人體運動生物力學(xué)研究精選(九篇)

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第1篇：人體運動生物力學(xué)研究范文

一、運動生物力學(xué)的定義：

運動生物力學(xué)的定義（國內(nèi)）是運動生物力學(xué)是一門新興學(xué)科，現(xiàn)在比較通用的定義是“運動生物力學(xué)是研究體育運動中人體機(jī)械運動規(guī)律的科學(xué)”。國外對這門學(xué)科的定義也大相徑庭究，有些國家把運動生物力學(xué)認(rèn)為是人體內(nèi)部運動器系運動和外部人體整體運動的力學(xué)特性，盡管運動生物力學(xué)在國內(nèi)外還沒有形成統(tǒng)一的定義，但是運動生物力學(xué)的作用和研究意義已被各個國家所重視。

二、在技術(shù)教學(xué)中的重要地位

在體育運動中任何一項身體練習(xí)都由一定的動作及動作體系構(gòu)成，而完成每個動作及整套動作都存在著最合理的運動技術(shù)。合理的運動技術(shù)以運動生物力學(xué)理論為依據(jù)，并富含運動生物力學(xué)原理。而運動生物力學(xué)又以其分析科學(xué)性，結(jié)構(gòu)合理性為體育技術(shù)教學(xué)提供理論和方法上的指導(dǎo)，它可以通過對形形體育動作差別原因的分析，探討出獲得良好技術(shù)的各種力學(xué)條件，從而使學(xué)生更完善地認(rèn)識、學(xué)習(xí)和掌握合理的運動技術(shù)動作。

三、對技術(shù)教學(xué)的積極影響

在技術(shù)教學(xué)中，及時而有針對性地向?qū)W生傳授運動生物力學(xué)原理，往往能引起學(xué)生對學(xué)習(xí)和掌握運動技術(shù)的興趣，并使復(fù)雜的技術(shù)簡單化，從而有利于學(xué)生及時糾正自己的錯誤動作，并防止由于錯誤動作而帶來的運動損傷。

（一）提高學(xué)習(xí)運動技術(shù)的興趣

隨著新科技、新技術(shù)的不斷地推動著體育科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的運動技術(shù)取代舊的運動技術(shù)，或高級運動技術(shù)取代低級運動技術(shù)，已成為當(dāng)今社會的總體趨勢。新的運動技術(shù)比舊的運動技術(shù)更科學(xué)、更合理、更實效，并且更符合人體特點。因此，新技術(shù)總能吸引更多的人去研究和學(xué)習(xí)。在體育技術(shù)教學(xué)中，如何引起學(xué)生對新技術(shù)的興趣是學(xué)習(xí)的第一動力。比如，我們所說的站立式起跑和蹲踞式起跑，相對以往而言站立式起跑比蹲踞式起跑要舒適，運動員一般都采用站立式起跑。隨著科學(xué)的發(fā)展，運動生物力學(xué)這門學(xué)科逐漸進(jìn)入了人們的視角，從生物力學(xué)的角度來剖析站立式起跑和蹲踞式起跑的區(qū)別，蹲踞式起跑更有利于起跑，對于短距離的起跑和起跑后的加速跑這兩個階段從實效性和經(jīng)濟(jì)性這兩個角度而言作用最大，同時也為短距離途中跑和沖刺跑奠定了一定的能源物質(zhì)基礎(chǔ)，當(dāng)今在全國乃至世界在短距離運動項目中全部必須采用蹲踞式起跑。如此，學(xué)生就會對蹲踞式起跑產(chǎn)生濃厚的興趣，大有躍躍欲試的欲望，從而在技術(shù)教學(xué)中就會主動、積極地參與并思考、體會技術(shù)細(xì)節(jié)，進(jìn)而縮短掌握技術(shù)動作的時數(shù)，有利于提高技術(shù)教學(xué)效果。

（二）使復(fù)雜的技術(shù)問題簡單化

相對于以往的體育教學(xué)中，當(dāng)體育教師對某一項較為復(fù)雜的技術(shù)過程講解時，學(xué)生常會因為技術(shù)動作太復(fù)雜而影響學(xué)習(xí)，但如果教師能用適當(dāng)?shù)牧W(xué)知識加以分析和運動生物力學(xué)的研究方法往往能使學(xué)生“頓悟”，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。如：足球的香蕉球是一項較復(fù)雜的技術(shù)動作，且香蕉球形成的力學(xué)原因也極為復(fù)雜，但根據(jù)球在空中的運行軌跡的力學(xué)現(xiàn)象，我們只要在踢球過程中，保證擊球點的用力通過球心，且不在一條直線上，就為香蕉球的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。因此我們可以運用運動生物力學(xué)中常用的研究方法去解決這個問題，利用高速攝影、電視、錄像和數(shù)據(jù)的分析，把學(xué)生、運動員的運動技術(shù)進(jìn)行攝影、錄像、高速攝影，然后回放給學(xué)生，學(xué)生可以從動作回放和慢放中知道動作的運動軌跡，和香蕉球擊球點的位置。因此，對復(fù)雜的技術(shù)動作稍加力學(xué)分析，和采用先進(jìn)的設(shè)備便可使復(fù)雜問題簡單化，便于學(xué)生理解并提高教學(xué)效果。

（三）減少損傷以利掌握合理技術(shù)

第2篇：人體運動生物力學(xué)研究范文

關(guān)鍵詞 生物力學(xué) 步態(tài) 最新進(jìn)展 應(yīng)用領(lǐng)域

中圖分類號：R743 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

步行是人們在日常生活中最基本的運動方式，而步態(tài)是指人類步行的行為特征。步態(tài)生物力學(xué)研究是運用力學(xué)方法和技術(shù)，并基于人體機(jī)能解剖學(xué)和生理學(xué)的基本理論對人體行走功能狀態(tài)進(jìn)行測量、分析、評價的應(yīng)用研究。吳劍等（2002）在“步態(tài)生物力學(xué)研究進(jìn)展”中對2002年之前的研究進(jìn)展進(jìn)行了論述，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和三維步態(tài)分析儀器開發(fā)利用，國內(nèi)外對步態(tài)研究的進(jìn)程也呈現(xiàn)出逐步加快的趨勢，但目前在眾多的研究成果中，還沒有對新時期步態(tài)生物力學(xué)的研究進(jìn)展進(jìn)行的研究，因此本文通過對步態(tài)生物力學(xué)的研究進(jìn)行分析，旨在為促進(jìn)步態(tài)生物力學(xué)的研究進(jìn)程，為以后的研究奠定基礎(chǔ)。

1步態(tài)的一般生物力學(xué)研究進(jìn)展

1.1步態(tài)周期

步態(tài)周期是指從一側(cè)足跟著地到該足跟再次著地所構(gòu)成的周期。一個步態(tài)周期分為支撐相與擺動相2個相位。支撐相在整個步態(tài)周期中約占60%；擺動相約占40%。而跑動時支撐相約占整個步態(tài)周期的65%，擺動相約占35%。一條腿在一個完整的步態(tài)周期中經(jīng)歷的狀態(tài)依次為：足跟著地、足放平、支撐、足尖離地、腿彎曲擺動、腿伸直向外擺動、然后足跟著地，進(jìn)入新的步態(tài)周期。前4個狀態(tài)是支撐相，后3個狀態(tài)是擺動相。步態(tài)周期與身高的差異不顯著。

1.2步長與跨步長

步長是指同側(cè)足跟或足尖到邁步后足跟或足尖之間的距離，正常成人的步長值約為150―160cm?？绮介L是指行走時一側(cè)足跟到對側(cè)足跟之間的最大距離，正常成年人的跨步長約為127cm，正常成年人隨著年齡的增長，其跨步長與年齡成負(fù)相關(guān)，與身高成正相關(guān)，另外跨步長與步頻也有相關(guān)關(guān)系。

1.3步頻與步速

步頻是指行走時每分鐘邁出的步數(shù)，步頻=60（s）/步長平均時間（s）。步速是指步行的平均速度（m/s）。對20-39歲、40-59歲、60-79歲三個年齡段的正常成人進(jìn)行步態(tài)分析表明：20-39歲年齡段的正常成人的步頻為1.9412，步速為1.2616；40-59歲年齡段的步頻為1.8117，步速為1.0514；60-79歲年齡段的步頻為1.7621，步速為0.9524 。

1.4身體質(zhì)心起伏

人起步時，雖然地面作用于人的腳底的靜摩擦力對人這一質(zhì)點組不做功，但這一靜摩擦力對人的質(zhì)心做功，正因為這個功使人的質(zhì)心動能增大，人才得以起步運行。另一方面，質(zhì)心動能的獲得，是以人體各質(zhì)點克服靜摩擦力相對于質(zhì)心做功為代價的。這一代價來源于人體各質(zhì)點間相互作用的非保守力的功。對于一個健康的成人，當(dāng)其正常行走時，質(zhì)心起伏的幅度約為4.4cm。

1.5關(guān)節(jié)角度

人體下肢步態(tài)運動可以簡化為一個四剛體模型（包括軀干）。對于髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)，圍繞靜止站立位有曲屈和伸展兩個方向，定義伸展為角度負(fù)向，彎曲為角度正向；對于踝關(guān)節(jié)有背屈和跖屈兩個方向，定義背屈為角度負(fù)方向，跖屈為角度正方向。Grabiner等認(rèn)為膝關(guān)節(jié)必須在支撐期完全伸直，在擺動期屈曲大約60是教謀匾跫？

2步態(tài)生物力學(xué)研究的應(yīng)用

2.1功能檢測與評定

步態(tài)生物力學(xué)的研究對象為生物體的移動狀態(tài)，測量參數(shù)具有自主控制成分。步行的對稱性和圓滑性可以根據(jù)步態(tài)分析所得的參數(shù)（包括：運動學(xué)、步態(tài)時間―距離參數(shù)和動力學(xué)參數(shù)）進(jìn)行推測，穩(wěn)定性和波動性可根據(jù)重心位移和力的作用點進(jìn)行判斷，其速度、節(jié)奏和持久性的判斷則是根據(jù)步速、步頻和步行的持續(xù)距離。從已有的研究中，主要對妊娠期婦女、老年人、“三癱一截”（腦癱、截癱、偏癱、截肢）的殘疾者、肥胖人群的行走人群進(jìn)行功能檢測與評定。

邱紀(jì)方等對20例痙攣型腦癱患兒及青年，連續(xù)進(jìn)行了步態(tài)的評測（包括運動分析），其測量指標(biāo)分別為：屈髖畸形（改良托馬斯試驗）、膝關(guān)節(jié)伸展、繩肌長度（角）、比目魚肌長度、腓腸肌長度等。其結(jié)果表明：所有指標(biāo)均與CCC具有良好的一致性（0.67～0.96）；觀測者間一致性隨測量指標(biāo)的改變而有較大改變，CCC為0.34～0.87。髖外伸展的CCC左髖是0.34，右髖為0.42。

