Оценка мышечных сил, развиваемых при движениях, на основе моделей

Оценка сил отдельных мышц во время движений человека позволяет получить представление о нейронном управлении и нагрузке на ткани, что может способствовать улучшению диагностики и лечения неврологических и ортопедических заболеваний. Непосредственное измерение мышечных сил, как правило, невозможно в клинических условиях, поэтому необходимо рассматривать неинвазивные методы, основанные на моделировании опорно-двигательной системы. Современный стандарт клинического анализа движений позволяет надёжно оценивать результирующие суставные моменты по данным о движении и внешних силах (анализ обратной динамики). Методы статической оптимизации, предназначенные для преобразования суставных моментов в оценки сил отдельных мышц с использованием моделей опорно-двигательной системы, известны уже несколько десятилетий. Однако до настоящего времени ни один из этих методов не был успешно внедрён в клиническую практику. Основные препятствия — отсутствие исследований, в которых была бы продемонстрирована успешная валидация оценок мышечных сил, а также недостаток удобного и эффективного компьютерного программного обеспечения. Последние достижения в области методов прямой динамики открыли новые возможности. Оптимизацию на основе прямой динамики можно проводить таким образом, чтобы получаемые решения в меньшей степени зависели от измеренных кинематических параметров и сил реакции опоры, а также соответствовали дополнительным данным, включая зависимости «сила–длина–скорость–активация» мышц и зарегистрированные во время движения сигналы электромиографии. Мы заключаем, что следует стимулировать применение результатов современных исследований в клинической практике, одновременно продолжая совершенствовать вычислительные инструменты и разрабатывать новые алгоритмы оценки мышечных сил и методы их валидации.