生物力學(xué)的研究方法精選(九篇)

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第1篇：生物力學(xué)的研究方法范文

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新 創(chuàng)新教育 物理教學(xué)

隨著素質(zhì)教育的全面推進(jìn)和教育改革的不斷深化，如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高創(chuàng)新能力，已成為廣大教育工作者關(guān)注的問題。我國(guó)著名的教育家陶行知先生曾指出：教師要?jiǎng)?chuàng)造性地教，學(xué)生要?jiǎng)?chuàng)造性地學(xué)?，F(xiàn)就物理教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力談幾點(diǎn)看法。

一、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)

隨著教學(xué)改革的不斷深入，教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力越來越重要。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，就要改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，堅(jiān)持創(chuàng)新教育思想，讓學(xué)生樹立創(chuàng)新觀念，對(duì)遇到的問題大膽質(zhì)疑、大膽想象。正如愛因斯坦所說：“想象力比知識(shí)更重要，是推動(dòng)知識(shí)進(jìn)步的源泉”，逐步形成良好的創(chuàng)造性思維習(xí)慣，提高創(chuàng)新能力。

二、發(fā)揮課堂教學(xué)的主渠道作用

創(chuàng)新需要一定的基礎(chǔ)知識(shí)，一定的創(chuàng)新環(huán)境，一定的思維訓(xùn)練，課堂教學(xué)是學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)的重要場(chǎng)所，是落實(shí)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的主渠道。

1.創(chuàng)建良好的創(chuàng)新環(huán)境

課堂教學(xué)中注意創(chuàng)建和諧、民主的課堂氛圍，引導(dǎo)學(xué)生積極參與教學(xué)的整個(gè)過程，敢于提問題，發(fā)表不同見解，尊重學(xué)生的好奇心和求知欲望，讓人人參與創(chuàng)新，并從中得到樂趣和滿足。

2.通過問題探討提高創(chuàng)新能力

教學(xué)中突出學(xué)生的主體地位，根據(jù)教材內(nèi)容提出問題，展開討論，增強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)探求知識(shí)的動(dòng)力。在老師和學(xué)生的共同努力下，從問題中掌握知識(shí)，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)新問題，有效地培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。對(duì)所選擇的問題要有啟發(fā)性、針對(duì)性，讓學(xué)生能努力解決，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新情感。

3.培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造思維能力

對(duì)于知識(shí)的學(xué)習(xí)，注意引導(dǎo)學(xué)生開展發(fā)散思維和收斂思維訓(xùn)練，先對(duì)一個(gè)問題從不同方向設(shè)想出解決方案，提出許多具有創(chuàng)造性的解決方法，再加以類比、歸納。例如，講授“改變內(nèi)能的方法”時(shí)，向?qū)W生提出：可用哪些方法使一根鐵絲的溫度升高？學(xué)生答出多種方法：用火燒、太陽(yáng)曬、在石頭上磨、用鐵錘打、反復(fù)扭曲、通電等。在此基礎(chǔ)上分析歸納，升溫的方法有兩類：一是外界傳給它熱量，一是外界對(duì)它做功，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的綜合分析能力。

巧用逆向思維，尋求知識(shí)聯(lián)系，法拉第電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)就是在奧斯特發(fā)現(xiàn)電能產(chǎn)生磁的現(xiàn)象后，展開思考：磁能否產(chǎn)生電？經(jīng)過努力終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律。提高學(xué)生的創(chuàng)新動(dòng)力。

培養(yǎng)全思維的學(xué)習(xí)習(xí)慣，建立知識(shí)、方法、能力相結(jié)合的思維模式，開發(fā)非智力因素。美國(guó)教育心理學(xué)家布魯姆經(jīng)過多年教學(xué)實(shí)踐后認(rèn)為：90%以上的學(xué)生智力因素相差不大，學(xué)習(xí)成績(jī)有較大差異是非智力因素?？梢姡肴〉脛?chuàng)新教育的豐碩成果，就要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生思維能力的訓(xùn)練，加強(qiáng)對(duì)動(dòng)機(jī)、興趣、意志、情感等非智力因素的培養(yǎng)。

三、將創(chuàng)新教育貫穿于各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)

1.精心備課

備課是教學(xué)實(shí)施的基礎(chǔ)，在分析教材和學(xué)生的基礎(chǔ)上，明確教學(xué)目的，讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)開發(fā)智力、培養(yǎng)能力，大力倡導(dǎo)啟發(fā)式教學(xué)方法，增加學(xué)生探求知識(shí)的活動(dòng)量，讓學(xué)生自己去探索、去創(chuàng)新，為課堂教學(xué)充滿創(chuàng)新意識(shí)做好必要充分的準(zhǔn)備。

2.精練習(xí)題

結(jié)合教材內(nèi)容，靈活選擇習(xí)題，鼓勵(lì)學(xué)生用不同方法來分析，一題多解，一題多問，給予適當(dāng)?shù)乃伎紩r(shí)間使其得出結(jié)論，并展開廣泛聯(lián)想，進(jìn)行創(chuàng)新思維訓(xùn)練。通過練習(xí)，學(xué)生面對(duì)新問題會(huì)從容不迫，把有效的知識(shí)、方法、能力相結(jié)合，全面提高創(chuàng)新能力。

3.重視實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐

實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)中的重要組成部分，不僅讓學(xué)生學(xué)會(huì)操作，還引導(dǎo)學(xué)生提高分析實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。開展豐富多彩的創(chuàng)造活動(dòng)，有計(jì)劃地組織學(xué)生進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)，使創(chuàng)新能力長(zhǎng)期化，把實(shí)驗(yàn)問題與實(shí)際問題結(jié)合起來。

四、自我創(chuàng)新

教師在教學(xué)活動(dòng)中起主導(dǎo)作用，必須有創(chuàng)新思想，不斷學(xué)習(xí)，充實(shí)新知識(shí)，研究新方法。過去常講要給學(xué)生一杯水，教師要有一桶水，現(xiàn)在要給學(xué)生一杯水，教師要成流動(dòng)的河，才能滿足創(chuàng)新教育的需要。樹立良好的師德形象，耐心聽取學(xué)生對(duì)問題的見解，決不能打擊學(xué)生的創(chuàng)造積極性，對(duì)學(xué)生進(jìn)行辯證唯物主義和愛國(guó)主義教育，闡述我國(guó)現(xiàn)代科學(xué)研究的新成果，滿足學(xué)生的求知欲。

創(chuàng)新教育是實(shí)施素質(zhì)教育的關(guān)鍵，課堂教學(xué)是創(chuàng)新教育的主渠道，完善各教學(xué)環(huán)節(jié)，以學(xué)生為主體，以創(chuàng)新為動(dòng)力，全面培養(yǎng)創(chuàng)新能力，為學(xué)生全面的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王至正，張憲魁，王河.物理教育學(xué)[M].青島：青島海洋大學(xué)出版社.

第2篇：生物力學(xué)的研究方法范文

摘 要 斜坡跑是提高短跑速度的有效方法之一，被廣泛運(yùn)用到提高短跑成績(jī)的訓(xùn)練中，本文基于生物力學(xué)原理對(duì)斜坡跑訓(xùn)練方法現(xiàn)有研究成果進(jìn)行綜述和探討。研究表明：影響速度的因素很多，就斜坡跑訓(xùn)練方法而言，對(duì)跑速產(chǎn)生影響的直接因素步長(zhǎng)和步頻這兩個(gè)參數(shù)的變化上影響效果明顯，科學(xué)合理的運(yùn)用斜坡跑訓(xùn)練方法對(duì)提高短跑速度具有積極意義。

關(guān)鍵詞 斜坡跑 訓(xùn)練方法 步長(zhǎng) 步頻

一、前言

斜坡跑是提高短跑速度的有效方法之一，被廣泛運(yùn)用到提高短跑成績(jī)的訓(xùn)練中。國(guó)內(nèi)外對(duì)斜坡跑進(jìn)行廣泛的研究，有學(xué)者認(rèn)為，斜坡跑對(duì)提高短跑速度有比較明顯的作用；斜坡跑除了能提高速度耐力、力量和心肌功能外，還能讓運(yùn)動(dòng)員體驗(yàn)超過自己速度能力的動(dòng)作感受，改善運(yùn)動(dòng)員的加速疾跑能力，從而增大步幅和縮短支撐階段時(shí)間，幫助運(yùn)動(dòng)員掌握加速跑的技術(shù)。

二、斜坡跑訓(xùn)練方法的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)原理

斜坡跑包括上坡跑和下坡跑，上坡跑是一種抗阻力性速度力量練習(xí)，在阻力增加的情況下增加訓(xùn)練強(qiáng)度，獲得無氧練習(xí)的效果，從而改善心血管的機(jī)能。上坡跑加強(qiáng)了股四頭肌、臀大肌等下肢肌群的力量，有利于提高步長(zhǎng)。下坡跑是一種神經(jīng)系統(tǒng)適應(yīng)性訓(xùn)練，下坡跑是人們有意識(shí)地利用自然的或人工的斜坡，根據(jù)勢(shì)能與動(dòng)能轉(zhuǎn)換的原理進(jìn)行訓(xùn)練，有利于提高步頻。

影響步長(zhǎng)的因素主要有：一是腿部的肌力，腿部的肌力越大，產(chǎn)生的后蹬反作用力相對(duì)越大，跑的步幅則越大；二是腿長(zhǎng)和髖關(guān)節(jié)的靈活性與柔韌性，下肢越長(zhǎng)、髖關(guān)節(jié)的靈活性與柔韌性越好，跑的步幅則越大；三是后瞪的角度與擺動(dòng)腿擺動(dòng)的方向，從理論上講，擺動(dòng)腿與后蹬腿的角度與方向直接影響步幅越大小。對(duì)于跑的步頻而言，其影響因素有兩個(gè)：一是肌肉中快肌纖維百分比和肥大程度。二是神經(jīng)過程的靈活性，大腦皮層運(yùn)動(dòng)中樞興奮與擬制的轉(zhuǎn)換速度是影響位移速度的重要因素。另外，跑動(dòng)時(shí)兩腿擺動(dòng)情況和騰空時(shí)與支撐時(shí)的相對(duì)時(shí)間（比值）對(duì)步長(zhǎng)和步頻也有影響。

三、成果研究現(xiàn)狀

近年來大量文獻(xiàn)資料和研究報(bào)道表明，有關(guān)短跑技術(shù)和速度訓(xùn)練方法的研究選題，多集中在短跑運(yùn)動(dòng)員步長(zhǎng)、步頻訓(xùn)練方法與運(yùn)動(dòng)員的中樞神經(jīng)系統(tǒng)機(jī)能的改善及其專項(xiàng)肌肉力量的訓(xùn)練手段方面。對(duì)于斜坡跑的原理和訓(xùn)練方法雖然，前人曾做過一些表述和研究，但大多文獻(xiàn)報(bào)道僅限于對(duì)斜坡跑手段應(yīng)用方式的定性分析與斜坡跑的坡度問題。盡管國(guó)內(nèi)外大多學(xué)者均十分肯定斜坡跑訓(xùn)練對(duì)提高絕對(duì)速度的作用，且認(rèn)為斜坡跑對(duì)改進(jìn)運(yùn)動(dòng)員的步頻與步長(zhǎng)技術(shù)具有積極效果。其相關(guān)的論述與見解多散見于各類短跑和速度方面的文獻(xiàn)資料和研究報(bào)道之中。

（一）關(guān)于斜坡跑與步長(zhǎng)步頻的訓(xùn)練問題

閆春華在《百米速度結(jié)構(gòu)分析及有關(guān)技術(shù)訓(xùn)練手段研究》（博士論文，2004）一文中提出：斜坡跑作為一種超速訓(xùn)練的方法被廣泛使用，超速訓(xùn)練的目的是通過強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)員完成超出自身能力水平的練習(xí)，來增加步頻和步長(zhǎng)。在經(jīng)過4-8周的超速訓(xùn)練后，被試者的步頻和步長(zhǎng)都得到了提高。這說明斜坡跑作為一種訓(xùn)練方法對(duì)步頻、步長(zhǎng)和短跑跑速的提高具有積極的作用。

下坡跑時(shí)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作速率發(fā)揮到最高值時(shí)，控制并穩(wěn)定速度是很困難的。這是由于下坡重力所產(chǎn)生的慣量。這種慣量隨距離的延長(zhǎng)而增大，這種逼迫速率的加快運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，也正是下坡跑能提高頻率的所在。如果在練習(xí)中不對(duì)運(yùn)動(dòng)員的跑動(dòng)動(dòng)作提出任何技術(shù)要求，或讓運(yùn)動(dòng)員在一定距離范圍內(nèi)堅(jiān)持正確的動(dòng)作要求，斜坡跑的練習(xí)效果會(huì)受到影響[2-4]。還有研究表明，下坡跑步頻沒有任何增加，只有步幅加大。步幅的增長(zhǎng)意味著展髖的幅度加大和髖部轉(zhuǎn)動(dòng)角速度加快，同時(shí)對(duì)髖部的伸髖速度和力量起積極作用；上坡跑對(duì)改善或提高運(yùn)動(dòng)員的快速力量、速度耐力和增大步長(zhǎng)是非常有效的訓(xùn)練手段（昆茲、考夫曼1997）。