李艷霞等采用比利時Footscan USB2平板式足底壓測試系統(tǒng)對體質(zhì)量指數(shù)>28 kg/m2的肥胖學(xué)生進(jìn)行動態(tài)足底壓力測試，以此探索肥胖人群足底壓力參數(shù)的分布規(guī)律。

周有禮等通過對的動力學(xué)分析，解決了孕婦完整人體檢測資料缺乏的困境，為發(fā)現(xiàn)妊娠婦女步態(tài)研究奠定了基礎(chǔ)，但是缺乏具體的評價指標(biāo)。

王琳等采用橫向比較性研究設(shè)計法對中國青春期前BMI（體重指數(shù)）小于30 kg/ m2的男性肥胖兒童和體重正常的男性兒童在步態(tài)和姿勢控制方面是否存在差別進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示：肥胖兒童在步態(tài)的穩(wěn)定性和姿勢控制上均不如正常兒童的穩(wěn)定。

2.2疾病的預(yù)防

第3篇：人體運動生物力學(xué)研究范文

關(guān)鍵詞：運動人體科學(xué)；論文選題

中圖分類號：G807．0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007―3612(2006)09―1231一04

本文對1982―2003年全國體育院校及部分重點大學(xué)體育院系、國家體育總局等30多個單位的運動人體科學(xué)專業(yè)碩士、博士生研究生論文選題進(jìn)行了分類統(tǒng)計和比較分析，并對其選題方向和特點進(jìn)行歸納總結(jié)，以期為今后運動人體科學(xué)學(xué)科研究生的論文選題提供參考。

1　研究對象與方法

1．1研究對象 本文共收集1982―2003年運動人體科學(xué)專業(yè)各研究方向的研究生論文505篇，其各專業(yè)的分布情況如下表：

1．2研究方法

1．2．1 文獻(xiàn)資料法 本文搜集了研究生論文選題方面的文獻(xiàn)并進(jìn)行了分類整理，獲得了相關(guān)資料和信息。

1．2．2數(shù)理統(tǒng)計法 對論文的題目、研究對象、研究方向、研究內(nèi)容和特征等指標(biāo)進(jìn)行了初步統(tǒng)計，并對統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行了數(shù)理分析。

2　結(jié)果與分析

2．1 人體運動科學(xué)專業(yè)論文分布情況 運動生理方向的研究生論文數(shù)量占運動人體科學(xué)專業(yè)研究生論文總數(shù)的46．34％(表1)，這與以北京體育大學(xué)為代表的一批體育院校運動生理學(xué)科點開設(shè)較早、而其他學(xué)科點開設(shè)較晚有關(guān)，同時與80年代某些院校只設(shè)立運動生理專業(yè)碩士的現(xiàn)象也有一定的關(guān)系。數(shù)據(jù)顯示：運動生物力學(xué)方向的論文數(shù)量較少，90年代后有所增加，這主要是由于運動生物力學(xué)為一門較為年輕的學(xué)科，在我國的起步較晚；而運動解剖學(xué)方向的論文數(shù)量總數(shù)也相對比較少，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)后的3年中運動解剖方向的研究生數(shù)量急劇減少，其原因主要在于各院系的招生培養(yǎng)結(jié)構(gòu)所致，該學(xué)科屬基礎(chǔ)理論學(xué)科，且與運動訓(xùn)練相關(guān)性不大所致。

從圖形及數(shù)量分析可以看出，各研究方向在年代分布上，盡管呈現(xiàn)出一些波動，但總體趨勢是各研究方向的數(shù)量和總數(shù)都在逐漸增多。

統(tǒng)計結(jié)果顯示，近年來運動生理學(xué)研究生的選題方向主要集中在骨骼肌生理、疲勞與恢復(fù)、機(jī)能評定和心血管等范圍內(nèi)，其數(shù)量占運動生理方向研究總數(shù)的55．98％，這與目前國內(nèi)體育期刊上相關(guān)領(lǐng)域的研究方向與研究趨勢基本相符。其原因是骨骼肌生理，運動性疲勞與恢復(fù)，運動員機(jī)能評定及心血管等方向與運動訓(xùn)練關(guān)系密切，這些研究可以解決運動訓(xùn)練中出現(xiàn)的實際問題。進(jìn)入21世紀(jì)后，內(nèi)分泌功能的調(diào)解、訓(xùn)練效果等與大眾健康、全民健身關(guān)系密切相關(guān)的問題也將受到了重視，其研究生論文數(shù)量必然有所增加。

2．2各專業(yè)方向研究生論文選題方向分析

2．2．1運動生理專業(yè)

2．2．2運動生化專業(yè)

如表3所示，營養(yǎng)是運動生物化學(xué)方向研究的一個主要方面，其研究生論文數(shù)量約占總數(shù)的1／3。在運動訓(xùn)練中“沒有恢復(fù)就沒有訓(xùn)練”的新觀點提出之后，人們開始逐漸著眼于營養(yǎng)學(xué)的相關(guān)研究，如何應(yīng)用合理的營養(yǎng)手段來延緩運動性疲勞的產(chǎn)生，促進(jìn)運動后恢復(fù)已成為體育科研領(lǐng)域中的熱點問題。但這些論文的研究對象多采用動物實驗，對人體的研究相對較少，而運動營養(yǎng)及合理的恢復(fù)段在運動員當(dāng)中推廣使用，還須更多的人體實驗作為更直接的依據(jù)。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和體育健身在我國的開展，近年來針對各種健身鍛煉項目的訓(xùn)練效果的研究數(shù)量也在逐漸增加，呈現(xiàn)了與運動生理方向相一致的變化趨勢。

2．2．3運動解剖學(xué)

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，兒童少年體質(zhì)現(xiàn)狀和生長發(fā)育規(guī)律及體育運動在人體塑造方面的作用是運動解剖學(xué)方向研究者們所關(guān)注的主要問題，其論文數(shù)量分別占該研究方向論文總數(shù)的37．14％和28．57％。涉及骨骼肌的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)性研究也占有一定的比例，而其它方向的論文數(shù)量比例均相對較少，呈現(xiàn)出明顯的“選題分布極不均衡”的特點，這一現(xiàn)象說明運動解剖學(xué)知識領(lǐng)域廣泛，可供研究的問題相對比較多，而經(jīng)過幾十年的發(fā)展，運動解剖學(xué)已經(jīng)形成了較為固定的研究領(lǐng)域，這也是一個學(xué)科發(fā)展基本成型的表現(xiàn)。

2．2．4運動醫(yī)學(xué)

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，運動醫(yī)學(xué)方向研究生的選題方向主要集中于心血管生理、訓(xùn)練效果、骨骼肌生理及運動損傷等方向，各個方向的科研討論數(shù)量分布均衡，占其方向的百分比均在15％左右，且這些研究相對集中，與運動訓(xùn)練實踐結(jié)合比較緊密，體現(xiàn)了科學(xué)研究服務(wù)于訓(xùn)練實踐的基本指導(dǎo)思想，和運動醫(yī)學(xué)實用性較強(qiáng)的學(xué)科特點。

2．2．5運動生物力學(xué)

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，運動生物力學(xué)方向的研究熱點集中在對運動項目的某些技術(shù)環(huán)節(jié)的動作分析上，其研究主要是利用運動生物力學(xué)的手段輔以現(xiàn)代化技術(shù)手段展開探索研究，從而得到一些敏感指標(biāo)、數(shù)據(jù)，并采用計算機(jī)評價系統(tǒng)進(jìn)行分析、評價。其中涉及動作技術(shù)分析的占42．86％，而涉及計算機(jī)評價系統(tǒng)的研究呈現(xiàn)逐漸增長的趨勢，達(dá)到生物力學(xué)研究生論文總數(shù)的23．81％，體現(xiàn)了運動生物力學(xué)與計算機(jī)科學(xué)的聯(lián)系日趨緊密。隨著科學(xué)的發(fā)展運動生物力與數(shù)學(xué)、物理、計算機(jī)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科的交叉將逐漸增多。

2．2．6 各專業(yè)方向選題特點的分析 從表2～6的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示，各方向的選題方向一方面呈現(xiàn)了各自專業(yè)的學(xué)科特點，同時各學(xué)科之間互相關(guān)聯(lián)，存在一些共同點。

從各自專業(yè)方向選題特點來看，運動生理方向選題中骨骼肌生理及疲勞與恢復(fù)的內(nèi)容較多，尤其是在90年代前后，對肌纖維類型、肌纖維組成比例的研究很多，采用無損傷方法測定肌纖維類型，對延遲性肌肉酸痛以及骨骼肌疲勞后超微結(jié)構(gòu)改變的研究，都是這一領(lǐng)域的研究熱點。

運動生化方向?qū)\動員營養(yǎng)補充問題以及運動后恢復(fù)手段的研究得到越來越多的注視?！皼]有恢復(fù)就沒有訓(xùn)練”這一新觀點提出之后，營養(yǎng)及其他恢復(fù)手段成為競技體育中的熱門問題。

運動解剖學(xué)方向論文選題明顯集中在“兒童少年體質(zhì)現(xiàn)狀和生長發(fā)育規(guī)律的研究”、“體育運動對人體器官組織形態(tài)結(jié)構(gòu)影響的研究”和“骨骼肌形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的研究”這3個方向，占論文總數(shù)的80％。

運動醫(yī)學(xué)的選題則集中在創(chuàng)傷、心血管、訓(xùn)練效果及骨骼及生理四方面，而且分布比較均衡，各占該方向論文選題的13．04％、17．39％、15．22％和13．04％。

運動生物力學(xué)是相對較為獨立的學(xué)科，其選題集中在兩個方面：動作技術(shù)分析(42．86％)，其次是計算機(jī)評價系統(tǒng)的研究(23．8l％)；除此之外人體組織力學(xué)、動力學(xué)及身體素質(zhì)等方面的論文選題也逐漸受到一定程度的關(guān)注。

2．3各專業(yè)方向研究生論文的研究對象

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，運動人體科學(xué)專業(yè)的研究對象中動物實驗占到總數(shù)的41．05％。運動員只占到19．26％左右，位居第

三位的是體院學(xué)生，占12．26％。近年來，動物實驗的比重越來越大，而人體實驗在逐漸減少。

從科學(xué)研究的實際應(yīng)用價值上看，人體實驗的科學(xué)研究通常具有更直接的實用價值。但是，由于人體實驗時，實驗條件不一，且實驗對象在實驗期間難以控制，作為受試對象的人本身個體差異較大，因此在實際實施過程中會造成很大的困難。動物實驗的優(yōu)點是樣本個體差異小，條件容易控制，測試結(jié)果更為準(zhǔn)確，特別適合做一些機(jī)制性的研究。其缺點是動物與人的親緣關(guān)系太遠(yuǎn)，有時候反映在動物身上的變化，未必可以在人體上得到重現(xiàn)。而且，動物采用的運動模型較為單一。從目前來看，常用的動物運動模式為大鼠(或小鼠)游泳，以及在動物跑臺。且不說這些運動模型的控制是否嚴(yán)格，從這些運動方式上看，與人體的運動畢竟有一定的差異。而且疲勞點如何確定的問題，一直是動物實驗論文中存在爭議的問題。

