دوره 12، شماره 3 - ( 9-1405 )                   جلد 12 شماره 3 صفحات 624-606 | برگشت به فهرست نسخه ها

XML English Abstract Print

Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Asgari P, Zandi S, Tabatabai Ghomsheh F, Nikmohammad H. Comparison of Knee Contact Force Estimation Errors Between Two OpenSim Musculoskeletal Models During Walking and Squatting. J Sport Biomech 2026; 12 (3) :606-624
URL: http://biomechanics.iauh.ac.ir/article-1-514-fa.html
عسگری پوریا، زندی شهرزاد، طباطبایی قمشه فرهاد، نیک محمد حمید. مقایسه خطای مدل‌سازی نیروی تماسی مفصل زانو در دو مدل اسکلتی عضلانی اوپن سیم حین راه رفتن و اسکوات. مجله بیومکانیک ورزشی. 1405; 12 (3) :606-624

URL: http://biomechanics.iauh.ac.ir/article-1-514-fa.html

مقایسه خطای مدل‌سازی نیروی تماسی مفصل زانو در دو مدل اسکلتی عضلانی اوپن سیم حین راه رفتن و اسکوات
پوریا عسگری1 ، شهرزاد زندی*1 ، فرهاد طباطبایی قمشه2 ، حمید نیک محمد1
1- گروه آسیب‌شناسی و بیومکانیک ورزشی، دانشکده علوم ورزشی و تندرستی، دانشگاه تهران ، تهران، ایران.
2- مرکز تحقیقات توان‌بخشی اعصاب اطفال، دانشگاه علوم توان‌بخشی و سلامت اجتماعی، تهران، ایران.
چکیده:   (16 مشاهده)

هدف تخمین دقیق نیروهای عضلانی–اسکلتی برای درک بیومکانیک مفاصل، بهبود راهبردهای توان‌بخشی و بهینه‌سازی طراحی ایمپلنت‌ها اهمیت دارد. نیروهای واکنشی مفصل را می‌توان با استفاده از اندازه‌گیری‌های بیومکانیکی و مدل‌سازی عضلانی–اسکلتی تخمین زد. هدف این مطالعه، مقایسه دقت تخمین نیروی تماس مفصل زانو بین دو مدل عضلانی–اسکلتی Gait2392  و Rajagopal  در محیط OpenSim  بود.
روش‌ها داده‌های شش شرکت‌کننده مورد تحلیل قرار گرفت. داده‌های بیومکانیکی حاصل از تکالیف راه رفتن و اسکوات استفاده شد. پس از مقیاس‌بندی دو مدل عضلانی–اسکلتی، تحلیل نیروهای واکنشی مفصل در OpenSim  انجام شد. خطای نسبی بین نیروهای تماس پیش‌بینی‌شده توسط مدل‌ها و نیروهای اندازه‌گیری‌شده درون‌بدنی (in vivo) توسط ایمپلنت محاسبه شد. برای مقایسه خطاهای مدل‌ها از آزمون t زوجی مبتنی بر نقشه‌برداری پارامتریک آماری (SPM) در سطح معنی‌داری 0.05 استفاده شد.
یافته‌ها تحلیل SPM نشان داد که خطای تخمین مدل Rajagopal در مرحله اتکا طی راه رفتن و بخش قابل‌توجهی از چرخه اسکوات، به‌ویژه در مؤلفه عمودی نیرو، به‌طور معنی‌داری بیشتر بود. مقادیر RMSE مدل Gait2392 در راه رفتن و اسکوات به‌ترتیب 0.835 و 1.536 و در مدل Rajagopal به‌ترتیب 1.486 و 3.371 بود.
نتیجه‌گیری مدل Gait2392 در مقایسه با مدل Rajagopal، تخمین دقیق‌تری از نیروهای تماس مفصل زانو طی فعالیت‌های راه رفتن و اسکوات ارائه کرد و می‌تواند برای تحلیل فعالیت‌های عملکردی مشابه با سرعت پایین مناسب‌تر باشد.