（二）關(guān)于斜坡跑與神經(jīng)―肌肉控制機(jī)理的研究

美國(guó)學(xué)者弗拉基米爾M?扎齊奧爾斯基在其主編的《運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)》（2004）一書中指出：步長(zhǎng)和步頻的可變性表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的靈活性（CNS）在控制這些參數(shù)方面起到了重要的作用。最高速度跑是人體調(diào)動(dòng)各種能力，并使其充分發(fā)揮的集中體現(xiàn)，他對(duì)人體能量的消耗以及神經(jīng)系統(tǒng)的興奮和擬制的轉(zhuǎn)換頻率的要求是很高的。因此，在最高速度之后，肌體實(shí)現(xiàn)第二次調(diào)節(jié)其重要性和必要性同第一次調(diào)節(jié)具有同等的意義[5]。有作者還提出，構(gòu)成跑速的兩個(gè)主要因素――步長(zhǎng)、步頻是互為影響和相互制約的。對(duì)于步長(zhǎng)和步頻兩個(gè)變量的作用來說，提高或改進(jìn)其中任何一個(gè)變量都可提高跑速，同時(shí)這兩個(gè)變量之間又呈現(xiàn)一定函數(shù)關(guān)系[6]。步長(zhǎng)和步頻的可變性表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）在靈活控制這些參數(shù)方面必然起到了一定的作用[7]。伊托等人的研究（1983）表明，助力訓(xùn)練能進(jìn)一步發(fā)展神經(jīng)肌肉系統(tǒng)對(duì)肌肉拉長(zhǎng)――收縮周期運(yùn)動(dòng)的控制能力，提高短跑運(yùn)動(dòng)員支撐階段的動(dòng)作效果，從而提高跑速。

有作者在《現(xiàn)代100米跑技術(shù)的生物力學(xué)分析及放松技術(shù)再探析》一文中認(rèn)為，步頻的發(fā)展取決于大腦皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的支配，斜坡跑獲得的助力作用可以使運(yùn)動(dòng)員感受放松速跑的肌肉用力情況、體驗(yàn)“放松快跑”的方法和好處。上坡跑要求運(yùn)動(dòng)員著力體會(huì)以髖為軸的大腿前擺和髖關(guān)節(jié)的積極前送與踝關(guān)節(jié)及腳的快速趴地，不要刻意后蹬，這種跑法既符合現(xiàn)今短跑技術(shù)的要求，又有利于下肢肌肉用力的放松與控制。通過上坡跑還能切實(shí)有效地實(shí)現(xiàn)短跑所需的“快速力量”訓(xùn)練。就是說上坡跑不僅可以改進(jìn)、掌握正確的跑的技術(shù)，還可以同時(shí)發(fā)展短跑所需的專門力量。由于步長(zhǎng)和步頻相對(duì)獨(dú)立，表明步長(zhǎng)和步頻受兩種不同的神經(jīng)系統(tǒng)控制方式調(diào)節(jié)――步頻的頻數(shù)調(diào)節(jié)和步長(zhǎng)的幅度調(diào)節(jié)（羅新建2003）。Bonnard和Pailhous（1993）認(rèn)為，神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)步長(zhǎng)和步頻控制的方式不同。步頻的改變與擺動(dòng)階段下肢的整體剛性有關(guān)，與支撐階段無關(guān)。這表明改變擺動(dòng)期間下肢肌肉的緊張性可以改變頻率。大部分或整個(gè)腿部肌肉緊張性的改變，都將改變下肢繞髖關(guān)節(jié)擺動(dòng)的相對(duì)頻率。Bonnard和Pailhous進(jìn)一步指出，步長(zhǎng)的短暫變化與腿部肌肉的相位活動(dòng)有關(guān)。Patla等（1989）研究表明，步長(zhǎng)的短暫增加，實(shí)際上是一些肌肉的活動(dòng)相位增加，而另一些肌肉的活動(dòng)相位減少造成的。在無約束的走路或跑步時(shí)，雖然步長(zhǎng)和步頻可相對(duì)固定，但如果需要的話，中樞神經(jīng)系統(tǒng)有能力分離步長(zhǎng)和步頻。Hogan（1984）提出了這種分離的生理機(jī)制。當(dāng)關(guān)節(jié)周圍對(duì)抗肌同時(shí)活動(dòng)時(shí)，凈關(guān)節(jié)力矩與對(duì)抗肌的肌力之間差異有關(guān)，關(guān)節(jié)的剛性則與所有肌力的總和有關(guān)。如果中樞神經(jīng)系統(tǒng)積極調(diào)節(jié)對(duì)抗肌的協(xié)同作用，那么步長(zhǎng)和步頻能在有限的范圍內(nèi)各自獨(dú)立變化。

在各種提高跑速的訓(xùn)練手段中，斜坡跑以其獨(dú)特的方法和顯著效用，引起了專業(yè)和非專業(yè)運(yùn)動(dòng)隊(duì)的普遍重視，斜坡跑正在被廣泛運(yùn)用到提高短跑成績(jī)的訓(xùn)練中。有學(xué)者對(duì)斜坡跑對(duì)短跑速度的影響進(jìn)行廣泛的研究，這些作者共同認(rèn)為：斜坡跑對(duì)提高短跑速度有比較明顯的作用；斜坡跑除了能提高速度耐力、力量和心肌功能外，還能幫助運(yùn)動(dòng)員掌握加速跑的技術(shù)動(dòng)作，改善運(yùn)動(dòng)員的加速疾跑能力；斜坡跑能讓運(yùn)動(dòng)員體驗(yàn)超過自己能力的速度，可以是步幅增大和縮短支撐階段時(shí)間[6-7]。斜坡跑包括上坡跑和下坡跑，上坡跑是一種抗阻力性速度力量練習(xí)，是跑動(dòng)阻力增加的情況下獲得無氧效果，從而改善心血管的機(jī)能，增強(qiáng)下肢股四頭肌、臀大肌這兩塊重要的肌群，同時(shí)提高步長(zhǎng)；下坡跑是一種神經(jīng)系統(tǒng)適應(yīng)性的訓(xùn)練，就是有意識(shí)地設(shè)置自然的或人工的斜坡，根據(jù)勢(shì)能與動(dòng)能轉(zhuǎn)換的原理進(jìn)行訓(xùn)練，同時(shí)提高步頻。

四、結(jié)論

（一）對(duì)于步長(zhǎng)和步頻兩個(gè)變量的作用來說，步長(zhǎng)和步頻的可變性表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）在靈活控制這些參數(shù)方面必然起到了一定的作用[7]。助力訓(xùn)練能進(jìn)一步發(fā)展神經(jīng)肌肉系統(tǒng)對(duì)肌肉拉長(zhǎng)――收縮周期運(yùn)動(dòng)的控制能力，提高短跑運(yùn)動(dòng)員支撐階段的動(dòng)作效果，從而提高跑速。

（二）斜坡跑道的坡型對(duì)練習(xí)進(jìn)行組合，以控制斜坡跑的練習(xí)強(qiáng)度和負(fù)荷，從而改善跑的步長(zhǎng)和步頻。

基金項(xiàng)目：年陜西省教育廳專項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：11JK0464）。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅尼?利多爾，約夫?麥克爾.王學(xué)鋒編譯.100M跑的生理學(xué)、技能發(fā)展和運(yùn)動(dòng)知識(shí)分析[J].田徑.2004.8：54-56.

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[3] 周志雄，黃德春.透析100米跑步長(zhǎng)和步頻研究的誤區(qū)[J].田徑.2002：24-27.

[4] 張沛林.現(xiàn)代100米跑技術(shù)的發(fā)展特征及其技術(shù)分派[J].體育科學(xué).1995（1）：27-29.

[5] 李佩清.坡度跑訓(xùn)練對(duì)步頻、步長(zhǎng)的影響[J].田徑科技信息.1995（50）：1-4.

第3篇：生物力學(xué)的研究方法范文

摘 要 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的測(cè)試方法在競(jìng)技體育研究領(lǐng)域主要應(yīng)用于技術(shù)研究以及發(fā)力原理分析等方面，對(duì)于拳擊項(xiàng)目相關(guān)研究進(jìn)行梳理，有助于辨析測(cè)試方法的應(yīng)用范圍，對(duì)今后的相關(guān)研究開展起到有意義的參考作用。

關(guān)鍵詞 生物力學(xué) 方法 拳擊

生物力學(xué)研究，尤其是運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、表面肌電等實(shí)驗(yàn)技術(shù)逐步應(yīng)用于拳擊科學(xué)研究中。運(yùn)動(dòng)學(xué)方法應(yīng)用在技術(shù)改進(jìn)和規(guī)范程度判斷等方面，起到很好的輔導(dǎo)作用。動(dòng)力學(xué)研究對(duì)對(duì)抗性項(xiàng)目對(duì)抗時(shí)，力的大小、方向的變化及力作用的效果等進(jìn)行定量分析，揭示發(fā)力原理及規(guī)律。表面肌電研究應(yīng)用于判斷動(dòng)作過程中，哪些肌肉參與收縮，收縮過程中肌纖維發(fā)力長(zhǎng)短、順序等，這對(duì)科學(xué)合理化技術(shù)動(dòng)作和確定不同力量訓(xùn)練方法手段的科學(xué)性非常有意義。

李凌云[1]采用生物力學(xué)的測(cè)試儀器、方法，試圖尋找運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的一些原理和方法在武術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用規(guī)律，從生物力學(xué)的原理應(yīng)用在武術(shù)中的情況。我們可以將這些方法同樣應(yīng)用于其他同場(chǎng)格斗類項(xiàng)目中，為其他同項(xiàng)群項(xiàng)目的生物力學(xué)研究提供理論參考和實(shí)踐指導(dǎo)。

運(yùn)動(dòng)學(xué)研究和表面肌電技術(shù)在拳擊生物力學(xué)研究中應(yīng)用較為廣泛。郭峰，張日輝[2]探討拳擊運(yùn)動(dòng)員后手直拳動(dòng)作內(nèi)部神經(jīng)肌肉系統(tǒng)協(xié)同變化，研究認(rèn)為后手直拳擊打，上肢拮抗肌發(fā)揮著重要作用。從肌肉激活順序判斷，動(dòng)作符合鞭打動(dòng)作原理，建議加強(qiáng)上肢拮抗肌訓(xùn)練。劉海瑞[3]的實(shí)驗(yàn)也得出了相似的結(jié)果，分析了拳擊出拳擊打拳速突然減速的成因。二者在突然降速的研究結(jié)果是一致的。拮抗肌放電信號(hào)較強(qiáng)也能夠在一定意義上解釋這一現(xiàn)象的出現(xiàn)，但二者結(jié)論中應(yīng)該加強(qiáng)拮抗肌訓(xùn)練值得商榷，拮抗肌與主動(dòng)肌、協(xié)同肌的協(xié)調(diào)配合時(shí)準(zhǔn)確、高效完成技術(shù)動(dòng)作的基礎(chǔ)，應(yīng)該從協(xié)調(diào)性訓(xùn)練的角度分析更為準(zhǔn)確。

王新坤[4]運(yùn)用愛捷運(yùn)動(dòng)錄像測(cè)試分析系統(tǒng)，對(duì)參加2004年全國(guó)拳擊冠軍賽決賽的部分冠軍前手直拳作進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的研究分析。結(jié)果顯示：運(yùn)動(dòng)員打擊瞬間拳速在擊中目標(biāo)之前會(huì)突然增加，其研究結(jié)果前手直拳打擊瞬間是加速的，與劉海瑞，郭峰、張日輝等研究后手直拳擊打前速度突降結(jié)果相反，其原因有待進(jìn)一步探討。岳東升、張翠[5]利用高速攝像與測(cè)力臺(tái)（Kistler）同步測(cè)試的方法，對(duì)拳擊運(yùn)動(dòng)員直拳技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行測(cè)試，該研究是典型的以運(yùn)動(dòng)學(xué)研究技術(shù)路線，對(duì)運(yùn)動(dòng)員技術(shù)改進(jìn)有一定意義。

有關(guān)動(dòng)力學(xué)研究在拳擊中較為少見，相關(guān)理論研究中，谷曉紅[6]從擊打過程中的生物力學(xué)原理問題、打擊力與作用時(shí)間、快速移動(dòng)與穩(wěn)定性、鞭打技術(shù)與多環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)四個(gè)方面對(duì)拳擊運(yùn)動(dòng)中的有關(guān)生物力學(xué)問題進(jìn)行了探討，指出了現(xiàn)存的誤區(qū)及不足。蘇彥炬[7]對(duì)不同擊打技術(shù)的下肢發(fā)力特征進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)拳擊下肢發(fā)力原理，影響擊打效果的因素等做了宏觀分析，對(duì)相關(guān)理論研究具有指導(dǎo)意義。

等速肌力測(cè)試關(guān)節(jié)力量從側(cè)面反映肌肉力量，但與動(dòng)作速度不相符合，存在一定的局限。姜傳銀[8]等運(yùn)用等速肌力測(cè)試的方法，對(duì)拳擊、跆拳道散打運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行比較研究，發(fā)現(xiàn)不同項(xiàng)目，不同肌群在速度力量方面的優(yōu)勢(shì)環(huán)節(jié)。從側(cè)面也反映了不同項(xiàng)目因發(fā)力環(huán)節(jié)不同，不同部位的肌肉力量存在著明顯的項(xiàng)目特征。等速測(cè)試數(shù)據(jù)較為精確，但限于單關(guān)節(jié)測(cè)試，動(dòng)作路線，幅度、速度存在差異，對(duì)于專項(xiàng)力量測(cè)試存在局限性。

從拳擊相關(guān)生物力學(xué)研究綜述可見，以往研究對(duì)技術(shù)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析較多，主要技術(shù)為前、后手直拳，分析其原因，直拳的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析可近似理解為直線運(yùn)動(dòng)，相對(duì)實(shí)驗(yàn)控制和分析容易把握。而對(duì)表面肌電的研究可以對(duì)發(fā)力順序與肌肉貢獻(xiàn)率進(jìn)行探討，研究結(jié)果顯示出的鮮明的個(gè)體化特征，從中提取共性及規(guī)律較難。表面肌電技術(shù)應(yīng)用廣泛，尤其是對(duì)專項(xiàng)訓(xùn)練手段和方法的檢測(cè)，具有很大發(fā)展空間，二者有效結(jié)合可以彌補(bǔ)簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)學(xué)分析帶來的誤差。等速肌力測(cè)試可以從側(cè)面反映關(guān)節(jié)力量，但與專項(xiàng)發(fā)力方式速度不同。以運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)合動(dòng)力學(xué)研究在力量訓(xùn)練相關(guān)生物力學(xué)研究中是比較成熟的研究手段，對(duì)于拳擊速度耐力相關(guān)研究應(yīng)該是今后研究的方向 。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 郭峰，張日輝.優(yōu)秀女子拳擊運(yùn)動(dòng)員后手直拳技術(shù)動(dòng)作上肢肌肉表面肌電分析[J].沈陽(yáng)體育學(xué)院學(xué)報(bào).2009.28（4）：65-68.