在實際操作中，如何將人體實驗與動物實驗的優(yōu)勢結(jié)合起來，一直是研究生論文需要重點考慮的問題。好的選題不僅在于題目本身，實驗設(shè)計也是論文成敗的關(guān)鍵。

2．4各專業(yè)方向研究生采用的研究手段

2．4．1運動生理專業(yè)

2．4．2運動生化專業(yè)

2．4．4運動醫(yī)學(xué)專業(yè)

數(shù)據(jù)顯示，運動生理、生化、解剖和運動醫(yī)學(xué)方向研究生論文中使用的各種研究手段中，運動生化指標(biāo)的測定占相當(dāng)大的數(shù)量和比例。尤其與運動實踐結(jié)合比較密切的論文多采用生化指標(biāo)對受試者進(jìn)行評定，觀察受試者身體機(jī)能的變化。如：血乳酸一直是科學(xué)訓(xùn)練所關(guān)注的主要問題。另外，血常規(guī)、血尿素指標(biāo)以及以血清酶的變化都是運動訓(xùn)練中經(jīng)常涉及的問題。另外，在一些機(jī)制性的研究中，如運動性低血睪，運動性閉經(jīng)或月經(jīng)紊亂等問題，都需要對激素及激素受體輔助生化手段進(jìn)行定性分析。近些年來，隨著基因分析手段的日益更新、先進(jìn)，實用性的基因分析手段逐漸應(yīng)用到了體育科學(xué)研究中來，例如對骨骼肌a―actin基因表達(dá)的研究，對β－腎上腺素受體基因表達(dá)的研究，對衰老過程中線粒體DNA缺失的研究等等，都是現(xiàn)代基因手段與運動實際相結(jié)合的有益嘗試。

在研究手段的選取上：運動生理學(xué)使用較多的是生化指際、生物電技術(shù)和常規(guī)生理指標(biāo)，共占其研究總數(shù)的74．99％，近幾年來，借助生化指標(biāo)檢測的研究數(shù)量逐漸升高。運動生化方向則是生化指標(biāo)占絕對統(tǒng)治地位，達(dá)到總數(shù)的85．19％，充分體現(xiàn)了本學(xué)科的特點。運動解剖學(xué)則較多地應(yīng)用身體素質(zhì)指標(biāo)、組化電鏡、生物電技術(shù)及常規(guī)生理指標(biāo)等，所采用研究手段相對較多，且分布均勻，即運動解剖學(xué)的研究手段呈現(xiàn)多元化。運動醫(yī)學(xué)方向中應(yīng)用較多是生化指標(biāo)、常規(guī)生理指標(biāo)和組化電鏡及生物電技術(shù)，占該方向研究手段總數(shù)的89．36％，體現(xiàn)了運動醫(yī)學(xué)監(jiān)測過程中需要借助生理、生化手段的特點。各方向的研究手段呈現(xiàn)出互不相同特點，歸結(jié)原因在于不同專業(yè)研究的側(cè)重點不同所致。

動作技術(shù)分析系統(tǒng)是運動生物力學(xué)專業(yè)研究中最常用的手段，占生物力學(xué)各研究手段總數(shù)的42．22％，它是運動生物力學(xué)為運動訓(xùn)練直接服務(wù)的最常用手段，在近幾年隨著計算機(jī)技術(shù)和數(shù)碼拍攝技術(shù)的發(fā)展取得了很大的進(jìn)展。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機(jī)也逐漸進(jìn)入體育科學(xué)研究領(lǐng)域，其主要運用在計算機(jī)分析、評價系統(tǒng)中，這些先進(jìn)、準(zhǔn)確手段的引入對運動訓(xùn)練和科學(xué)研究產(chǎn)生了巨大的推動作用。

2．4．6 除運動生物力學(xué)外所有專業(yè)不同年代研究手段的對比

表13顯示，80年代采用較多的是生物電技術(shù)、常規(guī)生理、生化指標(biāo)，各占總數(shù)的28．87％、25．77％、25．77％，他們之間的分布相對均衡。進(jìn)入90年代后，隨著研究的進(jìn)一步深入，一些簡單手段，如生物電技術(shù)和常規(guī)生理指標(biāo)的應(yīng)用比例逐漸減少，而生化指標(biāo)等反應(yīng)受試者機(jī)體機(jī)理的研究手段所占比例增大，達(dá)到總數(shù)的52．30％，體現(xiàn)了各學(xué)科研究的精確、精細(xì)化和定量分析的逐漸增多。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些前沿科技手段，如基因技術(shù)開始在運動人體科學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用。本文所統(tǒng)計的只是2001―2003年的研究生論文，樣本量相對較少，但其變化趨勢基本和90年代相同，這些變化趨勢反映了體育科學(xué)研究的不斷深入以及研究手段的不斷發(fā)展，同時也反映了運動人體科學(xué)專業(yè)學(xué)科水平的提高。

3　結(jié) 論

第4篇：人體運動生物力學(xué)研究范文

關(guān)鍵詞：生物力學(xué) 跳臺跳水 起跳技術(shù)

一、前言

竟技體育的目標(biāo)是“更高、更快、更強(qiáng)”。運動員通過不斷 克服自我來提高速度、力量、動作的準(zhǔn)確性。除了刻苦的訓(xùn)練 之外,科學(xué)的訓(xùn)練方法和手段是提高運動員成績的有效途徑。提高運動技術(shù)訓(xùn)練科學(xué)化水平的重要前提條件就是吸收各學(xué)科最新發(fā)展成果,采用先進(jìn)的測量手段進(jìn)行定量研究。 信息技術(shù)或者計算機(jī)技術(shù)的廣泛深人應(yīng)用引起了社會的巨大變革,對運動訓(xùn)練和體育科學(xué)研究也帶來了前所未有 的機(jī)遇,正在改變體育科學(xué)研究與訓(xùn)練的模式。

二、研究方法與研究對象

1、研究對象河北省跳水隊優(yōu)秀的運動員

2、 研究方法

（1）文獻(xiàn)資料法查閱國內(nèi)外關(guān)于高臺跳水起跳技術(shù)的研究現(xiàn)狀，有關(guān)計算機(jī)模擬的相關(guān)文獻(xiàn)

（2） 計算機(jī)仿真模擬

①以三維方式逼真模擬技術(shù)動作。 通過形象化的方式讓運動員更容易、更快速地掌握技術(shù)動作要領(lǐng)，從而大幅度地提高運動員整體運動技能水平。

②新動作設(shè)計與技術(shù)動作標(biāo)準(zhǔn)化。可以編輯、修改、設(shè)計新動作，通過該工具還可以讓教練員設(shè)計出自己頭腦中“理想”的動作，據(jù)此建立標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)動作庫，用于教學(xué)與(國際)裁判培訓(xùn)，提高比賽成績。

③技術(shù)動作分析?？梢詫夹g(shù)動作做量化分析，并以圖形方式展示分析結(jié)果。包括位移、速度、力等。在此基礎(chǔ)上，可以對“理想”動作與運動員技術(shù)動作做深層次的分析，并給出運動員改進(jìn)技術(shù)動作的指導(dǎo)性意見。

④動作編排模擬與設(shè)計。從模擬的單個技術(shù)動作中，教練可以挑選出需要編排的候選動作，系統(tǒng)將按照教練的意愿模擬編排結(jié)果，教練員可以從各種編排結(jié)果中挑選最優(yōu)的編排，從而輔助教練確定方案。

三、分析與討論

我國跳臺跳水技術(shù)在世界上已居前列，在重大的國際比賽中我國選手多次獲得金牌。跳水技術(shù)的發(fā)揮是多方面的，其中起跳技術(shù)是整個跳水技術(shù)的關(guān)鍵。在動作多周翻騰的方向上發(fā)展的今天起跳技術(shù)，大有改進(jìn)的潛力。當(dāng)前國內(nèi)外選手在跳臺跳水動作的起跳技術(shù)上都采用助跑2～3步單腳起跳、雙腳落地制動緩沖，同時兩臂上舉，向后彎屈小臂，在蹬地同時兩小臂快速向上擺動以增大蹬踏力使身體沿一弧線躍起的技術(shù)動作(簡稱上擺臂式起跳技術(shù))。

設(shè)定人體質(zhì)量不變(同一個人)，在動作技術(shù)過程中，水平助跑速度相同，下肢制動緩沖速度也相同，上肢擺動小臂的速度不一樣(取上肢重心移動速度的平均值計算)。起跳瞬間身體軀干姿態(tài)相同，用體操中的下擺臂起跳技術(shù)來模擬跳水的起跳技術(shù)。

良好的起跳技術(shù)主要是為獲得較大的垂直起跳力和繞身體重心的轉(zhuǎn)動力矩，從而保證有較長的滯空時間和翻轉(zhuǎn)角速度。

下擺臂式起跳優(yōu)于上擺臂式起跳的主要原因是：上擺臂動作主要是小臂在擺動，因此上升距離(小臂重心移動)小，參予擺動的質(zhì)量也小。而下擺臂動作是上肢進(jìn)行擺動，蹬伸期間整個上肢重心擺動距離大，參予擺動的質(zhì)量也大，從而獲得較大的蹬踏力。一個高難度旋轉(zhuǎn)動作的優(yōu)劣，與身體騰空高度相關(guān)甚大，蹬踏力越大，騰空越高，騰空時間就越長，就越能保證運動員在該段時間內(nèi)完成動作。

擺動臂對人體重心的力臂――取起跳瞬間相鄰圖片兩小臂重心連線至總重心距離

人體總質(zhì)量為50 kg、蹬伸階段重心位移0.3 m、蹬伸時間0.2 s

從技術(shù)要點分析我們把蹬踏力定義為沿腳、髖關(guān)節(jié)連線方向上行下擺臂式起跳動作蹬踏力偏后，而上擺臂式則偏前，與水平夾角分別為75°86，前者更有利于制動。從表1中看出下擺臂式的起跳比上擺臂式起跳技術(shù)能獲得更大的轉(zhuǎn)動力矩，當(dāng)踏跳時間相同時將獲得更大的沖量矩。另外上擺臂式起跳動作由于兩臂上舉人體質(zhì)量分布距人體質(zhì)心較遠(yuǎn)，起跳瞬間的轉(zhuǎn)動慣量大于下擺臂式起跳的轉(zhuǎn)動慣量。根據(jù)動量矩定理(MΔt=I2ω2-I1ω1)，當(dāng)沖量矩不變時，轉(zhuǎn)動慣量大的角速度必然小，也進(jìn)一步證明了上擺臂式起跳技術(shù)不利于獲得較大的轉(zhuǎn)動角速度。

總結(jié)

力學(xué)分析計算證明下擺臂提肘式的助跑前空翻起跳技術(shù)比上擺臂式起跳技術(shù)能獲得更大的前翻沖量矩，對發(fā)展向前的多周翻騰動作有利。跳臺跳水動作向多周翻騰發(fā)展難度時(109C、109B)建議采用下擺臂后提肘式的起跳技術(shù)為宜。

