運動生物力學分析范文
時間：2023-11-10 18:16:17
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篇1
1緒論
根據散打的動作特征和技術要求，每一個踹腿動作過程中都要經歷提膝、翻小腿和踹擊三個階段，而踹腿動作中的翻小腿和踹擊往往是同時進行的，所以我們將其分為提膝和翻踹兩個階段。同時為了敘述方便，我們將為完成技術動作支撐人體重心的腿稱為支撐腿，而進攻擊打目標的腿稱為攻擊腿。運動技術水平的表現跟腿法技術密切相關，自古就有諺語“手是兩扇門，全憑腿打人”，這充分說明了腿法技術在散打運動中的重要作用。根據馬學智對1999年全國武術散打錦標賽的研究表明：在進攻技術中，腿法比拳法的運用次數多。而在眾多的腿法中踹腿是直線性腿法的典型代表，又有“先鋒腿”之稱。因它在技、戰術上具有能攻善守之優點，且在打擊力量、打擊速度等方面明顯優于其它腿法動作故被運動員視為進攻得分的主要動作之一，是散打中運用率較高的腿法。馬莉芳、韋海峰對武術散打王爭霸賽腿法技術的運用進行分析得知，側踹腿共運用544次，占整個腿法使用總數的24.8%，僅次于橫踢腿，是有效的得分手段之一。從現場觀察統計來看，側踹腿攻擊部位多在胸腹部，缺乏高、中、低位的變化，攻擊距離也有一定的局限性。梁亞東、肖紅征對“第5屆世界武術錦標賽”散打決賽腿法技術運用進行分析，結果表明：運動員掌握腿法技術的好壞直接影響其比賽成績。腿法技術訓練質量越高，在瞬息萬變的激烈比賽中運用的實效性越好。蹬腿和側踹腿是遏止國外運動員擅長的重拳及近身摟摔打法的實效技術。在訓練中要針對性的提高其動作速度和攻擊威力。對前腿側踹這個具有代表性的動作進行客觀而系統的分析，從而歸納其內在的運動生物力學特點和規律，對今后的教學與訓練提供科學的理論依據將有十分重要的意義。
2研究現狀
查閱《體育與科學》、《中國體育科技》、《體育文史》及北京體育大學、上海體育學院等12所體育院校的學報，《浙江體育科技》、《遼寧體育科技》等14家體育科技期刊近十年來有關散打運動方面的研究文獻以及武術領域專著和論文后得知，國內學者對散打運動訓練方法、戰術應用、營養衛生及賽制改革等方面的研究取得了一定的成績，但真正對散打運動技術動作進行深入研究還顯得不夠，運用運動生物力學的研究方法進行探討散打動作技術的成果還非常有限，其文獻報道寥寥無幾，更談不上綜合分析和量化指標。關于競技武術散打踹腿術的生物力學分析這一課題目前尚屬缺乏。武術對抗性項目的開展，從武術套路的攻防含義中徹底地分離出來，形成了具有實用性技擊對抗的體育項目――競技武術散打。它是兩人按照一定的規則，運用武術中的踢、打、摔和相應的防守等技法進行徒手格斗對抗的現代競技體育項目。是中國武術的重要組成部分。武術是中華民族文化的瑰寶，在幾千年的發展過程中，由于科學技術不發達，沒有先進的實驗儀器和科學的理論支持，沒有條件對拳理、拳法做科學的分析研究。因此，前輩武術家在練拳習武的過程中，只能由感而發，將拳理、拳法中的一些原理及規律以感性認識的方式記錄下來，以指導后人習練武術，少走彎路。理論源于實踐，理論反過來又能指導實踐，促進實踐更好地發展。競技武術散打作為一項體育運動，已經推向世界，如果沒有堅實的理論為基礎，它的發展就不容樂觀。所以，競技武術散打的發展需要有一系列的科學理論為其奠定基礎，對散打基礎理論的科學化、系統化研究已經成為擺在我們面前亟待解決的問題。運動生物力學作為體育運動的基礎理論，也是散打技術改M和提高的重要依據之一，故用運動生物力學原理對散打技術動作進行分析具有重要意義。人體任何合理的動作都要遵循運動生物力學原理，競技武術散打運動也不例外。任何合理的散打技術動作都必須符合人體解剖學、運動生物力學原理、運動學規律和武術技擊原理。運動生物力學是散打運動存在和發展的最重要的理論依據之一，散打任何技術動作都是在人體自身的內力與外力整體作用下完成的，運動生物力學原理貫穿在散打每個技術動作中。競技武術散打與運動生物力學原理交融滲透、密不可分。競技武術散打作為一項體育項目，其動作技術有著自身內在的規律性，如果不對這些規律進行科學把握，沒有一個標準化的通用技術，競技武術散打就不可能更好地發展下去，甚至難以讓世人接受。競技武術散打要想走向世界，和西方體育運動相互融合，共享一個“蛋糕”，就必須與現代科學知識相結合，走科學化的發展道路。本人在查閱了大量的文獻資料發現在散打中有關技法的論述較多，但大多是基于經驗介紹，缺乏應有的理論依據。運用生物力學手段對技術動作進行診斷和評價的報道極為鮮見，即使有也是零星的缺乏理論深度的或者研究方法和測試儀器已經不能適應現代體育運動發展要求的。從目前運動生物力學動作技術研究的方法和范疇分析，已經深入到通過三維測試分析系（下轉第146頁）（上接第144頁）統等來評價和診斷動作技術，但在競技武術散打運動中還很少見到。
3研究方法
本人采用QUALISYS-MCU500紅外遠射測試系統與三維測力平臺測試系統對散打腿法中較為常用的前腿踹腿技術進行研究，對不同水平運動員（優秀組與非優秀組）每組10人，共20人的踹腿技術進行髖、膝、踝關節角度測試、速度測試，并分析，力求找出前踹腿技術的運動生物力學特點及內在的規律，為進一步豐富、完善散打技術理論、優化動作技術、規范技術規格、預防損傷和科學選材作前瞻性探索。
5結論
建議散打運動應該更加科學化地發展，對動作技術的研究應該多借助一些運動生物力學、解剖學、生理學的研究方法和手段，并采用當今先進的實驗儀器進行測試與分析，使散打理論得到科學的驗證與補充，不斷豐富散打理論，以推動其更好的發展。
參考文獻
篇2
1.1優秀標槍運動員趙慶剛出手速度分析
出手速度是影響標槍飛行距離的最重要因素，其相關系數為r=0.764，p
1.2優秀標槍運動員趙慶剛出手角度分析
出手角度是標槍初速度的方向與水平面之間的夾角。出手角度是影響標槍飛行距離的另一重要因素，三場比賽趙慶剛出手角度平均值達到35.05度，巴特尼茲等學者大量統計發現男子優秀標槍運動員的最佳出手角度在32到34度左右，顯然趙慶剛的出手速度偏大，這與其日常訓練時表現相一致，由于趙慶剛投擲時往往槍尖太高而槍尾太低，導致出手的角度多大，過大的出手角度對標槍飛行距離縮短，對其成績帶來不利影響。
1.3優秀標槍運動員趙慶剛出手攻角分析
標槍攻角是標槍縱軸與標槍出手速度方向之間的夾角，運動員理想的攻角應為0度，運動員也應近最大努力沿標槍縱軸用力，提高其發力效率。此外標槍攻角應與出手角度綜合考慮，當出手角度偏低時，較大的攻角在一定程度上有利于標槍的飛行距離，當出手角度偏大時，攻角應降低，從而有利于標槍的飛行。有表一看出趙慶剛的出手角度明顯偏高，肇慶站其攻角為負值，這在一定程度上彌補了趙慶剛過大的出手角度，因此從運動成績也可以看出，蘇州站和肇慶站的出手速度和出手角度相當，兩站出手攻角的（7.18度，-6.92度）不同對最終的成績產生了影響。
1.4優秀標槍運動員趙慶剛出手高度與左腳著地瞬間犯規線的距離分析
理論上講，標槍的出手越高其飛行距離越遠，現實中由于運動員身體形態及技術的特點的不同，每名運動員都有其最佳的出手高度。莫瑞斯等人統計結果表明，運動員的出手高度越大，其成績往往表現越差，澤萊茲尼（1.84米）創造98.48米世界紀錄的投擲高度僅為1.65米。趙慶剛身高與澤萊茲尼相同，從三站投擲高度也可以看出在出手高低較低的情況下，趙慶剛的投擲成績較好，這可能與運動員技術有關，較高的出手高度往往伴隨著運動員發力效果的減弱。
運動員出手瞬間距離犯規線的距離與出手后的水平向前速度和運動員的緩沖技術有關，運動員應在不影響技術發揮的前提下盡可能減小這一距離。趙慶剛投擲結束后往往采用向前匍匐的緩沖技術，雙臂與腳共同用來最后緩沖，2009年柏林世錦賽前八名運動員這一距離為2.85米，可見趙慶剛出手后距離犯規線的距離（2.71米）較合理。
2 優秀標槍運動員趙慶剛制動支撐技術分析
國際優秀運動員左腳著地瞬間左膝角為170.4度，趙慶剛這一數值為170.08度，與國際優秀運動員水平相當，說名他在左腿制動方面的能力較好。從出手瞬間左膝角度來看，其平均值為160.91度，而國際優秀運動員出手瞬間的左膝角平均為 168.9度，由此可見趙慶剛左膝制動能力接近國際水平，但其從左腳著地瞬間到出手瞬間的左膝“硬支撐”能力較弱，這對其最后的力量傳遞和出手角度造成了影響。