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第4篇：生物力學(xué)的研究方法范文

廣州第一軍醫(yī)大學(xué)衛(wèi)生處?。?10515）

關(guān)鍵詞　脊椎推拿　手法研究　生物力學(xué)　重要性

脊柱推拿是以各種力學(xué)，特別是生物力學(xué)為其理論和假說依據(jù)的。與脊柱源性致病的相關(guān)學(xué)說有很多，較為認(rèn)同的有脊柱各節(jié)段的固定學(xué)說、椎體的偏歪學(xué)說和由于脊柱內(nèi)外的平衡失調(diào)所致的神經(jīng)傳導(dǎo)障礙學(xué)說等。雖然脊柱推拿可緩解患者脊柱的功能障礙，但脊柱推拿治療的治療機(jī)理仍不十分清楚。由于無法確定脊柱或椎體的位置異常與脊柱功能改變之間的關(guān)系，因此，將與之相關(guān)的臨床表現(xiàn)（現(xiàn)象）都統(tǒng)稱為"半脫位"（Subluxation）。

半脫位包含了"骨錯(cuò)縫"，即脊柱的偏歪學(xué)說和"骨固定"，為脊柱的固定學(xué)說的兩種。脊柱的固定學(xué)說認(rèn)為脊柱固定或僵硬可導(dǎo)致脊神經(jīng)的功能障礙。這些半脫位概念是臨床上使用脊柱推拿手法的理論依據(jù)。脊柱是由骨骼、肌肉、血管和神經(jīng)組成，具有許多機(jī)構(gòu)力學(xué)和生物力學(xué)性質(zhì)，其功能類似于船桁、發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓裝置等，許多臨床現(xiàn)象都證實(shí)有關(guān)脊柱關(guān)節(jié)半脫位的假說是成立的、合理的。這種將脊柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化的描述對(duì)脊柱推拿者來講是很容易接受的。作為研究探索極度復(fù)雜脊柱功能和性質(zhì)的一種有效方法，機(jī)械工程模型在生物體（包括人體）中的應(yīng)用正在被廣泛地接受。這并不是說脊柱的結(jié)構(gòu)和功能完成等同于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，因?yàn)閱我坏募怪Y(jié)構(gòu)或功能是無法完成脊柱復(fù)雜和精確的運(yùn)動(dòng)和負(fù)重等功能。

在推拿界一些人將脊柱病變只是簡(jiǎn)單的分為靜力下移位和動(dòng)力下的功能障礙，對(duì)此可采用各種脊柱推拿手法來治療，然而這種看法未免有些膚淺。臨床應(yīng)用的各種脊柱推拿手法，如一些上頸段的推拿手法是根據(jù)脊柱移位的方向來設(shè)計(jì)的。臨床醫(yī)師根據(jù)患者頸椎的活動(dòng)度將頸椎的功能障礙分為頸椎活動(dòng)度增大或頸椎活動(dòng)度減少。

根據(jù)推拿臨床和基礎(chǔ)研究所提供的資料，有關(guān)研究小組在對(duì)此進(jìn)行深入研究后得出的結(jié)論是："目前，尚無法證明一些脊柱病變，如半脫位的確切病理機(jī)制和病變過程。"著名的生物力學(xué)專家white和Panjabi在對(duì)脊柱推拿的基礎(chǔ)研究進(jìn)行綜合分析后于1978年發(fā)表了"脊柱推拿療法的研究狀況"一文。文章對(duì)脊柱推拿的核心問題如半脫位進(jìn)行了評(píng)價(jià)，認(rèn)為："目前，不同學(xué)科的專家尚無法定量或定性地重復(fù)出由推拿醫(yī)師所介紹的脊柱半脫位的征象，因此，僅就現(xiàn)有的資料無法使人信服推拿的治療機(jī)制。"

脊柱推拿的生物力學(xué)致力于研究脊柱推拿理論上不足，它是用科學(xué)的觀點(diǎn)和方法，客觀地研究脊柱內(nèi)在的生物力學(xué)關(guān)系、脊柱整體的力學(xué)系統(tǒng)和基本的生物力學(xué)特性。運(yùn)用生物力學(xué)的方法和觀點(diǎn)來闡述脊柱推拿的基本概念和作用機(jī)制，如半脫位的確切定義等。如何將脊柱移位的功能障礙的關(guān)系有機(jī)的結(jié)合在一起，將是脊柱基礎(chǔ)研究所面臨的難題之一。

通過科學(xué)的研究方法了解脊柱生物力學(xué)的性質(zhì)，進(jìn)而改進(jìn)脊柱推拿手法的技巧，是脊柱推拿研究的目的之一。它是要將脊柱復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)、生物力學(xué)性質(zhì)、功能以及脊柱在正常和異常狀態(tài)下的功能特點(diǎn)，介紹給脊柱推拿者。運(yùn)用科學(xué)的定義來闡述脊柱關(guān)節(jié)"半脫位"，而不是簡(jiǎn)單地將脊柱看成是機(jī)械裝置。

目前尚無法確切地闡述脊柱推拿的作用機(jī)制，因而研究脊柱推拿，不僅僅是更準(zhǔn)確地描述脊柱關(guān)節(jié)半脫位、脊柱病變時(shí)的神經(jīng)功能障礙，而且也是為了更確切地闡述脊柱推拿的作用機(jī)制，完善和改進(jìn)脊柱推拿手法。通過研究更進(jìn)一步了解脊柱解剖結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和生物力學(xué)性質(zhì)。由于在推拿界對(duì)脊柱關(guān)節(jié)半脫位的描述多是基于抽象思維或是由理論上的推測(cè)而來，醫(yī)學(xué)界對(duì)脊柱推拿普遍存在著一定的偏見或有不同的看法，所以我們要用科學(xué)的方法和術(shù)語(yǔ)，如解剖學(xué)、生物力學(xué)和物理學(xué)等來定義和描述脊柱關(guān)節(jié)半脫位。

一般認(rèn)為脊柱關(guān)節(jié)脫位多是由于脊柱力學(xué)結(jié)構(gòu)的完整性受到破壞所致，所以對(duì)半脫位進(jìn)行準(zhǔn)確的定義必將有助于消除目前有關(guān)脊柱推拿中的某些模糊概念，對(duì)進(jìn)一步理解和掌握脊柱的解剖結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)性質(zhì)，提供可靠的、基本的理論依據(jù)。

對(duì)脊柱進(jìn)行科學(xué)地研究，在于要運(yùn)用科學(xué)的觀點(diǎn)來闡述脊柱關(guān)節(jié)半脫位，這樣可擴(kuò)大，而不是限制脊柱生物力學(xué)的臨床運(yùn)用。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到脊柱并不是象計(jì)算機(jī)構(gòu)筑的模型一樣，它是處于不斷地更新和變化著的，雖然這種變化很慢，但與所有活體一樣，脊柱的各個(gè)部分并不是一個(gè)靜止的部件，它是不在斷地變化著、更新著、修復(fù)著和生長(zhǎng)著的，是生物體的一部分。正常脊柱的許多生理參數(shù)都不是恒定著的，而是不斷地變化著。根據(jù)一些理論和假說，有人認(rèn)為椎體間只是簡(jiǎn)單的聯(lián)結(jié)，并不復(fù)雜，而實(shí)際上，維系椎體內(nèi)穩(wěn)定的各種機(jī)制是相當(dāng)復(fù)雜的。

雖然人體脊柱的整體輪廓和功能基本相同，但沒有兩個(gè)不同的個(gè)體間的脊柱會(huì)是完全相同的。由于脊柱的退行性改變和各種各樣的解剖學(xué)變異，使得我們對(duì)脊柱不同部位間的關(guān)系也不能簡(jiǎn)單機(jī)械地推斷。我們所強(qiáng)調(diào)的是研究脊柱基本的生物學(xué)原理和特點(diǎn)，而不是僅研究脊柱運(yùn)動(dòng)節(jié)段的"半脫位"、"關(guān)節(jié)固定"或是僅探討脊神經(jīng)的嵌壓等問題。

與機(jī)械結(jié)構(gòu)不同的是，脊柱的功能是根據(jù)反饋機(jī)制調(diào)節(jié)的，主要是由負(fù)反饋控制的。一般來講，影響負(fù)反饋調(diào)節(jié)的單一因素容易被確定。一般認(rèn)為人體內(nèi)維持體內(nèi)平衡的所有控制系統(tǒng)都是受負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制調(diào)節(jié)的，這是人體很重要的生理功能之一。通過機(jī)體內(nèi)相互聯(lián)系的反饋通道和正負(fù)反饋機(jī)制，許多因素可影響人體的反饋系統(tǒng)。脊柱的非線和脊柱內(nèi)外平衡的統(tǒng)一表明，運(yùn)用脊柱推拿手法來治療脊柱疾患，其機(jī)制是試圖將脊柱病變與影響脊柱功能改變的單一因素聯(lián)系在一起，如脊柱的對(duì)線失調(diào)、脊柱的僵硬固定等，由于將脊柱結(jié)構(gòu)和功能過于簡(jiǎn)單化，因而，對(duì)此有很大的爭(zhēng)議。所以在脊柱推拿的研究中應(yīng)盡最大可能地了解和發(fā)現(xiàn)，影響復(fù)雜反饋過程的非正常干擾因素，以避免無效勞動(dòng)和無謂的爭(zhēng)議。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)是根據(jù)疾病的病理狀況來說明和表達(dá)人體異常的解剖結(jié)構(gòu)和功能的。如果將脊柱的各個(gè)部分看成是相互之間沒有聯(lián)系的部件，那必將把人體解剖結(jié)構(gòu)和功能的病理性變化情況用純力學(xué)術(shù)語(yǔ)來定義和表達(dá)。由于機(jī)械應(yīng)力有可能引起脊柱的病變，一些病變可能還會(huì)影響到脊柱結(jié)構(gòu)的完整性，所以應(yīng)當(dāng)用力學(xué)的概念，特別是用生物力學(xué)的概念來描述脊柱的疾病狀況。

脊柱推拿中的許多內(nèi)容，如推拿術(shù)語(yǔ)和操作是很自然地受到力學(xué)概念的影響。如對(duì)橫突和棘突推搬手法的運(yùn)用以及對(duì)推拿手法的分析也是根據(jù)力學(xué)概念進(jìn)行的。由于生物力學(xué)概念的應(yīng)用與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的內(nèi)涵密不可分，所以對(duì)脊柱推拿手法的評(píng)價(jià)進(jìn)而轉(zhuǎn)向基本的生物力學(xué)，除此，還應(yīng)包括物理學(xué)和工程學(xué)等內(nèi)容，以尋求應(yīng)用新的理論和方法，重新研究脊柱推拿。通過研究使我們能更進(jìn)一步地了解脊柱推拿的作用機(jī)制、創(chuàng)新脊柱推拿手法、淘汰繁瑣和不合理的脊柱推拿手法。

第5篇：生物力學(xué)的研究方法范文

1  資料與方法

1.1  一般資料  從國(guó)人新鮮尸體中獲取20例不成對(duì)的膝關(guān)節(jié)(男10例,女10例),冷凍在-20℃,直到試驗(yàn)日為止。膝關(guān)節(jié)均在供者死亡后12h內(nèi)冷凍。冷凍時(shí)間1~12個(gè)月不等。死者排除以下情況:(1)年齡>50歲;(2)骨骼未發(fā)育完全者(女性<16歲,男性<19歲);(3)有膝關(guān)節(jié)手術(shù)史;(4)有膝關(guān)節(jié)炎病史。在取髕腱標(biāo)本之前,先將膝關(guān)節(jié)在室溫中解凍。將髕腱連同全部髕骨和脛骨的一部分(包含有脛骨結(jié)節(jié))從膝關(guān)節(jié)中分割出來。脛骨部分修整成楔形,取髕腱的中央部分(平均5mm寬),用手術(shù)刀沿著腱束的長(zhǎng)軸將腱的內(nèi)外側(cè)修理成直的平面。小心操作以避免將腱束橫行切斷。用游標(biāo)卡尺在不同截面測(cè)量髕腱的寬和厚,取其均值,并測(cè)量髕腱的長(zhǎng),用以計(jì)算髕腱的體積。

