人体生物力学的研究方法范文
时间：2023-11-23 17:52:51
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篇1
【关键词】体育教学； 运动生物力学； 积极作用
1 前言
在体育教学中，为了提高体育教学成果，应加深对运动生物力学的研究，积极利用运动生物力学，提高体育教学质量，促进体育教学发展，为体育教学提供有力的支持。基于这一认识，我们应对运动生物力学引起足够的重视，应结合体育教学实际，发挥运动生物力学的积极作用，推动体育教学的全面发展，满足体育教学发展需要。为此，我们应对运动生物力学发展历程、开展运动生物力学研究的作用及运动生物力学在体育教学中的作用进行深入研究，提高研究质量，保证了体育教学的开展效果。
2 运动生物力学发展概述
运动生物力学研究是以体育动作为核心， 运用人体解剖学、人体生理学、力学的理论与方法， 研究人体运动器系的生物力学特性和人体运动动作规律， 并根据影响人体运动的内部和外部条件寻求人体运动技术的合理性和更佳化， 以及训练手段的有效性， 为发展运动能力提供理论依据。近几十年来， 国际运动生物力学发展较快， 新材料和计算机的运用使生物力学的测试手段向自动化、准确化和快速化的方向迅速发展。学科间加强了渗透和协作， 使生物力学的知识体系更加完善。在人体结构的研究、测试方法和手段、测试数据处理的速度与准确度、研究的深度与广度等方面都具有较大程度的提高。例如在图像采集与分析技术由于近期的不断突破， 已经逐步趋于完善， 这为运动生物力学走向体育实践， 实现运动训练的可视化和快速反馈作好了准备。美国科罗拉多州奥林匹克中心生物力学实验室为美国国家田径队进行现场图像采集与图像分析， 帮助运动员增强运动本体感受并改进技术， 效果良好。我国自年成立运动生物力学分会至今， 科研活动已经开展了余年并取得了一定的成绩。
3 运动生物力学研究的作用分析
从目前运动生物力学的研究情况来看，开展运动生物力学研究是十分必要的，运动生物力学研究的作用主要表现在以下几个方面：
3.1 运动生物力学研究对明确运动原理有着重要作用
从运动生物力学的研究内容来看，运动生物力学对运动原理进行了深入研究，提高了运动原理的研究效果，促进了运动原理取得积极效果。所以，运动生物力学研究对明确运动原理具有重要作用，我们应积极推动运用生物力学研究全面深入开展，满足体育研究的实际需要。
3.2 运动生物力学研究推动了运动学本质的研究
运动生物力学研究对运动规律和运动学本质进行了探讨，可以作为运动学本质的典型研究手段。为此，我们要对运动生物力学的作用有足够的重视，应正确理解运动生物力学研究的作用，推动运动学本质的研究不断向前发展，使运动学本质研究取得积极效果，促进运动生物力学研究达到预期目标。
3.3 运动生物力学研究提高了运动学的整体研究质量
从目前运动生物力学的研究来看，运动生物力学的研究对运动学研究具有重要的推动作用，能够保证运动学的研究取得积极效果，能够对运动学研究起到积极的促进作用。所以，我们应认识到运动生物力学的研究作用，积极开展运动生物力学的研究，提高运动学的整体研究质量。
4 体育教学中运动生物力学的积极作用分析
从运动生物力学的研究来看，运动生物力学在体育教学中得到了重要应用，体育教学中运动生物力学的积极作用主要表现在以下几个方面：
4.1 运动生物力学对提高体育教学质量起到了积极作用
由于运动生物力学的研究内容具有一定的实际意义，因此运动生物力学研究未来体育教学的开展提供了有力的支持，保证了体育教学开展的整体效果，充分满足了体育教学发展需要。为此，我们要认识到运动生物力学对提高体育教学质量起到的积极作用，推动运动生物力学研究的深入开展。
4.2 运动生物力学对促进体育教学发展起到了积极作用
应用了运动生物力学，体育教学在深度、广度和专业性方面有了较大的提升，对体育教学发产生了积极的促进作用，保证了体育教学的整体质量，提升了体育教学的整体水平。所以，我们应对运动生物力学的促进作用有足够的重视，应采取必要手段，提高运动生物力学研究水平。
