The purpose of this study is to determine the tibiofemoral forces during functional electrical stimulation (FES) rowing in individuals with spinal cord injury (SCI). We analysed the motion of five participants with SCI during FES rowing, with simultaneous measurements of (i) three-dimensional marker trajectories, (ii) foot reaction forces (FRFs), (iii) ergometer handle forces, and (iv) timestamps for electrical stimulation of the quadriceps and hamstrings muscles. We created full-body musculoskeletal models in OpenSim to determine subject-specific tibiofemoral forces during FES rowing. The peak magnitudes of tibiofemoral forces averaged over five participants with SCI were 2.43 ± 0.39 BW and 2.25 ± 0.71 BW for the left and right legs, respectively. The peak magnitudes of FRFs were 0.19 ± 0.04 BW in each leg. The peak magnitude of handle forces was 0.47 ± 0.19 BW. Peak tibiofemoral force was associated with peak FRF (magnitudes, R2 = 0.56, p = 0.013) and peak handle force (magnitudes, R2 = 0.54, p = 0.016). The ratios of peak magnitude of tibiofemoral force to peak magnitude of FRF were 12.9 ± 1.9 (left) and 11.6 ± 2.4 (right), and to peak magnitude of handle force were 5.7 ± 2.3 (left) and 4.9 ± 0.9 (right). This work lays the foundation for developing a direct exercise intensity metric for bone mechanical stimulus at the knee during rehabilitation exercises. Clinical Significance: Knowledge of tibiofemoral forces from exercises such as FES rowing may provide clinicians the ability to personalize rehabilitation protocols to ensure that an SCI patient is receiving the minimum dose of mechanical stimulus necessary to maintain bone health.

中文翻译：

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脊髓损伤患者 FES 划船过程中的胫股力量

本研究的目的是确定脊髓损伤 (SCI) 患者在功能性电刺激 (FES) 划船过程中的胫股力量。我们分析了 FES 划船期间五名 SCI 参与者的运动，同时测量了 (i) 三维标记轨迹、(ii) 足部反作用力 (FRF)、(iii) 测力计手柄力和 (iv) 电子时间戳刺激股四头肌和腘绳肌。我们在 OpenSim 中创建了全身肌肉骨骼模型，以确定 FES 划船期间特定受试者的胫股力量。5 名 SCI 参与者的胫股力量峰值平均分别为左右腿 2.43 ± 0.39 BW 和 2.25 ± 0.71 BW。每条腿的 FRF 的峰值幅度为 0.19 ± 0.04 BW。手柄力的峰值为 0.47 ± 0.19 BW。峰值胫股力量与峰值 FRF（幅度，R2 = 0.56，p = 0.013）和峰值手柄力（幅度，R2 = 0.54，p = 0.016）相关。胫股力量峰值与 FRF 峰值幅度之比为 12.9 ± 1.9（左）和 11.6 ± 2.4（右），手柄力峰值幅度为 5.7 ± 2.3（左）和 4.9 ± 0.9（右）。这项工作为开发康复锻炼期间膝关节骨机械刺激的直接运动强度指标奠定了基础。临床意义：从 FES 划船等运动中了解胫股力量可能为临床医生提供个性化康复方案的能力，以确保 SCI 患者接受维持骨骼健康所需的最小剂量的机械刺激。峰值胫股力量与峰值 FRF（幅度，R2 = 0.56，p = 0.013）和峰值手柄力（幅度，R2 = 0.54，p = 0.016）相关。胫股力量峰值与 FRF 峰值幅度之比为 12.9 ± 1.9（左）和 11.6 ± 2.4（右），手柄力峰值幅度为 5.7 ± 2.3（左）和 4.9 ± 0.9（右）。这项工作为开发康复锻炼期间膝关节骨机械刺激的直接运动强度指标奠定了基础。临床意义：从 FES 划船等运动中了解胫股力量可能为临床医生提供个性化康复方案的能力，以确保 SCI 患者接受维持骨骼健康所需的最小剂量的机械刺激。峰值胫股力量与峰值 FRF（幅度，R2 = 0.56，p = 0.013）和峰值手柄力（幅度，R2 = 0.54，p = 0.016）相关。胫股力量峰值与 FRF 峰值幅度之比为 12.9 ± 1.9（左）和 11.6 ± 2.4（右），手柄力峰值幅度为 5.7 ± 2.3（左）和 4.9 ± 0.9（右）。这项工作为开发康复锻炼期间膝关节骨机械刺激的直接运动强度指标奠定了基础。临床意义：从 FES 划船等运动中了解胫股力量可能为临床医生提供个性化康复方案的能力，以确保 SCI 患者接受维持骨骼健康所需的最小剂量的机械刺激。R2 = 0.56，p = 0.013）和峰值手柄力（大小，R2 = 0.54，p = 0.016）。胫股力量峰值与 FRF 峰值幅度之比为 12.9 ± 1.9（左）和 11.6 ± 2.4（右），手柄力峰值幅度为 5.7 ± 2.3（左）和 4.9 ± 0.9（右）。这项工作为开发康复锻炼期间膝关节骨机械刺激的直接运动强度指标奠定了基础。临床意义：从 FES 划船等运动中了解胫股力量可能为临床医生提供个性化康复方案的能力，以确保 SCI 患者接受维持骨骼健康所需的最小剂量的机械刺激。R2 = 0.56，p = 0.013）和峰值手柄力（大小，R2 = 0.54，p = 0.016）。胫股力量峰值与 FRF 峰值幅度之比为 12.9 ± 1.9（左）和 11.6 ± 2.4（右），手柄力峰值幅度为 5.7 ± 2.3（左）和 4.9 ± 0.9（右）。这项工作为开发康复锻炼期间膝关节骨机械刺激的直接运动强度指标奠定了基础。临床意义：从 FES 划船等运动中了解胫股力量可能为临床医生提供个性化康复方案的能力，以确保 SCI 患者接受维持骨骼健康所需的最小剂量的机械刺激。胫股力量峰值与 FRF 峰值幅度之比为 12.9 ± 1.9（左）和 11.6 ± 2.4（右），手柄力峰值幅度为 5.7 ± 2.3（左）和 4.9 ± 0.9（右）。这项工作为开发康复锻炼期间膝关节骨机械刺激的直接运动强度指标奠定了基础。临床意义：从 FES 划船等运动中了解胫股力量可能为临床医生提供个性化康复方案的能力，以确保 SCI 患者接受维持骨骼健康所需的最小剂量的机械刺激。胫股力量峰值与 FRF 峰值幅度之比为 12.9 ± 1.9（左）和 11.6 ± 2.4（右），手柄力峰值幅度为 5.7 ± 2.3（左）和 4.9 ± 0.9（右）。这项工作为开发康复锻炼期间膝关节骨机械刺激的直接运动强度指标奠定了基础。临床意义：从 FES 划船等运动中了解胫股力量可能为临床医生提供个性化康复方案的能力，以确保 SCI 患者接受维持骨骼健康所需的最小剂量的机械刺激。这项工作为开发康复锻炼期间膝关节骨机械刺激的直接运动强度指标奠定了基础。临床意义：从 FES 划船等运动中了解胫股力量可能为临床医生提供个性化康复方案的能力，以确保 SCI 患者接受维持骨骼健康所需的最小剂量的机械刺激。这项工作为开发康复锻炼期间膝关节骨机械刺激的直接运动强度指标奠定了基础。临床意义：从 FES 划船等运动中了解胫股力量可以为临床医生提供个性化康复方案的能力，以确保 SCI 患者接受维持骨骼健康所需的最小剂量的机械刺激。