1.2  使用儀器  將樣本安裝在DCS-25T電子萬能試驗(yàn)機(jī)(日本島津)上,進(jìn)行單軸拉伸試驗(yàn),拉伸速度為30mm/min。以3033型X-Y函數(shù)記錄儀(四川儀表制造廠)記錄載荷―變形曲線,并進(jìn)行分析,得出最大載荷、衰竭應(yīng)變及彈性模量。

1.3  計(jì)算樣本密度  力學(xué)測(cè)試完畢后將樣本的腱性部分從骨的附著點(diǎn)上分離出來,稱重。根據(jù)前面算出的體積計(jì)算出每個(gè)樣本的密度。

1.4  統(tǒng)計(jì)學(xué)方法  采集所有數(shù)據(jù),應(yīng)用t檢驗(yàn)來比較不同性別來源的髕腱的力學(xué)性質(zhì),進(jìn)行相關(guān)性分析來判斷髕腱密度與生物力學(xué)性質(zhì)間的關(guān)系。將樣本根據(jù)密度排列,再隨機(jī)選擇其中一個(gè)密度作為標(biāo)準(zhǔn),將其上、下兩組樣本的生物力學(xué)指標(biāo)用t檢驗(yàn)分析,重復(fù)這個(gè)過程,檢驗(yàn)是否存在一個(gè)密度值,比這個(gè)密度值大的樣本與比這個(gè)密度值小的樣本相比,其生物力學(xué)強(qiáng)度要高。

2  結(jié)果

樣本的平均截面積是19.47mm2(SD 8.72),髕腱的平均長(zhǎng)度是47.83mm(SD 3.78),男性髕腱平均長(zhǎng)49.22mm(SD 3.42),比女性髕腱[平均46.44mm(SD 3.76)]稍長(zhǎng)一些(P=0.05)。髕腱組織混合在一起的平均密度是1.61g/cm3(SD 0.47)。男性髕腱的密度(1.68g/cm3)和女性髕腱的密度(1.54g/cm3)之間差異無顯著性(P=0.23),所測(cè)得密度范圍為0.81~2.57g/cm3。

髕腱的力學(xué)性質(zhì)不依賴于供體的年齡和性別。在最大抗張強(qiáng)度(P=0.62,)、最大應(yīng)變(P=0.61)、彈性模量(P=0.57)方面基于性別上的差異均無顯著性。因?yàn)樾詣e和年齡對(duì)髕腱力學(xué)性質(zhì)沒有任何影響,所以將樣本混合起來做密度的相關(guān)分析。樣本的最大抗張強(qiáng)度與其密度相關(guān)(r=0.57, P<0.02)。髕腱的彈性模量也與其密度呈正相關(guān),盡管其相關(guān)性較弱,但亦有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(r=0.44,P<0.05)。衰竭應(yīng)變與其密度無相關(guān)性(r=-0.25,P>0.1)。連續(xù)采用t檢驗(yàn)分析顯示密度>1.68g/cm3(n=8)的髕腱的最大抗張強(qiáng)度比質(zhì)量密度<1.68g/cm3(n=12)者明顯要高。

3  討論

本研究中,組織密度被作為變量進(jìn)行相關(guān)性分析,通過測(cè)量其密度,就去除了組織大小對(duì)相關(guān)性分析的影響。我們發(fā)現(xiàn)在髕腱的生物力學(xué)性質(zhì)與密度之間高度相關(guān)。較大的組織密度可能意味著較多的膠原堆積在組織中,產(chǎn)生較大的生物力學(xué)強(qiáng)度。Woo SL[1]發(fā)現(xiàn)經(jīng)常活動(dòng)的豬的伸趾肌腱質(zhì)量和膠原含量增加,其最大抗張強(qiáng)度顯著增加。但其未做肌腱生物力學(xué)和其質(zhì)量的相關(guān)性研究。我們發(fā)現(xiàn)了髕腱組織的一個(gè)密度值(1.68g/cm3),大于這個(gè)密度的髕腱群體,其生物力學(xué)強(qiáng)度顯著要高。因?yàn)楦哂诨虻陀谶@個(gè)髕腱密度值的供者的平均年齡非常接近,所以年齡不會(huì)導(dǎo)致髕腱的生物力學(xué)的差異。這與Flahiff[2]報(bào)道的結(jié)果一致。

在以前的研究中,諸如樣本大小、組織儲(chǔ)藏方法、組織的測(cè)試條件、樣本的截面積和力學(xué)測(cè)試方法等因素都被認(rèn)為是很重要的因素,并且各實(shí)驗(yàn)間各不相同[3],因此,難以 做具體數(shù)據(jù)上的比較。文獻(xiàn)報(bào)道[3],測(cè)試過程中對(duì)樣本進(jìn)行鹽水浴,讓液體從腱組織滲出,能產(chǎn)生更大的強(qiáng)度和硬度。一些研究人員觀察了髕腱生物力學(xué)的差異,猜測(cè)可能有某些內(nèi)在或外在的因素與此差異性有關(guān)。例如,Flahiff[2]認(rèn)為重量、活動(dòng)量、健康及飲食能影響髕腱的力學(xué)性能,雖然Beynnon[4]陳述軟組織內(nèi)在的未知生物學(xué)因素能導(dǎo)致肌腱力學(xué)性能的差異。基于我們的研究,髕腱的密度似乎是這種差異的一個(gè)原因。

第6篇：生物力學(xué)的研究方法范文

自1969年Hamdi首次報(bào)道L2漿細(xì)胞瘤和轉(zhuǎn)移性腺癌行椎體腫瘤切除、假體替代以來，經(jīng)過近四十年的發(fā)展，人工椎體作為一類有效的椎體替代物在臨床上得到廣泛應(yīng)用，目前報(bào)道的人工椎體模型，經(jīng)過一系列生物力學(xué)測(cè)試和臨床應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，對(duì)不同脊柱節(jié)段的椎體骨折、不同類型的人工椎體的選擇、術(shù)中放置人工椎置的差異〔1〕，乃至輔加不同類型的內(nèi)固定物，均可對(duì)脊柱重建術(shù)后的穩(wěn)定性產(chǎn)生不同的影響。因此本文對(duì)近年來生物力學(xué)應(yīng)用在人工椎體上的研究進(jìn)行如下的綜述。

1 生物力學(xué)在人工椎體置換術(shù)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

1.1 人工椎體置換術(shù)的應(yīng)用

人工椎體目前運(yùn)用最廣泛的是脊柱轉(zhuǎn)移性腫瘤病灶切除后的重建，童元等認(rèn)為椎體腫瘤的手術(shù)適應(yīng)證應(yīng)該綜合考慮患者全身的情況、手術(shù)能否解決主要問題以及病程發(fā)展的快慢等因素。王新偉等〔2〕運(yùn)用可調(diào)式中空人工椎體治療脊柱嚴(yán)重粉碎性骨折（附9例報(bào)告），認(rèn)為對(duì)嚴(yán)重粉碎的椎體骨折，無法行自體骨重建者，人工椎體不失為一種選擇，但應(yīng)嚴(yán)格掌握適應(yīng)證。近來，王群波等〔3〕運(yùn)用納米羥基磷灰石／聚酰胺66復(fù)合人工椎體治療胸腰椎椎體腫瘤14例，結(jié)果顯示復(fù)合人工椎體具有良好的生物相容性，植入融合率高，牢固可靠，是理想的骨移植替代材料。

1.2 人工椎體置換的生物學(xué)設(shè)計(jì)要求

脊柱椎體次全切除術(shù)至少破壞2個(gè)脊柱功能單元的完整性，起支撐、承載及緩沖功能的前柱連續(xù)性中斷，同樣導(dǎo)致后柱結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，極易造成損傷。因而，行椎體切除術(shù)后無一例外的都要進(jìn)行重建前柱的結(jié)構(gòu)及生物力學(xué)的穩(wěn)定性。故人工椎體的生物學(xué)設(shè)計(jì)是否合理對(duì)術(shù)后融合有著重要的影響，楊明亮等〔4〕從外科技術(shù)角度評(píng)價(jià)內(nèi)鎖式人工頸椎間體，認(rèn)為其設(shè)計(jì)符合頸椎的解剖學(xué)特點(diǎn)，生物力學(xué)上能有效穩(wěn)定頸椎。特別適合陳舊的屈曲壓縮骨折及頸椎后突畸形矯形。楊瑞甫等〔5〕采用六鋁四釩鈦合金（Ti6Al4V）為材料，設(shè)計(jì)一種中空可調(diào)式、自固定式的人工椎體，用于治療脊柱腫瘤和椎體爆裂性骨折，實(shí)驗(yàn)證明該人工椎體具有良好的即時(shí)穩(wěn)定性和遠(yuǎn)期穩(wěn)定性，且勿需聯(lián)合使用前路或后路內(nèi)固定器。綜上述，生物力學(xué)設(shè)計(jì)必須考慮以下幾個(gè)方面：（1）術(shù)后即刻穩(wěn)定性與脊柱生理曲度的恢復(fù)程度;（2）與椎體遠(yuǎn)期融合率;（3）有良好的生物相容性;（4）植入方便。

2 人工椎體生物力學(xué)測(cè)試的方法

2.1 屈服強(qiáng)度試驗(yàn)

采用軸向壓縮荷載或屈曲壓縮荷載，加載至失穩(wěn)，目的在于研究人工椎體在某種載荷下的承載強(qiáng)度，強(qiáng)度試驗(yàn)需要加載直至材料破壞為止，通過荷載-位移曲線獲得生物力學(xué)參數(shù)。

2.2 內(nèi)置椎體疲勞試驗(yàn)

對(duì)內(nèi)置人工椎體施加周期性的荷載（cyclic loading），觀察其疲勞強(qiáng)度，以失敗的周期數(shù)定義疲勞強(qiáng)度。

2.3 內(nèi)固定物穩(wěn)定性試驗(yàn)

與前面兩種破壞性試驗(yàn)不同，穩(wěn)定性試驗(yàn)是非破壞性的。目的在于研究?jī)?nèi)置物在非破壞性的載荷下的內(nèi)固定強(qiáng)度與各種生理載荷的相關(guān)關(guān)系。

3 生物力學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪x擇

3.1 生物模型

目前常用的生物模型有尸體標(biāo)本、活體及犬、牛、豬、猴、羊等動(dòng)物模型，這幾種生物模型各有其優(yōu)缺點(diǎn)。人尸體標(biāo)本廣泛運(yùn)用于生物力學(xué)測(cè)試的離體研究，其優(yōu)點(diǎn)是能直接、精確測(cè)量脊柱各節(jié)段的運(yùn)動(dòng)，缺點(diǎn)在于新鮮的尸體受數(shù)量的限制，且其離體標(biāo)本的測(cè)試亦在一定程度上改變了生理狀態(tài)下脊柱的力學(xué)特點(diǎn)；人的活體研究主要運(yùn)用于臨床脊柱功能檢測(cè)，還需考慮很多社會(huì)因素。目前對(duì)于在幾種動(dòng)物模型，是否與人類脊柱具有共性尚需進(jìn)一步探索，Kumar等〔6〕研究發(fā)現(xiàn)四足動(dòng)物脊柱的解剖學(xué)和形態(tài)學(xué)與人相似，他認(rèn)為從四足動(dòng)物的標(biāo)本上得出的結(jié)論可運(yùn)用到人的標(biāo)本上。Goel等利用有限元模型分析比較肯定了狗作為脊柱腰段生物力學(xué)研究模型的可靠性。牛椎體雖偏大，但因其與人椎體具有相同的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，故其運(yùn)用較多〔7〕。

3.2 非生物模型

3.2.1 有限元模型

1974年Belytschko首先將有限元分析方法應(yīng)用于脊柱力學(xué)研究，使脊柱有限元模型成為最早建立的脊柱非生物模型。通過對(duì)有限元法的生物力學(xué)研究與實(shí)體的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，其結(jié)果是可靠、有效的。具有能夠獲得實(shí)體實(shí)驗(yàn)中無法得到的許多重要參數(shù)，能任意改變某一參數(shù)以觀察其產(chǎn)生的影響，能進(jìn)行前瞻性研究并直接指導(dǎo)臨床實(shí)踐。隨著人們對(duì)組織力學(xué)特性的認(rèn)識(shí)，有限元分析軟件在國(guó)內(nèi)外不斷開發(fā)與應(yīng)用，不但促進(jìn)了有限元技術(shù)的發(fā)展，而且推動(dòng)著脊柱生物力學(xué)更深入的發(fā)展。

3.2.2 數(shù)學(xué)相關(guān)模型

隨著Chu等將數(shù)學(xué)相關(guān)方法運(yùn)用到力學(xué)研究中，近年來，數(shù)學(xué)相關(guān)模型已成為未來生物力學(xué)發(fā)展的一大方向〔8〕。其實(shí)質(zhì)上是采用先進(jìn)的圖像處理技術(shù)與設(shè)備，通過被測(cè)對(duì)象的原始圖像字灰度進(jìn)行直接的數(shù)字處理，由計(jì)算機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)的工作和一些圖像處理運(yùn)算，再把圖像信息轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)物體變形場(chǎng)的測(cè)量。對(duì)采集對(duì)象、測(cè)量環(huán)境要求較低。具有自動(dòng)、非接觸式的、運(yùn)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