3 優秀標槍運動員趙慶剛主動著地能力分析
交叉步右腳著地之后為使身體迅速過渡到雙支撐階段，運動員左腿應主動積極前伸，從表二右腳著地瞬間到左腳著地瞬間的左腿角與左膝角的變化來看，左膝角增加了9.42度，左腿角則減少了11.43度，這說明趙慶剛在右腳著地之后，左腿仍在積極主動的著地。此外從單支撐時間來看，其單支撐時間均值為0.21秒，柏林世錦賽決賽前八名運動員的這一數值為0.2秒，說明趙慶剛從右腳著地到左腳著地的能力與世界優秀選手相似。從左腳著地到出手時間來看，趙慶剛雙支撐時間平均為0.11秒，柏林世錦賽的前八名的這一數值為0.10秒，這也說明趙慶剛在這一方面具備國際優秀運動員的水平。
4 優秀標槍運動員趙慶剛延緩能力分析
軀干后傾角指運動員在投擲的過程中，支撐腿著地瞬間身體重心與著地點的連線和垂直面之間的夾角，是投擲步過程中軀干向后傾斜的程度。它反映出運動員在用力過程中身體超越器械的程度和軀干在各個時相的位置，特別是在左腳著地到”滿弓”形成瞬間也可以間接的反映出運動員是否做出“延緩”動作，因此軀干的后傾角是評價身體姿勢是否合理的標志之一。一般認為，在交叉步后右腳著地瞬間，理想角度為30到36度，由表三看出，顯然趙慶剛右腳著地瞬間的軀干傾角較小，三場比賽的平均值僅為16.1度，顯示著其延緩能力不足。從三個階段的軀干傾角變化來看，從右腳著地瞬間到左腳著地瞬間，其軀干傾角程增大狀態，軀干傾角平均增加了4.89度，從這一點說明，盡管趙慶剛的軀干傾角較低，但其從右腳著地到左腳著地這一階段并未出現上體軀干過早加速的現象，說明其技術動作的控制能力較強。從左腳著地瞬間到出手瞬間軀干傾角平均增加了45.64度，肇慶站比賽軀干傾角變化幅度最小為33.02度，這為趙慶剛增加其對標槍的加速距離創造了良好條件。
篇3
摘要 根據籃球球運動專項力學特點，結合運動生物力學研究的現狀、發展趨勢、以及籃球運動教學發展的實際需求，對運動生物力學在籃球運動教學中應用和發展趨勢進行分析。希望運動生物力學與籃球運動的特點緊密結合，更好地為籃球教學提供幫助。
關鍵詞 運動生物力學 籃球運動 教學 應用分析
近年來，籃球運動受NBA和CBA的影響，很受學生的歡迎，大家都愿意參與這種集體帶有趣味的運動。可在教學中可以看到一些學生由于身體的先天條件，動作做起來比較難受，不合理。怎樣幫助每個孩子都能掌握這門技術。我想通過運動生物力學的原理去分析學生的特點，通過分析給他們制定不同的水準，不能集體都按統一的標準，這樣會使學生感到籃球運動的艱難，我們降低難度就是要使不同的學生體驗到成功的樂趣，因材施教使學生在快樂中學習。如何做到這些，我們就要借助于科技的力量和手段，更加全面地、深刻地認識籃球運動的規律。更好的在教學中利用為學生服務。
一、運動生物力學在籃球運動中的應用領域分析
從運動生物力學角度來看，籃球運動要求人體上下肢的協調配合，很好的應用人的手部動作去接球，做蹬地加速的動作，如何在這個過程中做到合理就必須了解學生的生理結構，肌肉力量的相互作用。什么角度的運動適合此階段性的學習。用多大力能滿足他們的可接受的力量范圍，針對不同的學生應該采用不同的方法手段加強學生的學習，切不可讓學生做過多大于自己身體不能做的力量訓練。幫助他們在自己合理的技術動作內做到自己最適合的動作。對于動作的要求不可統一要求，要區別對待，這樣一方面可以鼓勵學生很好的練習；另一方面要使學生不斷進取不至于傷害學生的自尊心。在場地器材方面要對學生認真講解。使他們真正認識到自己的力是如何傳導的，如何在正確的用力前提下做到做好的自己。
二、運動生物力學研究方法在籃球運動中的應用分析
（一）運動生物力學研究方法分類
按研究方法劃分，運動生物力學應用在籃球運動中的研究大體可分為兩類：一是力學理論研究方法，二是實驗研究方法。兩者相輔相成，相互統一，應當緊密結合，才能使運動生物力學更好地在運動實踐中應用[1]。這就要求在實踐當中很好的將二者緊密結合共同應用到學科領域當中。
（二）運動生物力學的力學理論研究方法在籃球運動項目中的應用分析
該研究方法因為是通過模擬手段對人體運動仿真，一般包括五個步驟：1.確定運動特征，建立目標函數；2.選擇模型確定剛體的自由度；3.建立動力學模型；4.實測已知數據并求解；5.根據求解結果解釋運動規律，這一步驟是將求得的數學規律化為體育運動語言對運動技術進行合理的指導[ 2]。根據此研究方法，可以對籃球中許多問題進行研究。如對于籃球運動中學生的傷病的研究，有助于對學生在籃球運動中的損傷認識和預防。可以利用力學理論研究的方法對關節力和力矩進行推算。這實際上是為人體的運動給予科學化得定量，通過科學實驗找出人體運動的范圍和幅度，為更好的人類發掘自身的潛能和動作的量化提供參考依據。
（三）運動生物力學的實驗研究方法在籃球運動中的應用分析
由于動力學研究方法與運動學測試在籃球運動項目中運用的較少，所用到的生物力學儀器不多。因此運動生物力學的實驗研究方法在籃球運動項目中有極大的發展空間。
1.常用的生物力學儀器將在籃球項目中的廣泛應用
許多已經在其他專項中運用較為廣泛的生物力學儀器在籃球運動項目中尚未廣泛使用。比如，肌電儀，腳墊受力分析鞋墊。腳墊受力分析可以反映地面對人體的反作用力。運動員投球的力最終是通過人體蹬地面，同時地面給人體的反作用力而實的。通過在運動員的鞋子里放上受力分析鞋墊，可以得出在移動過程中，腳底壓力的分布圖，可以為籃球運動員鞋子的設計提供參數。通過肌電儀可對完成某動作所參與的肌肉活動的強度和時間進行描述，確定主要的參與肌群。這樣學生就可以很清楚地知道完成某動作的肌肉用力順序是什么，哪些是主動肌，哪些是被動肌，可為力量訓練提供參考。
2.多機同步測試的研究
多機同步測試研究是運動生物力學研究的發展趨勢。對于籃球這項精密的運動，以往的研究多是從一維的視角來進行的，對籃球運動的生物力學的研究應朝著多維的研究視角發展。比如，將攝像系統和測力臺系統同步的測試方法，綜合運動學和動力學的數據對籃球運動進行更加深入、全面的研究與分析。
3.開發籃球專項化、反饋快速化的運動技術測試儀器
近年來隨著其他運動項目運動學、動力學、測試儀器的質量、功能、效率不斷提高，某些運動項目專用的測試儀器不斷出現。其它專項的研究可為籃球專項化的測試儀器提供借鑒。隨著科學技術的迅速發展，加速度傳感器的體積和質量都可以做到非常小，精度可以達到很高，此儀器可以實時監控籃球鞋的速度、加速度和角速度，并可據此推算籃球鞋不同部位的受力情況，以及腳蹬地的初速度。而對籃球鞋運動情況的所做的研究較少。如果這些設想可以實現的話，將豐富這方面的研究可以防止運動者教學腳部的受傷的情況。為更好的教學服務提供保障。防止學生在運動中受傷的概率。
（四）力學理論研究方法和實驗研究方法緊密結合
理論力學理論研究方法和實驗研究的方法緊密結合對籃球運動進行運動生物力學的研究，將有助于從不同層面和角度更好的認識籃球運動規律，進而可使運動生物力學更好地為籃球實踐服務，是運動生物力學在籃球運動中應用的發展趨勢。力學理論研究方法必須輔之實驗和經驗，才能使它在實際應用方面的作用得以發揮，力學理論方法與實驗測試方法兩者應當緊密結合。前者提供了運動普遍規律，對分析有理論指導意義，后者是理論研究與實際是具體應用的橋梁，能使研究更好地為運動實際服務。實驗方法和力學理論研究共同發展、相輔相成，使運動生物力學學科漸趨深入完善。
三、結束語
籃球運動教學的動作技術診斷，力學研究，學生肌肉、骨骼力學特性的研究，將有助于籃球專項測試儀器的開發，籃球運動員損傷機理和預防的研究等領域需要利用運動生物力學在籃球專項中進行全方位的研究。這樣有助于在實際中解決一些教學中的學生容易受傷的難題，將生物力學的有關原理服務于學生的課堂，用科學的方法指導學生籃球訓練與比賽，更好的預防學生在不同情況下的運動損失與治療。
參考文獻：
[1] 王向東，劉學貞，等.運動生物力學方法學研究現狀及發展趨勢[J].中國體育科技.2003（2）：15-18.
[2] 忻鼎亮.運動生物力學的力學理論研究方法[J].體育科學.1994（4）：37-40.