واژه‌های کلیدی: مدل‌سازی عضلانی–اسکلتی، نیروی تماس مفصل زانو، راه رفتن، اسکوات، OpenSim
متن کامل [PDF 2210 kb]   (5 دریافت) |   |   متن کامل (HTML)  (5 مشاهده)  
نوع مطالعه: كاربردي | موضوع مقاله: تخصصي
دریافت: 1405/2/22 | پذیرش: 1405/5/8 | انتشار: 1405/5/23
فهرست منابع
1. Imani Nejad Z, Khalili K, Hosseini Nasab SH, Schütz P, Damm P, Trepczynski A, et al. The capacity of generic musculoskeletal simulations to predict knee joint loading using the CAMS-Knee datasets. Annals of Biomedical Engineering. 2020;48(4):1430-1440. [DOI:10.1007/s10439-020-02480-6]
2. Farahmand F, Hoseini SH, Seifi MM. Determining the optimum training conditions for selective strengthening of vastus medialis oblique muscle over vastus lateralis through using musculoskeletal modeling. Journal of Sport Biomechanics. 2016;2(2):65-72.
3. Mohammad Pour Koli M, Fatahi A. Modern approaches in sport biomechanics: A review paper. Journal of Sport Biomechanics. 2024;9(4):284-300. [DOI:10.61186/JSportBiomech.9.4.284]
4. Rydell NW. Forces acting on the femoral head-prosthesis: A study on strain gauge supplied prostheses in living persons. Acta Orthopaedica Scandinavica. 1966;37(Suppl 88):1-132. [DOI:10.3109/ort.1966.37.suppl-88.01]
5. Kinney AL, Besier TF, D'Lima DD, Fregly BJ. Update on grand challenge competition to predict in vivo knee loads. Journal of Biomechanical Engineering. 2013;135(2):021012. [DOI:10.1115/1.4023255]
6. Schellenberg F, Oberhofer K, Taylor WR, Lorenzetti S. Review of modelling techniques for in vivo muscle force estimation in the lower extremities during strength training. Computational and Mathematical Methods in Medicine. 2015;2015:483921. [DOI:10.1155/2015/483921]
7. Schellenberg F, Taylor WR, Trepczynski A, List R, Kutzner I, Schütz P, et al. Evaluation of the accuracy of musculoskeletal simulation during squats by means of instrumented knee prostheses. Medical Engineering & Physics. 2018;61:95-103. [DOI:10.1016/j.medengphy.2018.09.004]
8. Hernandez V, Rezzoug N, Gorce P. Toward isometric force capabilities evaluation by using a musculoskeletal model: Comparison with direct force measurement. Journal of Biomechanics. 2015;48(12):3178-3184. [DOI:10.1016/j.jbiomech.2015.07.003]
9. Taylor WR, Schütz P, Bergmann G, List R, Postolka B, Hitz M, et al. A comprehensive assessment of the musculoskeletal system: The CAMS-Knee data set. Journal of Biomechanics. 2017;65:32-39. [DOI:10.1016/j.jbiomech.2017.09.022]
10. Delp SL, Anderson FC, Arnold AS, Loan P, Habib A, John CT, et al. OpenSim documentation: Gait 2392 and 2354 models. Stanford University; 2013.
11. Rajagopal A, Dembia CL, DeMers MS, Delp DD, Hicks JL, Delp SL. Full-body musculoskeletal model for muscle-driven simulation of human gait. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2016;63(10):2068-2079. [DOI:10.1109/TBME.2016.2586891]
12. Arnold EM, Ward SR, Lieber RL, Delp SL. A model of the lower limb for analysis of human movement. Annals of Biomedical Engineering. 2010;38(2):269-279. [DOI:10.1007/s10439-009-9852-5]
13. Catelli DS, Wesseling M, Jonkers I, Lamontagne M. A musculoskeletal model customized for squatting task. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 2019;22(1):21-24. [DOI:10.1080/10255842.2018.1523396]
14. Xu H, Bloswick D, Merryweather A. An improved OpenSim gait model with multiple degrees of freedom knee joint and knee ligaments. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 2015;18(11):1217-1224. [DOI:10.1080/10255842.2014.889689]
15. Falisse A, Van Rossom S, Gijsbers J, Steenbrink F, van Basten BJH, Jonkers I, et al. OpenSim versus human body model: A comparison study for the lower limbs during gait. Journal of Applied Biomechanics. 2018;34(6):496-502. [DOI:10.1123/jab.2017-0156]
16. McCain EM, Dalman MJ, Berno ME, Libera TL, Lewek MD, Sawicki GS, et al. The influence of induced gait asymmetry on joint reaction forces. Journal of Biomechanics. 2023;153:111581. [DOI:10.1016/j.jbiomech.2023.111581]
17. Hicks JL, Uchida TK, Seth A, Rajagopal A, Delp SL. Is my model good enough? Best practices for verification and validation of musculoskeletal models and simulations of movement. Journal of Biomechanical Engineering. 2015;137(2):020905. [DOI:10.1115/1.4029304]
18. Sun Y, Mei Q, Kou D, Liu J, Yang Y, Duan L, et al. Biomechanical analysis of stair walking patterns and their implications for knee health in young males. Frontiers in Public Health. 2026;13:1512345. [DOI:10.3389/fpubh.2025.1725056]
19. Imani Nejad Z, Khalili K. A review of the most widely used lower limb musculoskeletal models to simulate squat motion using OpenSim (In Persian). Journal of Mechanical Engineering University of Tabriz. 2023;53(2):79-88.
20. Knarr BA, Higginson JS. Practical approach to subject-specific estimation of knee joint contact force. Journal of Biomechanics. 2015;48(11):2897-2902. [DOI:10.1016/j.jbiomech.2015.04.020]
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