4 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及其測(cè)試方法

4.1 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

主要要解決離體脊柱標(biāo)本測(cè)試時(shí)的運(yùn)動(dòng)必須模擬脊柱的自然運(yùn)動(dòng)和任意脊柱結(jié)構(gòu)平面負(fù)載的均衡性這兩個(gè)方面的問題。Panjabi提出的穩(wěn)定性試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪且环N非損傷性生理載荷模式，通過加載夾具對(duì)試驗(yàn)對(duì)象分別施加6對(duì)大小相等、方向相反、互為平行的“純力矩”，產(chǎn)生相應(yīng)的前屈、后伸，左右側(cè)屈，左右旋轉(zhuǎn)6種運(yùn)動(dòng)方式。Niosi等〔9〕在此基礎(chǔ)上，測(cè)量時(shí)加用光電子照相技術(shù)，使結(jié)果更精確。

4.2 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)的測(cè)試方法

4.2.1 光學(xué)測(cè)量法

光學(xué)測(cè)量法包括光干涉效應(yīng)直接測(cè)量法、光學(xué)杠桿延伸擴(kuò)大位移法和光學(xué)遙測(cè)法〔10〕。立體的光學(xué)系統(tǒng)由2個(gè)互成角度的平面光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成的，利用動(dòng)作分析系統(tǒng)記錄受試者運(yùn)動(dòng)時(shí)的皮表標(biāo)記坐標(biāo)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)重建三維運(yùn)動(dòng)，確定脊柱的空間坐標(biāo)位置。其優(yōu)點(diǎn)是立體重建、定位精確、可以非接觸多節(jié)段測(cè)量。Pflugmacher等〔11〕對(duì)成人尸體胸腰椎標(biāo)本用4種可調(diào)節(jié)與不可調(diào)的人工椎體附加內(nèi)固定后進(jìn)行生物力學(xué)性能測(cè)試，利用的是光學(xué)系統(tǒng)，分別在T12和L2椎體上安裝非線性二極管，通過PCReflex運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)，得出載荷-位移曲線，試驗(yàn)顯示：可調(diào)節(jié)人工椎體與不可調(diào)節(jié)椎體在體外的力學(xué)性能方面沒有顯著差異，但聯(lián)合前后路內(nèi)固定后，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性最大。

激光全息-散斑干涉法是將激光全息干涉與散斑干涉結(jié)合在一起的一種三維位移測(cè)量技術(shù)，對(duì)人工椎體和椎間盤均能獲得高質(zhì)量的全息干涉條紋圖和散斑條紋圖，通過圖像可計(jì)算出椎體和椎間盤的剛性位移和應(yīng)變。Vahldiek等〔12〕對(duì)新鮮冰凍尸體脊柱（T12~L4）行T2椎體切除后，用碳纖維材料的人工椎體代替，并分別附加前路固定、后路固定及前后路聯(lián)合固定，加載不同的負(fù)荷，用一個(gè)帶有可發(fā)射非線性紅外線二極管的光電測(cè)量系統(tǒng)，記錄載荷-位移曲線，得出結(jié)果示椎體替代物植入后僅附加前路內(nèi)固定與完整的椎體相比移動(dòng)度較大，特別是軸向扭轉(zhuǎn)。

4.2.2 電應(yīng)變法

電應(yīng)變式傳感器可通過電子儀器直接轉(zhuǎn)化為位移〔13〕，Lowe等〔15〕運(yùn)用MTS 809雙軸液壓隨動(dòng)生物力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)（biaxial servohydraulic biomechanical testing system）測(cè)量其可以承受的最大加載載荷大小，研究終板的抗壓縮強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)表明:終板后外側(cè)抗壓縮強(qiáng)度最大，中間部分最小，抗中空植入物臨界壓縮強(qiáng)度明顯高于抗實(shí)體植入物的裝置。對(duì)臨床上人工椎體的類型及放置位置的選擇具有一定的指導(dǎo)意義。

4.2.3 影像學(xué)法

影像學(xué)檢測(cè)手段已經(jīng)從早期簡(jiǎn)單的靜態(tài)平片發(fā)展到雙平片及三維動(dòng)態(tài)X線檢測(cè)。靜態(tài)片因其片子質(zhì)量、標(biāo)定不一等因素，誤差較大。Lee等〔16〕描述了一種用于腰椎三維運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)測(cè)量旋轉(zhuǎn)式X線照相裝置。該系統(tǒng)通過整合獲得三維方向的角度率。所獲數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)展示通過與計(jì)算機(jī)相連的電子單元加工處理。能提供脊柱位置的實(shí)時(shí)信息，有利于及時(shí)做出臨床檢測(cè)和評(píng)價(jià)。Wang等〔16〕采用的Zebirs CMS 70P系統(tǒng)是一種運(yùn)動(dòng)分析脊柱的三維分析儀，利用了超聲反射定位的原理，測(cè)定脊柱的三維空間位置，具有無創(chuàng)性、立體性、可靠和可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)。

5 生物力學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)

5.1 載荷-位移曲線

反映了內(nèi)固定結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性隨載荷變化的趨勢(shì)。Glazer等以6~8個(gè)樣本測(cè)量值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理及相關(guān)分析；由載荷-位移曲線可以得到以下指標(biāo)（參數(shù)）：

運(yùn)動(dòng)范圍（range of motion，ROM）：指在載荷最大時(shí)脊柱運(yùn)動(dòng)的節(jié)段間的角度變化和節(jié)段間的位移量。由于每個(gè)標(biāo)本的生物力學(xué)性質(zhì)不同，為了直接進(jìn)行定量的比較，把各試驗(yàn)組的運(yùn)動(dòng)范圍均與同一完整脊柱標(biāo)本的運(yùn)動(dòng)范圍作比較，得出相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍（relative range of motion，RROM）。

硬度／穩(wěn)定性和柔韌度／不穩(wěn)定性：可用硬度系數(shù)／穩(wěn)定性系數(shù)和柔韌系數(shù)／不穩(wěn)定性系數(shù)表示，是所施加的載荷除以椎體間所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)大小。

伸展-屈曲中性區(qū)（NZ）：為中性區(qū)到實(shí)際加載荷時(shí)的位移，伸展中性區(qū)用-NZ表示，屈曲中性區(qū)用+NZ表示。

伸展-屈曲彈性區(qū)：是彈性位移階段，從0載荷時(shí)的位移到最大載荷位移。伸展彈性區(qū)用-EZ表示，屈曲彈性區(qū)用+EZ表示。

5.2 載荷-圈數(shù)疲勞曲線

屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)樣本量小，常以個(gè)體值或中位數(shù)加以比較。Huang等〔17〕選擇幾個(gè)大小不同的載荷量重復(fù)實(shí)驗(yàn)，獲得載荷-圈數(shù)疲勞曲線。

以上2個(gè)指標(biāo)均適用于離體標(biāo)本的測(cè)量使用。對(duì)于在體的人工椎體的生物力學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)，可運(yùn)用運(yùn)動(dòng)測(cè)量方法，利用光學(xué)原理或者影像學(xué)方法，立體重建、定位精確，并結(jié)合神經(jīng)功能恢復(fù)情況（Frankel分級(jí)），綜合得到人工椎體移位及重建節(jié)段骨融合情況。

6 生物力學(xué)評(píng)價(jià)促進(jìn)了人工椎體在脊柱重建術(shù)中的應(yīng)用及發(fā)展前景

一種新的脊柱內(nèi)固定裝置在運(yùn)用之前，除了要對(duì)器械本身的材料學(xué)測(cè)試外，大部分的器械還均以非破壞性試驗(yàn)進(jìn)行生物力學(xué)評(píng)價(jià)，生物力學(xué)研究的發(fā)展，大大縮短了內(nèi)固定器械應(yīng)用于臨床的周期，因而在近20年來，脊柱新器械包括人工椎體的發(fā)展速度空前提高。有很多學(xué)者認(rèn)為目前的人工椎體置換既應(yīng)具有術(shù)后的即刻穩(wěn)定性，亦應(yīng)注重其對(duì)脊柱生理曲度的恢復(fù)以及兼顧遠(yuǎn)期的融合功能。王新偉等〔18〕應(yīng)用萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)對(duì)牛胸腰椎進(jìn)行力學(xué)測(cè)試，得出結(jié)果顯示任何內(nèi)固定都不能替代人體骨骼本身行使脊柱的力學(xué)性能。從遠(yuǎn)期效果看，人工椎體的作用是融合而不是支撐。因此生物力學(xué)的評(píng)價(jià)已經(jīng)成為人工椎體置換術(shù)適應(yīng)證及手術(shù)后效果評(píng)估不可或缺的一部分。

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第7篇：生物力學(xué)的研究方法范文

本文對(duì)中醫(yī)手法教學(xué)進(jìn)行了回顧和探討，總結(jié)出教學(xué)質(zhì)量沒有實(shí)質(zhì)性突破的根本原因在于“就手法而學(xué)習(xí)手法”的傳統(tǒng)“經(jīng)驗(yàn)式”的教學(xué)模式。解決這個(gè)問題的關(guān)鍵是在教學(xué)中引入現(xiàn)代物理學(xué)中的力學(xué)概念。在手法教學(xué)過程中合理恰當(dāng)?shù)匕才藕驮O(shè)計(jì)好教學(xué)內(nèi)容，這將為手法醫(yī)學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。

【關(guān)鍵詞】 手法　力學(xué)　教學(xué)

手法是推拿和骨傷治療疾病的主要手段，《推拿手法學(xué)》是針灸推拿專業(yè)和骨傷專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的主干課程和必修課程之一，學(xué)生對(duì)手法學(xué)習(xí)、理解和掌握程度的好壞，將直接對(duì)本學(xué)科的臨床治療效果產(chǎn)生決定性的影響，也將直接影響到學(xué)生整體專業(yè)素質(zhì)的高低。因此，手法教學(xué)是推拿和骨傷人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)之一。長(zhǎng)期以來，我們?cè)谑址ǖ慕虒W(xué)和臨床帶教過程中，深切地感到傳統(tǒng)手法的教學(xué)模式只是一種純粹“繼承”式的學(xué)習(xí)，所培養(yǎng)的學(xué)生根本無法將手法醫(yī)術(shù)發(fā)揚(yáng)光大，換言之，傳統(tǒng)手法的教學(xué)模式所培養(yǎng)的學(xué)生不具有創(chuàng)造性和創(chuàng)新性能力，打不開思路，找不到“將手法醫(yī)術(shù)發(fā)揚(yáng)光大”的方法，問題的根本不在于學(xué)生思維的愚笨，而是整個(gè)教學(xué)模式根本就沒有培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維的環(huán)節(jié)，沒有給學(xué)生必需的啟發(fā)和提示。我們經(jīng)過多年來的探索，發(fā)現(xiàn)在手法教學(xué)過程中全面引入現(xiàn)代物理學(xué)中的力學(xué)概念，將把手法的教學(xué)工作提升到一個(gè)新的層次。

1 傳統(tǒng)手法教學(xué)存在的誤區(qū)

在我國(guó)中醫(yī)藥院校的手法課教學(xué)里，內(nèi)容上都是要求學(xué)生學(xué)習(xí)掌握一指禪推、按、揉、扌袞、扳、拔伸、推等教學(xué)計(jì)劃所要求的傳統(tǒng)經(jīng)典手法，主要是掌握手法的術(shù)式結(jié)構(gòu)和臨床運(yùn)用，熟悉這些基本手法所派生的其他手法，輔助學(xué)習(xí)端、提、接、劈等其他各家各派的手法，教學(xué)的方式也都是沿襲老師先講授手法的動(dòng)作要領(lǐng)、再進(jìn)行示范動(dòng)作表演、同學(xué)再在課堂上進(jìn)行手法練習(xí)的教學(xué)模式，老師講完、學(xué)生練完，手法也就學(xué)完了。這只是一種“就手法而學(xué)習(xí)手法”的傳統(tǒng)“經(jīng)驗(yàn)式”的手法教學(xué)模式，只是一種“動(dòng)作模仿式”的學(xué)習(xí)，毫無創(chuàng)造性可言！如果不從根本上改變目前的這種教學(xué)狀況，流傳了幾千年的祖國(guó)傳統(tǒng)手法醫(yī)學(xué)將永遠(yuǎn)停滯不前，一代復(fù)一代的繼承，不會(huì)也不可能向前發(fā)展。雖然有部分老師在教學(xué)過程中也深感這種傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的刻板、機(jī)械和陳腐，做出過各種努力試圖去改變目前這種現(xiàn)狀，比如把教學(xué)地點(diǎn)放在臨床上或手法實(shí)驗(yàn)室里，或采用互動(dòng)式的教學(xué)方法等，但其本質(zhì)并未能跳出傳統(tǒng)的教學(xué)方式，問題的關(guān)鍵在于教學(xué)觀念沒有質(zhì)的改變，我們不能夠只是教授給學(xué)生“經(jīng)驗(yàn)式”的知識(shí)，不能夠只是要求學(xué)生能夠像“工匠”式的操作就行了，我們必須要求學(xué)生明白和理解手法的作用原理和作用效應(yīng)，才能讓學(xué)生對(duì)手法的學(xué)習(xí)提高到一個(gè)深的層次。