4.3 运动生物力学对改变体育教学发展模式具有重要作用
在体育教学中开展运动生物力学以后，体育教学在内容和方法上发生了改变，体育教学发展模式发生了变化，体育教学发展整体效果更理想。所以，我们应对运动生物力学的作用有足够的认识，积极推动运动生物力学研究的开展，保证体育教学发展取得积极效果。
5 结论
通过本文的分析可知，在体育教学中，运动生物力学在研究内容和研究方法上对体育教学产生了积极的促进作用，保证了体育教学取得积极成果，推动了体育教学的全面发展，满足了体育教学的实际需求。所以，我们应认识到运动生物力学在体育教学中的作用，促进体育教学的发展。
参考文献：
[1] 李春璐；；网球发球动作技术原理探讨[J]；科教新报（教育科研）；2011年31期
[2] 李小华；；缓冲动作的运动生物力学原理分析[J]；科学咨询（科技・管理）；2011年08期
[3] 李小华；；田径运动中摆动动作的生物力学原理分析[J]；黑龙江科技信息；2011年26期
[4] 唐刚；人体典型运动生物力学仿真分析[D]；上海交通大学；2011年
篇2
摘 要 肌肉的主动收缩和舒张控制之下动物会产生各种不同的运动形态，这属于肌肉力矩的主动改变而肢体运动又会反作用于肌肉力矩。在不断的进化中人类逐渐形成自身完善的神经肌肉系统负责自身运动的控制与协调。除了主动的肌肉力矩之外，接触力矩、重力力矩以惯性力矩也会对肢体运动的具体方式和表现产生影响，生物力学是研究人类运动控制机制的基础，因而本文就生物力学在运动控制与协调研究中的作用进行了分析。
关键词 生物力学 运动 控制协调 应用
人体运动需要在多个部分的共同协调配合下完成，而单纯运动学角度只针对物体的运动效果以及其他外作用力的影响进行研究，无法对人体肢体运动控制和协调的具体机制作出判断。生物力学从关节力矩的角度并结合运动动力学方法可以对肢体运动的产生方式和作用机制进行科学合理的分析，推动人体运动控制机制理论研究的发展。
一、生物力学与运动控制的关系分析
肌肉的收缩是人类肢体运动最直接的动力，人体神经系统可以对不同部位的新陈代谢速率和能量释放方式进行调整，从而起到控制骨骼肌腱可控张力的效果，肌腱又将动力传给关节、韧带以及骨骼等，最终实现对各个运动单位的控制。神经肌肉骨骼系统包括肌肉运动单位与神经元之间的突触连接、运动单位叠加与肌腱上的合力、肌肉骨骼系统的整合以及关节力矩整合协作四个层次。人体的骨骼、肌肉结构都十分复杂，因而神经中枢系统很难直接对每个运动单位进行控制，目前猜测中枢神经系统对运动目标协作实现方式或者是关节水平运动方式进行控制，再由该环节传达至各个运动单元。
二、运动控制的生物力学研究技术
（一）生物传感器技术
目前生物传感器技术在科学研究中的应用已经较为广泛，包括力量、肌电图、加速度以及位移传感器等等，这些技术相关专业的教科书以及很多文献中都有涉及到。随着研究的深入和技术的发展三维陀螺仪运动测量技术应运而生，在生物力学测量中可以对物体的运动速度、不同时间点的方位、角度等数据进行测量和记录，因而可以应用于疾病诊断和治疗康复中，该技术在医疗领域的应用也日益广泛。
（二）生物力学建模与仿真
当人体运动时除了肢体的外部状态，肌肉状态、关节连接处软组织的形状等也会发生一定的变化，而对这种形变进行观察和研究的难度较大，因而可以将整个人体作为一个完整的运动系统并以此为基础建立相应的人类肢体运动动力学研究方程，也可以将其称为生物力学模型。研究方向以及研究切入点的不同都会对最终的模型构建产生影响，一般来说任意运动的计算机模拟或者仿真需要应用正向动力学知识和技术，而对肢体运动的外力因素进行测量时则需要应用逆向运动学。
（三）运动学影像技术
