دوره 12، شماره 4 - ( 12-1405 )                   جلد 12 شماره 4 صفحات 881-854 | برگشت به فهرست نسخه ها

XML English Abstract Print

Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Zanguie H, Yousefi M, Azade M, Zivari S. Musculoskeletal Simulation Methods for Estimating Anterior Cruciate Ligament Loading during High-Risk Lower Extremity Tasks: A Systematic Review. , J Sport Biomech. 2027; 12 (4) :854-881
URL: http://biomechanics.iauh.ac.ir/article-1-571-fa.html
زنگوئی حمیدرضا، یوسفی محمد، آزاده مهسا، زیوری شقایق. روش‌های شبیه‌سازی اسکلتی-عضلانی برای برآورد بار لیگامان صلیبی قدامی حین تکالیف پرخطر اندام تحتانی: مروری سیستماتیک. , مجله بیومکانیک ورزشی. 1405; 12 (4) :854-881

URL: http://biomechanics.iauh.ac.ir/article-1-571-fa.html

روش‌های شبیه‌سازی اسکلتی-عضلانی برای برآورد بار لیگامان صلیبی قدامی حین تکالیف پرخطر اندام تحتانی: مروری سیستماتیک
حمیدرضا زنگوئی1 ، محمد یوسفی*2 ، مهسا آزاده3 ، شقایق زیوری4
1- گروه آسیب شناسی و بیومکانیک ورزشی، دانشکده علوم ورزشی و تندرستی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
2- گروه بیومکانیک ورزشی، دانشکده علوم ورزشی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران.
3- گروه حرکات اصلاحی و آسیب شناسی ورزشی، دانشکده تربیت بدنی و علوم ورزشی، دانشگاه علامه طباطبائی، تهران، ایران.
4- گروه بیومکانیک ورزشی، دانشکده علوم ورزشی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران.
چکیده:   (47 مشاهده)

هدف این مرور نظام‌مند با هدف ارزیابی روش‌های شبیه‌سازی اسکلتی‌عضلانی برای برآورد بارگذاری رباط صلیبی قدامی (ACL) طی حرکات پرخطر اندام تحتانی، با تأکید بر رویکردهای مدل‌سازی، اعتبارسنجی و عوامل بیومکانیکی مرتبط انجام شد.
روش‌ها جست‌وجو در پایگاه‌های MEDLINE/PubMed، Scopus، Web of Science، SPORTDiscus  و Google Scholar  برای مطالعات انگلیسی‌زبان منتشرشده بین سال‌های ۲۰۱۰ تا ۲۰۲۶ انجام شد. مطالعات انسانی که از مدل‌های اسکلتی‌عضلانی، مبتنی بر الکترومایوگرافی (EMG) یا تلفیقی اسکلتی‌عضلانی–اجزای محدود برای برآورد پیامدهای مرتبط با بارگذاری ACL طی تکالیف فرود، برش حرکتی یا تغییر جهت استفاده کرده بودند، وارد مرور شدند. کیفیت روش‌شناختی با چک‌لیست Downs and Black ارزیابی شد. پروتکل مطالعه در سامانه PROSPERO با شماره CRD420261486837  ثبت شد.
یافته‌ها دوازده مطالعه وارد مرور شدند و OpenSim پرکاربردترین بستر مدل‌سازی بود. پیامدها شامل نیروی ACL، کرنش، نرخ کرنش و شاخص‌های جایگزین بارگذاری بودند. بارگذاری پیش‌بینی‌شده ACL به تعامل عوامل عضلانی، نیروهای خارجی، سینماتیک و کنترل عصبی‌عضلانی وابسته بود و با یک متغیر به‌تنهایی قابل تبیین نبود. روش‌های ارزیابی و اعتبارسنجی مدل‌ها نیز متفاوت بودند و شواهد یکسانی از اعتبار پیش‌بینی‌ها ارائه نمی‌کردند.