手法教學(xué)要突破幾千年來的教學(xué)模式，使手法教學(xué)質(zhì)量有一個(gè)質(zhì)的飛躍，就必須從根本上跳出“就手法而學(xué)習(xí)手法”的傳統(tǒng)“經(jīng)驗(yàn)式”的手法教學(xué)模式，運(yùn)用現(xiàn)代的思維方式來剖析其作用原理和生物力學(xué)效應(yīng)，運(yùn)用現(xiàn)代其他學(xué)科如物理學(xué)、生物力學(xué)和解剖學(xué)等學(xué)科的原理、方法和手段對(duì)古老的中醫(yī)傳統(tǒng)手法進(jìn)行分析和研究，才能夠讓這門古老的祖國(guó)醫(yī)術(shù)煥發(fā)出新的生命和活力，并與世界手法醫(yī)學(xué)接軌。

2 對(duì)突破傳統(tǒng)手法教學(xué)模式的思考

要使手法傳統(tǒng)醫(yī)術(shù)與現(xiàn)代科學(xué)完美結(jié)合，就必須在整個(gè)手法教學(xué)過程中尋找一個(gè)最佳切入點(diǎn)。根據(jù)近年來醫(yī)學(xué)界對(duì)手法醫(yī)學(xué)的最新研究成果，結(jié)合西方醫(yī)學(xué)對(duì)手法的認(rèn)識(shí)觀念，我們認(rèn)為手法的最大特點(diǎn)在于“手法作用于人體，以力為作用特征［1］”。因此，可以把“力”的概念作為運(yùn)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。力學(xué)，橫跨于手法醫(yī)學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)之間，力學(xué)概念的全面引入，可能為我們研究手法醫(yī)學(xué)開辟了一條光明之路。

推拿界有一句至理名言，曰“其療法的獨(dú)特性在世界醫(yī)學(xué)中獨(dú)樹一幟［2］”，但多年來，我們對(duì)其“獨(dú)樹一幟”的理解好像緊緊停留在一種感覺和模糊的認(rèn)識(shí)上，對(duì)其“獨(dú)特之處”并沒有十分明確和清醒的認(rèn)識(shí)，幾乎所有的手法醫(yī)學(xué)工作者都明顯感覺到了其治療方式的與眾不同之處，但都不能明確指出它為什么與眾不同，其“獨(dú)特之處”到底在哪兒？綜觀整個(gè)醫(yī)學(xué)體系，不同學(xué)科治療疾病的手段各不相同，內(nèi)科醫(yī)生用藥，外科醫(yī)生用刀，針灸醫(yī)生用針，心理醫(yī)生用語(yǔ)言，就是手法醫(yī)學(xué)是以“力”為手段來治療疾病的，手法的運(yùn)用過程就是一個(gè)“力”的運(yùn)用過程，手法的治療原理其實(shí)就是力學(xué)效應(yīng)。當(dāng)然，這種效應(yīng)不應(yīng)該僅僅單純地理解為現(xiàn)代物理學(xué)上的力學(xué)效應(yīng)，它還應(yīng)該包括生物力學(xué)效應(yīng)。

力作用于人體可以產(chǎn)生各種反應(yīng)或效應(yīng)，這已是不爭(zhēng)的事實(shí)，它包括血液循環(huán)的改變、各種神經(jīng)反射的出現(xiàn)、肌肉的運(yùn)動(dòng)和變形、骨關(guān)節(jié)位移、胃腸道的蠕動(dòng)、內(nèi)分泌的平衡以及精神心理活動(dòng)的改變等各個(gè)方面?，F(xiàn)代力學(xué)研究對(duì)象是物體，將其研究方法運(yùn)用于生物體研究，在某些環(huán)節(jié)可能有不盡合理之處，但這并不妨礙力學(xué)概念在手法教學(xué)時(shí)的引入，因?yàn)檫@畢竟是一條手法醫(yī)學(xué)與現(xiàn)代科學(xué)接軌的必由之路，不足之處僅在于現(xiàn)代物理學(xué)的研究方法和手段不能夠完全詮釋手法醫(yī)學(xué)的精妙之處，原因和錯(cuò)誤不是現(xiàn)代物理學(xué)的笨拙和膚淺，而是各自的研究對(duì)象不同，人與物體畢竟是不可完全劃等號(hào)的兩件事物，人有精神和心理，而物體則沒有［3］。

3 力在手法量效關(guān)系研究中的作用

手法的量效關(guān)系歷來都是手法醫(yī)學(xué)界爭(zhēng)論的焦點(diǎn)話題，至今也沒有一個(gè)統(tǒng)一的觀點(diǎn)。手法量效關(guān)系的研究在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)都將是手法醫(yī)學(xué)界面臨的重要課題之一，也是基本性問題，但具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性，因?yàn)橹两袢杂性S多基本理論和技術(shù)上的問題亟待解決，要了解手法的量效關(guān)系，其難度可想而知。但手法的量效關(guān)系又是手法醫(yī)學(xué)工作者不能回避的問題，手法醫(yī)學(xué)要現(xiàn)代化，就必須認(rèn)真對(duì)其加以分析和研究。量效關(guān)系的研究是現(xiàn)代科學(xué)的研究方法和思維方式，長(zhǎng)期以來對(duì)手法量效關(guān)系的研究之所以沒有取得實(shí)質(zhì)性突破，其根本原因在于多年來我們沒有找到一個(gè)好的研究手段來對(duì)手法醫(yī)學(xué)進(jìn)行研究。力學(xué)概念的引入，將為手法量效關(guān)系的研究提供很多有益的幫助和啟示。

手法教學(xué)歷來都十分注重和強(qiáng)調(diào)力、能和信息的滲透性，但多年來對(duì)其滲透性并沒有明確的衡量標(biāo)準(zhǔn)，絕大多數(shù)時(shí)候都是依靠醫(yī)生和病人的一種感覺，這不符合現(xiàn)代中醫(yī)醫(yī)學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。自古以來，中醫(yī)自外向內(nèi)都有皮毛、絡(luò)脈、筋肉、經(jīng)脈、骨骼和臟腑之分，手法的作用效應(yīng)到了人體的什么位置層次，應(yīng)有一個(gè)明確的界限劃分和衡量標(biāo)準(zhǔn)，只有如此，我們才有可能對(duì)手法的操作規(guī)程進(jìn)行客觀量化，是正確運(yùn)用手法和產(chǎn)生療效的關(guān)鍵所在。現(xiàn)代物理學(xué)中的力學(xué)正好可以完美地解決這些問題，不失為解決手法作用層次的突破口。

4 力學(xué)概念在教學(xué)中的運(yùn)用

4.1 力學(xué)基本概念的學(xué)習(xí) 手法教學(xué)中力學(xué)概念的引入，首先應(yīng)學(xué)習(xí)一些基本的物理學(xué)概念。這些概念包括剛體、力、力矩、張力、變形、平衡、位移、旋轉(zhuǎn)、自由度、笛卡爾坐標(biāo)系等，還應(yīng)該介紹力學(xué)的一些基本要術(shù)，比如力的大小和方向、作用點(diǎn)、時(shí)間、長(zhǎng)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。這一章節(jié)的內(nèi)容應(yīng)在學(xué)習(xí)具體的手法之前作為基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，只有在掌握了這些基本的力學(xué)概念后，才有可能進(jìn)一步學(xué)習(xí)生物力學(xué)的知識(shí)。課時(shí)數(shù)以兩節(jié)課左右為宜，可以結(jié)合其他的物理學(xué)知識(shí)進(jìn)行講解，以加深學(xué)生對(duì)這些概念的理解。如果在教學(xué)計(jì)劃中有安排手法的力學(xué)分析課，則需要在這一階段增加學(xué)習(xí)力學(xué)分析圖和力學(xué)計(jì)算公式的內(nèi)容，為學(xué)生掌握手法的力學(xué)作用方式、有效力和無效力打下基礎(chǔ)，可以使學(xué)生更好地掌握手法的動(dòng)作要領(lǐng)和用力技巧。

生物力學(xué)是研究力或能量作用于生物體、生物材料或生物系統(tǒng)時(shí)力的運(yùn)動(dòng)和形式的一門科學(xué)。在物理學(xué)概念基礎(chǔ)上，結(jié)合人體的生理解剖特點(diǎn)，學(xué)習(xí)一些生物力學(xué)的基本概念，比如動(dòng)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、拉伸力和壓縮力等等。而剛體生物力學(xué)主要分為靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)這兩個(gè)部分，無論哪一個(gè)方面都是一門獨(dú)立的學(xué)科，有各自獨(dú)立的研究?jī)?nèi)容和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系。在生物力學(xué)中，移位、載荷、阻力和時(shí)間這四個(gè)要素相互關(guān)聯(lián)、相互作用、相互影響，這四個(gè)概念均可以用現(xiàn)代物理學(xué)方法對(duì)其研究和分析，但學(xué)生要了解其中的一項(xiàng)內(nèi)容，就必須了解其他三項(xiàng)內(nèi)容，其關(guān)系密不可分。這一部分可以結(jié)合疾病和臨床進(jìn)行分析和講解，將增加學(xué)生對(duì)這一部分知識(shí)內(nèi)容的興趣。在學(xué)習(xí)這些概念和關(guān)系的時(shí)候，最好是將其與人體的生理病理現(xiàn)象結(jié)合起來講解，比如，可以將位移與骨關(guān)節(jié)、位移與脊柱、變形與肌肉組織等相結(jié)合，既可以增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，也為臨床課的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。這一章節(jié)的內(nèi)容也應(yīng)在學(xué)習(xí)手法之前作為基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，其課時(shí)數(shù)可以考慮安排二至四節(jié)為宜。

4.2 運(yùn)用力學(xué)知識(shí)對(duì)手法進(jìn)行分析，促進(jìn)手法教學(xué)質(zhì)的飛躍 物理學(xué)概念和生物力學(xué)概念的學(xué)習(xí)，僅僅是為分析手法作用于人體所產(chǎn)生的生物力學(xué)效應(yīng)奠定基礎(chǔ)。在學(xué)習(xí)手法時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)講解手法的生物力學(xué)效應(yīng)、手法的作用原理和實(shí)質(zhì)。例如，各種外力造成的骨關(guān)節(jié)脫位、半脫位和錯(cuò)位（錯(cuò)縫），肌肉組織形態(tài)的變形、神經(jīng)傳導(dǎo)的主阻滯、血液動(dòng)力學(xué)的改變、內(nèi)分泌平衡和胃腸道蠕動(dòng)加強(qiáng)等方面。老師在講解每一個(gè)手法時(shí)，都應(yīng)該畫出手法的力學(xué)分析圖譜，對(duì)手法的有效力、無效力進(jìn)行分析，通過力學(xué)分析來剖析手法的作用實(shí)質(zhì)，加強(qiáng)有效力的運(yùn)用，剔除手法中的無效力，并通過這一途徑來幫助學(xué)生從現(xiàn)代科學(xué)的角度來認(rèn)識(shí)中醫(yī)古老的手法，認(rèn)識(shí)手法的合理性和非合理性，從而更合理、更高效地運(yùn)用手法來解決臨床問題。

在手法教學(xué)中引入力學(xué)概念來對(duì)手法進(jìn)行分析，并不是力學(xué)概念引入手法教學(xué)的終極目的。通過運(yùn)用力學(xué)知識(shí)對(duì)手法進(jìn)行分析，培養(yǎng)學(xué)生從力學(xué)角度來對(duì)古老手法進(jìn)行改革，在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生手法的創(chuàng)新能力，創(chuàng)造出新的手法，結(jié)合臨床培養(yǎng)學(xué)生手法的再組合能力，以及運(yùn)用現(xiàn)代思維從不同角度對(duì)古老手法進(jìn)行全新的認(rèn)識(shí)和思考才是我們的終極目標(biāo)，這將為培養(yǎng)高素質(zhì)的手法醫(yī)學(xué)人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和步驟，也為古老的手法醫(yī)學(xué)走向世界并與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)接軌創(chuàng)造了有利條件。這一部分的知識(shí)內(nèi)容應(yīng)穿插在每一個(gè)具體的手法中進(jìn)行講解，對(duì)每一個(gè)手法都應(yīng)進(jìn)行生物力學(xué)效應(yīng)、手法的作用原理和實(shí)質(zhì)分析，這將實(shí)質(zhì)性地提高學(xué)生對(duì)手法的認(rèn)知和理解能力。掌握手法的操作方法是進(jìn)一步學(xué)習(xí)手法的基礎(chǔ)和前提，故這一部分的知識(shí)內(nèi)容應(yīng)在學(xué)生掌握手法操作的基礎(chǔ)上進(jìn)行學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)的手法教學(xué)內(nèi)容是學(xué)習(xí)手法的概念、動(dòng)作要領(lǐng)、注意事項(xiàng)、分類、功效及主治和臨床運(yùn)用等幾個(gè)方面，根據(jù)以上分析，可以考慮增加手法的力學(xué)特性和生物力學(xué)效應(yīng)這兩方面的內(nèi)容。

綜上所述，我們對(duì)傳統(tǒng)手法教學(xué)模式的認(rèn)識(shí)是：老師是將幾千年來積累下來的豐富經(jīng)驗(yàn)知識(shí)原封不動(dòng)的傳授給學(xué)生，而學(xué)生則只能被動(dòng)地“繼承”前輩們的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，在這種模式下培養(yǎng)出來的學(xué)生沒有手法創(chuàng)新能力，很難打破常規(guī)去產(chǎn)生和創(chuàng)造出具有臨床現(xiàn)實(shí)意義的新的手法，也不可能根據(jù)臨床的實(shí)際情況去重新設(shè)計(jì)和組合手法。解決這個(gè)問題的關(guān)鍵在于將現(xiàn)代物理學(xué)的力學(xué)概念引入到手法教學(xué)中，只要合理恰當(dāng)?shù)匕才藕驮O(shè)計(jì)好教學(xué)內(nèi)容，這將對(duì)手法醫(yī)學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。

參考文獻(xiàn)

1 嚴(yán)雋陶.推拿學(xué).北京:中國(guó)中醫(yī)藥出版社，2003，66.