篇4
一、運動生物力學的定義：
運動生物力學的定義（國內）是運動生物力學是一門新興學科，現在比較通用的定義是“運動生物力學是研究體育運動中人體機械運動規律的科學”。國外對這門學科的定義也大相徑庭究，有些國家把運動生物力學認為是人體內部運動器系運動和外部人體整體運動的力學特性，盡管運動生物力學在國內外還沒有形成統一的定義，但是運動生物力學的作用和研究意義已被各個國家所重視。
二、在技術教學中的重要地位
在體育運動中任何一項身體練習都由一定的動作及動作體系構成，而完成每個動作及整套動作都存在著最合理的運動技術。合理的運動技術以運動生物力學理論為依據，并富含運動生物力學原理。而運動生物力學又以其分析科學性，結構合理性為體育技術教學提供理論和方法上的指導，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的各種力學條件，從而使學生更完善地認識、學習和掌握合理的運動技術動作。
三、對技術教學的積極影響
在技術教學中，及時而有針對性地向學生傳授運動生物力學原理，往往能引起學生對學習和掌握運動技術的興趣，并使復雜的技術簡單化，從而有利于學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）提高學習運動技術的興趣
隨著新科技、新技術的不斷地推動著體育科學技術的發展，新的運動技術取代舊的運動技術，或高級運動技術取代低級運動技術，已成為當今社會的總體趨勢。新的運動技術比舊的運動技術更科學、更合理、更實效，并且更符合人體特點。因此，新技術總能吸引更多的人去研究和學習。在體育技術教學中，如何引起學生對新技術的興趣是學習的第一動力。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。隨著科學的發展，運動生物力學這門學科逐漸進入了人們的視角，從生物力學的角度來剖析站立式起跑和蹲踞式起跑的區別，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濟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基礎，當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，學生就會對蹲踞式起跑產生濃厚的興趣，大有躍躍欲試的欲望，從而在技術教學中就會主動、積極地參與并思考、體會技術細節，進而縮短掌握技術動作的時數，有利于提高技術教學效果。
（二）使復雜的技術問題簡單化
相對于以往的體育教學中，當體育教師對某一項較為復雜的技術過程講解時，學生常會因為技術動作太復雜而影響學習，但如果教師能用適當的力學知識加以分析和運動生物力學的研究方法往往能使學生“頓悟”，從而激發學生的學習積極性。如：足球的香蕉球是一項較復雜的技術動作，且香蕉球形成的力學原因也極為復雜，但根據球在空中的運行軌跡的力學現象，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，就為香蕉球的產生創造了條件。因此我們可以運用運動生物力學中常用的研究方法去解決這個問題，利用高速攝影、電視、錄像和數據的分析，把學生、運動員的運動技術進行攝影、錄像、高速攝影，然后回放給學生，學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，對復雜的技術動作稍加力學分析，和采用先進的設備便可使復雜問題簡單化，便于學生理解并提高教學效果。
（三）減少損傷以利掌握合理技術
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1膝關節三維有限元模型的建立
有限元仿真計算是隨著計算機技術不斷進步而逐漸發展起來的一種有效地數值方法，而用有限元法進行生物力學分析是近年來發展起來的一種生物力學研究方法。伍中慶等[4]結合X線片用XCT對尸體膝關節進行掃描，利用Ansys有限元軟件，對膝關節的三維有限元模型進行重建，包括股骨、脛骨、髕骨及半月板，重建的幾何體逼真、客觀，為分析股骨、脛骨、髕骨和半月板的力學特性提供了模型基礎。汪強[56]的結果提示三維模型較以往兩維平面有限元模型有明顯優點：①模型網格劃分更細，建立的單元和節點更多，模型更接近解剖學實際。②圖像數據直接來自CT掃描，避免了圖像生成、轉化與存取中的信息丟失，且圖像精確。③嚴格區分了半月板與關節軟骨。王光達等[7]通過一名男性健康志愿者的膝關節掃描，通過有限元軟件處理成功建立了一個完整的膝關節三維有限元模型，包括脛骨、股骨、髕骨、內外側副韌帶、前后交叉韌帶，髕韌帶及雙側半月板。模型可以任意角度旋轉觀察，整體外形及各組成部件均與實體標本具有滿意的相似性，黃建國等[8]通過了MSCMARC建立膝關節的三維有限元模型，得到脛骨骨折患者的膝模型，認為對脛骨平臺骨折的診斷，手術策劃和治療具有較大的指導作用。模型確立后可以為膝關節的創傷、骨折的力學分析及人工關節的開發提供方法學的支持。姜華亮等[9]在MRI基礎上建立膝關節三維有限元模型，包括膝關節所涉及的幾乎所有骨骼、軟骨，半月板和韌帶等基本力學的模型，并認為MRI比CT對軟組織顯像更清晰。重建的模型更逼真、客觀，能夠更真實地反映膝關節的結構特點和生物力學屬性。
2有限元在膝關節生物力學研究中的應用
人體膝關節生物力學復雜多樣，更多的力學反映在運動過程中，受力特點更加復雜。因此，應用三維有限元方法建立膝關節生物力學模型，無創、快速地研究膝關節力學特性、損傷的機理，對指導臨床工作有現實意義。有研究認為膝關節伸直時應力主要分布于ACL近股骨上點處。說明ACL是對抗脛骨前移的主要結構，其與臨床上ACL損傷多發生在股骨上點處相一致。膝關節屈曲時，PCL是對抗脛骨前移的首要結構，且應力主要集中在近脛骨止點處，這與臨床PCL斷裂多發生在脛骨止點處相一致。同時對模型施加內外翻應力，分別在LCL腓骨上點和MCL近股骨上點應力較大，說明MCL、LCL是對抗膝外、內翻的主要結構。與臨床內、外側副韌帶損傷位置一致。進一步驗證了有限元方法的有效性和可靠性[10]。汪強等[5]通過對膝關節三維有限元模型的建立，同時研究了加載后，得到膝關節內外側關節面典型節點Von Mises應力值，提示正常膝關節內側關節面應力呈前、后部大，中部小分布；外側關節面應力呈前部大，中后部稍小分布，且較內側關節面分布均勻。姚杰等[11]利用膝關節有限元模型和模擬跳傘著陸實驗數據，對半蹲式跳傘著陸過程進行數值模擬，并分析膝關節損傷的機理。結果顯示，關節內組織的應力水平隨著跳落高度的增加而增加，外側半月板和關節軟骨承受了較大的載荷，前交叉韌帶和內側副韌帶在屈膝角度達到最大時產生明顯的應力集中，此時更易斷裂。吳宇峰等[12]通過有限元模型研究了髕骨在運動及損傷過程中的受力情況，結果顯示應力集中于髕骨的上極和下極，說明骨折的好發部位即在髕骨的上下級，與臨床基本相符。辛力等[13]通過有限元方法對合并膝關節脫位的脛骨平臺骨折4種內固定方法進行比較。結果提示MDP（內側雙鋼板）固定后的應力最小，其后依次是BDP（雙側雙鋼板）與MSP（內側T型單鋼板+拉力螺釘），而LLP（外側鎖定鋼板+拉力螺釘）固定的應力最高。給臨床治療類似骨折選擇治療方案提供參考。
3膝關節置換相關有限元分析研究
人工膝關節置換是治療膝關節骨性關節炎的重要手段，每年有大量的患者接受人工膝關節置換。三維有限元法是先進而有效的生物力學分析方法，利用該方法從生物力學角度分析全膝關節置換后的應力分布情況對探討全膝置換有重要意義。膝關節置換前要對患者膝關節病情有詳細了解，全面檢查，嚴格選擇假體類型。根據假體的使用部位將假體分為單髁假體（單間隔假體）、不包括髕股關節置換的全關節假體（雙間隔假體）、全關節假體（三間隔假體）。如果術前對準備手術的膝關節進行CT掃描、重建，建立三維有限元模型，然后進行逆向工程CAD/CAM，選擇制作適合該關節的人工假體必將更適應患者，術后生物力學性能必將更好，松動翻修的機率將明顯降低[]。術中選擇置換假體，脛骨和股骨配對關系，術后假體接觸表面的應力變化可能增加磨損及松動的風險，有研究[15]將股骨側3號鈷鉻合金假體，與脛骨側25號（3/25配對），3號（3/3配對），4號（3/4配對）鈦合金金屬托及對應尺寸的10 mm厚度聚乙烯墊片配對。構建有限元模型，模擬雙腿站立，平地行走，上樓梯情況下，對各屈膝角度的最大等效應力進行研究。發現3/25配對，3/4配對假體接觸面最大等效應力明顯增高，有增加聚乙烯墊片磨損風險。同時Liau等[16]研究了假體對線不齊時接觸應力和Von Mises應力大幅度增加。定制假體盡管重建保肢符合人體生物力量規律，短柄假體可引起骨水泥應力集中，重建后發生骨折，骨水泥碎裂風險較高，但過度增加柄長對骨的應力遮擋水平也相應增大[17]。膝關節置換后要能負重行走是最終目標，許多靜態的模型并未涉及其中。最近有研究者對其關節高屈曲活動下運動和應力等動態特征進行了研究。通過建立包括主要骨和軟組織的全膝關節置換前后的膝關節的動態有限元模型，對天然及全膝置換后膝關節下蹲運動和接觸應力分布進行分析。結果表明在膝關節過伸和高屈曲時，在脛骨高分子聚乙烯平臺的脛骨平臺輪柱和平臺前部的交界處，脛骨平臺內后方和輪柱后部3個區域發生較高的接觸應力，這些也正是假體發生較高磨損的部位。這為膝關節假體的摩擦學研究及膝關節假體設計提供有力的分析工具[18]。
4問題與展望