نتیجه‌گیری شبیه‌سازی اسکلتی‌عضلانی روشی غیرتهاجمی برای بررسی بارگذاری ACL است، اما ناهمگونی روش‌های مدل‌سازی و محدودیت‌های اعتبارسنجی، مقایسه‌پذیری یافته‌ها را کاهش می‌دهد. استانداردسازی روش‌ها، ارزیابی مدل‌های اختصاصی هر فرد و اعتبارسنجی تجربی مستقل برای بهبود قابلیت اطمینان و کاربردپذیری این مدل‌ها ضروری است.

واژه‌های کلیدی: لیگامان صلیبی قدامی، مدل‌سازی اسکلتی-عضلانی، اپنسیم، بارگذاری لیگامان
متن کامل [PDF 1650 kb]   (17 دریافت) |   |   متن کامل (HTML)  (12 مشاهده)  
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: تخصصي
دریافت: 1405/6/4 | پذیرش: 1405/7/20 | انتشار: 1405/8/9
فهرست منابع
1. Duthon VB, Barea C, Abrassart S, Fasel JH, Fritschy D, Ménétrey J. Anatomy of the anterior cruciate ligament. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 2006;14(3):204-213. [DOI:10.1007/s00167-005-0679-9]
2. Sharabi M, Agron R, Dolev A, Haj-Ali R, Yassin M. Predictive refined computational modeling of ACL tear injury patterns. Bioengineering. 2024;11(5):413. [DOI:10.3390/bioengineering11050413]
3. Larwa J, Stoy C, Chafetz RS, Boniello M, Franklin C. Stiff landings, core stability, and dynamic knee valgus: a systematic review on documented anterior cruciate ligament ruptures in male and female athletes. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2021;18(7):3826. [DOI:10.3390/ijerph18073826]
4. Montalvo AM, Schneider DK, Yut L, Webster KE, Beynnon B, Kocher MS, et al. What's my risk of sustaining an ACL injury while playing sports? A systematic review with meta-analysis. British Journal of Sports Medicine. 2019;53(16):1003-1012. [DOI:10.1136/bjsports-2016-096274]
5. Ilbeigi S, Motedayyen H, Yousefi M, Hosseini SN, Hoseinzadeh E. Comparison of the effects of exercise therapy and orthokine therapy on pain intensity, joint stiffness, and quadriceps muscle strength in middle-aged women with knee osteoarthritis. Journal of Sport Biomechanics. 2026;12(3):546-568. [DOI:10.66224/JSportBiomech.12.3.546]
6. Griffin LY, Agel J, Albohm MJ, Arendt EA, Dick RW, Garrett WE, et al. Noncontact anterior cruciate ligament injuries: risk factors and prevention strategies. Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons. 2000;8(3):141-150. [DOI:10.5435/00124635-200005000-00001]
7. Donelon TA, Dos'Santos T, Pitchers G, Brown M, Jones PA. Biomechanical determinants of knee joint loads associated with increased anterior cruciate ligament loading during cutting: a systematic review and technical framework. Sports Medicine - Open. 2020;6(1):53. [DOI:10.1186/s40798-020-00276-5]
8. Yousefi M, Borhani R, Aleghabi M, Mohammadnia Ahmadi S. The effect of thermoplastic insoles on center of pressure parameters in individuals with flatfoot deformity. Journal of Sport Biomechanics. 2026;12(3):626-640. [DOI:10.66224/JSportBiomech.12.3.626]
9. Zhang Q, Adam NC, Hosseini Nasab SH, Taylor WR, Smith CR. Techniques for in vivo measurement of ligament and tendon strain: a review. Annals of Biomedical Engineering. 2021;49(1):7-28. [DOI:10.1007/s10439-020-02635-5]
10. Beynnon B, Howe JG, Pope MH, Johnson RJ, Fleming BC. The measurement of anterior cruciate ligament strain in vivo. International Orthopaedics. 1992;16(1):1-12. [DOI:10.1007/BF00182976]
11. Zhang Q, Bossuyt F, Adam N, Llerena B, Stauffer F, Rennhard P, et al. A stretchable strain sensor system for wireless measurement of musculoskeletal soft tissue strains. Advanced Materials Technologies. 2023;8(12):2202041. [DOI:10.1002/admt.202202041]
12. Markolf KL, Burchfield DM, Shapiro MM, Shepard MF, Finerman GA, Slauterbeck JL. Combined knee loading states that generate high anterior cruciate ligament forces. Journal of Orthopaedic Research. 1995;13(6):930-935. [DOI:10.1002/jor.1100130618]