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[4]國家體委. 競技體操競賽規(guī)則. 1994

第5篇：人體運動生物力學(xué)研究范文

關(guān)鍵詞：排球；跨步墊球；運動學(xué)分析

一、前言

排球跨步墊球及以其為基礎(chǔ)的各種低姿勢墊球是排球比賽過程中使用頻率較高的墊球技術(shù)動作，它又是各種低姿墊球動作的基礎(chǔ)。現(xiàn)代排球教材中，缺乏對其技術(shù)動作科學(xué)化的描寫和分析，導(dǎo)致在現(xiàn)實教學(xué)中，教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，教學(xué)效果也不理想。因此，本文采用三維高速攝影解析技術(shù)對跨步墊球技術(shù)特點進(jìn)行分析研究，旨在探尋跨步墊球技術(shù)的動作結(jié)構(gòu)特征，豐富和完善排球技術(shù)教學(xué)和教材理論，給動作技術(shù)教學(xué)、訓(xùn)練、評價、診斷提供客觀的理論依據(jù)。

二、研究對象與方法

1.研究對象

研究對象為湖南師范大學(xué)男子排球隊的3名和湖南師范大學(xué)女子排球隊的1名主力運動員。研究內(nèi)容為排球跨步墊球技術(shù)。

2.研究方法

本課題的研究方法主要采用實驗法，運用三維高清攝像解析系統(tǒng)對優(yōu)秀排球運動員的排球跨步墊球技術(shù)進(jìn)行運動學(xué)的研究。

（1）文獻(xiàn)資料法

查閱了中國期刊全文數(shù)據(jù)庫里近二十年來關(guān)于排球墊球技術(shù)及運動生物力學(xué)相關(guān)研究的文獻(xiàn)資料、相關(guān)論文和著作中對排球技術(shù)的研究情況和生物力學(xué)的研究進(jìn)展并形成了文獻(xiàn)綜述，為本研究打下了扎實的研究基礎(chǔ)。

（2）專家訪談法

咨詢有關(guān)的運動生物力學(xué)研究專家和教師，向其請教以往寫作過的論文中所涉及的實驗方法、設(shè)計及數(shù)據(jù)處理和分析等方面的問題。

（3）實驗法

采用三維高清攝影圖像解析技術(shù)，對技術(shù)動作的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析。

（4）數(shù)理統(tǒng)計法

數(shù)據(jù)利用QToolS軟件和Excel軟件對獲得的數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行計算和統(tǒng)計。

3.測試程序

模擬比賽情況，受試者進(jìn)行充分準(zhǔn)備活動后，按實驗要求，在專家的指導(dǎo)下讓四名受試運動員在測試范圍內(nèi)作跨步墊球動作，每名測試對象完成兩次跨步墊球，按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拍攝（以右側(cè)跨步動作為例）。由現(xiàn)場專家選定效果較好、技術(shù)較規(guī)范的兩名運動員的跨步墊球動作作為分析對象，然后計算數(shù)據(jù)的平均值。

4.測試方法

采用三維定點攝像的方法，用兩部高清攝影機(jī)，對實驗測試對象的跨步墊球技術(shù)進(jìn)行三維定點拍攝，運用相應(yīng)的解析系統(tǒng)對其動作技術(shù)進(jìn)行解析，得出測試指標(biāo)參數(shù)。一部置于運動員的右側(cè)，一部置于運動員的前方，兩部攝像機(jī)主光軸約成 90度，拍攝頻率為50Hz。高清錄像拍攝，頻率25幀/秒，經(jīng)奇偶場分離后頻率相當(dāng)于50場/秒。采用2臺sony FX-2000E高清攝像機(jī)拍攝視頻。

標(biāo)定框架采用國家體育總局體育科學(xué)研究所的PEAK輻射式三維標(biāo)定框架，標(biāo)定精度高。選擇被分析的動作時，選擇的整個動作位于框架標(biāo)定范圍內(nèi)。

使用SIMI motion視頻解析系統(tǒng)對技術(shù)動作進(jìn)行解析，采用扎齊奧爾斯基人體模型，人體模型取系統(tǒng)軟件自帶的人體模型，分析數(shù)據(jù)包括身體重心、軀干、各關(guān)節(jié)點位移速度、以及各關(guān)節(jié)和軀干的角度和各時段的時間等數(shù)據(jù)，所得數(shù)據(jù)采用數(shù)字化濾波法進(jìn)行平滑處理，截斷頻率為10，用EXCEL 2000對視訊系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、計算得到運動學(xué)數(shù)據(jù)，并編輯公式計算人體基本平面方程系數(shù)以及關(guān)節(jié)點在各個平面的投影坐標(biāo)，再用Q-Tools計算關(guān)節(jié)角度。用Origin7.0做三維坐標(biāo)圖。對解析出的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析與研究，并做參數(shù)間的相關(guān)分析，運用相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)描述動作過程，建立整個動作結(jié)構(gòu)相關(guān)環(huán)節(jié)間夾角、角速度、角加速度、速度、身體重心等量化指標(biāo)和參數(shù)，揭示動作過程的運動學(xué)特點和規(guī)律。

三、動作階段的劃分

動作階段劃分是研究技術(shù)動作的重要環(huán)節(jié)。排球運動員跨步墊球技術(shù)是由準(zhǔn)備姿勢、跨步、墊球、隨后動作四個環(huán)節(jié)組成，而對擊球效果起決定作用的是跨步和墊球兩個環(huán)節(jié)。為了確定動作結(jié)構(gòu)和時相劃分方便，本文首先確定了不同動作階段的臨界點，它可表征各動作階段基本力學(xué)特征與動作質(zhì)量。我們依照排球跨步墊球動作的順序把跨步墊球動作分為：跨步階段（1.4s-3.3s）、擊球階段（3.3s-4.1s）、隨后階段（4.1s-5.2s）。

四、研究結(jié)果與分析

1.排球跨步墊球技術(shù)下肢各環(huán)節(jié)運動學(xué)分析

（1）膝關(guān)節(jié)的運動

膝關(guān)節(jié)的角度特征如下：

從圖1中可以看出左、右膝關(guān)節(jié)角在0～2.64s時段的變化趨勢并不相同。2.64s時刻為跨步腳剛著地的時刻。右膝關(guān)節(jié)角變化曲線在該階段有一個明顯的先下降后上升的過程，而左膝關(guān)節(jié)則是一個逐步下降的過程。右膝關(guān)節(jié)在跨步階段要向前跨出一步完成跨步動作，在跨步過程中右膝關(guān)節(jié)先屈曲后伸展。在跨步階段身體重心落在左腳上，此時左腳起著支撐整個身體的作用，并保持重心穩(wěn)定性，因此左膝關(guān)節(jié)角在跨步階段變化很小。在2.64s后，左、右膝關(guān)節(jié)的變化趨勢完全相同，當(dāng)跨步腳著地后，左、右膝關(guān)節(jié)開始同時屈曲，降低身體重心。到擊球前屈曲值達(dá)到最大，身體重心此時處于最低，隨后雙腳蹬地，同時雙臂上擺擊球。

跨步墊球技術(shù)在跨步階段膝關(guān)節(jié)有一個屈膝重心下降的動作，這個動作是跨步墊球技術(shù)的重要組成部分，目的是通過拉伸膝關(guān)節(jié)蹬伸主動收縮肌群，增大肌肉收縮初長度儲備彈性勢能，同時增加墊球時的墊球距離，為后繼膝關(guān)節(jié)蹬伸動作做好準(zhǔn)備。而且在判斷來球的方向和速度后通過跨步動作還能及時調(diào)整擊球的最佳時機(jī)和部位。在跨步墊球技術(shù)中左膝最大屈曲角度為60.6°。右膝最大屈曲角度為59.89°。下肢屈膝身體重心下降的動作幅度太大或太小都不能產(chǎn)生最佳的蹬伸效果，不利于整個墊球動作的完成。如果膝關(guān)節(jié)屈曲幅度過大，就會造成膝關(guān)節(jié)伸肌群過大的對抗負(fù)荷，進(jìn)而影響膝關(guān)節(jié)的伸展速度及軀干和上肢各環(huán)節(jié)的整體配合。反之，膝關(guān)節(jié)屈曲幅度過小，又不能充分拉長伸膝主動收縮肌群，影響主動收縮前彈性勢能的儲備，進(jìn)而影響到蹬伸效果?？绮綁|球技術(shù)下肢的蹬伸動作主要是使髖關(guān)節(jié)產(chǎn)生向上的運動，通過下肢的蹬伸帶動手臂向上擺動，保證擊球時動作的穩(wěn)定性。由于不同運動員的身材和身體素質(zhì)的不同，因此不同的運動員最佳膝關(guān)節(jié)的屈曲角度和身體的下蹲深度也不相同。合理的膝關(guān)節(jié)屈曲角度有助于運動員發(fā)揮最佳技術(shù)動作。

（2）踝關(guān)節(jié)的運動

由圖2可知：從跨步開始，右踝關(guān)節(jié)角度不斷增大，而左踝關(guān)節(jié)角度不斷減小，這是由于跨步開始時，身體以左腳為支撐，右腳向前方跨出一步，隨后身體重心下移，直至跨步結(jié)束。由于右腳向前跨步，右踝關(guān)節(jié)與左踝關(guān)節(jié)正好相反，不斷增大，直至跨步后右腳腳跟與地面接觸時增至最大。

2.排球跨步墊球技術(shù)動作整體分析

排球跨步墊球合理的動作節(jié)奏應(yīng)該是身體自下位關(guān)節(jié)至上位關(guān)節(jié)的速度依次遞增。各運動環(huán)節(jié)的遞增量越大，說明動作的動量傳遞效果越好?？绮綁|球技術(shù)動作的跨步階段，單腳向前跨出一步，同時身體重心下移，軀干稍向前傾，雙手手臂伸直下壓，為后繼擊球動作調(diào)整好擊球的時機(jī)和方位，同時儲備了彈性勢能，增加了肌肉收縮做功距離。擊球動作階段，通過下肢蹬伸、軀干和上肢各運動環(huán)節(jié)的依次加速與制動，將速度傳遞至手臂，手臂通過從來球的下部向上抬，以達(dá)到最佳的擊球速度，將球平穩(wěn)而有力地?fù)舫?。擊球時身體主要環(huán)節(jié)的活動順序為膝―髖―肩―肘和手腕。從完整技術(shù)動作上看，跨步墊球是在拉長相關(guān)主動收縮肌的條件下，首先由下肢肌肉主動收縮用力，然后是上肢各環(huán)節(jié)肌肉群的收縮用力，這種動作時序符合墊球技術(shù)動作力學(xué)原理。合理的技術(shù)動作能充分發(fā)揮軀干肌肉和下肢肌肉的爆發(fā)加速作用，不要過多地單純依靠上肢運動環(huán)節(jié)加速，這樣才能使上肢肌肉有較大的能量儲備，同時保證動作的穩(wěn)定。在擊球動作階段上肢肌肉感覺敏銳，控制手臂的方位和調(diào)控?fù)羟驎r間，并保證擊球最佳的擊球點和擊球時機(jī)。因此應(yīng)加強(qiáng)下肢的蹬伸力量，并在擊球時加強(qiáng)下肢的蹬伸作用，從技術(shù)上保證下肢和軀干肌肉合理的爆發(fā)加速功能，為上肢各環(huán)節(jié)的依次加速提供運動初速度。