影像技术在生物力学研究领域的应用由来已久，随着科技的进步和科研领域投入的提高，更多新型的运动学影像技术开始出现。高速荧光透视技术可以对人体运动状态下的骨骼、关节的情况进行精确的分析，拍摄速度更快且由于无侵入性对人体的伤害也更小。将该技术应用于人体医疗中将大大提高骨科检验的准确性。即时超声波成像技术可以将人体运动状态下的肌肉、肌腱等的形态包括肌纤维排列、肌肉羽状角的情况进行成像。
三、运动控制的生物力学原理
运动控制涉及的生物力学原理较多，本文就其中几个较为重要的原理进行分析阐述。人们在做出某个动作之前，为了提高动作的完成效果，往往会先做一个跟目标动作方向相反的动作，例如扣篮时先将手臂抬高，一方面下扣动作的幅度更大，另一方面肌肉的弹力也会有所增大，下扣的力量随之提高，这就是反向动作最佳起始力原理的典型表现。人体神经肌肉系统功能的完善性，以及个体肌肉力量和爆发力量对于体育竞赛成绩有着重要的影响，在某些体育活动中，人们为了获取运动速度的最大冲量会采取一些助力措施，例如对于跳远运动员来说，他们在进行跳远前都会有助跑，铁饼投掷运动员在投掷铁饼时，也会有身体的旋转运动等等，以上各项体育运动都是通过延长加速度时间和距离来增加力的作用效果，这体现的是运动速度的最大冲量原理。物体之间的碰撞效果一般会受到以下两方面因素的影响，即物体质量和速度这两方面的影响，质量与速度的乘积称之为动量，生物力学中有打击碰撞动量保持原理，该原理在运动控制中的体现有：网球的击球、拳击等等，运动员为了提高碰撞效果在确保撞击速度时还会提高撞击的力度。因此，对于运动员来说，一定要掌握运动控制的生物力学原理，进而将其在际运动中得到充分运用，这对提高运动员成绩来说起着非常重要的作用。
四、结束语
综上所述，生物力学的应用可以在对关节力矩和分量进行分析的基础上研究神经肌肉系统对肌肉收缩力矩的调节模式，主动的肌肉力矩在神经系统的控制之下对运动产生的被动力矩进行对抗，在平衡的状态之下完成肢体运动动作要求，生物力学的应用大大降低了运动控制协调相关问题的理解难度。
参考文献：
篇3
【关键词】生物力学；理念；中西医7年制；中医伤科学；教学
中医学院7年制中西医结合专业的教育目的是培养医科学生能达到硕士学位的高层次中西医结合人才。要求该专业学生在毕业后能掌握临床医学的诊疗技能及在基础医学领域能够进一步深入研究本专业所要求的专业知识。《中医伤科学》［1］作为7年制中西医专业的临床课程，在南京中医药大学的课程设置是该专业学生第5年的学习课程，所使用的教材与5年制的教材是一致的。如何利用有限的学时为7年制学生教好《中医伤科学》，使其能够达到大纲要求的标准―即掌握系统而深厚的中医学基础理论和必要的现代医学知识和诊疗技能,并有一定的科学研究的能力，需要在教学中引入很多现代科技的研究成果。为此，在该临床课程教学过程中积极尝试引入生物力学的理念以引导医科学生在中医骨伤科领域能有一全新的认识。
1生物力学的概念
生物力学是由生理学和工程学的结合来解决生物体相关临床问题的研究学科，强调在临床诊断、治疗和疾病预防为主的应用。其包含的领域相当广泛，微小至细胞，大到组织、器官或是动物体中部分系统的运作功能等，皆为生物力学研究的重要范畴［2］。所谓骨科生物力学，即是应用生物力学的方法来解决骨科所遇到的问题［3］。骨科生物力学将工程原理，特别是机械力学原理应用于临床医学，是需要将医学与工程学结合以跨学科的方式服务于临床与基础研究的学科。
2骨科生物力学的教学方式
既然是以生物力学的方法解决骨科所遇到的问题，那么需要在教学中把握那些内容呢？从工程学角度来说，力学的基本术语有负荷、弯矩、刚度、懦变、懦变位移、自由度、延展性、弹性、平衡、疲劳曲线、模量、力偶等基本概念。如果学校没有专门开设工程力学课程，在有限的学时内让学生掌握如此多的概念及原理是不现实的。如何在有限的课时内让学生理解此概念也是教改的一项重大命题。