13. Farshidfar SS, Cadman J, Deng D, Appleyard R, Dabirrahmani D. The effect of modelling parameters in the development and validation of knee joint models on ligament mechanics: a systematic review. PLOS ONE. 2022;17(1):e0262684. [DOI:10.1371/journal.pone.0262684]
14. Fleming BC, Beynnon BD, Renstrom PA, Johnson RJ, Nichols CE, Peura GD, et al. The strain behavior of the anterior cruciate ligament during stair climbing: an in vivo study. Arthroscopy. 1999;15(2):185-191. [DOI:10.1053/ar.1999.v15.015018]
15. Delp SL, Anderson FC, Arnold AS, Loan P, Habib A, John CT, et al. OpenSim: open-source software to create and analyze dynamic simulations of movement. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2007;54(11):1940-1950. [DOI:10.1109/TBME.2007.901024]
16. Damsgaard M, Rasmussen J, Christensen ST, Surma E, de Zee M. Analysis of musculoskeletal systems in the AnyBody Modeling System. Simulation Modelling Practice and Theory. 2006;14(8):1100-1111. [DOI:10.1016/j.simpat.2006.09.001]
17. Lloyd DG, Besier TF. An EMG-driven musculoskeletal model to estimate muscle forces and knee joint moments in vivo. Journal of Biomechanics. 2003;36(6):765-776. [DOI:10.1016/S0021-9290(03)00010-1]
18. Englander ZA, Baldwin EL III, Smith WAR, Garrett WE, Spritzer CE, DeFrate LE. In vivo anterior cruciate ligament deformation during a single-legged jump measured by magnetic resonance imaging and high-speed biplanar radiography. The American Journal of Sports Medicine. 2019;47(13):3166-3172. [DOI:10.1177/0363546519876074]
19. Naghibi SE, Anbarian M, Yousefi M, Shirzad E, Aziziyan S. Principal component analysis of anthropometric and biomechanical variables in adolescent elite karateka athletes. Journal of Sport Biomechanics. 2017;3(2):27.
20. Belkhelladi M, Cierson T, Martineau PA. Biomechanical risk factors for increased anterior cruciate ligament loading and injury: a systematic review. Orthopaedic Journal of Sports Medicine. 2025;13(2):23259671241312681. [DOI:10.1177/23259671241312681]
21. Cronström A, Creaby MW, Ageberg E. Do knee abduction kinematics and kinetics predict future anterior cruciate ligament injury risk? A systematic review and meta-analysis of prospective studies. BMC Musculoskeletal Disorders. 2020;21(1):563. [DOI:10.1186/s12891-020-03552-3]
22. Bramer WM, Giustini D, de Jonge GB, Holland L, Bekhuis T. De-duplication of database search results for systematic reviews in EndNote. Journal of the Medical Library Association. 2016;104(3):240-243. https://doi.org/10.5195/jmla.2016.24 [DOI:10.3163/1536-5050.104.3.014]
23. Carroll M, Parmar P, Dalbeth N, Boocock M, Rome K. Gait characteristics associated with the foot and ankle in inflammatory arthritis: a systematic review and meta-analysis. BMC Musculoskeletal Disorders. 2015;16:134. [DOI:10.1186/s12891-015-0596-0]
24. Downs SH, Black N. The feasibility of creating a checklist for the assessment of the methodological quality both of randomised and non-randomised studies of health care interventions. Journal of Epidemiology and Community Health. 1998;52(6):377-384. [DOI:10.1136/jech.52.6.377]
25. Chen L, Jiang Z, Yang C, Cheng R, Zheng S, Qian J. Effect of different landing actions on knee joint biomechanics of female college athletes: based on OpenSim simulation. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2022;10:899799. [DOI:10.3389/fbioe.2022.899799]
