基于四元数的肌骨模型中肌肉作用力效应的计算
医学物理
2025-09-08 v1
摘要
生物力学分析中的欧拉角表示法可以直接描述关节旋转。然而，欧拉角的应用可能因称为万向节锁的奇异性而受到限制。四元数提供了一种描述旋转的替代方法，但它们在生物力学中大多被避免使用，因为它们复杂且本质上不直观，特别是在由肌肉驱动的动态模型中。本研究引入了一个数学框架，用于描述基于四元数的动态肌骨模拟中的肌肉作用。所提出的方法估算了基于四元数的肌骨模型中的肌肉力矩。其在由肌肉单元驱动的三维双摆系统中展示了应用。此外，还提出了将基于欧拉角的肌肉路径获得的肌肉力臂转换为四元数描述的方法。所提出的方法对于具有复杂运动学和像肩关节这样大范围运动的肌骨模型的动态建模具有优势。
引用
@article{arxiv.2502.03475,
title = {Calculation of a force effect from muscle action to a quaternion-based musculoskeletal model},
author = {Ondrej Zoufaly and Edward Chadwick and Dimitra Blana and Matej Daniel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.03475},
year = {2025}
}