盡管有限元分析方法在膝關節外科研究中有諸多優點，能重建出與真實人體膝關節結構基本一致的模型，重建的模型逼真、客觀，可以自由旋轉，添加、調整相關參數可以進行人體和動物實驗無法完成的生物力學研究。但它作為一項仍然沒有成熟的技術，還有許多不足：①研究所用硬件、軟件多為進口，價格昂貴。②操作過程繁瑣復雜，作為臨床醫務人員，學習周期長，較難熟練掌握。③人體膝關節結構復雜，相互之間關系密切，互相影響，脫離其他因素，簡單研究骨骼、韌帶、關節軟骨本身就有失偏頗。④將骨骼內各向同性，各向異性等同考慮，簡化操作，明顯不妥。⑤膝關節許多特征及生物力學都是在運動中表現出來，但許多有限元的研究是靜態的，未考慮動態研究，影響結果的準確性。⑥載荷和邊界條件的選擇，基本都是人為確定的，很多參考國外的文獻，而這是否適用于國人亦未可知。所有這些問題，希望隨著對膝關節發病機理的進一步認識、計算機處理能力的進一步提高、CT和MRI成像技術的不斷完善而逐步得到解決，使之更好地為臨床服務。
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篇6
關鍵詞：初中；立定跳遠；力學；學教法
一、問題的提出
不同階段，學生的力量、速度、耐力、靈敏和柔韌等身體素質各不相同，為此，教師必須在不同的階段，根據學生的身體素質情況，選擇不同的體育項目，供學生練習、鍛煉。初中階段是學生力量素質發展的敏感期，此時，教師必須增加力量教學和訓練比重。各種跳躍運動是發展力量素質的最好方法，立定跳遠作為提高學生下肢力量、爆發力的運動項目，沒有過多的條件約束、簡便易行，是訓練學生下肢力量及爆發力的一項重要運動，能夠有效地提高學生的身體素質。因此，為了提高學生立定跳遠的成績，本文就利用運動生物力學原理對立定跳遠技術進行了分析，以期通過理論指導學生實踐，使學生掌握正確的練習方法。
二、研究對象與方法
本文以立定跳遠運動為研究對象，從生物力學角度談起，就其學練法進行了一番梳理，研究過程中運用到了文獻法、教學實踐法以及總結提煉法等。
三、結果與分析
（一）立定跳遠成績的組成分析
如圖1所示，立定跳遠的成績S=S1+S2+S3。S1是雙腳起跳離地瞬間身體重心投影點至起跳點之間的距離，S1的大小取決于三個因素：一是身高、腿長，身高腿長在起跳角不變的情況下，重心高則S1增大；二是對于同一練習者，起跳角a的角度越小，S1越大，角度越大，S1越小，但這并不等于說起跳角a的角度越小，立定跳遠成績會越好；三是起跳腳離地瞬間練習者髖、膝、踝三關節及趾關節蹬伸的伸展程度，蹬伸程度越充分則S1越大。S2是起跳腳離地瞬間重心在重心高度水平的拋射距離，根據拋射公式S2=V2×sin2a/g，g為重力加速度是常量，由此可見，S2取決于騰起初速度和拋射角度，騰起初速度越大，則S2也越大，理論上在a=45°時S2最大，但由于空氣阻力（可以忽略不計）及考慮S3，實踐中a﹤45°，理論證實a=42°時，S2+S3有最大值，這主要是因雙腳著地瞬間身體重心低于起跳腳離地瞬間身體重心之故。S3是重心回落到起跳離地重心高度水平線至雙腳著地間的距離，它由身高和落地技術動作決定，盡可能收腹舉腿、雙臂后擺并使雙腿較大幅度前伸而又不至于身體后倒的落地技術能獲得較大的S3。
（二）立定跳遠的生物力學分析
1.起跳技術分析
（1）關節蹬伸速度、幅度。立定跳遠的遠度主要由髖、膝、踝快速蹬伸及趾關節的末端參與作用而獲得，其中各關節的蹬伸速度、蹬伸幅度及協調發力順序是決定學生立定跳遠成績的關鍵技術。立定跳遠起跳過程可分為下蹲和蹬伸兩個環節，前一環節是后一環節的準備和基礎，動作質量的好壞對后一環節有著重要的影響。起跳的任務是使人體獲得最大騰起初速度及最佳騰起角。根據公式V=2H/t可知，加大起跳時工作距離H，縮短起跳時間t，可以增大騰起的初速度。良好的下蹲動作能為蹬伸創造條件，而下蹲動作能使下肢三關節處于最佳的發力角度，為蹬伸環節做好必要的準備。最大下蹲時下肢三關節角度的不同，會直接影響蹬伸效果，進而影響起跳效果。而最大下蹲過后，下肢關節在短時間內迅速伸展，給地面以爆發性力量蹬離地面的過程稱為蹬伸環節。此時，肌肉的工作形式經由下蹲階段的離心收縮、等長收縮、迅速轉變為向心收縮。下蹲階段伸膝肌群被動拉長，這樣，一方面大腿伸展肌群能貯存大量的彈性勢能，另一方面肌絲也有了一定的初長度（如果是最適初長度那當然是最好），這就可以使起跳腳對地面施加更大的作用力，從而產生較大的垂直作用力。此外，適宜的下蹲幅度，也能使下肢肌處于最適初長度，產生最快的收縮速度及最大的收縮力量，提高起跳效果。
研究資料證實，120°-140°是膝關節的最佳發力角度，立定跳遠準備起跳時，膝關節角度小于最佳發力角度，對于成績的提高是有利的，一般都從90°左右開始蹬伸發力，且蹬伸過程中，膝關節的角度必須超過135°，有研究顯示“膝關節角在135°以上的范圍進行發力時，屈膝肌群（股二頭肌、半腱肌、半膜肌、腓腸肌）積極參與伸膝活動，其發揮的力量較大，而且隨著膝關節角度的增加而增大”。當然，雙腳起跳腳離地瞬間，理想的下肢姿勢是髖、膝、踝三關節完全伸直，這樣既能充分發揮三關節的肌肉力量，使力的作用點通過身體重心，又能增大力的做功距離，使雙腳離地瞬間有較高的身體重心。踝關節與髖關節和膝關節相比是小關節，但在立定跳遠項目中卻有著非常重要的作用。“起跳階段踝關節的屈伸能力決定起跳階段的蹬伸程度，踝關節在跳高起跳過程中起著關鍵作用。”踝關節的柔韌性和肌肉力量是影響立定跳遠成績的兩個重要指標，因此在立定跳遠練習中我們應對學生的踝關節進行有針對性的柔韌性和力量訓練，采用多種方法與手段以提高學生的踝關節力量與伸展幅度。下肢三關節的協調用力能力對立定跳遠成績也起著至關重要的作用。根據大關節先運動原理，立定跳遠首先應當是髖關節進行發力，其次是膝關節，最后是踝關節進行用力。這種協調用力能力就如同加速度逐漸減小的變加速運動，加速度逐漸在減小，但速度卻不斷增大。三關節完全伸直后，就能使作用力通過身體重心，提高力的利用率，進而提高起跳效果。
（2）兩臂擺動速度及幅度。在起跳階段，當兩臂加速上擺時，身體會產生一個方向向下的作用力，此力通過起跳腿傳遞到地面，從而增大了人體對地面的垂直作用力，同時地面也會給人體一個大小相等而方向相反的作用力。這樣，在起跳結束瞬間，運動員就可獲得一個較大的垂直速度，從而跳到更高的高度。在起跳瞬間，手臂的擺動對起跳效果有著非常重要的作用。從生物力學角度來講，手臂的擺動速度應越大越好，當雙腿下蹲緩沖時，兩臂由身后較高位置加速向下擺動，可以減小起跳腿對地面的作用力，避免起跳腿受力過大而過度屈曲，影響起跳效果。而在起跳蹬伸階段，兩臂加速向上擺動，會對軀干施加向下的作用力，這種作用力通過起跳腿傳至地面，進一步增加了起跳腿對地面的垂直作用力，根據牛頓第三定律，此時地面也會給人體一個大小相等、方向相反的反作用力，與不擺臂或擺臂速度很小相比，將引發地面作用于人體更大的反作用力。這樣在運動員起跳結束瞬間，由于力的增加便能產生更大的垂直速度。另外，雙臂擺動后上舉，也可以提高人體重心的位置。有研究顯示，雙臂及擺動腿完全向上伸直，可以使重心提高約身高的1/10。當起跳結束瞬間，雙臂快速制動，其慣性力的方向是向上的，能對起跳腿起到減壓的作用，對起跳腿的三關節快速蹬伸，特別是對力量較弱的踝關節快速大幅度伸展有著重要作用，對快速拔腰、提肩，帶動身體重心快速上升有積極作用。理想的手臂動作，應是下蹲結束瞬間，兩臂在體后盡可能高的位置；在蹬伸階段，兩臂應該向下、向前和向上快速有力地擺動。在擺動時，肘關節不應太彎曲，理想的角度大約在90°與完全伸直之間。我們可以用雙臂向上擺動的平均垂直速度和擺動幅度來評定擺動效果。在起跳過程中，雙臂擺動的平均垂直速度當然是越大越好，還應有較大的擺動幅度。這對于提肩拔腰動作和雙腳離地瞬間的身體重心高度都有影響。需要注意的是，臂的擺動幅度并非越大越好，但一般雙臂的肘關節不應低于肩關節，這樣才能形成有力的擺動和制動，提高起跳效果。
2.騰空階段技術分析
當雙腳離地瞬間起跳動作完成，人體便以初速度V進入斜拋的騰空階段。當人體重心達到最高點開始下降時，上體要積極下壓，同時雙臂也應迅速向前下方擺動，并同時收腹舉腿，同時為落地動作做好積極的準備。這不僅要求學生有積極的落地意識，還要求其有較強的腰腹肌力量。
3.落地階段技術分析
當雙腳與地面接觸瞬間，身體各相應關節應進行積極的屈曲緩沖，雙臂積極向后下方擺動并積極制動。當人體通過下肢與地面相互作用時，下肢各關節肌肉雖積極收縮，但由于重力的作用，仍被拉長作離心收縮，完成退讓工作。由沖量定理可知，Ft=mv，F=mv /t，mg為人體體重是定量，因此若想減小人體落地時對地面的沖擊力，就必須延長力的作用時間。這種緩沖動作對于動作的順利完成及人體保護有重要的作用。
（三）立定跳遠的學、練法分析
1.踝關節的力量及柔韌性學、練
通過力學及技術分析，我們可知道踝關節雖然相對于髖關節和膝關節是小關節，但它的力量及柔韌性對立定跳遠同樣有著非常重要的作用。
（1）僵尸跳：這主要是用來發展踝關節、小腿和足弓肌群的肌肉力量。雙手叉腰或自然下垂，髖關節和膝關節伸直，主要以踝關節的屈伸來完成動作。要求：兩腳左右開立、平行向前，等于或略小于肩寬，起跳時踝關節盡最大幅度伸展，落地時用前腳掌著地屈踝緩沖，接著再跳起，每次練習50-60次，練習4-5組。
（2）單腳僵尸跳：發展小腿、腳掌和踝關節力量。上體正直，膝部伸直，單腳向上跳起。跳時主要是用踝關節的力量，用前腳掌快速蹬地跳起，離地時腳面繃直，腳尖向下。原地跳時，不規定跳的次數，以踝關節發酸為準，然后換腳。每次練習重復4-5次。
（3）跪膝：此項練習在游泳初級訓練中較為多用，主要用來發展踝關節柔韌性。要求雙膝、雙踝靠攏跪于地面，臀部坐于雙腳后跟之上。每次練習3-5分鐘。
2.膝關節技術、力量及擺臂配合學、練
膝關節是人體大關節，其力量的強弱直接影響著學生的立定跳遠成績。
（1）蹲跳起：主要發展腿部肌肉和踝關節肌肉力量。雙腳左右開立，腳尖平行，等于或略小于肩寬，屈膝向下半蹲（膝關節角度最好等于90°），肘關節角度約120°，兩臂自然后擺，起跳時兩臂迅速有力地向前上擺，肘關節不低于肩關節，當腳尖等離地面時迅速制動，起跳時兩腿迅速蹬伸，使髖、膝、踝三個關節充分伸展，身體成一直線，最后用腳尖蹬離地面向上跳起，落地時用前腳掌著地屈膝、曲踝緩沖，接著再跳起。每次練習25—30次，重復3—4組。