26. Mokhtarzadeh H, Yeow CH, Hong Goh JC, Oetomo D, Malekipour F, Lee PV. Contributions of the soleus and gastrocnemius muscles to the anterior cruciate ligament loading during single-leg landing. Journal of Biomechanics. 2013;46(11):1913-1920. [DOI:10.1016/j.jbiomech.2013.04.010]
27. Kim N, Lee SY, Lee SC, Rosen AB, Grindstaff TL, Knarr BA. Effect of isolated hip abductor fatigue on single-leg landing mechanics and simulated ACL loading. The Knee. 2021;31:118-126. [DOI:10.1016/j.knee.2021.05.007]
28. Navacchia A, Ueno R, Ford KR, DiCesare CA, Myer GD, Hewett TE. EMG-informed musculoskeletal modeling to estimate realistic knee anterior shear force during drop vertical jump in female athletes. Annals of Biomedical Engineering. 2019;47(12):2416-2430. [DOI:10.1007/s10439-019-02318-w]
29. Daliet OJ, Briem K, Brynjólfsson S, Sigurðsson HB. Combined effects of external moments and muscle activations on ACL loading during numerical simulations of a female model in OpenSim. Applied Sciences. 2021;11(24):11971. [DOI:10.3390/app112411971]
30. Huthöfer M, Kainz H, Holder J, Horsak B, Kurz G, Schwameder H. Decreased change of direction angle, increased ACL load: angle-dependent anterior cruciate ligament loading across different change of direction sprints in male soccer players. Journal of Biomechanics. 2026;205:113388. [DOI:10.1016/j.jbiomech.2026.113388]
31. Heinrich D, van den Bogert AJ, Csapo R, Nachbauer W. A model-based approach to predict neuromuscular control patterns that minimize ACL forces during jump landing. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 2021;24(6):612-622. [DOI:10.1080/10255842.2020.1842376]
32. Nasseri A, Khataee H, Bryant AL, Lloyd DG, Saxby DJ. Modelling the loading mechanics of anterior cruciate ligament. Computer Methods and Programs in Biomedicine. 2020;184:105098. [DOI:10.1016/j.cmpb.2019.105098]
33. Moustridi E, Risvas K, Moustakas K. Predictive simulation of single-leg landing scenarios for ACL injury risk factors evaluation. PLOS ONE. 2023;18(3):e0282186. [DOI:10.1371/journal.pone.0282186]
34. Weinhandl JT, Earl-Boehm JE, Ebersole KT, Huddleston WE, Armstrong BS, O'Connor KM. Reduced hamstring strength increases anterior cruciate ligament loading during anticipated sidestep cutting. Clinical Biomechanics. 2014;29(7):752-759. [DOI:10.1016/j.clinbiomech.2014.05.013]
35. Heinrich D, van den Bogert AJ, Mössner M, Nachbauer W. Model-based estimation of muscle and ACL forces during turning maneuvers in alpine skiing. Scientific Reports. 2023;13(1):9026. [DOI:10.1038/s41598-023-35775-4]
36. Beaulieu ML, Ashton-Miller JA, Wojtys EM. Loading mechanisms of the anterior cruciate ligament. Sports Biomechanics. 2023;22(1):1-29. [DOI:10.1080/14763141.2021.1916578]
37. Song Y, Li L, Hughes G, Dai B. Trunk motion and anterior cruciate ligament injuries: a narrative review of injury videos and controlled jump-landing and cutting tasks. Sports Biomechanics. 2023;22(1):46-64. [DOI:10.1080/14763141.2021.1877337]
38. Ueno R, Navacchia A, Schilaty ND, Myer GD, Hewett TE, Bates NA. Anterior cruciate ligament loading increases with pivot-shift mechanism during asymmetrical drop vertical jump in female athletes. Orthopaedic Journal of Sports Medicine. 2021;9(3):2325967121989095. [DOI:10.1177/2325967121989095]
39. Hliš T, Fister I, Fister I Jr. Digital twins in sport: concepts, taxonomies, challenges and practical potentials. Expert Systems with Applications. 2024;258:125104. [DOI:10.1016/j.eswa.2024.125104]
بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.

کلیه حقوق این وب سایت متعلق به فصلنامه بیومکانیک ورزشی می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

© 2026 CC BY 4.0 | Journal of Sport Biomechanics

Designed & Developed by : Yektaweb