人体髋关节受力的建模与动力学仿真.pdf

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1、332·实验研究·November2013，Vol_11，No．33损的实验研究【J]．宁夏医科大学学报，2011,33(4)：322—324．geneticprotein一2[J]．ClinOralImplantsRes，2005，16(6)：676—682．[31MurakamiN，SatioN，HoriuchiH，eta1．Repairofsegmentaldefects[5】李华珠，黄文秀，杜志斌，等．淫羊藿对骨质疏松大鼠骨代谢影响inrabbithumeriwithtitaniumfibermeshcylindersconmining的实验研究【J1_口腔颌面外科杂志，20

2、10，2O(2)：136—140．recombinanthumanbonemorphogeneticprotein·-2(rhBMP·-2)and[6]刘尚全，杨颖，周丽斌，等．淫羊藿甙逆转地塞米松抑制成骨细胞asyntheticpolymer[J]_JBiomedMalterRes，2002，62(2)：169—174．分化及其机制[中华内分泌代谢杂志，2006，22(3)：218—221．[4】JungRE，SchmoekelHQ，ZwahlenR，eta1．Platelet—richplasmaand[7】张丽娟，雷涛，张秀珍．淫羊藿甙对成骨细胞凋亡的影响[J]．同济fibri

3、nasdeliverysystemsforrecombinanthumanbonemorpho—大学学报，2008，29(1)：30—33．人体髋关节受力的建模与动力学仿真赵明光胡志刚赵伟民(河南科技大学机电工程学院，河南科技大学第三附属医院骨科，河南洛阳471003)【摘要】目的探讨人在正常行走下髋关节的受力参数变化、角度大小变化以及相关肌肉群的受力情况。方法依据中国成年人人体尺寸建立人体髋关节模型，运用C3D运动数据驱动模型运动，并进行动力学及逆向动力学仿真计算。结果得到髋关节的受力大小，以及髋关节角度的变化，包括髋关节屈曲／伸展、髋关节外展／内收、髋关节外旋／内旋等参数变化，下

4、肢主要肌肉受力。结论比传统方法更清楚直观的得到髋关节生物力学数据，避免了在体测量的不便及误差。【关键词】髋关节；c3D数据；动力学仿真中图分类号：R32文献标识码：B文章编号：1671—8194(2013)33—0332—021材料与方法含模拟信号，如测力台信号或肌电信号。有了驱动文件，建立的人体1．1人体主要几何参数下肢骨骼及主要肌肉的几何模型口]。依据中国成年人人体尺寸，采用百分数为90的参数建立男性人1．5模型仿真运算体髋关节模型的主要尺寸为：身高1754mm，体质量73kg，上臂长模型标记点以及C3D数据文件和确定了模型运行的空间位置和时333mm，前臂长253mm，大腿长4

5、96mm，小腿长403mm。间参数。人体模型仿真时间为1．5个步态周期，其中启动时间为1．5s，1-2建立人体下肢骨骼及主要肌肉群的模型结束时间在3．3s，由于模型的仿真是由采集的C3D数据进行驱动，按与髋关节运动相关的主要下肢骨骼包括”J：髋骨、股骨、髌骨、照这1．5个步态周期来计算一个步态周期为1．2s，在一个步态周期中，胫骨、腓骨和足骨。髋关节运动主要包括屈曲／4*展、外展／内收、外要经历踩地负重和离地摆动两个步相，分别称为站立相和摆动相，旋／内旋，其中髋关节屈曲时参与的主要肌肉为髂腰肌及股直肌、缝站立相在时间上占整个步态周期的63％左右，而摆动相值占约37％，匠肌、耻骨肌、臀

6、中肌前部及阔筋膜张肌。髋关节伸展时参与的主要两次双肢负重相，占一个步态周期的27％。单肢负重期，占整个步态肌肉群为臀大肌及胭绳肌，大收肌。髋关节做外展运动时，参与运动周期的61％和39％。我们将人的行走分为个阶段：双脚支撑，左脚支的主要肌肉群为臀中肌，辅以臀小肌、阔筋膜张肌及缝匠肌。髋关节撑、双腿支撑、右腿支撑。做内收运动时参与的主要肌肉群为大收肌、长收肌、短收肌、耻骨肌2计算结果及股薄肌，辅以臀大肌、股方肌、闭孔外肌等。髋关节做内旋运动时2．1髋关节反作用力参与的主要肌群为臀小肌、阔筋膜张肌，辅以臀中肌前侧纤维、半腱根据人体髋关节在一个步态周期内的运动模型仿真可以得到作用肌、半膜肌

7、等。髋关节外旋时，参与运动的主要肌群为闭孔肌、股方于股骨上的髋关节作用力大小见图1。肌、梨状肌、孑子肌及臀大肌，辅以缝匠肌和股二头肌等]。视图的颜色代码顺序是红、绿、蓝；x轴是红色，y轴是绿色，Z由于参与髋关节运动的肌群数量众多，根据其作用和力的大小，轴是蓝色。可以根据所研究的下肢运动及平地行走的特点，做适当假设，去掉对由于人体的结构对称，所以仿真参数均为右腿为参照，行走时髋运动影响较小的肌肉，简化后的主要肌群见表关节在x、Y、z轴受力从1．5s时从零开始