（2）連續蛙跳：主要發展下肢肌肉力量、起跳技術及上下肢的協調蹬擺能力。雙腳左右開立，腳尖平行，等于或略小于肩寬，屈膝向下半蹲，當膝關節下蹲至90°時開始蹬伸發力準備起跳，肘關節角度約120°，下蹲時兩臂自然后擺，起跳時兩臂迅速有力地向前上擺，擺動幅度為肘關節不低于肩關節，當腳尖蹬離地面時迅速制動，起跳時兩腿迅速蹬伸，使髖、膝、踝三個關節充分伸展，身體成一直線，最后用腳尖蹬離地面向上跳起，落地時用全腳掌著地屈膝、曲踝緩沖，當膝關節緩沖到90°時，雙臂擺至身體后下方，接著再跳起。每次練習10跳，重復3組。開始對遠度不提出過多要求，主要以練習上下肢的協調技術為主，因為動作技能的形成是一個復雜的、鏈鎖的、本體感受的過程，只有在技能形成后，才能逐漸提高強度，打破動作平衡，重新建立動作平衡。
（3）跳伸練習：主要發展大腿肌肉退讓性工作能力。雙腳平行站立于約50cm的臺階上，向前下方跳出，雙腳落于小墊子上屈膝緩沖，當膝關節被動屈曲至90°時雙臂由前上方擺至身體后下方，同時快速蹬伸、擺臂向前上方跳出，要求下肢三關節完全伸直，肘關節擺至肩關節上方，突然制動。每次練習6—8次，重復3—4組。膝關節這種退讓性工作能力增強，可以提高起跳時下蹲的速度，使退讓性工作肌群產生更大的彈性勢能，縮短起跳時間，從而獲得更大的初速度，提高學生立定跳遠成績。
（4）啞鈴擺臂：主要發展上肢及肩帶力量。手持啞鈴肘關節成120°，雙腳成左右前弓步前后擺臂，要求擺動幅度要大，每組練習50—60次，重復4—5組；兩腳尖平行等于或略小于肩寬左右開立，雙手持啞鈴從體側至雙臂水平再至兩臂肩上舉，每組練習30次，重復3組。
（5）手持啞鈴雙腳左右開立跳：主要發展踝關節、肩帶力量及上下肢協調能力。兩腳開立至少大于肩寬，開立時雙臂擺至水平，并攏時擺至體側，要求動作連貫，節奏感強。每次練習30—40次，重復3—4組。
3.起跳角度及落地技術練習
圖2
實踐中我們發現，學生起跳角度幾乎沒有過大而都是偏小，為了糾正學生的這一錯誤動作，教師可利用小墊子來提高學生的起跳角度，如圖2所示。小墊子斜面與地面成42°角，要求起跳時身體成一直線與墊子平面平行，當身體重心達到最高點時收腹舉腿，積極準備落地動作。為了能夠更好地完成收腹舉腿動作及意識，我們應盡量讓學生采用跳遠中的滑坐式落地方式，有小墊子的保護，這種落地方式已成為可能。
四、結語
通過立定跳遠的生物力學分析，我們得知影響立定跳遠成績的主要因素是下肢三關節肌肉力量及蹬伸幅度、起跳角度及上肢擺臂技術。有了理論指導，我們便可以有針對性地進行學、練，從而提高練習效果。
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篇7
1一體化仿真平臺總體方案
1．1平臺概述為開展長期太空飛行環境下航天員作業能力變化規律分析，本文建立了航天員空間操作人因分析一體化仿真平臺。該平臺通過將一個具有物理人體測量特性的虛擬人與可計算的認知模型及生物力學模型聯系在一起［7］，用虛擬人代替真實航天員，對航天員完成特定太空操作任務的腦力負荷、生物力學操作和任務績效進行預測和分析。虛擬人作為人的與系統進行交互，構成人及操作環境的集成，實現人在回路外的計算機仿真(HOOTL)，其目的是取代耗時的被試實驗而對任務和系統設計進行早期快速評估。由于人在回路外的仿真實驗中用模型代替人，降低了人的危險，大大的提高了實驗分析的效率，縮短了研究周期，節省了研究經費。
1．2平臺體系架構航天員空間操作人因分析一體化仿真平臺整體分為三層，用戶界面層提供整個平臺的綜合調度和管理，用于任務參數和資源輸入、模型參數配置及下層功能的調度;功能實現層包括認知仿真、生物力學分析、績效分析、三維可視化，多模型融合通信和數據庫管理系統，主要用于認知決策過程仿真、人體生物力學仿真、工作負荷預測、績效分析和任務過程可視化。底層平臺硬件層通過集群系統為平臺提供高性能計算能力，用于骨應力等有限元分析計算。其系統結構如圖1所示。整個平臺軟件系統主要包括平臺調度管理軟件、認知仿真軟件、生物力學仿真軟件、績效分析軟件、三維可視化軟件、多模型融合通信和數據庫接口軟件。調度管理系統軟件是平臺主調度界面，用于任務參數和資源輸入、模型參數配置及下層功能平臺的選擇和調用。認知仿真軟件實現認知思維過程的仿真。生物力學分析軟件完成操作作業中人的生物力學特性仿真。績效分析軟件的功能是將完成具體任務的作業績效采用圖形、曲線、圖表等多樣的可視化方式表示出來，并對績效仿真結果進行評價和分析。三維可視化軟件將載入作業任務三維場景，根據任務流程實時可視化表現任務過程。網絡通訊接口軟件實現平臺上各個模塊間的數據共享和網絡通訊。數據庫軟件用于記錄仿真執行時生成的數據，支持配置數據表、添加、修改、刪除、查詢、瀏覽等數據處理功能。航天員空間操作人因分析一體化仿真平臺將代替真實航天員，組成人在回路外的仿真系統，開展太空操作航天員認知決策和作業能力預測與分析試驗性研究。
1．3平臺工作流程平臺運行時的仿真流程如圖2所示。通過平臺調度管理軟件進行仿真任務的任務參數及仿真模型參數的初始化配置，并控制各個軟件的仿真進程。認知仿真軟件和生物力學仿真軟件根據初始化參數進行模型計算，實時結果數據用于績效分析軟件的在線分析與監視，需要大運算量的后期處理數據將存儲在平臺仿真數據庫中用于績效分析軟件的離線分析處理，同時這兩個軟件將通過驅動指令控制作業任務三維可視化軟件對整個任務的過程進行三維可視化的顯示。
2平臺主要部分實現
2．1平臺調度管理軟件平臺調度管理軟件是人機交互主調度界面，用于對平臺其他軟件的調度、監視和管理。提供作業任務描述和模型參數輸入功能，用戶可以選擇任務類型進入任務描述界面，對任務參數，如對接起點位置、路徑、時間等進行選擇，對認知、績效等模型參數進行配置。任務配置界面見圖3。平臺調度管理軟件具有任務仿真、模型修改、數據管理和仿真回放4個功能模塊，任務仿真模塊實現對作業任務的創建、配置、執行、修改和刪除。模型修改模塊實現人的特性參數配置、認知模型配置、生物力學模型配置和系統參數配置。數據管理模塊實現每次任務仿真結果數據的瀏覽、導出及刪除等管理功能。仿真回放可依據已記錄在數據庫中任務仿真結果實現任務過程的仿真回放。為增強平臺的易用性，平臺調度管理軟件以人的特性為中心組織仿真的配置和參數的設置，將與人相關的認知參數和生物力學參數組織至每個人的個體數據結構中，將認知模型和生物力學模型中與人無關的通用模型參數或系統數據另外組織起來，在每次仿真調度開始時只需要簡單設置是任務的初始參數和執行任務的虛擬人。為了實現整個平臺的開放性，通過軟件設計方法，實現了軟件界面的動態生成，像仿真任務調度，任務初始化參數設置，仿真模型參數修改等軟件界面都是由XML配置文件生成，當界面需要增加新的參數時，只需修改界面配置文件，就可以實現軟件界面的更新，而不必重新修改和編譯軟件代碼。
2．2認知仿真軟件平臺采用了Cao等［8］提出的ACTR-QN認知體系架構建立了人腦手控交會對接認知模型。ACTR-QN認知體系結構由感知、認知和動作3個子網絡組成。感知子網絡包括視覺和聽覺模塊;認知子網絡包括產生式模塊、說明性知識模塊、目標模塊和各類緩沖器，產生式模塊與緩沖器進行信息交互，實現模塊間行為的調節和信息的處理;動作子網絡包括手動模塊和語言輸出模塊［9］。ACTR-QN認知建模就是將人的認知行為過程映射到ACTR-QN認知結構體系的各個模塊，實現人腦的認知行為過程仿真，一個個認知行為任務在QN-ACTR系統中循環執行，最終模擬完成整個認知行為。平臺在基于離散事件仿真工具軟件MicroSaintSharp(MSS)上構建了ACTR-QN認知網絡圖。認知結構包括視覺、聽覺、中央處理、記憶與運動組塊等，在各模塊中融合太空操作認知規律的仿真過程，通過觀察各認知模塊的運行狀態，實現認知過程的可視化。
2．3生物力學仿真軟件生物力學仿真軟件通過新鮮尸體骨力學性能測試實驗結果、CT掃描圖像數據、骨密度測試數據以及長期臥床試驗肌肉體積、肌電、最大肌力等測量數據，結合數學模型、數值模型與計算機軟件開發技術，建立包含骨肌系統運動學動力學仿真分析模塊、航天員典型動作的運動學動力學參數數據庫模塊、操作能力變化的預測模塊、骨骼肌肉應力分析和骨折風險預測模塊等，實現航天員長期在軌飛行肌肉骨骼工作能力變化規律的預測。
2．4融合通信系統融合通信系統根據平臺各模型間對數據的交換方式，支持同步集成和異步集成兩種方式。同步集成采用實時局域網網絡通信，實現上采用UDP組播通信，完成仿真參數配置、仿真流程控制、關鍵仿真數據及結果的實時交換及作業任務三維動畫驅動等功能;異步集成采用數據庫方式，使用Oracle11g數據庫，局域網絡連接方式，完成仿真輸入參數和仿真計算結果統一的管理和存儲，提供數據回放功能，支持仿真數據的離線績效顯示與分析。網絡接口軟件針對異構模型的并發處理特點，研究多模型交互融合系統的實時集成機制，開發了基于多通道組播的實時數據通信模塊，該模塊將平臺軟件之間的數據交換分為三層:應用層、數據層、通信層。應用層為上層軟件及模型，它只需依據數據名稱訪問和更新數據，不用關心數據的來源及復雜交換過程，數據層建立了數據池表及管理模塊，負責數據的建立、交換和維護;通信層只用負責在多個通道上傳送數據。通過XML可對模型之間數據交換的通道、數據報文、數據分組、數據名稱進行任意配置。即平臺中要增加一個新軟件、模型，或者模型生成一組新的數據，只要在配置中進行修改，整個平臺的上層軟件就都可以得到和訪問這些新加數據。