第8篇：生物力學(xué)的研究方法范文

種植義齒是口腔科領(lǐng)域中發(fā)展最快，最令人興奮的一個(gè)分支，已成為與高速渦輪牙機(jī)、全景X線機(jī)、高分子粘固材料并列的20世紀(jì)牙科發(fā)展的四項(xiàng)重大突破之一。一個(gè)成功的人工種植體應(yīng)該和骨組織直接結(jié)合，形成良好的生物力學(xué)相容性，將咀嚼壓力均勻分布到周圍骨組織，應(yīng)力過大或過小，都無益于種植牙周骨組織的重建，都將導(dǎo)致種植牙的失敗。據(jù)此，本文特將人工種植牙的生物力學(xué)研究進(jìn)展作一概述。

1應(yīng)力分布研究方法的發(fā)展

在20世紀(jì)70年代以前，生物力學(xué)研究和應(yīng)力分布的檢測(cè)多采用電測(cè)法和光彈法，電測(cè)法和光彈法屬于實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析法。電測(cè)法是實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法中最基本的方法之一，它的靈敏度與精確度較高，可用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，用于各種復(fù)雜環(huán)境下測(cè)量多種力學(xué)參數(shù)，但電測(cè)法只能逐點(diǎn)測(cè)量物件表面的應(yīng)變，且僅能獲得應(yīng)變片所在位置的應(yīng)變平均值，不能直觀得出構(gòu)件應(yīng)力分布的全貌，在環(huán)境條件惡劣時(shí)誤差較大。光彈應(yīng)力分析法具有直觀性和全場(chǎng)性的優(yōu)點(diǎn)，可用以分析各種形狀的復(fù)雜構(gòu)件和表面應(yīng)力，也是口腔生物力學(xué)常采用的研究方法，但光彈法不能把材料力學(xué)和彈性理論聯(lián)系起來，如不能計(jì)算出模型內(nèi)任意處的應(yīng)力值和位移值。自從1973年Theresher和Farah幾乎同時(shí)將有限元法（finiteelementmethod，F(xiàn)EM）應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，F(xiàn)EM已成為一種有效的數(shù)學(xué)工具，在口腔生物力學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用。FEM具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以準(zhǔn)確地表達(dá)復(fù)雜的幾何形狀；可以在同一模型上對(duì)不同性質(zhì)的材料進(jìn)行力學(xué)分析；可以進(jìn)行復(fù)雜載荷條件下的應(yīng)力分析；模型的轉(zhuǎn)換較為簡(jiǎn)便；對(duì)應(yīng)力的內(nèi)部狀態(tài)及其它力學(xué)性能定量測(cè)定的代表性好，同時(shí)FEM在應(yīng)用中自身也不斷得到完善，其中從二維到三維是FEM發(fā)展的一個(gè)飛躍。1976年Weinstein等應(yīng)用二維FEM分析了多孔圓柱種植體界面的應(yīng)力分布，將FEM引入了口腔種植領(lǐng)域，從此，有關(guān)種植義齒生物力學(xué)的研究進(jìn)入了一個(gè)新的階段。Meijer等［1］將二維有限元法和三維有限元法進(jìn)行了比較，認(rèn)為后者的模型相似性好，可客觀反映被分析受力結(jié)構(gòu)的信息，但是有限元法的單元在大小、形狀、數(shù)目、載荷情況、假設(shè)條件與真實(shí)情況差異及邊界條件等均影響結(jié)果。因此，為使結(jié)果更加真實(shí)可信，有限元法的研究手段不斷完善，目前已從靜態(tài)研究發(fā)展到動(dòng)態(tài)研究，并有向非線性發(fā)展的趨勢(shì)。

2種植體材料對(duì)應(yīng)力分布的影響

人工牙種植體的研究和應(yīng)用已有30多年的歷史，但迄今為止，只有少數(shù)幾種材料的種植體為人們所接受，其中應(yīng)用歷史最長(zhǎng)、也最廣泛的是鈦質(zhì)種植體，金屬鈦具有良好的生物相容性，與骨組織形成緊密、牢固的結(jié)合，而且其彈性模量與骨很接近，與骨結(jié)合所形成的界面是動(dòng)態(tài)的，在適當(dāng)負(fù)荷的刺激下，種植體與骨的接觸程度在一年后會(huì)從53％增加到74％［2］，所以說鈦是一種理想的種植材料。Mailath（1989）等［3］用有限元法對(duì)種植體材料進(jìn)行了研究得出結(jié)論，種植體材料的彈性模量至少為110，000N／mm2（1．1×10MPa）。Clelland（1991）等［4］用三維有限元法研究了Screw－vent骨內(nèi)種植體及支持組織應(yīng)力分布情況，這種商業(yè)純鈦種植體最大應(yīng)力區(qū)是在種植體的頸部，這些應(yīng)力比商業(yè)純鈦的疲勞極限（259，90MPa）低18倍，骨內(nèi)最大壓力值（19．57MPa）是在頸部的舌側(cè)區(qū)，而且Screw－vent種植體近遠(yuǎn)中應(yīng)力（最大為0．38MPa）比種植體頰、舌側(cè)低得多。這一點(diǎn)和以前放射照片研究的骨吸收發(fā)生在種植體的近遠(yuǎn)中不同。為了更快的形成骨整合，人們還從種植體的表面涂層入手。尤其是羥基磷灰石噴涂（hydroxyapatite，HA）研究最多，但還是有很大爭(zhēng)議，生物活性材料的涂層，可以改善與骨的結(jié)合方式，從生化角度上看，對(duì)種植牙長(zhǎng)期成功是有益的，但從生物力學(xué)角度是否有明顯的改善并不清楚［5］。Rieger（1989）進(jìn)行了研究認(rèn)為：骨結(jié)合界面與骨適應(yīng)界面比較，從生物力學(xué)上看種植牙周圍骨內(nèi)的應(yīng)力分布比較并沒有明顯的改善，這還有待于進(jìn)一步研究。最近Meijer（1997）等［6，7］使用柔韌高分子生物材料（polyactiv，PL）即聚丁烯對(duì)二苯酸鹽（酯）聚合物（polyethylene－oxidepolybutylene－terephthalate（PEO：PBT）copolymer）和硬性HA穿齦種植體進(jìn)行動(dòng)物（狗）實(shí)驗(yàn)研究，從組織學(xué)上和臨床方面作一比較，PL設(shè)有三種（一種密集型，兩種多孔型）6個(gè)月加載，PL和HA種植體周圍骨組織在第6周有骨吸收（高度失去1mm），第12周可見重建，18周后恢復(fù)到原來的水平，結(jié)果PL比HA引起密度上較少的降低。這個(gè)結(jié)果顯示：柔韌種植材料更有利于應(yīng)力向周圍骨組織傳導(dǎo)。臨床方面PEO：PBT和陶瓷、生物玻璃、鈦、和其他材料相比較，結(jié)果：PEO：PBT是一種柔韌材料，能降低穿齦種植體頸部應(yīng)力峰值，致密型PL功能合適，運(yùn)動(dòng)性能與天然牙相近似，表現(xiàn)出最好的臨床功能，也能減少種植體周圍應(yīng)力峰值。從組織學(xué)觀察得出結(jié)論：柔韌的骨結(jié)合，種植體更能較好地把應(yīng)力傳導(dǎo)到周圍骨組織，因此它可能是硬性種植體有前途的替代物。

3種植體形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)力分布的影響

成功的種植體不僅取決于種植體材料的生物學(xué)性質(zhì)及手術(shù)技術(shù)，種植體的表面形態(tài)也十分重要。近年來，國(guó)外學(xué)者圍繞著種植體以什么樣的形態(tài)結(jié)構(gòu)才具有最佳的生物力學(xué)相容性，作了大量的研究。關(guān)于口腔種植體宏觀形態(tài)基本上認(rèn)為以單個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱為最佳，所以新近出現(xiàn)的或改良的種植體系列極少看到過去傳統(tǒng)的錨狀或翼狀形態(tài)。對(duì)種植體表面微觀形態(tài)，自70年代以來也是人們研究的熱門，在這個(gè)問題上雖然還有不同看法，但有一點(diǎn)是比較一致的，即粗糙的種植體表面更利于新骨生長(zhǎng)，形成更廣泛骨－種植體結(jié)合區(qū)。Mailath（1989）使用有限元法研究了骨內(nèi)種植體形狀與應(yīng)力分布的關(guān)系得出結(jié)論，圓柱形種植體比圓錐形種植體更可取，因?yàn)樗档土藨?yīng)力在骨皮質(zhì)上的峰值。Rieger（1990）等［8］應(yīng)用二維有限元法，對(duì)6種種植牙（Branemark，Core－Vent，Denar，Miter，Stryker和一種實(shí)驗(yàn)用種植牙—RBT411）進(jìn)行定量分析，結(jié)果表明：所有6種種植牙都有根尖沖擊應(yīng)力的存在，Denar種植牙應(yīng)力最大，Denar、Miter和Stryker種植牙可出現(xiàn)牙槽嵴部病理性骨吸收，Miter和實(shí)驗(yàn)用RBT411種植牙應(yīng)力分布最好。Hurson（1994）［9］對(duì)3．25mm和3．8mm螺紋種植體進(jìn)行了工程力學(xué)分析，闡述了螺紋設(shè)計(jì)原則，材料的強(qiáng)度，力學(xué)疲勞分析，提出了螺紋設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。Binon（1996）［10］評(píng)價(jià)了六角形種植體（hexagonalimplants）力學(xué)性質(zhì)，與基臺(tái)相連的抗扭強(qiáng)度及適合的裝置，建議生產(chǎn)商應(yīng)該提高種植體的耐受性、精確性、逼真性和堅(jiān)固性。Arpinar（1996）等［11］用有限元法對(duì)兩種硬性種植體設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，結(jié)果為：中空螺旋種植體（ITI1）在頂點(diǎn)區(qū)域產(chǎn)生高和應(yīng)力集中，而實(shí)心螺旋種植體（ITI2）應(yīng)力的分散轉(zhuǎn)移要比中空好得多。1996年黃輝等［12］對(duì)螺紋頂角角度對(duì)柱狀螺旋根管內(nèi)種植體應(yīng)力分布進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：螺紋頂角角度的改變，可以導(dǎo)致種植體在支持組織的應(yīng)力分布水平的變化，螺紋頂角為60度的種植體應(yīng)力分布較合理，為種植體設(shè)計(jì)、應(yīng)用提供理論依據(jù)。

4種植體的長(zhǎng)度和直徑對(duì)應(yīng)力分布的影響

對(duì)于種植體長(zhǎng)度和直徑與種植體周圍骨面應(yīng)力反應(yīng)的關(guān)系，目前國(guó)外研究報(bào)告的觀點(diǎn)不一致。Mailath（1989）等［3］用有限元法對(duì)不同直徑的種植體進(jìn)行生物力學(xué)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大直徑種植體產(chǎn)生有利的應(yīng)力分布效果。Block（1990）［13］通過動(dòng)物試驗(yàn)證明，種植體從骨中拉出力與其長(zhǎng)度關(guān)系極大，而與其直徑關(guān)系不大。Lum（1991）［14］發(fā)現(xiàn)骨界面應(yīng)力主要集中于種植體頸部的牙槽嵴頂而非整個(gè)種植體周圍，并據(jù)此推論使用短種植體可能對(duì)骨界面應(yīng)力集中值影響不大。Lum（1992）［15］用工程統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，分析了軸向力和水平力作用下種植體力的傳導(dǎo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在軸向力作用下，僅僅長(zhǎng)度為10mm，直徑為4mm的種植體，能傳導(dǎo)平均最大咬合力，支持骨受到張力在正常生理限度內(nèi)。在水平力作用下長(zhǎng)度大于12mm時(shí)，再增加長(zhǎng)度對(duì)力的傳導(dǎo)無顯著差異。Meijer（1992）等［16］使用短種植體對(duì)其周圍的應(yīng)力無太大影響。鄒敬才（1996）等[17］應(yīng)用二維有限方法，對(duì)3mm，4mm，5mm三種不同直徑的螺旋型種植體進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：螺旋型種植體直徑增加，對(duì)骨界面的總體應(yīng)力分布規(guī)律影響不大，但隨著直徑的增加，對(duì)骨界面應(yīng)力降低，種植體與骨界面的相對(duì)位移運(yùn)動(dòng)也相應(yīng)減小，有利于骨界面的應(yīng)力分布。提示臨床盡可能選擇直徑稍粗的一些種植體。Tuncelli（1997）［18］等應(yīng)用有限元法，比較了ITI中空?qǐng)A柱兩段式種植體不同直徑（3．5mm，4．5mm，6mm）應(yīng)力分布。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：相對(duì)較大的直徑種植體更有利于下頜后部區(qū)域（應(yīng)力分布好）。張少鋒（1997）等［19］用有限元法研究了種植體長(zhǎng)度和直徑對(duì)種植全口義齒應(yīng)力的影響，得出結(jié)論：種植體周圍骨界面應(yīng)力的大小與種植體長(zhǎng)度密切相關(guān)，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。種植體直徑在臨床常用范圍內(nèi)變化時(shí)，僅引起自身應(yīng)力集中值的改變，而對(duì)種植全口義齒的其它結(jié)構(gòu)和組織應(yīng)力狀況影響不大。

