肌骨動力學

肌骨動力學是生物醫學工程學的一個分支，它主要研究人體肌骨系統（包括骨與骨之間，肌肉與骨之間）的力和運動變化。它是在步態分析的基礎上，隨著康復臨床與康復工程技術的發展而成長起來的一個學科。

肌骨系統

又稱為運動系統，是由骨骼、肌肉、肌腱、韌帶、神經和軟骨等組成的複雜系統。其中，骨骼的主要作用是支撐身體，保護內部器官，通過槓桿作用產生運動；骨骼肌的主要作用是通過肌肉收縮牽拉骨骼產生運動或保持身體姿態。

肌骨模型

研究肌骨動力學的主要方法是建立肌骨模型。它把骨骼簡化成具有一定形狀的剛體，肌肉則簡化成能夠產生收縮力的一條直線或曲線，利用數學建模的方法，求得肌肉收縮力和骨與骨之間的作用力（關節反作用力）。肌骨模型的提出可以追溯到20世紀70年代初，美國Wisconsin大學機械工程系的Seireg教授和Arvikar教授提出一種估計下肢肌骨系統受力的數學模型。這一技術，代表了肌骨系統建模的第一次嘗試。

反向動力學問題

反向動力學問題是肌骨模型求解關節受力和力矩的基礎，它的定義是：已知某個力學系統的多種運動形式（包括位置，速度，加速度等），求解外部受力和力矩的問題。解決反向動力學問題的核心是利用牛頓-歐拉公式：

對肌骨模型而言，解決反向動力學問題得到的是關節力和關節力矩。

求解模型

在已知關節力和關節力矩基礎上，通過兩種方法可以求得肌肉收縮力和關節反作用力。

1. 肌電驅動的肌骨模型：通過建立肌電信號與肌肉收縮力的關係，求解模型。

2. 生物力學模型：通過數學最佳化的方法分配肌肉收縮力和關節反作用力，求解模型。