一种用于OpenSim的非线性缩放方法

作者：伍子豪; 王正陶; 马晓宇; 王冬梅^*

来源：医用生物力学, 2023, 38(05): 989-995.

DOI：10.16156/j.1004-7220.2023.05.021

• 非线性缩放
• 个性化建模
• 模型配准
• 运动学
• 动力学

目的 提高OpenSim生物力学模型静态与动态配准精度，进而提高运动学和动力学参数计算的可靠性。方法 通过位姿调整、构建插值函数，实现基于运动学实验数据的模型非线性缩放。使用两组公开实验数据(GC3和GC5)进行建模分析，计算模型肢段长度和关节作用力，并与解剖标记点缩放方法 (anatomical landmark scale, ALS)和线性缩放方法的计算结果及实际测量值比对，验证方法的有效性。结果 缩放所得模型的肢段长度与实际测量值的最大偏差14.74 mm,在文献给定范围(4.0±13.8) mm内；缩放和逆运动学计算的标记点误差满足OpenSim给定要求；计算所得关节接触力均方根误差(GC3:0.40 BW,GC5:0.34 BW)较ALS方法(GC3:0.64 BW)和OpenSim线性缩放方法(GC5:0.40 BW)小；蒙特卡洛分析结果同时表明，对于模型标记点初始位置的变化，该方法计算关节接触力误差范围更小，肢段长度波动小于5%。结论 该非线性缩放方法可行，且在目前验证条件下可以提高OpenSim运动学和动力学建模效率及仿真分析结果的精度。

• 单位
  上海交通大学