研究目的:行走的各个时期中,参与的骨骼肌及其肌肉工作性质都不尽相同,表现出的生物力学特征和机理也有很大差异。近年来,随着计算机仿真技术的发展,步态研究的手段也较之前丰富,特别是以OpenSim等为代表的仿真软件的出现,使人们可以建立起人体多刚体或骨骼肌肉模型,为估算骨骼、关节和骨骼肌在运动过程中的负荷,分析人体的行走过程提供了新手段。本研究利用OpenSim仿真软件,构建一个完整步态周期内人体行走的骨骼肌肉模型,测算行走过程中下肢主要肌肉的工作负荷,以揭示行走时骨骼肌的工作特点,以期为步态研究的学者提供一些参考。研究方法:选取一名普通在校男性大学生（身高1.75m,体重70.1kg,年龄25岁）。采用Motion8镜头版红外高速运动捕捉系统（Motion Analysis Raptor-4,,USA,200Hz）和Kistler三维测力台（9281CA,Switzerland,1000Hz）同步采集运动学和动力学数据。选取一个完整步态周期进行研究。标志点位置坐标和测力台数据采用Cortex软件（version2.6.2.1169,英国安谋国际科技股份有限公司）获取。标志点三维坐标用Butterworth低通滤波法进行数据平滑,截断频率设置为6Hz。本研究使用Open Sim4.0软件完成整个仿真过程,数据格式调整借助Microsoft office Excel 2013软件和Notepad++v7.8.6（64-bit）软件完成,利用Origin8.1软件进行仿真结果验证并进行图表绘制。具体过程为;1)以Gait2392Simbody模型为基础进行修改,建立了一个含12个环节、23个自由度和92块肌肉-肌腱制动器的三维下肢骨骼肌肉模型;2)通过模型缩放（Scale model）得到个性化的模型;3)使用逆向运动学（Inverse Kinematics,IK）工具计算受试者在运动中各关节的角度和位移;4)获得关节角度数据后,将其与实验过程中采集到的的地面反作用力数据结合进行剩余残差计算（Residual Reduction Algorithm,RRA）;5)通过肌肉计算控制（computed muscle control,CMC）对模型中的各个肌肉进行力量分配,得到向前动力学方程的仿真结果。仿真完成后,使用plot工具查看相关肌肉的标准化长度变化和肌肉受力情况并将结果数据输出。研究选取的目标肌肉是运动髋关节的髂腰肌、臀大肌;运动膝关节的腘绳肌、股四头肌;运动踝关节的小腿三头肌、胫骨前肌。仿真模型中的标准化的肌纤维长度代表的是收缩元和并联弹性元的长度。考虑到行走过程中下肢主要肌肉形态改变明显以及肌腱的形变幅度小于肌腹的形变幅度,研究中选用标准化的肌纤维长度指标进行研究。由于行走过程的对称性,所有数据分析均选择右侧骨骼肌进行。Open Sim仿真软件得到模型行走过程完整、流畅,与红外运动捕捉系统获取的动作过程相似。选取髋关节屈伸角、膝关节屈伸角和踝关节屈伸角为校验指标,将OpenSim计算得到关节角度数据与利用Motion红外运动采集系统获取的关节角度数据进行对比,结果表明仿真结果比较可靠,有参考价值。研究结果:1)髂肌和腰大肌最长时被拉长20%,肌力可达体重的1.46倍;臀大肌在步态周期中没有明显的拉长;2)行走屈膝时股直肌被拉长26%,最大肌力达350.87N,股中肌、股外侧肌、股内侧肌分别本来拉长14%、12%、10%,总收缩力为280.46N;3)股二头肌、半膜肌和半腱肌长度在膝关节屈曲过程中长度变化较一致,半膜肌和股二头肌短头为膝关节屈提供70%以上的力量来源;4)胫骨前肌的长度在步态周期中缩短20%-40%,最大肌力为到314.57N,腓肠肌的长度变化范围（直立长度的0.62-1.16倍）大于比目鱼肌的变化范围（直立长度的0.86-1.13倍）,腓肠肌和比目鱼肌的峰值力不同时出现,力值大小较为均衡。研究结论:行走过程中,髂腰肌作为屈髋的主要肌肉,承受了较大肌肉形变和肌力,臀大肌在步态周期中始终收缩,主要起稳定骨盆的作用。股直肌同时屈髋和伸膝,步态过程中出现较大形变承受较大肌力,半膜肌、半腱肌和股二头肌在屈膝过程中协调配合,表现出长度变化和肌力变化的一致性。胫骨前肌在足摆越过程中主动发力,小腿三头肌在提踵过程中发力,二者在单支撑阶段协调配合维持踝关节的稳定。整个下肢肌肉表现出良好的协调性。