長距離跑后“足外翻”姿態(tài)增加膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)接觸力:基于OpenSim肌骨建模及機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測的研究

摘要：目的:揭示跑者在長距離跑后下肢關(guān)節(jié)的負(fù)荷與足姿態(tài)的變化及膝關(guān)節(jié)接觸力分布且驗(yàn)證二者關(guān)聯(lián),為快速預(yù)測膝關(guān)節(jié)負(fù)荷提供簡易手段。方法:運(yùn)用OpenSim個體化肌骨建模分析業(yè)余跑者5 km跑后下肢關(guān)節(jié)的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)及膝關(guān)節(jié)接觸力變化,采用一維統(tǒng)計(jì)參數(shù)映射(Statistical Parametric Mapping 1d)分析法檢測差異性,結(jié)合足姿態(tài)參數(shù)與膝關(guān)節(jié)總接觸力及膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)接觸力訓(xùn)練并檢驗(yàn)機(jī)器學(xué)習(xí)算法。結(jié)果:1)5 km跑后,髖關(guān)節(jié)蹬離期伸角度、支撐初期外旋角度及踝關(guān)節(jié)蹬離期跖屈角度均顯著增大;2)髖關(guān)節(jié)支撐期伸力矩及支撐初期外展力矩、踝關(guān)節(jié)支撐期跖屈力矩均顯著增大,膝關(guān)節(jié)支撐初期及蹬離期屈力矩均顯著降低;3)膝關(guān)節(jié)蹬離期總接觸力顯著減小,支撐初期內(nèi)側(cè)接觸力顯著增大而支撐初期及蹬離期外側(cè)接觸力均顯著減小;4)機(jī)器學(xué)習(xí)算法模型發(fā)現(xiàn),足外翻程度增大引起膝關(guān)節(jié)總接觸力及內(nèi)側(cè)接觸力快速增大而外側(cè)接觸力逐步減小。結(jié)論:1)長距離跑后下肢關(guān)節(jié)負(fù)荷出現(xiàn)幅值及重新分布的變化,表現(xiàn)出增大的髖關(guān)節(jié)伸及外展力矩,減小的膝關(guān)節(jié)屈力矩及增大的踝關(guān)節(jié)跖屈力矩,可能與足姿態(tài)變化及相關(guān)肌群肌力有關(guān);2)長距離跑后膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)接觸力快速增大且與量化的足姿態(tài)參數(shù)呈線性關(guān)系;3)通過足姿態(tài)參數(shù)指標(biāo)可快速預(yù)測膝關(guān)節(jié)接觸力的變化,跑者可實(shí)地評估足姿態(tài)參數(shù)以預(yù)測膝關(guān)節(jié)負(fù)荷的幅值和分布變化,輔助科學(xué)合理的安排跑量及訓(xùn)練計(jì)劃,降低跑步相關(guān)的膝關(guān)節(jié)損傷風(fēng)險。