[科普中国]-肌骨动力学

肌骨动力学是生物医学工程学的一个分支，它主要研究人体肌骨系统（包括骨与骨之间，肌肉与骨之间）的力和运动变化。它是在步态分析的基础上，随着康复临床与康复工程技术的发展而成长起来的一个学科。

肌骨系统又称为运动系统，是由骨骼、肌肉、肌腱、韧带、神经和软骨等组成的复杂系统。其中，骨骼的主要作用是支撑身体，保护内部器官，通过杠杆作用产生运动；骨骼肌的主要作用是通过肌肉收缩牵拉骨骼产生运动或保持身体姿态。

肌骨模型研究肌骨动力学的主要方法是建立肌骨模型。它把骨骼简化成具有一定形状的刚体，肌肉则简化成能够产生收缩力的一条直线或曲线，利用数学建模的方法，求得肌肉收缩力和骨与骨之间的作用力（关节反作用力）。肌骨模型的提出可以追溯到20世纪70年代初，美国Wisconsin大学机械工程系的Seireg教授和Arvikar教授提出一种估计下肢肌骨系统受力的数学模型。这一技术，代表了肌骨系统建模的第一次尝试。

反向动力学问题反向动力学问题是肌骨模型求解关节受力和力矩的基础，它的定义是：已知某个力学系统的多种运动形式（包括位置，速度，加速度等），求解外部受力和力矩的问题。解决反向动力学问题的核心是利用牛顿-欧拉公式：

对肌骨模型而言，解决反向动力学问题得到的是关节力和关节力矩。

求解模型在已知关节力和关节力矩基础上，通过两种方法可以求得肌肉收缩力和关节反作用力。

1. 肌电驱动的肌骨模型：通过建立肌电信号与肌肉收缩力的关系，求解模型。

2. 生物力学模型：通过数学优化的方法分配肌肉收缩力和关节反作用力，求解模型。

本词条内容贡献者为:

明东 - 教授 - 天津大学精密仪器与光电子工程学院