基于神经步态模型的下肢康复外骨骼的效能评估研究

目的脑卒中是一种常见的脑部损伤疾病,从而引发各种运动障碍。康复外骨骼成为了一种新兴的辅助工具,以其独特的优势在卒中康复领域引起了广泛关注。但评估这些康复外骨骼的效率并优化仍需进一步研究。因此,本研究旨在建立一种基于肌肉骨骼模型的仿真方法,以方便地评估针对卒中患者研发的下肢外骨骼。方法本研究设计了一种针对卒中患者的下肢康复混动外骨骼,采用Opensim的Gait2392模型,通过添加致动器与被动矫形器,构建肌肉骨骼与外骨骼耦合模型。基于该耦合模型和从实验中获得的输入运动学与地面反作用力数据,实现行走步态模拟。在该仿真平台上,提取受试者行走过程中的关节角度、肌肉激活以及行走时的代谢成本等进行比较分析。结果在外骨骼的辅助下,受试者关节角度与正常步态数据的CORA评分提高了11.6%~37.8%。比目鱼肌的激活水平上升,这种重新分配使肌肉激活更接近正常步态,以更好地支持患者行走。同时受试者的代谢成本均有所降低。结论仿真结果揭示了穿戴外骨骼对卒中患者康复过程具有明显的积极影响。节省患者的运动能量消耗,在一定程度上避免患者的快速疲劳。本研究基于肌肉骨骼模型的仿真方法为评估和优化康复外骨骼。