AnyBody　应用案例

#1 .扩展模型:从默认铰链关节模型(1自由度)，到球面关节模型+内外侧髁反作用力模型

通常，在生物机械中使用的刚体连接模型中，由于膝盖的可动特性，一般只考虑屈/伸展的动作，由铰链(铰链关节)构成。 在这个模型中，伸展屈曲动作的扭矩(力矩)当然是由肌肉来承担，但是，固定和保持(由各种韧带和胫骨-股骨之间的内外侧部分的接触引起的)膝盖周围的实际人体结构，需要对铰链接头进行5个自由度的束缚(平移3个成分、内外反以及绕轴伸展和)来模拟。

本模型在普通铰链膝盖模型的基础上，通过功能扩展使得可能。

a)　增加膝盖的3轴可动(屈曲伸展+内外反动作及绕轴动作)
b)　内外侧髁股骨和胫骨间接触反力的监测器

这样一来，内外反力矩就变成了更符合人体实际情况的内外侧部分反力矩。使用AnyBody的力元素功能(AnyGeneralMuscle)，内外侧的接触构成不是单点接触，而是考虑到各接触区域的力的分配(下图)

本模型验证了接触反作用力。

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 .膝盖高级别的模型:(knee_grand_challenge_4th中的模型)

在本模型中，膝盖部分被尽可能得到模型化。即

・　FDK模型
・　韧带模型
・　接触元素模型
・　患者骨表面(STL)数据映射

本模型考虑了以下链接第四届大赛的数据库。 Grand Challenge Competition to Predict In Vivo Knee Loads (リンク→　 ：https://simtk.org/projects/kneeloads ) 还包括骨头和人工植入的STL文件，以及C3D文件形式的患者实验的动作捕捉数据。特别是骨骼的缩放，肌肉力量的调整，韧带的构成等，包括与人体模型的定制相关的文件。

分别请参考以下的开发商网站:

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:内外髁接触反力，各韧带张力)。

①从大型动作(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、
a)被动元素韧带(发生与伸展量对应的张力)
b)同为被动元件的内侧、外侧单元(接触反作用力:产生与接触面积成比例的反作用力) 直到①和a)b)的力平衡为止，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、肌肉的包装部位

#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胫骨大腿关节和基于股骨髁表面贴合的铰链胫骨大腿关节。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中可以取得模型　→　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所问的研究问题，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)，以及设计外科植入物以最好地恢复健康的生物力学。

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，它也可能增加临床应用的可及性，与更先进的多体接触模型相比，它可能使具有受试者特定几何形状的计算快速模型成为可能。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：

使用膝盖植入模型和力量依赖运动学(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，预测活体膝盖的负荷。

＜Segment＞

模型由五部分(大腿骨、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段，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/种植牙的表面，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)。