五、結(jié)論

1.跨步墊球技術(shù)動作結(jié)構(gòu)的分類

本研究對排球跨步墊球技術(shù)的嘗試性劃分是對目前排球跨步墊球技術(shù)劃分理論的大膽嘗試。筆者根據(jù)運動生物力學(xué)中關(guān)于技術(shù)動作的階段劃分原理，根據(jù)動作結(jié)構(gòu)與動作任務(wù)的不同，把排球跨步墊球術(shù)分為跨步階段、擊球階段和擊球后的隨后階段。

2.跨步墊球技術(shù)下肢的運動學(xué)特征

左膝最大屈曲角度為60.6°，左膝最大蹬伸角度為159.5°，左膝關(guān)節(jié)的活動幅度為98.9°。右膝最大屈曲角度為59.89°，右膝最大蹬伸角度為119.8°，右膝關(guān)節(jié)的活動幅度為59.1°。膝關(guān)節(jié)屈曲幅度過大，就會造成膝關(guān)節(jié)伸肌群過大的對抗負(fù)荷，進(jìn)而影響膝關(guān)節(jié)的伸展速度及軀干和上肢各環(huán)節(jié)的整體配合。反之，膝關(guān)節(jié)屈曲幅度過小又不能充分拉長伸膝主動收縮肌群，影響主動收縮前彈性勢能的儲備，進(jìn)而影響到蹬伸效果。

六、結(jié)語

跨步墊球技術(shù)在比賽中與其他墊球技術(shù)相比應(yīng)用廣泛，技術(shù)結(jié)構(gòu)較為合理。采用跨步，身體重心位于兩支撐腳之間，支撐比較穩(wěn)定?？绮綁|球有利于肌肉用力的控制，也就可以較好地控制來球。

今后應(yīng)結(jié)合三維動力學(xué)進(jìn)行進(jìn)一步的其他同類研究，通過同步裝置，對跨步墊球進(jìn)行運動學(xué)與動力學(xué)的同步分析，只有這樣才能更全面地分析跨步墊球的技術(shù)特征和內(nèi)在規(guī)律。

對于排球運動的技術(shù)原理等課題還有待于我們?nèi)ド钊胙芯?，揭示其科學(xué)的本質(zhì)和內(nèi)在的規(guī)律、科學(xué)化發(fā)展，這樣才可以更好地使排球運動得以更廣泛的普及和更科學(xué)化的發(fā)展。

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第6篇：人體運動生物力學(xué)研究范文

關(guān)鍵詞：脊柱壓力；坐姿；生物力學(xué)

在日常生活中，人們每天都要坐著，尤其是許多長期伏案工作的人員，如教師、白領(lǐng)、司機(jī)等許多長期處于靜坐的人群而隨著年齡的增長，容易產(chǎn)生各類腰椎疾病，（如腰肌勞損、骨質(zhì)增生等）此類疾病的產(chǎn)生，對神經(jīng)系統(tǒng)的傷害和刺激尤為敏感，而且對其他肢體部分的功能有著嚴(yán)重的障礙，從而對患者的日常生活工作，學(xué)習(xí)帶來了諸多的不變。

1.脊柱的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)和功能概述

1.1脊柱的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)

脊柱是由24塊椎骨、一塊骶骨和一塊尾骨構(gòu)成，脊柱又分為頸椎、胸椎、腰椎。是人體的中軸，各個椎體之間由椎間盤相互連接，椎間盤中有髓核，髓核是一團(tuán)親水的膠狀物。青年人的髓核內(nèi)具有豐富的親水性粘多糖[1]。髓核位于椎間盤的中央，內(nèi)部膠狀物由外部堅強(qiáng)組織即纖維環(huán)所包圍，纖維環(huán)由纖維軟骨組織構(gòu)成。纖維軟骨內(nèi)粗大的膠原纖維環(huán)保證了纖維環(huán)承受屈曲和扭轉(zhuǎn)時高負(fù)荷量。椎間盤成分類似于關(guān)節(jié)軟骨，即堅韌又有彈性，在接受到壓力刺激是會被壓縮，除去壓力后又會復(fù)原，所以椎間盤又會對外界對脊柱產(chǎn)生的壓力起到一個緩沖和減震的效果。

1.2脊柱的功能概述

脊柱的功能單位又叫運動節(jié)段，是指兩個相鄰近的椎骨及其期間的軟組織共分為前部和后部.。節(jié)段前部包括兩個上下兩層的椎體、椎間盤和前縱韌帶。椎體主要承擔(dān)來自軀干，上部的壓力負(fù)荷，這種壓力負(fù)荷從上到下逐漸增大，因此腰椎椎體比胸椎和頸椎的椎體都要寬而厚。這些較大的結(jié)構(gòu)保證了腰椎能承受較大負(fù)荷。

椎間盤能承擔(dān)和傳遞負(fù)荷，同時可以限制腰部過度運動，因此具有重要的機(jī)械和功能作用，椎間盤內(nèi)部有髓核，其是一團(tuán)膠狀物，脊柱受力，髓核具有流體靜力學(xué)的特點，是壓力均勻分布在椎間盤，因此椎間盤作為一富水的組織，在整個運動節(jié)段中像一個墊子一樣墊在椎體間，起到儲存和傳遞負(fù)荷的作用。

運動節(jié)段的后部分配著脊柱的運動，由相應(yīng)平面的椎弓、關(guān)節(jié)突構(gòu)成的椎間關(guān)節(jié)、橫突、棘突和各種韌帶組成。脊柱各個平面可能存在的運功取決于椎間關(guān)節(jié)面在橫斷面和額狀面的朝向，椎間盤的朝向變化在整個脊柱均存在。

2.不同坐姿下腰椎的受力分析

腰椎的負(fù)荷主要來自體重、肌肉收縮力、韌帶產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力和來自體外的負(fù)荷，而身體的不同坐姿可影響腰椎的負(fù)荷。在椎間盤內(nèi)測量的體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，在不同坐姿情況下，腰椎的受力大小是不相同的，根據(jù)有關(guān)的壓力測定結(jié)果值可知[2]。

2.1人體在放松坐位時，沒有靠背的情況下，人體腰椎受到的壓力是人體放松站立所受壓力的92%。

2.2人體在繃直背部坐位時，人體腰椎所受到的壓力是人體放松站立所受壓力的110%。

2.3人體在極度屈曲的坐位情況下，人體腰椎所受到的壓力是人體放松站立所受壓力的166%。

2.4人體在有靠背的坐位時，人體腰椎所受到的壓力是人體放松站立所受壓力的54%，根據(jù)研究表明[3]靠背的不同角度，有無支撐物都對腰椎的受力有關(guān)：

（1）靠背呈90度角，椎間盤內(nèi)壓力最大，（2）同樣的角度下增加支撐物，椎間盤內(nèi)壓力降低；（3）靠背向后傾斜呈110度角，但無支撐物條件下，椎間盤內(nèi)壓進(jìn)一步減小（4）靠背向后傾斜呈110度角，增加支撐物可使椎間盤內(nèi)壓進(jìn)一步減少；（5）將支撐物移向胸椎，使身體上部向前屈曲，腰椎向后凸出，椎間盤內(nèi)壓增加[4][5]。

3.小結(jié)

通過研究發(fā)現(xiàn)，不同坐姿對人體脊柱壓力不同，對于那些長期處于靜坐狀態(tài)的工作者而言，保持正確的坐姿對于減少椎間盤壓力，預(yù)防腰肌勞損、椎間盤功能退化及椎間盤突出等癥狀具有一定積極意義。綜合上述文獻(xiàn)可知，坐姿狀態(tài)下工作時，應(yīng)采取有110度后仰靠背的座椅，從而可以減小體重對脊柱的壓力。同時我加強(qiáng)體育鍛煉，尤其是腰背部肌肉力量鍛煉，增加肌肉功能，對于調(diào)整人體脊柱壓力負(fù)荷具有重要意義。（作者單位：南昌航空大學(xué)體育學(xué)院）

基金項目：南昌航空大學(xué)第九屆三小項目。

參考文獻(xiàn)

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第7篇：人體運動生物力學(xué)研究范文

【關(guān)鍵詞】 跟骨; 有限元分析; 建模; 生物力學(xué)

跟骨是人體中最大的跗骨 ， 對行走及負(fù)重有重要的作用。跟骨形態(tài)復(fù)雜 ， 呈不規(guī)則長方體 ， 上面有三個關(guān)節(jié)面 ， 分別為跟距前、中、后關(guān)節(jié) ， 跟骨后關(guān)節(jié)面最長 ，長軸呈凸弧形斜向前下方 ， 組成跟距關(guān)節(jié)的大部分。以后關(guān)節(jié)面為界分為三部分 ， 后關(guān)節(jié)面以前為前部 ， 以后為后部 ，前窄后寬。在負(fù)重情況下 ， 足的距骨、跟骨必須正確排列 ，有足夠的力量和高度來承受負(fù)荷跟骨骨折是臨床常見骨折。跟骨骨折由于本身復(fù)雜的解剖特點復(fù)雜，現(xiàn)有方法對跟骨尤其是跟距關(guān)節(jié)面的生物力學(xué)分析有一定的難度[1，2]。本研究旨在通過Mimics建立高度仿真的跟骨模型，并且導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行靜壓力分析，對跟距關(guān)節(jié)面的應(yīng)力分布做簡要分析。并通過此方法的建立，為研究跟骨骨折的生物力學(xué)研究建立初步方法。

1 資料與方法

1.1 研究對象

被測試對象:健康男性 1 名，身高170cm，體重60kg ，年齡30 歲。采用襄樊市中心 醫(yī)院西門子螺旋CT對其進(jìn)行足部掃描。

1.2 方法

用Simens多排螺旋CT對受試者的足部進(jìn)行掃描，受試者呈仰臥位，從脛骨中段至足底進(jìn)行連續(xù)螺旋掃描，將影像輸入到 Mimics 10 11 軟件(Materialise公司，比利時) 。

CT斷層掃描圖片以dicm格式導(dǎo)出，以Mimics軟件(比利時)導(dǎo)入，形成三維圖像，并且通過對感興趣的部位(本文為跟骨)單獨形成三維圖像，再導(dǎo)出為lis格式，并且做smooth和mesh處理。然后將此文件導(dǎo)入ANSYS10.0(美國)，并以此面模型建立體模型。在跟距關(guān)節(jié)面上根據(jù)解剖關(guān)系劃出軟骨關(guān)節(jié)面范圍，設(shè)定跟骨的四面關(guān)鍵點為不可位移的關(guān)鍵點，再在軟骨面上施加正常成人體重的1/2約343N，得出應(yīng)力云圖及各個方向的形變[3]。