2．5負荷績效分析軟件平臺的負荷與績效數據來源于3個部分:外部模擬器系統、認知仿真軟件和生物力學仿真軟件［10］。平臺在MSS的Network下構建了ACTR-QN認知網絡圖［11］，通過對認知仿真過程中各組塊資源時間占有率的計算，實現對感知、認知和動作作業負荷預測，在仿真過程中通過對組塊工作狀態的顯示，實現認知占有率的實時顯示。而生物力學分析軟件仿真產生的運動學、動力學、肌肉力與骨應力等指標用于生物力學績效的分析。任務負荷績效分析預測軟件對這些仿真結果數據通過在線或離線的方式進行可視化分析，提供柱狀圖、折線圖、表格及動畫等多種形式實現績效預測結果的可視化，并通過對比負荷與績效指標，實現操作人員的個性化評價。
2．6三維可視化軟件通過對作業任務場景的三維建模工作，建立航天員、空間實驗室、軌道艙及返回艙等作業人物及環境模型，基于OGRE開源引擎開發了作業任務三維可視化軟件，構建并加載虛擬航天員和虛擬工作場景模型，實現航天員手控交會對接、開艙門和搬生物等作業的三維圖形可視化表現，而作業過程則由認知仿真軟件和生物力學仿真軟件實時驅動。
3實驗與驗證
3．1實驗設計本文選用太空飛行中人控交會對接任務作為用例［12］，該任務是一個典型的認知仿真任務。在人控交會對接任務中，航天員通過圖形、數字和靶標圖像等測量信息判斷追蹤飛行器與目標飛行器的相對位置、姿態等運動情況，并通過操作控制手柄，控制追蹤飛行器完成與目標飛行器的對接。目標航天器靶標圖像信息是航天員進行手控交會對接最主要的觀察信息，即通過電視攝像機將目標飛行器對接口下方的十字形靶標的圖案顯示在屏幕上，航天員據此信息確定追蹤飛行器與目標飛行器的相對位置和相對姿態，通過操縱手柄對追蹤飛行器進行姿態控制和平移控制，直至對接成功。試驗的框架如圖4所示，一體化平臺中的平臺調度管理軟件、認知仿真軟件和作業任務三維可視化等軟件與真實的便攜式手控交會對接模擬器連接起來，用開發的MSS插件實現認知模型對模擬器電視圖像的信息感知，并開發了控制手柄模擬程序，實現認知模型對模擬器手柄的控制，平臺模擬一個虛擬的航天員，進行人在回路外的手控交會對接任務。根據前面對ACTR-QN體系的描述，建立了手控交會對接認知行為模型，在模型中，手控交會對接任務是在不斷完成基本任務后而得以實現，這些基本任務包括觀測、決策和控制［13］。觀測任務是通過視覺模塊連續感知外部信息，通過視覺緩沖把收集信息送入產生式模塊;在產生式模塊中，經過查詢與過程性知識匹配的信息則觸發一條產生式;決策任務則通過觀測到的信息，查詢得到匹配并通過目標模塊的目標內容，觸發一條或多條產生式，將執行結果送入運動緩沖，通過操作模塊執行完成決策下達的任務。三類任務在QN-ACTR認知中央加工處理器中按順序執行，形成認知與行為過程的反復循環。
3．2實驗結果及分析任務過程三維可視化軟件運行時界面如圖5所示，構建并加載虛擬航天員和虛擬工作場景模型，實現航天員手控交會對接作業過程的三維圖形可視化表現，其中航天員手部操作動作與ACT-QN中動作模塊的輸出同步。認知仿真軟件運行時的界面見圖6，在仿真中通過對ACT-QN各個模塊的實時閃爍，觀察認知模塊的運行狀態，實現認知過程的可視化。在本文中通過任務完成時間、燃料消耗、位置和姿態等指標實現任務績效預測。實驗中基于ACTR-QN模型成功在訓練用模擬器上完成了兩軸控制的手控交會對接任務，能在各種初始條件下實現兩飛行器的成功對接。圖7是實驗中平臺軟件模擬的虛擬人與真實操作人員控制實現兩飛行器在20m距離對接過程的Y軸和Z軸偏差對比，其中虛線是平臺軟件控制的對接過程偏差曲線，實線是操作人員的實際操控曲線，通過對比可以看出，基于軟件模型的對接策略及認知仿真實現了與人基本一致的控制曲線及變化趨勢。本實驗針對太空飛行中人控交會對接任務進行了平臺的認知仿真試驗驗證，平臺與真實訓練模擬器的交互、對接任務的完成情況及認知仿真結果的分析都達到了預期的目標。通過實驗證明了平臺設計時基于離散事件仿真工具軟件上構建的ACTR-QN認知模型在運行效率、可擴展性和可視化能力都具有優勢，完全可實現與航天訓練用模擬器系統的實時協同仿真。實驗過程中融合通信系統配置靈活、簡便，在單機及聯網等各種情況實現了平臺各軟件間的數據交換需求，沒出現任務通信問題，穩定可靠，具有較強的多模型、多系統交互支撐能力。作業任務的三維可視化可實時直觀的監視任務進程，并可在前期用于認知模型中任務策略的調試和改進。任務仿真的結果數據分析也表明平臺通過認知仿真軟件的認知模型模擬的虛擬航天員可實現了與真實操作人員基本一致的控制曲線及變化趨勢，進一步證實了所建立平臺的實用性和有效性。
4結論
篇8
胸腰段后凸畸形的病因主要有先天性脊柱畸形、胸腰段脊柱骨折、強直性脊柱炎、Scheuermanns病、老年性脊柱后凸、脊柱結核椎體破壞、椎體腫瘤、軟骨發育不全等〔1、2〕，除了脊柱本身的因素外，胸腰段后凸畸形可由腹部腫瘤引起〔3〕。脊柱曲度正常時，身體重力線應通過各節段生理彎曲的交界處。胸腰段以上重心位于胸椎的前部，胸腰段后凸畸形所造成的成角的或短弧形后凸畸形使損傷平面以上軀體的重心更趨前移，必將進一步加重后凸畸形〔4〕。隨著我國進入老齡化社會，胸腰段后凸畸形的患者不斷增多，胸腰段后凸畸形常出現局部不穩定，脊柱支撐功能喪失，從而引發腰痛，且多并發上腰椎的失穩及加速腰椎間盤退變，從而給患者造成極大的痛苦，有些患者通過保守治療無效，常需要手術治療，給患者家庭和社會造成了巨大的負擔。下面筆者就目前國內外胸腰段后凸畸形影響腰椎諸節段矢狀面穩定性的研究情況進行綜述。
1 脊柱胸腰段及腰骶椎的解剖及生物力學特點
胸腰椎移行部與腰椎及腰骶椎相比其形態和生物力學特性大不相同。該部位是后凸的胸椎與前凸的腰椎的移行區，生理弧度變直，這一區域恰好位于活動度較小、穩定性較強的胸椎與活動度較大、穩定性相對較差的腰椎之間；T11、12肋骨為浮肋，抵止在相應的椎體上而不是椎體間，不參與垂直載荷；從T10～12L1關節突關節的關節面的傾斜則發生很大變化，即左右旋轉和左右側屈的ROM大大降低，而前后屈曲ROM較胸椎明顯增大；正常情況下，該部脊柱前方的垂直載荷分擔率遠遠大于后方。在T11及T12胸椎，上關節突表現為胸椎上關節突的形態特征，而下關節突的形態特征卻與腰椎相近，其前、后方無胸肋關節和肋橫突關節的加強，且僅與一個椎體相關節，這些均構成了胸腰椎容易損傷的解剖學基礎〔5〕。因此，脊柱的壓縮性或爆裂性骨折常發生在胸腰段，從而造成胸腰段后凸畸形。從胸腰椎至腰骶椎，前后屈曲ROM逐漸增大，腰骶椎髂腰韌帶的存在使該部位的運動和穩定性與L4、5以上有所不同〔6〕。
Abumi等〔7〕通過人尸體腰椎節段的破壞模型證實，棘上韌帶、棘間韌帶損傷甚至雙側關節突關節內側半部分切除難以造成腰椎失穩，而單側或雙側關節突關節完全切除則可導致椎間旋轉和屈曲的失穩。椎間孔部的減壓易導致關節突間（峽部）的分離。單側時由于有椎弓的存在，兩側關節突關節還可發揮其功能。
2 目前利用動物脊柱標本進行的生物力學研究
王新偉等〔8〕利用出生1周以內的小牛胸腰椎新鮮標本，研究了小牛胸腰椎前路模型中的相關解剖，并與人體相關數據進行比較，發現：與人體相比，小牛脊柱椎體及椎間盤更接近圓柱狀，椎間盤高度占脊柱高度的比例更大。又進行了生物力學實驗，測試屈曲、伸展及側屈狀態下的載荷-應變、載荷-位移關系、最大載荷時的應力強度及屈曲、伸展、側屈及扭轉狀態下的軸向剛度，最后進行極限力學性能測試。發現出生1周內的小牛胸腰椎標本在人生理載荷范圍內，呈線形變化，與人體一致。
王向陽等〔9〕收集12具新鮮豬T10～L4節段胸腰椎脊柱標本，制造不同程度前中柱骨折模型，分為2組，分別安放椎弓根螺釘內固定器和內固定加前路植骨重建，每種狀態依次在CMT4104多功能力學試驗機上進行軸向壓縮和前屈壓縮測試，分別計算每組的完整標本、骨折內固定標本和植骨內固定標本的軸向壓縮剛度和前屈壓縮剛度。發現：胸腰椎前中柱骨折后經椎弓根螺釘系統固定不能使其恢復至原來的力學性能，椎體骨折累及范圍越大，固定后力學性能越差；前中柱重建是減少后路內固定器械承載的關鍵。
周有禮等〔10〕利用羊的整條脊柱標本，對胸腰椎爆裂骨折后的局部載荷進行了研究。發現：在胸腰椎結合區域有較大的應變值表示該區域局部所承受的力量較大，在實驗上脊柱承受牽引時，在胸腰椎接合之區域會承受較大的拉力。
3 利用在體動物模型進行的研究
Oda等〔11〕利用在體羊脊柱腰段后凸畸形模型，研究脊柱損傷和后凸畸形對相鄰運動節段的影響，他們將活體羊分為對照組、L3～5原位融合組及L3～5Cobbs角為30°的后凸畸形融合組，進行了影像學、生物力學及組織學的研究分析，結果證實：脊柱后凸畸形導致頭側鄰近節段的后方韌帶復合結構的前凸性攣縮；L2椎板在屈伸活動下所承受的應力在后凸畸形組更為明顯，提示更多的載荷轉移向后柱；后凸畸形組鄰近的頭側關節突關節有明顯的退變性骨關節病改變，鄰近的尾側關節突關節亦有輕微的退變性骨關節病改變，而在原位融合組退變輕微。
Nielsen LW等〔12〕利用幼年豬制作了Scheuermanns病的脊柱后凸畸形模型，利用病理學、放射影像學、血液生化等方法進行研究，發現豬的Scheuermanns病胸腰段后凸畸形模型，與人Scheuermanns病導致的胸腰段脊柱后凸畸形有可比性。
Lowe TG〔13〕等利用未成年羊的Scheuermanns病模型，進行了一項在體實驗，他將羊的胸腰段至下腰椎用椎弓根釘和聚乙烯繩在后面進行拴系，不融合，進行了13個月的觀察后，處死羊，取其脊柱進行生物力學研究，發現模型矢狀面上的非融合調整，能有效地減少椎體楔形變的程度，此方法可能成為治療青少年Scheuermanns病的一種可行辦法。
4 利用人的尸體新鮮脊柱標本進行的研究
Birnbaum等〔14〕利用11具新鮮尸體軀干標本（含胸廓），制造了胸椎后凸畸形模型，對前路松解前、后的矢狀面矯形效果進行了解剖學及生物力學研究，結果發現：單純前路松解（開放或經胸腔鏡輔助）矯形效果良好，且能有效地改善矢狀面平衡。
趙必增等〔15〕利用新鮮尸體胸腰椎標本，探討了椎體成形強化后對鄰近椎間盤、椎體的力學影響，發現強化椎體后，對鄰近椎體造成的應力集中很小，而對鄰近椎間盤有一定的影響。
