将肌肉骨骼建模验证拓展到步态之外：日常活动中的膝关节负荷与运动学

肌肉骨骼（MSK）建模能够无创地估计体内负荷，这可为新型骨科植入物的设计提供依据，并指导个性化治疗策略。广泛的验证是将 MSK 建模框架转化为临床应用的前提条件。本研究利用 CAMS-Knee 数据集中六名受试者执行五种日常生活活动（ADL）所采集的 184 个活动周期的运动捕捉数据，验证了多种 ADL 中预测的膝关节负荷与局部运动学。个性化模型纳入了受试者特异的 anthropometric、影像学和植入物数据，以及植入物组件之间的 6 自由度弹性基础接触模型和源自尸体测试的手术平衡韧带模型。在各活动之间，预测的膝关节接触力量值与仪器化植入物测量结果表现出良好的一致性（RMSE 0.46 BW；R2 = 0.81）。最高精度出现在平地行走中，而下楼梯表现出最大的差异。预测的植入物运动学在所有 ADL 中均显示出与透视测量定性相似的趋势，尽管在不同自由度上的准确性水平有所差异。EMG 比较显示，模型预测与实验数据之间的激活时序总体一致，但在下楼梯和下坡行走中腓肠肌激活的估计较差。通过验证 MSK 模型在 CAMS-Knee 数据集中可用的全部活动范围内的预测，本研究将验证扩展到先前分析的步态或弯曲任务之外，并揭示了活动特异性差异，这些差异反映了当前建模假设的局限性，且在单一活动分析中不会被发现。这些发现为未来 MSK 模型的改进提供了坚实基础，并支持其向具有临床意义的应用发展。

中文由 AI 翻译，仅供参考，以原文为准。