2 結(jié)果

2.1 Mimics軟件可以順利的將整個足的CT斷層掃描數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)化為3D模型，然后選取研究感興趣的部分如跟骨單獨成像。比傳統(tǒng)CT圖像勝在更直觀，并去除了解剖結(jié)構(gòu)的限制，可以從任意角度觀察跟臨床感興趣的部位(圖1)。

2.2 將跟骨單獨形成三維圖像后再導(dǎo)出為lis格式，并且做smooth和mesh處理，然后將此文件導(dǎo)入ANSYS10.0可以建立能夠進(jìn)行有限元分析的網(wǎng)絡(luò)模型(圖2)。

2.3 設(shè)定跟骨的力學(xué)特性密度泊松值和楊氏模量。選定跟骨底部四個點為約束點，跟距關(guān)節(jié)面上根據(jù)解剖關(guān)系劃出軟骨關(guān)節(jié)面范圍后施加343N靜壓力，時間為1s(圖3)。

2.4 求解可以得出在壓力作用下跟骨模型的應(yīng)力云圖和各向形變。

根據(jù)設(shè)定條件， ANSYS提示跟骨之跟距關(guān)節(jié)面受壓力后 跟骨內(nèi)部的應(yīng)力變化， 關(guān)節(jié)面部分為桔黃色代表應(yīng)力較大，其中中中央部分為紅色代表應(yīng)力最大為7.17M Pa， 跟骨體部為綠色代表較大代表應(yīng)力較小(圖4)。

形變分析圖示在跟距關(guān)節(jié)中央為紅色提示形變最大為0.342mm，向外周延伸形變逐漸減小。這與臨床跟骨骨折的常見表現(xiàn)類似。當(dāng)應(yīng)力超過跟骨本身的材料屈服標(biāo)準(zhǔn)時，跟骨就會發(fā)生不可逆的形變也就是骨折(圖5)。

轉(zhuǎn)貼于 　　3 結(jié)論

① Mimics可以方便的個體化建立準(zhǔn)確有效的跟骨模型

② ANSYS可以在方便快捷準(zhǔn)確的分析跟骨跟距關(guān)節(jié)的的各種力學(xué)特性，比如靜力分析。比較復(fù)雜的比如接觸分析，在建立肌腱軟骨的正常模型的基礎(chǔ)還可以進(jìn)行運動分析。

③ 靜力分析表明跟距關(guān)節(jié)在正常靜壓力下，跟距關(guān)節(jié)的壓力峰值集中在跟距關(guān)節(jié)中心，形變也與壓力相應(yīng)分布在附近。這和臨床實踐所見是相符合的。

4 討論

有限元分析軟件已經(jīng)由過去對生物體材料幾何結(jié)構(gòu)的簡單模擬和近似計算，發(fā)展到能對人體各組成部分復(fù)雜的非均質(zhì)性結(jié)構(gòu)進(jìn)行真實模擬和精密分析，成為現(xiàn)代人體生物力學(xué)研究的一種重要工具，尤其是應(yīng)用在口腔頜面外科和骨科方面。有限元分析的基礎(chǔ)是模型的建立和網(wǎng)格的劃分。過去缺乏建模工具，往往采取直接更具結(jié)構(gòu)的幾何外形建立節(jié)點和單元而得到有限元，模型，一般只適合簡單的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，無法完全反映正確的人體骨性結(jié)構(gòu)。應(yīng)用CT或MRI的計算機(jī)三維影像重建雖然可以直觀地反映人體結(jié)構(gòu)，為臨床提供部分診斷信息，但無法以此直接進(jìn)行生物力學(xué)分析。MIMICS是一套高度整合而且易用的3D圖像生成及編輯處理軟件，它能輸入各種掃描的數(shù)據(jù)(CT、MRI)，建立3D模型進(jìn)行編輯，然后輸出通用的CAD(計算機(jī)輔助設(shè)計)、FEA(有限元分析)，RP(快速成型)格式，可以在PC機(jī)上進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換處理。本研究主要使用的是MIMICS FEA模塊，MIMICS FEA模塊可以將掃描輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理，輸出相應(yīng)的文件格式，用于FEA(有限元分析)及CFD(計算機(jī)模擬流體動力學(xué))，用戶可用掃描數(shù)據(jù)建立3D模型，然后對表面進(jìn)行網(wǎng)格劃分以應(yīng)用在FEA分析中。FEA模塊中的網(wǎng)格重新劃分功能對FEA的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行最大限度的優(yōu)化，基于掃描數(shù)據(jù)的亨氏單位，可以對體網(wǎng)格進(jìn)行材質(zhì)分配[4，5]。本研究成功地建立了以正常人體跟骨螺旋 CT掃描影像為幾何依據(jù)的有限元模型。以往建立的醫(yī)學(xué)有限元模型由于軟件功能單一、 網(wǎng)格劃分算法少、 人體組織結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則等原因，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕图僭O(shè)，在精度方面有一定的缺陷，而且模型創(chuàng)建過程環(huán)節(jié)多、 成本高、 周期長，進(jìn)一步限制了其應(yīng)用。此方法具有便捷、 高效、 準(zhǔn)確、高度自動化的優(yōu)勢。通過初步建立的跟骨模型，分析了簡單的靜力分析，得出的結(jié)論和臨床實踐相符，證明Mimics和ANSYS結(jié)合是骨科生物力學(xué)分析的有利工具。另外，如建立肌腱軟骨的正常模型，就可以方便的在ANSYS中實現(xiàn)對跟距關(guān)節(jié)面的動態(tài)分析，還可以利用Mimics中的CAD模塊插入內(nèi)固定物，實現(xiàn)內(nèi)固定物對骨折的固定效果的力學(xué)分析，具有廣泛的用途。

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第8篇：人體運動生物力學(xué)研究范文

1. 內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)，內(nèi)蒙古呼和浩特 010110；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院脊柱外科，內(nèi)蒙古呼和浩特 010059

[摘要] 三維有限元分析法是研究脊柱生物力學(xué)的重要手段之一。隨著三維有限元分析軟件技術(shù)的日趨成熟和對脊柱生物力學(xué)的認(rèn)識不斷加深，為相關(guān)學(xué)者對治療脊柱相關(guān)疾病過程中的應(yīng)力分析影響研究提供了有利條件，并日益受到醫(yī)學(xué)界的重視。本文從有限元法概念及原理、構(gòu)建脊柱有限元模型的作用、有限元在脊柱畸形研究中的應(yīng)用及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景等方面綜述了近年來的一些研究進(jìn)展。

[關(guān)鍵詞] 有限元法；生物力學(xué)；脊柱

[中圖分類號] R682.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673-7210（2014）03（a）-0166-03

Finite element analysis of progress in application of ankylosing spondylitis kyphosis deformity

ZHU Lei1 HUO Hongjun2

1.Inner Mongolia Medical University， Inner Mongolia Autonomous Region， Hohhot 010110， China； 2.Department of Spinal Surgery， the Second Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University， Inner Mongolia Autonomous Region， Huhhot 010059， China

[Abstract] The three-dimensional finite element method is one of the most important methods in the study of spine biomechanics. With the maturing application of the three-dimensional finite element analysis software and further studies on spine biomechanics， it is creating favorable conditions for scholars on stress analysis influence research in spine-related disease treatment， and it is increasingly regarded in medical field. This article shows the concept and principle of finite element method， function of construction of spinal finite element model， application of finite element method in spine deformity， potential medical applications and so on.

[Key words] Finite element method； Biomechanics； Spine

強(qiáng)直性脊柱炎后凸畸形是強(qiáng)直性脊柱炎并發(fā)脊柱畸形的晚期的常見表現(xiàn)，其在生活中主要表現(xiàn)在是使患者難以保持人體的重心，兩眼看地，難以向前平視，給站立和行走造成了很大功能障礙，使患者的生活質(zhì)量嚴(yán)重下降，而治療這類患者的有效手段就是截骨矯形術(shù)[1]。有限元法的基本方法是把獨立的集合體離散化，簡單的說，就是把一個由無限個單元組成的連續(xù)體進(jìn)行劃分，使其成為有限的具有力學(xué)特性的簡單單元，用簡化后的已知單元來近似原有的連續(xù)體，然后進(jìn)行解析。其過程有三個基本階段：有限元模型的建立（即前處理）、有限元解算、結(jié)果處理和評定（即后處理）[2]。通過有這種方法能夠進(jìn)行數(shù)字重建并在該基礎(chǔ)上進(jìn)行手術(shù)過程的模擬，使術(shù)者對整個手術(shù)過程有更加全面的了解，對術(shù)可能出現(xiàn)的問題及應(yīng)注意的事項作全面的分析，對手術(shù)的方案具有指導(dǎo)意義[3]。

1 有限元法概念及原理

建立一個等價的模型使其替換原有的真實結(jié)構(gòu)，此模型是由無數(shù)個分散的單元（即有限元素）組成的連續(xù)體，且其中這些單元易用數(shù)學(xué)語言表達(dá)，按照一定規(guī)律保證其連續(xù)性，將它們還原成可以用線性代數(shù)描述的真實的連續(xù)結(jié)構(gòu)，通過運算可以解析出所需物理量的方法即有限元法，又稱為有限元素法（finite element method，F(xiàn)EM）。將單獨的彈性體進(jìn)行離散化，使其成為由有限個單元所構(gòu)成的連續(xù)體，而連續(xù)合體內(nèi)的各個單元只能夠在有限個節(jié)點上進(jìn)行交接，其中全部的節(jié)點僅具有有限個自由度，在此條件下進(jìn)行解析成為可能，這就是有限元分析的方法。將微分方程的持續(xù)形式轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)方程組，是其在數(shù)學(xué)意義上的表達(dá)。而有限元法亦是憑借位移法的思考方式，以能量轉(zhuǎn)換的原理為基礎(chǔ)，利用矩陣代數(shù)形式進(jìn)行表達(dá)的一種數(shù)值方法。有限元法對處理各種紛亂的邊界條件和繁瑣的幾何形狀非常有效，且可以有效的解決各類雜亂的材料及其屬性。而如果利用計算機(jī)軟件來模擬人體體內(nèi)的一些情況，可以通過控制一些實驗室的條件，例如有限單元、自由度等來完成。這種方法在骨科生物力學(xué)中開始逐漸應(yīng)用起源于20世紀(jì)70年代，而直到20世紀(jì)90年代，隨著電腦技術(shù)的不斷發(fā)展升級，計算機(jī)圖像處理技術(shù)和電腦軟件的聯(lián)系逐漸加深，從而才出現(xiàn)的數(shù)字醫(yī)學(xué)有限元分析（DM-FEM）技術(shù)。現(xiàn)在有限元分析早已成為探索骨科生物力學(xué)秘密的常用方法了[4-5]?，F(xiàn)行有限元分析的軟件種類十分繁多，且基本上都是國際通用的，他們在汽車制造、模具的研發(fā)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的有十分廣泛的應(yīng)用。ANSYS、MARCABAQUS、ABAQUS等各個有限元軟件利弊，但它們的運算方法大多類似，基本一致。如今有限元分析早已成為獨立的研究骨科生物力學(xué)的手段，且早已不是最初以觀察和驗證某些實驗的結(jié)果為目的而應(yīng)用的了。