5種植體上部結(jié)構(gòu)的連接裝置對(duì)應(yīng)力分布的影響

第9篇：生物力學(xué)的研究方法范文

【關(guān)鍵詞】人工種植體生物力學(xué)研究進(jìn)展；種植材料；種植體形態(tài)結(jié)構(gòu)；植體上連接裝置種植體長(zhǎng)度和直徑；種對(duì)應(yīng)力分布的影響

種植義齒是口腔科領(lǐng)域中最快，最令人興奮的一個(gè)分支，已成為與高速渦輪牙機(jī)、全景X線機(jī)、高分子粘固材料并列的20世紀(jì)牙科發(fā)展的四項(xiàng)重大突破之一。一個(gè)成功的人工種植體應(yīng)該和骨組織直接結(jié)合，形成良好的生物力學(xué)相容性，將咀嚼壓力均勻分布到周圍骨組織，應(yīng)力過大或過小，都無益于種植牙周骨組織的重建，都將導(dǎo)致種植牙的失敗。

1應(yīng)力分布研究的發(fā)展

在20世紀(jì)70年代以前，生物力學(xué)研究和應(yīng)力分布的檢測(cè)多采用電測(cè)法和光彈法，電測(cè)法是實(shí)驗(yàn)應(yīng)力方法中最基本的方法之一，它的靈敏度與精確度較高，可用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，用于各種復(fù)雜環(huán)境下測(cè)量多種力學(xué)參數(shù)，但電測(cè)法只能逐點(diǎn)測(cè)量物件表面的應(yīng)變，且僅能獲得應(yīng)變片所在位置的應(yīng)變平均值，不能直觀得出構(gòu)件應(yīng)力分布的全貌，在環(huán)境條件惡劣時(shí)誤差較大。光彈應(yīng)力分析法具有直觀性和全場(chǎng)性的優(yōu)點(diǎn)，可用以分析各種形狀的復(fù)雜構(gòu)件和表面應(yīng)力，也是口腔生物力學(xué)常采用的研究方法，但光彈法不能把材料力學(xué)和彈性聯(lián)系起來，如不能出模型內(nèi)任意處的應(yīng)力值和位移植。自從1973年resher和Farah幾乎同時(shí)將有限元法（finiteelementmethod,FEM)于口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，F(xiàn)EM已成為一種有效的數(shù)學(xué)工具，在口腔生物力學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用。FEM具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以準(zhǔn)確地表達(dá)復(fù)雜的幾何形狀；可以在同一模型上對(duì)不同性質(zhì)的材料進(jìn)行力學(xué)分析；可以進(jìn)行復(fù)雜載荷條件下的應(yīng)力分析；模型的轉(zhuǎn)換較為簡(jiǎn)便；對(duì)應(yīng)力的內(nèi)部狀態(tài)及其它力學(xué)性能定量測(cè)定的代表性好，同時(shí)FEM在應(yīng)用中自身也不斷得到完善，其中從二維到三維是FEM發(fā)展的一個(gè)飛躍。1976年Weinstein等應(yīng)用二維FEM分析了多孔圓柱種植體界面的應(yīng)力分布，將FEM引入了口腔種植領(lǐng)域，從此，有關(guān)種植義齒生物力學(xué)的研究進(jìn)入了一個(gè)新的階段。

2種植體材料對(duì)應(yīng)力分布的影響

人工牙種植體的研究和應(yīng)用已有30多年的，但迄今為止，只有少數(shù)幾種材料的種植體為人們所接受，其中應(yīng)用歷史最長(zhǎng)、也最廣泛的是鈦質(zhì)種植體，金屬鈦具有良好的生物相容性，與骨組織形成緊密、牢固的結(jié)合，而且其彈性模量與骨很接近，與骨結(jié)合所形成的界面是動(dòng)態(tài)的，在適當(dāng)負(fù)荷的刺激下，種植體與骨的接觸程度在一年后會(huì)從53%增加到74%，所以說鈦是一種理想的種植材料。用三維有限元法研究了Screw-vent骨內(nèi)種植體及支持組織應(yīng)力分布情況，這種商業(yè)純鈦種植體最大應(yīng)力區(qū)是在種植體的頸部，這些應(yīng)力比商業(yè)純鈦的疲勞極限（259，90MPa）低18倍，骨內(nèi)最大壓力值（19.57MPa)是在頸部的舌側(cè)區(qū)，而且Screw-vent種植體近遠(yuǎn)中應(yīng)力（最大為0.38MPa）比種植體頰、舌側(cè)低得多。這一點(diǎn)和以前放射照片研究的骨吸收發(fā)生在種植體的近遠(yuǎn)中不同。為了更快的形成骨整合，人們還從種植體的表面涂層入手。尤其是羥基磷灰石噴涂（hydroxyapatite,HA)研究最多，但還是有很大爭(zhēng)議，生物活性材料的涂層，可以改善與骨的結(jié)合方式，從生化角度上看，對(duì)種植牙長(zhǎng)期成功是有益的，但從生物力學(xué)角度是否有明顯的改善并不清楚。最近Meijer(1997)等，使用柔韌高分子生物材料（polyactiv,PL)即聚丁烯對(duì)二苯酸鹽（酯）聚合物［polyethylene-oxidepolybutylene-terephthalate(PEO:PBT)copolymer］和硬性HA穿齦種植體進(jìn)行動(dòng)物（狗）實(shí)驗(yàn)研究，從組織學(xué)上和臨床方面作一比較，PL設(shè)有三種（一種密集型，兩種多孔型）6個(gè)月加載，PL和HA種植體周圍骨組織在第6周有骨吸收（高度失去1mm)，第12周可見重建，18周后恢復(fù)到原來的水平，結(jié)果PL比HA引起密度上較少的降低。這個(gè)結(jié)果顯示：柔韌種植材料更有利于應(yīng)力向周圍骨組織傳導(dǎo)。臨床方面PEO：PBT和陶瓷、生物玻璃、鈦、和其他材料相比較，結(jié)果：PEO：PBT是一種柔韌材料，能降低穿齦種植體頸部應(yīng)力峰值，致密型PL功能合適，運(yùn)動(dòng)性能與天然牙相近似，表現(xiàn)出最好的臨床功能，也能減少種植體周圍應(yīng)力峰值。從組織學(xué)觀察得出結(jié)論：柔韌的骨結(jié)合，種植體更能較好地把應(yīng)力傳導(dǎo)到周圍骨組織，因此它可能是硬性種植體有前途的替代物。

3種植體形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)力分布的影響

成功的種植體不僅取決于種植體材料的生物學(xué)性質(zhì)及手術(shù)技術(shù)，種植體的表面形態(tài)也十分重要。近年來，國(guó)外學(xué)者圍繞著種植體以什么樣的形態(tài)結(jié)構(gòu)才具有最佳的生物力學(xué)相容性，作了大量的研究。關(guān)于口腔種植體宏觀形態(tài)基本上認(rèn)為以單個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱為最佳，所以新近出現(xiàn)的或改良的種植體系列極少看到過去傳統(tǒng)的錨狀或翼狀形態(tài)。即粗糙的種植體表面更利于新骨生長(zhǎng)，形成更廣泛骨-種植體結(jié)合區(qū)，Mailath(1989)使用有限元法研究了骨內(nèi)種植體形狀與應(yīng)力分布的關(guān)系得出結(jié)論，圓柱形種植體比圓錐形種植體更可取，因?yàn)樗档土藨?yīng)力在骨皮質(zhì)上的峰值。Arpinar(1996)等，用有限元法對(duì)兩種硬性種植體設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，結(jié)果為：中空螺旋種植體（ITI1）在頂點(diǎn)區(qū)域產(chǎn)生高和應(yīng)力集中，而實(shí)心螺旋種植體（ITI2）應(yīng)力的分散轉(zhuǎn)移要比中空好得多。1996年黃輝等，對(duì)螺紋頂角角度對(duì)柱狀螺旋根管內(nèi)種植體應(yīng)力分布進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：螺紋頂角角度的改變，可以導(dǎo)致種植體在支持組織的應(yīng)力分布水平的變化，螺紋頂角為60度的種植體應(yīng)力分布較合理，為種植體設(shè)計(jì)、應(yīng)用提供理論依據(jù)。

4種植體的長(zhǎng)度和直徑對(duì)應(yīng)力分布的

對(duì)于種植體長(zhǎng)度和直徑與種植體周圍骨面應(yīng)力反應(yīng)的關(guān)系，國(guó)外報(bào)告的觀點(diǎn)不一致。Mailath(1989)等，用有限元法對(duì)不同直徑的種植體進(jìn)行生物力學(xué)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大直徑種植體產(chǎn)生有利的應(yīng)力分布效果。Block(1990)通過動(dòng)物試驗(yàn)證明，種植體從骨中拉出力與其長(zhǎng)度關(guān)系極大，而與其直徑關(guān)系不大。Lum(1991）發(fā)現(xiàn)骨界面應(yīng)力主要集中于種植體頸部的牙槽嵴頂而非整個(gè)種植體周圍，并據(jù)此推論使用短種植體可能對(duì)骨界面應(yīng)力集中值影響不大。Lum（1992）用工程統(tǒng)計(jì)學(xué)，了軸向力和水平力作用下種植體力的傳導(dǎo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在軸向力作用下，僅僅長(zhǎng)度為10mm，直徑為4mm的種植體，能傳導(dǎo)平均最大咬合力，支持骨受到張力在正常生理限度內(nèi)。在水平力作用下長(zhǎng)度大于12mm時(shí)，再增加長(zhǎng)度對(duì)力的傳導(dǎo)無顯著差異。Meijer(1992)等，使用短種植體以其周圍的應(yīng)力無太大影響。鄒敬才（1996）等，二維有限方法，對(duì)3mm，4mm，5mm三種不同直徑的螺旋形種植體進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：螺旋形種植體直徑增加，對(duì)骨界面的總體應(yīng)力分布影響不大，但隨著直徑的增加，對(duì)骨界面應(yīng)力降低，種植體與骨界面的相對(duì)位移運(yùn)動(dòng)也相應(yīng)減小，有利于骨界面的應(yīng)力分布。提示臨床盡可能選擇直徑稍粗的一些種植體。Tuncelli(1997)，等應(yīng)用有限元法，比較了ITI中空?qǐng)A柱兩段式種植體不同直徑（3.5mm，4.5mm,6mm）應(yīng)力分布。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：相對(duì)較大的直徑種植體更有利于下頜后部區(qū)域（應(yīng)力分布好）。張少鋒（1997）等，用有限元法研究了種植體長(zhǎng)度和直徑對(duì)種植全口義齒應(yīng)力的影響，得出結(jié)論：種植體周圍骨界面應(yīng)力的大小與種植體長(zhǎng)度密切相關(guān)，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。種植體直徑在臨床常用范圍內(nèi)變化時(shí)，僅引起自身應(yīng)力及種植的改變，而對(duì)種植全口義齒的其他結(jié)構(gòu)和組織應(yīng)力狀況影響不大。

5種植體上部結(jié)構(gòu)的連接裝置對(duì)應(yīng)力分布的影響

人們?yōu)榱巳ツ７绿烊谎姥乐苣さ木彌_作用，一些學(xué)者用一些具有粘彈性的材料如聚甲醛制成內(nèi)動(dòng)部件，連接種植體和附著體。McClumphy(1989)在種植牙上用聚甲醛材料設(shè)計(jì)了一個(gè)具有彈性的內(nèi)連接體，并用鈦制作一相同的內(nèi)連接體作對(duì)照，用光彈應(yīng)力分析法對(duì)兩者進(jìn)行了應(yīng)力分布的對(duì)比研究，結(jié)果：在骨界面上應(yīng)力分布兩者差異沒有顯著性。Vanrossen(1990)等，通過二維有限元法，對(duì)不同彈性連接體彈性模量和不同外形的內(nèi)連接體在單個(gè)種植體上進(jìn)行分析，結(jié)果：內(nèi)彈性連接體彈性模量的改變對(duì)周圍骨應(yīng)力分布沒有影響。Chapman(1990)等，設(shè)計(jì)一種內(nèi)部減震器（shockabsor-ber)，把種植體與義齒相連接，用鈦制作對(duì)比，結(jié)果：兩者差異有顯著性，可減少咬合力。elChkawihG(1990)在種植體上部結(jié)構(gòu)下面使用一層彈性材料，種植體不動(dòng)，而上部結(jié)構(gòu)可動(dòng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種改進(jìn)使應(yīng)力和位移分布和天然牙相類似。Kraut(1993)等，設(shè)計(jì)了一種彈性內(nèi)動(dòng)連接系統(tǒng)，結(jié)果表明這套系統(tǒng)能吸收應(yīng)力，減少達(dá)到種植體和周圍骨的應(yīng)力值。