肢生物生物力學狀態(tài)的變化，下肢助力外骨骼設(shè)計提供參考[5]。高曦利用OpenSim 平臺進行不同斜坡坡度與水平落地的下肢運動仿真，以落地過程中膝關(guān)節(jié)的屈曲角度和關(guān)節(jié)壓力為評價指標，探究不同斜坡坡度對膝關(guān)節(jié)損傷程度的影響[6]。Daliet 利用OpenSim 中單腿伸展落地正向動力學模擬來評估外部力矩和肌肉激活對……