2 有限元模型在骨科應(yīng)用中的優(yōu)劣分析

2.1 有限元模型的優(yōu)勢

首先通過有限元模型可以模擬許多實體的變化，例如強(qiáng)直性脊柱炎后凸畸形矯形術(shù)前與術(shù)后的對比，脊柱截骨術(shù)前后脊柱形狀的改變等；其次是在生物力學(xué)方面的研究，例如椎骨與椎間盤之間的生物力學(xué)變化，對它們內(nèi)在的張力和應(yīng)力進(jìn)行有限元分析，對于尋找出骨適應(yīng)性變化的原因有重大幫助，并且這對進(jìn)行實體模型的負(fù)載應(yīng)力實驗研究亦有重要意義，而在其他實驗中無法做到這些；然后通過有限元模型可以對脊柱器械元件長短、厚度的設(shè)計、材料的選用進(jìn)行分析，在新的脊柱器械仍在研發(fā)階段時對其進(jìn)行評估；再次有限元模型能對損傷及退變、結(jié)核等多種病變進(jìn)行模擬；最后該模型可以模擬肌肉對脊柱力學(xué)的影響。所以這種方法在進(jìn)行脊柱運動學(xué)、脊柱動力學(xué)和脊椎及椎間盤內(nèi)部的生物力學(xué)變化等各種研究方面擁有很大優(yōu)勢。

2.2 有限元模型的局限性主要存在兩個方面

第一方面，該模型的建立過分依賴標(biāo)本的實驗研究：首先，要建立有限元模型，需要與實驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行對比，而實驗?zāi)Ｐ屯菑囊呀?jīng)做過的或者文獻(xiàn)中搜尋到的較為合適的，將兩者的結(jié)果進(jìn)行對比，它們的吻合度高表示該模型的有效性好，這是驗證有限元模型的有效性的方法。但是建立的數(shù)學(xué)模型能夠很好的表達(dá)實驗結(jié)果，可當(dāng)其單獨的進(jìn)行預(yù)測的時候，其作用有限；其次，有限元模型建立的完全取決于模型的構(gòu)成，能否取得合理的數(shù)據(jù)，直接影響著模型建立的結(jié)果。而有限元模型的本身并不能直接得到數(shù)據(jù)，它取得數(shù)據(jù)的最主要渠道就是從實體標(biāo)本模型中獲得，例如各種骨和軟組織的材料的特征數(shù)據(jù)，然而這些數(shù)據(jù)并不是完全正確的，這其中包含了許多原有的錯誤，且這些數(shù)據(jù)并不是都適用于數(shù)學(xué)模型，更重要的有些數(shù)據(jù)甚至根本無法取得，這是有限元模型不能夠理想建立的重要原因。第二方面，有限元模型存在太多的簡化和假設(shè)：首先，與實體的標(biāo)本和活體的實驗進(jìn)行比較，數(shù)字模型的建立是由對其進(jìn)行實驗的人員進(jìn)行自由地對其進(jìn)行各種假想，選用不同的材料及屬性，對實驗進(jìn)行相對理想的簡化，更重要的是對各種繁雜成分的材料的生物力學(xué)特性作理想化的簡化假設(shè)，這樣能夠使得模型的有效性更為重要也更加難以實現(xiàn)。其次，椎體的完整形態(tài)與其相鄰的椎體的位置關(guān)系對預(yù)測脊柱椎體間的生物力學(xué)關(guān)系有很重大的意義，但這些數(shù)據(jù)都是在CT斷層片中獲取的，或是從實體標(biāo)本中取得的相近值。要建立脊柱有限元模型中脊椎的幾何形態(tài)，首先應(yīng)將其進(jìn)行簡化，以相對簡單的構(gòu)件來進(jìn)行相對真實的幾何形狀模擬，用這樣的方式建立的幾何形態(tài)并不準(zhǔn)確。

3 有限元法在脊柱畸形研究中的應(yīng)用

有限元模型的離散化是指將一個由無限個單元所組成的集合體劃分成有限個的有力學(xué)特性的已知的簡單單元，這是其基本原理，這也是一種全新的生物力學(xué)測試方法。利用此方法的有限元模型能夠與先前的實體進(jìn)行替換，按照先前實體的材料及其應(yīng)該的加載的力學(xué)狀態(tài)，按照其所需要的類型進(jìn)行挑選，在各個單元之間通過節(jié)點進(jìn)行相連，使力在節(jié)點之間傳遞。而用單元節(jié)點量通過選定的函數(shù)關(guān)系插值可以求得單元內(nèi)部的待求量[6]。

為了對脊柱側(cè)凸、后凸畸形矯形手術(shù)中，椎體在術(shù)前與術(shù)后中的的改變進(jìn)行比較，應(yīng)用數(shù)字成像技術(shù)，在脊柱畸形矯形手術(shù)中，定量分析矯形定位的椎體并對其旋轉(zhuǎn)和形矯形進(jìn)行量化對比，Dumas等[7]運用此方法來評估脊柱側(cè)凸、后凸畸形的程度及觀察手術(shù)效果，所以掌握脊柱相關(guān)病變的病理性變化對于確診和制定手術(shù)方案具有重要的意義。

晚期強(qiáng)直性脊柱炎后凸畸形必須進(jìn)行脊柱截骨矯形手術(shù)，這是治療這類疾病的有效手段。生物力學(xué)（Biomechanics）是一種將力學(xué)原理應(yīng)用在生物體生命活動規(guī)律的一門學(xué)科，它把各個單一的學(xué)科整合在一起，使其相互疊加、共同作用形成了一門的新的將力學(xué)應(yīng)用于生物學(xué)的新學(xué)科[8-10]。由于不同類型柔韌性評估方法根據(jù)其力學(xué)原理的異同，在各類脊柱側(cè)凸中，采用相同的力學(xué)加載，所得到的結(jié)果必然不同。這為在不同力學(xué)加載產(chǎn)生的脊柱側(cè)凸的形狀進(jìn)行的柔韌性評估方法的問題探索給出了重要的根據(jù)[11]。利用生物力學(xué)的有限元方法，可以針對具體病例、具體矯形器械和矯形策略進(jìn)行模擬，預(yù)測術(shù)后矯形結(jié)果，分析術(shù)中參數(shù)選擇對結(jié)果的影響權(quán)重，進(jìn)而指導(dǎo)手術(shù)規(guī)劃。Lafage等[12]為了對CD系統(tǒng)的矯形策略進(jìn)行探討，建立了以具體病例為依據(jù)的梁單元模型，這不僅僅讓人們對胸腰椎側(cè)凸矯形的上下端椎位置改變對術(shù)后矯形結(jié)果的原因有了深入的了解，更重要的是其引入了側(cè)凸脊柱的剛度變化這一重要概念。Rolmann等[13]在ABAQUS軟件中建立了簡化的胸腰椎側(cè)凸有限元模型，以加載方式為變量，初步討論了前路VDS系統(tǒng)的矯形策略。為了對支具、器械與生長調(diào)制等進(jìn)行實驗研究，是Aubin等[14]利用從CT斷層片中取得的數(shù)據(jù)，建立起了人體胸腔和脊柱的數(shù)字模型，與實體標(biāo)本中取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，有較高的吻合度，從而建立起了相對完整的數(shù)字模型，并以該模型為基礎(chǔ)模擬出相應(yīng)的各種用具。而通過器械治療胸腰椎側(cè)凸過程，是Poulin等[15]用ADAMS軟件模擬出的。模擬手術(shù)的重要目的之一是分析脊椎的安全性，Lafage等[12]依照真實的病例重建了數(shù)字模型，希望能表達(dá)出椎間軟組織的彈性變形，為此還引入側(cè)凸脊柱的剛度變化，但卻將脊柱的骨性結(jié)構(gòu)作為剛體來相近處理，所以根本不可能取得與脊柱生物力學(xué)相符的力學(xué)變化，這明顯不能夠?qū)崿F(xiàn)。Rohlmann等[16]利用數(shù)字模型比較了前、后路內(nèi)固定器械的穩(wěn)定性差別，并建立了頗具代表性的腰椎模型。這些工作都還處于初級階段，但是已經(jīng)展示了有限元方法在手術(shù)規(guī)劃領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。

4 三維有限元的應(yīng)用前景

利用生物力學(xué)的有限元方法，可以針對具體病例、具體矯形器械和矯形策略進(jìn)行模擬，預(yù)測術(shù)后矯形結(jié)果，分析術(shù)中參數(shù)選擇對結(jié)果的影響權(quán)重，進(jìn)而指導(dǎo)手術(shù)規(guī)劃。有限元分析的結(jié)果取決于不同因素對其產(chǎn)生的影響，其中包括模型的建立，不同模型間形狀和材料屬性的異同，還有對其負(fù)荷加載的差異等等，但這種分析研究的方法對在脊柱生物力學(xué)方向上有著極其廣泛而又深入的探索。

Rohlmann等[17]在ABAQUS軟件中建立了簡化的胸腰椎側(cè)凸有限元模型，以加載方式為變量，初步討論了前路VDS系統(tǒng)的矯形策略。脊柱力學(xué)特性研究的較為常用的方法是有限元法，從基本原理的角度看，其能夠應(yīng)用于任何的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可在脊柱的力學(xué)特性方面，還有許多尚無法解釋的難點，例如頸椎有限元模型的建立，就仍需要繼續(xù)去驗證。所以要用數(shù)字模型來模擬近乎真實的人體，還有很長的路要走。近年來由于計算機(jī)科技水平的持續(xù)提高，且對探索脊柱組織力學(xué)特性的需要逐漸深入，數(shù)字模型的建立將可以逐漸真實的對脊柱在各種狀態(tài)下的生物力學(xué)變化進(jìn)行模擬，這對臨床病例上遇到的常見難題會有更加透徹的了解，從而可以給醫(yī)生在生物力學(xué)方面提供更好的參考。有限元方法是脊柱生物力學(xué)研究的有效方法，由于電子科技水平的持續(xù)性提高，且在生物力學(xué)領(lǐng)域的的探索的逐漸深入，這不僅使有限元軟件的技術(shù)水平得到了提高，還將對脊柱生物力學(xué)的探索引向更深入的層次。

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第9篇：人體運動生物力學(xué)研究范文

關(guān)鍵詞　推拿　力學(xué)　構(gòu)建　研究　方法　教學(xué)

