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胫骨下截肢者行走时较高的代谢成本通常归因于踝关节推进能力降低。然而，截肢后，维持行走稳定性的成本也可能增加，这或许可以解释为何恢复踝关节推进能力并不总能使代谢成本恢复正常。由于在实验上难以将推进与稳定性的贡献区分开来，我们采用仿真方法探究胫骨下截肢及不同假肢对行走成本的影响。我们使用一个概念性的平面力矩驱动模型模拟步态。腿部关节力矩由前馈控制以及线性、时变的全状态反馈控制共同调节。在存在感觉运动噪声并施加稳定性约束的条件下，我们计算了与推进相关的前馈力矩和用于稳定行走的反馈增益，使预期用力（力矩平方和）最小化。我们分别模拟了完整模型，以及三种佩戴假肢的行走者：被动假肢、由前馈控制的主动假肢，以及由前馈和局部反馈共同控制的主动假肢。针对不同水平的感觉运动噪声，我们求解了相应随机最优控制问题的确定性近似。与完整行走者相比，佩戴被动假肢行走者的前馈力矩和预期反馈力矩均更高。主动假肢使总生物用力（即除假肢关节外所有关节产生的用力）恢复至完整行走者的水平，但这一用力由更少的生物关节产生。与完整行走者相比，假肢行走者的生物反馈用力更高。在主动假肢中加入局部反馈可降低生物反馈用力，但这一效果仅在低噪声水平下明显。我们的结果表明，使用被动假肢行走会增加与推进和稳定性相关的用力。尽管主动假肢能够支持推进，但局部反馈控制仅使与稳定性相关的用力略有降低，这提示若要完全恢复行走的代谢成本，控制器还需要获取来自身体其他部位的感觉信息。
模拟预测，平衡控制的改变促成了使用假肢行走时更高的代价 | bioRxiv
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# 模拟预测，平衡控制的改变促成了使用假肢行走时更高的代价
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DOI： https://doi.org/10.64898/2026.09.03.749211
Wouter Muijres 1 鲁汶大学（KU Leuven）； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。
该预印本依据 CC-BY 4.0 国际许可协议提供。
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发布于 2026 年 9 月 7 日。
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模拟预测，平衡控制的改变促成了使用假肢行走时更高的代价
Wouter Muijres、 Maarten Afschrift、 Renaud Ronsse、 Tom Van Wouwe、 Friedl De Groote
bioRxiv 2026.09.03.749211； DOI： https://doi.org/10.64898/2026.09.03.749211
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bioRxiv 2026.09.03.749211； DOI： https://doi.org/10.64898/2026.09.03.749211
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.03.749211v1?rss=1
🏷️ 假肢行走 步态稳定性 代谢成本 随机最优控制 感觉运动噪声 主动假肢