5 利用三維有限元分析進行胸腰段后突畸形研究
有限元素法（FEM）是一個求偏微分方程式的數值方法。隨著個人計算機功能的完善，有限元素法的使用也越來越簡單，在醫用生物力學方面應用更是越來越普遍〔16〕。
Liebschner MA等〔17〕對19例人的尸體胸腰段椎體標本進行CT掃描，建立三維有限元模型，進行有限元分析；同時對標本實體進行解剖學測量以及生物力學試驗分析，最后將二者測得的數據進行對比研究，進行統計學分析，發現：用恒定0.35層厚和457 MPa有效模量，結合CT重建的椎體幾何模型與骨小梁特性，進行椎體外殼的建模，能精確的預測整個椎體的生物力學特性。
程立明等〔18〕就胸腰段后突畸形對相鄰椎間盤力學影響進行了三維有限元分析研究。他們選取結構正常的脊柱作為實驗材料，通過CT掃描獲取脊柱的二維圖像，然后進行三維重建，轉化為有限元模型（FEM），利用Free Form成形軟件構建胸椎后凸畸形模型，分別對正常結構和胸椎后凸的脊柱有限元模型進行載荷試驗，分別比較椎間盤和小關節應力分布情況，總結出以下結論：脊柱胸腰段后凸畸形改變了相應椎間盤的載荷應力應變分布，這可能加快椎間盤退變及使后方纖維環易受損破壞。
6 利用影像學進行的臨床研究
Seel EH等〔19〕使用Oxford Cobbometer對椎體骨折導致胸腰段后凸畸形的Cobbs角進行測量，發現與傳統的測量方法相比，其測量的結果更簡便、準確、可行。
吉立新等〔20〕收集12例具備胸腰椎和腰骶椎正側位X線片的胸腰段后凸畸形病例，與20例正常對照組進行相應比較，進行分析研究。發現患病組平均腰椎前凸角度與正常對照組相比有極顯著性差異。患病組單節段腰椎前凸角度以上腰椎變化更為明顯。從而認為：胸腰段的后凸畸形，使病損平面以上軀體的重心更趨前移，增加了致畸負荷，必將進一步加重后凸畸形。為維持直立下軀干重心的平衡，就需要調整頭、頸、胸和腰部的曲度甚至髖部和膝部的位置使重心后移，其中最主要是通過腰椎的前凸加大來實現這一目的。腰段所發生的代償性改變比腰骶段更為明顯，而腰段的代償性改變又更多地集中在上腰椎，而且椎體的后滑移也發生在上腰椎，表明胸腰段后凸畸形對上腰椎有更大的影響。
陳仲強等〔21〕測量14例后凸畸形截骨手術治療前后的胸腰段后凸角和腰椎的前凸角以及椎體滑移情況，對所得結果與正常組進行對比分析。發現：胸腰段后凸畸形可導致腰椎過度前凸及椎體向后方滑移，尤其在上腰椎更為明顯，可能是引發腰背疼痛的重要原因之一：矯正胸腰段后凸畸形可減小腰椎的過度前凸和椎體滑移傾向，可明顯減輕患者的腰背疼痛；前后方聯合截骨更安全，矯正后凸畸形效果更好。
7 問題與展望
綜上所述，對于胸腰段后凸畸形，國內外學者從解剖、動物標本模型、在體模型、人尸體標本模型、有限元分析模型及影像學臨床等不同角度出發，進行了生物力學及其他方面的研究。研究更多的是解剖、標本模型、有限元分析及影像學方面。解剖學屬于形態學范疇，研究歷史較長；動物標本易于取材，但與人的生物力學特性還是有差異的；相對實驗分析而言，有限元分析的優點在于它對分析參數控制的絕對性和簡易性，及完整多樣的結果數據。現階段有限元素分析，必須要配合恰當的實驗數據或臨床現象比對，結合有經驗的臨床及力學人員，有限元素分析才能發揮它最大的功效。而由于受各方面條件的限制，在體動物生物力學模型與人新鮮尸體生物力學模型的研究，國內外報道的很少，尤其是利用人新鮮尸體對胸腰段后凸畸形影響腰椎諸節段矢狀面穩定性進行生物力學的研究，目前國內外尚是一個空白，這方面還有很大的研究空間。 【參考文獻】
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篇9
關鍵詞：推拿手法；手法量化；生物力學分析
Analysis of Manipulation of FootScan Pressure Sensor System Based on the Parameters of Plate
XU Gang，YANG Hua-yuan，LIU Tang-yi，GAO Ming，HU Yin-e，TANG Wen-chao
（Chinese Medicine Engineering Technology and Application Laboratory，School of Acupuncture and Massage， Shanghai University of Traditional Chinese Medicine，Shanghai 201203，China）
Abstract：Objective Through this experiment， massage operation were measured and recorded and related to the change of characteristic parameters of mechanics， and the test results of observation and analysis， will be more comprehensive to clarify massage operation essentials， teaching and assessment for massage， massage the biomechanical study and massage quantification， standardization and standardized research to provide the reference.Methods This experiment using FootScan pressure sensor measuring force plate system， observation group G0， G1， G2， and G3 set of parameters in the process of implementation of tuina manipulation， in order to carry out massage parameter quantitative and standardized research.Conclusion The massage， contact area， frequency， and the power of the force of the cumulative to the discussion of different groups （impulse）， results suggest in terms of certain parameters contrast， between different groups， there are differences between different technique group， prompt the mechanical parameters is an important parameter to massage the biomechanics.In the process of the analysis method of hand pressure， no significant differences between groups， prompt the mechanics parameter is the massage the biomechanics of the secondary parameters.
Key words：Tuina manipulation ； Manipulation quantification ； Biomechanical analysis
推拿手法通常是指指施術者運用自己的雙手作用于病患的特定的穴位或疼痛的地方，并運用推、拿、按、摩、揉、捏、點、拍等形式多樣的手法，以期達到疏通經絡、推行氣血、扶傷止痛、祛邪扶正、調和陰陽的療效。
1 推拿手法的技術要求
1.1中醫推拿手法的評價標準 中醫推拿發展至今，各種手法多樣、門派眾多，但對推拿手法動作的基本要求和評判標準是應具備"持久、有力、均勻、柔和、深透"的特點。 "持久"是指手法能夠持續運用一定時間，保持動作和力量的連貫性。"有力"是指手法必須具備一定的力量，并根據治療對象、體質、病證虛實、施治部位和手法性質而變化。"均勻"是指手法動作的節奏、頻率、壓力大小要一定。"柔和"是指手法動作的輕柔靈活及力量的緩和，不能用滯勁蠻力或突發暴力，要達到"輕而不浮，重而不滯"。"深透"是指每個手法應用完之后，均能使該部位淺層組織和深層組織得到充分放松，即 "滲透"是指手法運用后產生是從淺層組織滲透到深層組織的作用效果，如應使按摩法產生的熱逐漸滲透到深層組織，這稱為"透熱"。
1.2客觀評價方法的研究 從"持久、有力、均勻、柔和、深透"的評價標準來看，主要是在施術者操作時，評判人根據自己的主管判斷，按照這四方面進行推拿手法操作評判，缺乏客觀化依據和定量化評判手段，不符合對推拿手法的進行規范性評判的要求，因此，目前有很多科研工作者在積極開展推拿手法參數的量化研究，如秦杰[1]等開展了在體手法測量系統對滾法的生物力學分析，王繼紅[2]等發表開展淺論手法的量化操作，方磊與房敏[3]進行了手法規范化研究之生物力學進展的分析，羅建[4]等開展了踩蹺法力學參數的對比試驗研究等等，這些都充分說明了開展推拿手法的客觀化評價方法研究的重要性。
2 測量工具與測量內容
本實驗采用比利時FootScan壓力傳感器測力平板（如圖1所示），該測力平板是世界上目前采樣率最高的壓力測試系統之一，目前被廣泛應用于步態分析、平衡分析等運動生物力學領域，糖尿病足、專業運動員定制鞋設計、下肢骨關節疾病等臨床及科研領域。
