#1 .擴展模型:從默認單自由度旋轉關節模型(1自由度)，到球型關節模型+內外翻模型

通常，在生物力學中使用的膝蓋模型只考慮單方向的旋轉即屈/伸展的動作。

在這個模型中，導入了虛擬肌肉來模擬其他自由度方向的約束

本模型在普通膝蓋模型的基礎上，添加了一些其他功能。

a) 增加膝蓋的3軸可動(屈曲伸展+內外翻動作及繞軸旋轉)
b) 內外翻自由度上加了股骨和脛骨間接觸反力的監測

這樣內外翻方向的力矩更符合人體的實際情況。

這里使用了AnyBody的力元素功能(AnyGeneralMuscle)，內外側的接觸由多點構成，考慮到了各接觸區域的力的分配(下圖) ，又驗證了接觸力。

本模型方法在以下論文中也得到了驗證。

“The effects of knee pain on knee contact force and external knee adduction moment in patients with knee osteoarthritis”
MomokoYamagata　MasashiTaniguchi　HiroshigeTateuchi　MasashiKobayashi　NoriakiIchihashi Journal of Biomechanics、Volume 123, 23 June 2021, 110538

與開發商的以下論文中的比較(測定和模型)結果相同。

※）“Relationship between knee joint contact forces and external knee joint moments in patients with medial knee osteoarthritis: effects of gait modifications “　???R.E. Richards , M.S. Andersen , J. Harlaar , J.C. van den Noort , Osteoarthritis and Cartilage 26 (2018)

#2 .更高級別的膝蓋模型:(knee_grand_challenge_4th中的模型)

在本模型中，盡可能模型化真實的膝蓋。即

?　FDK模型
?　韌帶模型
?　接觸元素模型
?　患者骨骼形狀(STL)

本模型考慮了以下鏈接中的數據庫。 Grand Challenge Competition to Predict In Vivo Knee Loads (鏈接→　 ：https://simtk.org/projects/kneeloads )

包括了患者的骨頭和人工植入的STL文件，以及C3D文件形式的患者的動作捕捉數據。

其中包括與人體模型定制相關的文件，特別是骨骼縮放、肌力調整、韌帶組成等。

分別參考了以下開發商網頁:

FDK模型鏈接→：Force-Dependent Kinematics
韌帶模型鏈接→:Ligament
接觸元素鏈接→：Using Contact Forces to Replace a Joint in a Human Model
→：Cleaning and Preparing STL Surfaces for Contact Calculation
骨骼形狀映射：→：Including a custom scaling function into your model

根據本模型功能以下得以實現。并可以更詳細的分析(Output:內外翻接觸力，各韌帶張力)。

①從較大動作(計算關節中心不偏移)開始，先用普通逆動力學計算出內力(肌肉、關節力等)
②在①的力條件下、 反復計算以下元素，直到平衡
a)被動元素韌帶
b)同為被動元件的內側、外側韌帶接觸力(

并反復計算關節中心的移位……也就是a)的伸長量和b)的接觸面積
③作為被動元件，計算出a)的張力和b)的接觸力
④根據患者固有的骨形狀，考慮肌肉附著位置、關節中心、肌肉的包裹部位

#3 . AnyKnee：

AnyKnee是一款獨立模型，引入了兩種膝關節，可以代替AnyBody使用的普通鉸鏈款式。這些關節包括可伸縮的移動軸-膝關節和基于股骨髁表面貼合的鉸鏈膝關節。

這兩個例子只是一個開始，實際上，你可以實現*任何*用戶定義的膝關節。這

些例子可以幫助用戶開發獨特的膝關節類型，并將其添加到AnyBody中。

GITHUB中可以獲取模型　→　https://github.com/AnyBody/anyknee

根據一般的質量和計算時間，肌肉骨骼系統膝關節模型從簡單的一般(鉸鏈)到復雜的被試特定(多體接觸)都有。選擇復雜程度取決于你的研究課題，以及你的膝蓋運動學需要有多現實。需要現實運動學的研究包括病理學調查(KOA等)，以及設計人工植入的生物力學。

移動軸關節模型基于大約0度和90度的脛骨大腿骨彎曲角度，將關節作為彎曲的函數在這兩個位置之間直線移動。移動軸背后的新奇之處在于，它不僅提供了比一般使用的鉸鏈更現實的關節運動學。

但是，它也允許具有特定于受試者的幾何體的計算模型，與更高級的多體接觸模型相比，它可能會增加臨床應用的輔助功能。關于詳情，請查閱Journal of biomeics的出版物。

Dzialo CM, Pedersen Heide P, Simonsen CW, Krogh K, de Zee M, Andersen MS., 2018, “Development and validation of subject-specific moving-axis tibiofemoral joint model using MRI and EOS imaging during a quasi-static lunge,” J Biomech 2018., 72, p.71-80.

#4. Knee Simurator：

使用人工植入和力依賴運動學(FDK)的膝蓋模擬模型。 →https://anyscript.org/ammr-doc/auto_examples/Orthopedics_and_rehab/plot_KneeSimulator.html

這是與Kansas膝蓋模擬裝置1)原理相似的膝蓋模擬裝置的獨立模型。

模型是作為獨立模型構筑的，不使用模型庫(AMMR)的要素和身體零件。

人工膝關節全置換手術(TKR)植入物的數據來自第六屆grand challenze競賽，預測人體膝蓋的負荷。

＜Segment＞

模型由五部分(股骨、髕骨、脛骨、腳踝固定具、髖關節固定具)組成。實際上，包含了更多的部分。股骨/脛骨的質量被安裝為單獨的體節段，以便于確定轉動慣量。同樣，腳踝和地面段之間的球形橫向構造采用三個體節，由旋轉接頭和滑動接頭連接。

＜韌帶＞

使用一維非線性彈性彈簧元件對韌帶進行建模。為了不讓韌帶貫穿骨頭/人工植入的表面，用繃帶包裹各種各樣的幾何形狀(圓柱，橢圓體等)。韌帶的特性采用自文獻2)和3)。