AnyBody　应用案例

#1 .扩展模型:从默认单自由度旋转关节模型(1自由度)，到球型关节模型+内外翻模型

通常，在生物力学中使用的膝盖模型只考虑单方向的旋转即屈/伸展的动作。

在这个模型中，导入了虚拟肌肉来模拟其他自由度方向的约束

本模型在普通膝盖模型的基础上，添加了一些其他功能。

a) 增加膝盖的3轴可动(屈曲伸展+内外翻动作及绕轴旋转)
b) 内外翻自由度上加了股骨和胫骨间接触反力的监测

这样内外翻方向的力矩更符合人体的实际情况。

这里使用了AnyBody的力元素功能(AnyGeneralMuscle)，内外侧的接触由多点构成，考虑到了各接触区域的力的分配(下图) ，又验证了接触力。

本模型方法在以下论文中也得到了验证。

“The effects of knee pain on knee contact force and external knee adduction moment in patients with knee osteoarthritis”
MomokoYamagata　MasashiTaniguchi　HiroshigeTateuchi　MasashiKobayashi　NoriakiIchihashi Journal of Biomechanics、Volume 123, 23 June 2021, 110538

与开发商的以下论文中的比较(测定和模型)结果相同。

※）“Relationship between knee joint contact forces and external knee joint moments in patients with medial knee osteoarthritis: effects of gait modifications “　・・・R.E. Richards , M.S. Andersen , J. Harlaar , J.C. van den Noort , Osteoarthritis and Cartilage 26 (2018)

#2 .更高级别的膝盖模型:(knee_grand_challenge_4th中的模型)

在本模型中，尽可能模型化真实的膝盖。即

・　FDK模型
・　韧带模型
・　接触元素模型
・　患者骨骼形状(STL)

本模型考虑了以下链接中的数据库。 Grand Challenge Competition to Predict In Vivo Knee Loads (链接→　 ：https://simtk.org/projects/kneeloads )

包括了患者的骨头和人工植入的STL文件，以及C3D文件形式的患者的动作捕捉数据。

其中包括与人体模型定制相关的文件，特别是骨骼缩放、肌力调整、韧带组成等。

分别参考了以下开发商网页:

FDK模型链接→：Force-Dependent Kinematics
韧带模型链接→:Ligament
接触元素链接→：Using Contact Forces to Replace a Joint in a Human Model
→：Cleaning and Preparing STL Surfaces for Contact Calculation
骨骼形状映射：→：Including a custom scaling function into your model

根据本模型功能以下得以实现。并可以更详细的分析(Output:内外翻接触力，各韧带张力)。

①从较大动作(计算关节中心不偏移)开始，先用普通逆动力学计算出内力(肌肉、关节力等)
②在①的力条件下、 反复计算以下元素，直到平衡
a)被动元素韧带
b)同为被动元件的内侧、外侧韧带接触力(

并反复计算关节中心的移位……也就是a)的伸长量和b)的接触面积
③作为被动元件，计算出a)的张力和b)的接触力
④根据患者固有的骨形状，考虑肌肉附着位置、关节中心、肌肉的包裹部位

#3 . AnyKnee：

AnyKnee是一款独立模型，引入了两种膝关节，可以代替AnyBody使用的普通铰链款式。这些关节包括可伸缩的移动轴-膝关节和基于股骨髁表面贴合的铰链膝关节。

这两个例子只是一个开始，实际上，你可以实现*任何*用户定义的膝关节。这

些例子可以帮助用户开发独特的膝关节类型，并将其添加到AnyBody中。

GITHUB中可以获取模型　→　https://github.com/AnyBody/anyknee

根据一般的质量和计算时间，肌肉骨骼系统膝关节模型从简单的一般(铰链)到复杂的被试特定(多体接触)都有。选择复杂程度取决于你的研究课题，以及你的膝盖运动学需要有多现实。需要现实运动学的研究包括病理学调查(KOA等)，以及设计人工植入的生物力学。

移动轴关节模型基于大约0度和90度的胫骨大腿骨弯曲角度，将关节作为弯曲的函数在这两个位置之间直线移动。移动轴背后的新奇之处在于，它不仅提供了比一般使用的铰链更现实的关节运动学。

但是，它也允许具有特定于受试者的几何体的计算模型，与更高级的多体接触模型相比，它可能会增加临床应用的辅助功能。关于详情，请查阅Journal of biomeics的出版物。

Dzialo CM, Pedersen Heide P, Simonsen CW, Krogh K, de Zee M, Andersen MS., 2018, “Development and validation of subject-specific moving-axis tibiofemoral joint model using MRI and EOS imaging during a quasi-static lunge,” J Biomech 2018., 72, p.71-80.

#4. Knee Simurator：

使用人工植入和力依赖运动学(FDK)的膝盖模拟模型。 →https://anyscript.org/ammr-doc/auto_examples/Orthopedics_and_rehab/plot_KneeSimulator.html

这是与Kansas膝盖模拟装置1)原理相似的膝盖模拟装置的独立模型。

模型是作为独立模型构筑的，不使用模型库(AMMR)的要素和身体零件。

人工膝关节全置换手术(TKR)植入物的数据来自第六届grand challenze竞赛，预测人体膝盖的负荷。

＜Segment＞

模型由五部分(股骨、髌骨、胫骨、脚踝固定具、髋关节固定具)组成。实际上，包含了更多的部分。股骨/胫骨的质量被安装为单独的体节段，以便于确定转动惯量。同样，脚踝和地面段之间的球形横向构造采用三个体节，由旋转接头和滑动接头连接。

＜韧带＞

使用一维非线性弹性弹簧元件对韧带进行建模。为了不让韧带贯穿骨头/人工植入的表面，用绷带包裹各种各样的几何形状(圆柱，椭圆体等)。韧带的特性采用自文献2)和3)。