1、《推拿力學(xué)》教材建設(shè)的意義

推拿是一門古老的中醫(yī)外治技術(shù)，經(jīng)過幾千年的臨床實踐，其療效和使用價值勿庸置疑。在我國高等中醫(yī)院校的推拿專業(yè)課程設(shè)置里，主要有《推拿功法學(xué)》、《推拿手法學(xué)》和《推拿治療學(xué)》三門，綜觀三門課程的知識內(nèi)容，基本上都是對古人經(jīng)驗的總結(jié)和整理，內(nèi)容雖然豐富，但仍然屬于經(jīng)驗醫(yī)學(xué)。中醫(yī)藥現(xiàn)代化是時展的必然趨勢，作為中醫(yī)學(xué)有機(jī)組成部分的推拿學(xué)也必然要跟隨時展的步伐。充實和更新學(xué)科知識內(nèi)容，特別是運用現(xiàn)代物理力學(xué)原理、手段和方法研究古老推拿學(xué)所產(chǎn)生的、具有現(xiàn)代科學(xué)內(nèi)涵的新的知識內(nèi)容，將是推拿學(xué)向前發(fā)展和走向現(xiàn)代化的堅實步伐，將為本學(xué)科的發(fā)展注入新的活力。不僅如此，將力學(xué)的定性定量研究思維引入以經(jīng)驗為主的推拿醫(yī)學(xué)，將為手法的作用實質(zhì)和量化規(guī)范性操作提供堅實的理論基礎(chǔ)。構(gòu)建一本好的《推拿力學(xué)》教材，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué)實踐探索，學(xué)生在繼承學(xué)習(xí)傳統(tǒng)經(jīng)典推拿知識的同時，運用現(xiàn)代力學(xué)的原理對這些知識進(jìn)行新的認(rèn)識和思考，以及在教學(xué)過程中探索新的人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)大量高層次的人才，這對本學(xué)科的發(fā)展具有不可低估的深遠(yuǎn)意義。

2　理論準(zhǔn)備

在探索將傳統(tǒng)推拿經(jīng)驗醫(yī)學(xué)知識進(jìn)行現(xiàn)代詮釋的理論準(zhǔn)備過程中，我們尋找過很多的方法和路徑，比如動物實驗、臨床醫(yī)技手段和解剖學(xué)原理等，但這些路徑和方法，要么對本學(xué)科問題的解決顯得點點滴滴不夠全面，要么不能切中要害解決不了根本問題。手法的最大特點在于“手法作用于人體，以力為作用特征[1]”，手法的運用過程其實質(zhì)就是一個力的運用過程，傳統(tǒng)手法醫(yī)術(shù)要與現(xiàn)代科學(xué)相結(jié)合，從力的研究入手是一個最佳切入點。因此，可以把“力”的概念作為運用現(xiàn)代科學(xué)思維方式研究手法醫(yī)學(xué)的橋梁和紐帶。

3　《推拿力學(xué)》的教材構(gòu)建

教材的主要知識內(nèi)容是運用借鑒現(xiàn)代物理學(xué)中力學(xué)的研究方法，通過對手法、功法和治療的力學(xué)分析，剖析手法對人體的作用方式和作用實質(zhì)，介紹手法的力學(xué)基礎(chǔ)、力學(xué)特性、力學(xué)作用原理、動力學(xué)效應(yīng)、生物力學(xué)效應(yīng)等，現(xiàn)將主要內(nèi)容介紹如下。

緒論部分主要闡述推拿力學(xué)的基本概念、源流、編寫目的、意義、學(xué)習(xí)方法、臨床運用價值、學(xué)科研究發(fā)展方向等。

在手法的力學(xué)基礎(chǔ)章節(jié)里，闡述與手法醫(yī)學(xué)密切相關(guān)的力學(xué)概念，例如剛體、力、力矩、笛卡爾坐標(biāo)系、平衡、平移、位移、旋轉(zhuǎn)、自由度、運動學(xué)、載荷、阻力和時間等，并結(jié)合本學(xué)科的特點，介紹這些概念的臨床應(yīng)用及意義。力學(xué)分析的一些基本要術(shù)，比如力的大小、方向、作用點、時間、長度等，與之相關(guān)的還有向量、質(zhì)量、速度、加速度、頻率和固有頻率等等；動力型位移、靜力型位移、張力型位移、生理性載荷、病理性載荷、功能性載荷、組織結(jié)構(gòu)力學(xué)、剪切力、拉伸力和壓縮力；定義舉例；耦合運動；三維空間上的螺旋軸；物理力學(xué)分析方法、力學(xué)計算公式，與本學(xué)科相結(jié)合的臨床應(yīng)用及其意義。

在手法的力學(xué)和生物力學(xué)特性章節(jié)里，運用借鑒現(xiàn)代物理學(xué)對力學(xué)的研究方法，來分析主要手法的力學(xué)特性，畫出主要手法的力學(xué)分析圖[2、3]，給出力臂、力矩、作用點、動力等力學(xué)作用因素，對某些手法(如一指禪推法、按法等)給出其力學(xué)計算公式，從物理學(xué)角度來量化手法的作用量(治療量)，為合理科學(xué)的手法操作打下基礎(chǔ)。結(jié)合人體的生物力學(xué)特性，描述和預(yù)測在手法外力作用時，人體靜態(tài)和動態(tài)力學(xué)結(jié)構(gòu)的發(fā)生、發(fā)展和變化，以及皮膚、皮下組織、血管、神經(jīng)、肌肉、韌帶、淋巴等組織結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的收縮、舒張、酸、脹、麻、熱等生物學(xué)效應(yīng)。

在推拿力學(xué)的研究方法章節(jié)中，主要介紹以下幾種研究方法，一是離體研究方法，二是在體研究方法，三是數(shù)學(xué)模型研究方法，四是骨性模型研究方法?；镜膶嶒炇侄危帉懭N，分別是強(qiáng)度實驗、穩(wěn)定實驗和疲勞實驗。推拿力學(xué)主要實驗指標(biāo)。

手法的力學(xué)作用原理和動力學(xué)效應(yīng)。通過對手法力學(xué)特性的分析，運用力學(xué)理論來闡明手法對人體的作用方式和作用途經(jīng)，分析手法中的主要作用因素、次要作用因素和無效作用因素，為提高手法的操作效率打下基礎(chǔ)。從物理學(xué)角度，結(jié)合手法的作用點、力的大小、方向、幅度和頻率等因素，闡明各個手法作用力作用于物體時所產(chǎn)生的動力學(xué)效應(yīng)，例如：沖量效應(yīng)、熱效益、動量效應(yīng)、位移效應(yīng)等。本部分分為三個章節(jié)編寫，一是手法的動作結(jié)構(gòu)、運動學(xué)和運動學(xué)規(guī)律；二是六大類24個基本手法的力學(xué)結(jié)構(gòu)、力學(xué)原理，畫出力學(xué)變化圖，探討手法的合理性；三是手法運動生物力學(xué)實驗，包括手法運動生物力學(xué)的研究方法、實驗儀器及其應(yīng)用、手法力學(xué)信息測錄系統(tǒng)和信息計算機(jī)處理系統(tǒng)。

在功法力學(xué)部分，主要研究了易經(jīng)筋十二個功法和少林內(nèi)功中站襠勢、馬襠勢、弓箭襠勢、跨襠勢、并襠勢、大襠勢、懸襠勢、坐襠勢、低襠勢、磨襠勢、亮襠勢、前推八匹馬、倒拉九頭牛、霸王舉鼎、風(fēng)擺荷葉的力學(xué)模型及其基本結(jié)構(gòu)，重點描述每一個動作結(jié)構(gòu)的力學(xué)原理，對人體整體結(jié)構(gòu)的影響，對人體局部肌肉、骨骼和關(guān)節(jié)的影響，從力學(xué)角度分析探討動作原理、力學(xué)根據(jù)，對重點鍛煉部位畫出力學(xué)分析圖，給出力學(xué)計算公式，探討功法鍛煉的合理性。

在治療學(xué)部分，主要從手法的力學(xué)效應(yīng)上進(jìn)行編寫，選擇了頸椎病和腰椎間盤突出癥兩個疾病，根據(jù)每個疾病的生理特性和病理改變，與手法的力學(xué)原理相結(jié)合，遵照循證醫(yī)學(xué)的觀點，有理有據(jù)地分析手法運用的根據(jù)，從力學(xué)原理提出疾病的治療處方，提出每個疾病手法治療的作用點、力的大小、力的方向、力的作用時間、頻率高低和振幅大小等因素的參考值。

在附篇部分還介紹了手法治療與臨床應(yīng)用研究，主要探討手法對局部組織器官和人體系統(tǒng)的作用。

4　教學(xué)實踐

教學(xué)實踐的目標(biāo)是通過《推拿力學(xué)》的教學(xué)活動，使學(xué)生從根本上擺脫沿襲了幾千年的“就手法而學(xué)習(xí)手法”模仿式學(xué)習(xí)，打破“經(jīng)驗教學(xué)”的舊框架，培養(yǎng)學(xué)生運用現(xiàn)代科學(xué)的研究手段和思維方式來對古老的手法醫(yī)學(xué)做出全新的認(rèn)識和理解。教學(xué)實踐的目的是對教材內(nèi)容進(jìn)行實踐檢驗，探索其科學(xué)性、正確性和有效性，為進(jìn)一步修正提高打下基礎(chǔ)。教學(xué)實踐活動分以下步驟進(jìn)行。

在編寫教學(xué)計劃和實施方案的基礎(chǔ)上，選擇我校2004級針灸推拿專業(yè)五年制和七年制兩個班進(jìn)行教學(xué)實踐，以王國才主編的“十一五”國家級規(guī)劃教材《推拿手法學(xué)》為主干教材，在學(xué)習(xí)該教材的同時，講授《推拿力學(xué)》的相關(guān)知識內(nèi)容，總共54學(xué)時。在教學(xué)過程中，我們邀請了本校和外校各兩名專家共聽取了8學(xué)時的課，課后專家均以書面評價形式對本教材和教學(xué)過程予以了較高評價，并對進(jìn)一步完善和修改提出了寶貴意見。設(shè)計了學(xué)生問卷調(diào)查表，以“A、該教材很有價值對教學(xué)具有積極的促進(jìn)作用”、“B、該教材價值一般對教學(xué)促進(jìn)作用不太大”和“c、該教材使用價值不大對教學(xué)沒有促進(jìn)作用”三個問題供學(xué)生以不記名方式自由選擇，兩個班共211人，回收211份調(diào)查表，選擇“A”的學(xué)生206名，占總數(shù)的97．6％，選擇“B”的學(xué)生5名，占總數(shù)的2．4％，無選擇“C”的學(xué)生。

5　認(rèn)識與體會

力學(xué)貫穿了整個推拿醫(yī)學(xué)的始終，雖然本教材還不夠成熟，甚至有很多錯漏之處，但這畢竟是一種學(xué)科的創(chuàng)新之舉，是一種有益的嘗試，特別是對本學(xué)科的現(xiàn)代化提供了一種啟迪和思路，應(yīng)該代表了本學(xué)科的發(fā)展方向。就目前而言，臨床上手法操作十分混亂，各施各法，沒有統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，手法的量效關(guān)系也一直不能夠確定和量化，本教材的編寫和完善，將為解決長期制約本學(xué)科向前發(fā)展的根本性問題帶來希望。

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