圖1 FootScan壓力傳感器測力平板系統及采集界面
該系統參數：測力平板面積為40×50cm（每平方厘米有4個傳感器）由USB數據線與計算機的USB口相連，傳感器大小為0.5cm×0.7cm，0.5m長的測力板集成有4096個傳感器，采樣頻率最高達500Hz。
我們通過該系統進行推拿手法參數的測量，主要模擬測量推拿過程中，受試者所受力的大小、接觸面積、作用時間、頻率、壓強、沖量（作用力在時間上的積累）等參數。應用FootScan壓力傳感器測力平板的好處在于：測試平臺可承受較大的負載，測試過程中系統的響應頻率快，同時測試的數據可以圖像化信息顯示，測試過程可以動態實時播放力學參數的變化，這比以往的圖形曲線的顯示更直觀，測得的數據可導出進一步處理等。
3 實驗的主要內容
基于壓力平板系統的推拿手法特征參數的采集實驗設計主要包括施術者的選擇、推拿手法的選擇、測試的步驟等幾個部分。
3.1施術者的選擇 要對推拿手法進行量化分析，在測試過程中需考慮到施術者的年齡、性別、體質、工作經驗等因素，因此為了方便我們實驗的開展，我們僅從工作經驗和性別上進行考慮，選擇無臨床操作經驗的針灸推拿專業男性研究生，有2～4年，5～7年，8年以上工作經驗的男性推拿醫師各5名，四類施術者的操作需嚴格按照下述推拿學教科書中的要求進行，在進行實驗操作前需經一定時間的測試和熟練后，使得每次操作時的手法參數趨于穩定后進行正式的實驗數據采集，以保證手法的力學參數采集的準確性。
3.2手法的選擇與測試要求 在手法選擇上，我們選擇便于實驗測量的手法進行測量，有掌按法、一指禪、滾法等。
掌按法進行單、雙掌操作，分別在吸氣末、呼氣末進行沖擊、不沖擊的測定；一指禪推法選擇左、右拇指羅紋面和雙手羅紋面同時操作進行測定；滾法以第5掌指關節背側吸定于治療部位，用小魚際于手掌背側在治療部位上作滾動的手法，測定滾法操作初始階段、10s、30s不同時間段的接觸壓力，如圖2和圖3實驗測試一指禪和滾法力學參數采集的演示。
圖2 一指禪手法測試示意圖 圖3 滾法測試示意圖
3.3測試的步驟 施術者熟悉操作流程及與測試儀器配合使用熟練后，將操作手掌放置在壓力測試平板上，按照標準操作規程的要求進行推拿手法操作，同時由實驗人員進行實時檢測、記錄測試過程中施術者手掌與壓力平板之間的壓力情況，計算機實時采集每次按壓手法的測量力的大小、接觸面積、作用時間、頻率、壓強、作用力在時間上的積累（沖量），及最大壓力、接觸面積、最大壓強、平均壓強。如圖4～圖6所示，采集掌按法受力參數的實驗演示圖。采集完成掌按法后，依次完成滾法、一指禪法法采集，每人每種手法采集前均經一定時間的測試和熟練后進行，每種手法采集共3次，保留個人覺得操作最好的1次手法記錄進行數據分析。
4 分析與討論
推拿手法操作作為一項臨床操作性極強的技能，由于種種原因，推拿手法的教學與實踐多師傳口授得以進行， 通過對推拿基本操作手法時的語言描述、口頭闡述、教師示范、學生則在領會理解的基礎上，對砂袋練習或相互演練為主，這使得整個教學過程，缺乏直觀、定量的衡量方法及準則，影響了學習者對手法操作自身的力學特征及引起的力學變化的理解，正是由于不同學習者的領悟和理解不同，使得不同學習者間實踐操作水平有明顯差異。
通過對計算機實驗數據分析發現，無臨床操作經驗的針灸推拿專業男性研究生（G0組），有2～4年（G1組）、5～7年（G2組）、8年以上工作經驗的男性推拿醫師（G3組）的推拿手法分析發現：在推拿手法的作用力方面，四組操作者中，尤其在滾法和一指禪法中G3和G2組與G0組與G1組存在明顯差異，G3組與G2組無明顯差異，但在掌按法差異，表現不明顯。從壓力的峰值來看，無明顯統計學差異，但G3同其他組別相比較而言，其手法參數力學最高值及最高值±10%的壓力值在整個手法操作過程中持續時間較長，力學參數大小變化較小。而其他組別最高值大小有超過G3組的情況，但手法參數力學最高值及最高值±10%的壓力值在整個手法操作過程中所長時間明顯低于G3組，這說明G3組的持久、有力明顯優于其他組別。
在手法的接觸面積方面，推拿手法的接觸面積與操作著的手掌有一定關系，幾組操作者中最大作用面積無統計學差異，但在滾法中G2組與G3組的滾法操作中最大面積與最小面積的差值相對其他組別有明顯差異。
在手法的作用頻率方面，G0組和G1組、G2組G3組相比，三種手法中滾法的作用頻率明顯高于其他組，有明顯統計學差異。掌按法操作時這種差異表現不明顯，無統計學差異。
在手法的壓強方面，四組內三種不同手法數據分析，暫無明顯規律，但在作用力在時間上的積累（沖量）方面，G3組明顯優與G0組，略高于G2組，G1和G2組差異性不大，這也說明，沖量（I=Ft）反映了推拿過程中推拿手法的作用力在推拿時間的效應積累，即推拿的及時效應。
5 本實驗的意義
通過本實驗的測量與數據分析，對不同的施術者的推拿手法，能客觀的闡釋生物力學參數信息，歸納施術者推拿手法參數特點。同時，另一方面也可以用于推拿手法的實踐教學，學習者觀看專家的推拿手法操作曲線及作用面積范圍的動態變化圖片，自己在學習過程中進行對比學習，實現與專家手法力學參數的吻合。若今后借助三維動作圖像采集與分析軟件，在采集推拿過程中的力學參數同時，可以進一步進行推拿手法操作的三維動作解析，將更全面的實現推拿手法操作要領的闡明。由此可見，本實驗開展為探討推拿手法客觀量化描述及專家手法力學數據庫的建立提供了一條新的思路。
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篇10
【關鍵詞】短跑技術；生物力學；放松技術；緩沖；擺動支撐
一、放松技術的概念
短跑是在人體大量缺氧狀況下持續高速度跑的極限強度運動。肌肉力量的大小取決于肌肉中肌纖維的數量、單個肌纖維的收縮力量、肌纖維收縮前的初長度等參數。高速跑中的放松技能就是擺動技術和擺動力量的發揮與利用，它是短跑技術的核心，是高水平短跑運動員提高運動成績的主要因素。
放松技術是一個抽象的概念，并不是指某種單純的技術動作，而是多種因素在短跑運動中綜合作用，是多個環節緊密結合形成的一個體系。根據力學的原理，可以把人體所承受的運動負荷量的大小作為衡量緊張與放松的標準。放松技術所體現的是運動員所具有的能力。運動員只有達到相當的能力，才能在運動過程中形成正確的技術動作。美國的學者朱·維蘇茨金對50名較為優秀的短跑運動員進行實驗研究，其研究結果也有力地說明了短跑技術中肌肉放松能力對提高短跑運動成績的作用。
二、肌肉放松的生物力學分析
人的肌肉力量雖然經過訓練可以在一定程度上有所提高，但其幅度是有限的。而肌力對某一軸的肌力矩也是在一定范圍內的。當肌力矩一定時，減小肢體的轉動慣量，可以增加轉動的角速度。在短跑運動中，從腿后蹬結束腳離地開始的屈膝前擺，是以髖關節為軸的擺動。在屈膝時，充分放松伸展股直肌、股外側肌、股中間肌，就更有利于股后群肌做向心收縮工作，使小腿靠近大腿折疊，縮短了向前擺腿的距離，使整個下肢繞髖關節軸的轉動慣量減小，從而提高下肢前擺的角速度，增加步頻。步長是在左右腳著地點之間在運動方向上的距離，它由著地距離、騰空距離及后蹬跟離三部分組成。從跑的技術原理分析，較小的著地距離可增大著地角，使緩沖階段時間較長，緩沖動作充分，減小著地后的阻力及阻力沖量，有利于跑速的發揮。在大腿擺動階段的屈膝前擺完成后大腿下壓，先伸髖關節，再伸膝關節。要使腿積極下壓，就要充分放松屈髖肌群的骼腰肌、股四頭肌、闊筋膜張肌等，使伸髖的臀大肌等快速收縮完成向心工作。同時膝關節也要強調肌肉放松，股四頭肌輕微收縮。這樣能使腳落地點靠近身體重心垂線，減小著地距離，增大著地角。從而最大限度的減小由于腳著地所產生的制動力，加快跑速。
三、放松技術的作用
第一，肌肉放松能提高速度耐力
短跑是極限強度運動，運動員除具有良好的速度和保持高速度的能力外，還必須使短跑動作協調放松。在短跑中，當主動肌和對抗肌的活動協調一致時，就能以較快的速度去克服外周阻力，同時，也減少了它們之間的內阻力，推遲疲勞的出現。
第二，放松技術能增大肌肉收縮的力
短跑放松能力強的運動員，肌纖維參加活動的百分比可達90%，而放松能力弱的人只有60%的肌纖維參加活動，由此可見在收縮力量上存在著很大差異。而肌肉放松與肌肉收縮前的初長度的關系更為密切，肌肉越是放松，肌肉就越容易被拉長，肌肉的初長度越大，則肌肉的收縮力量就越大。反之，肌肉處于緊張狀態，肌肉就難以拉長，肌肉的初長度越短，則肌肉的收縮力量就小，所以肌肉的協調放松能提高肌肉的收縮功率。
第三，放松技術能提高中樞神經系統的靈活性
如果運動員在短跑比賽中，追求高步頻提高速度，而不積極發展動作幅度，許多附加神經沖動以高頻率傳導到中樞，會引起大腦皮質的高度興奮。這樣經過短暫時間后，頻率下降，越跑越累，全程跑的后程速度難以提高。正因如此，放松跑技術有利于神經系統興奮與抑制的轉換速度和靈活性提高，使全程速度得以發揮。
第四，放松技術可提高耐受乳酸和消除乳酸的能力、提高三磷酸腺昔的合成能力
在短跑中肌肉快速收縮需要的能量是三磷酸腺昔的分解所提供的而肌肉中三磷酸腺昔儲備是非常有限的，維持的時間僅幾秒鐘，這樣必須在肌肉兩次收縮間，即肌肉放松的時間內進行三磷酸腺昔的再合成。因此提高肌肉的放松能力，能促進血液循環，使肌肉中的血流量增加，給肌肉輸送大量的氧氣，保證三磷酸腺昔的再合成。
四、結語
體育運動本質上與人體生理結構緊密相關，從生物力學角度研究體育運動的規律是必然的趨勢。對短跑技術的科學研究必將進一步促進其發展。而且應該看到，在不斷的改進完善下，短跑技術也日漸趨于規范化和合理化。短跑技術的規范化主要是指跑的技術動作結構更加符合運動解剖學和運動生物力學的原理，使短跑技術表現出效率化和節省化；合理化上表現為：更加重視擺動技術、騰空與支撐時間之比更趨合理等。
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