2．1采用多媒体方式教学多媒体教学有很强的直观性和交互性，可方便的进行人机双向交流，快捷的在各媒体间进行跳转，亦可作为资料保存，便于学生查询［4］；多媒体的另一大优势是具有大容量、多信息渠道，可有效地开拓医科学生的视野。通过自己制作的CAI(计算机辅助教材)课件以及购置的CAI课件，这种多渠道手段的汇集，能够使原来抽象难懂的内容形象化和具体化，更加生动、直接，使得教学内容重点突出，图文并茂，有效激发学生的学习兴趣，提高教学质量。在多媒体的制作过程中，可以有效地制作关于力学的基本概念的介绍，并以形象化的图片或动画来使得该专业学生能够快速掌握。
2．2授课方式的调整按照《中医伤科学》教材的设置方式，其教学的顺序是：解剖复习、病因病机、诊查要点、治疗。按此教学过程在课堂上讲授，往往显得枯燥沉闷，没有新意。而医科学生在理解采用何种复位手法、为什么要用某一固定予以固定，又为何对某种类型的骨折要采用内固定手段等内容时，却又显得无所适从。这是医科学生初次接触到骨科领域，对生物力学的原理不够了解所致。在教学中，笔者采用在应用解剖复习中增加生物力学的基本概念，如载荷、剪切力、应变等，先使医科学生能有一初步的了解；接着，在固定、手法复位、切开内固定等章节教授时，再以具体病例―问题为中心指导，就能使医科学生知道其所以然。在以具体病例为基础的教学过程中，注意调动学生的主观能动性，要让其能以生物力学的概念来解释、处理骨折、脱位等骨创伤疾患，使之能以科学、精确、具有严密逻辑性来掌握骨科疾病的处理规程，从而达到教学目的。
2．3理论与实践相结合无论医科学生在课堂上对于基础理论掌握得是多么的扎实，但归根结底是要求医科学生能够在临床实践中准确地把握疾病。而对于中医骨伤科来说，基本的动手操作的内容有伤口包扎、手法复位、小夹板固定、石膏托固定、骨牵引操作等内容。对于动手实践的操作不应是带教老师手把手教会就可以了，如何把生物力学的理念融入到实践操作中去才是关键。如在肩关节前脱位复位的操作过程中，虽然书本上提到又牵引推拿法、手牵足蹬法、拔伸拖入法、牵引回旋法、椅背复位法、悬吊复位法等方法，作为学生究竟应该如何掌握复位的手法呢？是不是所有手法都应掌握呢？各种手法是否都具有良好的安全性呢？手法间有无区别呢？在实践课教学时，如果不加分析地填鸭式灌输给学生的话，日后在临床上，他们仍将无法快速地胜任该工作。在教学中引入杠杆原理后就可以总结出肩关节所有手法的基本原则是：以腋窝为支点，以肩关节弹性固定位顺势外展外旋、内收内旋即可复位。但是，做完一个小实验―支点的面积与载荷之间的关系，医科学生很快明白如果腋窝的支点面积很小将可能在支点处发生骨折现象，所以他们能够总结出以牵引推拿法复位法是一种相对安全的手法。
2．4结合临床，引入新进展当医科学生在临床课程的教学过程中，对生物力学的概念有了基础的认识后，对于生物力学方面的一些新进展的介绍就会有全新的认识，也乐于接受这样的理念。针对7年制的学科特点，注意引入关于骨骼系统研究的方法，如有限元素法。这种新进展的研究方法一般是以讲座的形式予以介绍的。如讲述有限元素法的基本思想时，先将研究对象的连续求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互联结在一起的单元组合体。按单元以不同的联结方式进行组合,且单元本身又可以有不同形状，因此可以模拟成不同几何形状的求解小区域；然后对单元(小区域)进行力学分析，最后再整体分析［5］。引入这种分析方法，一者可以使7年制的医科学生能够了解生物力学的一种科学研究方法，还能使其在整体性分析中牢固地确立以中医科学整体观为基础的思维方式。
3引入生物力学理念在教学中的意义
3．1以生物力学理念认识问题生物力学是涉及生物学、解剖学、生理学、临床医学、力学、数学、工程学等多学科的一门具有应用基础性、交叉性边缘学科。如能在临床课教学中引入此概念，可以更有效地了解人体的运动、研究骨科方面的疾病、能够设计出并能逐步改进各种人工关节、脊柱假体乃至义肢。教导医科学生以生物力学理念认识骨骼、肌肉、关节方面的结构与疾患，能够使其在临床方面如何处置病患有进一步地提高，也使其在基础医学研究领域能有进一步作为，逐步引领医科学生踏入更高要求的专业领域中。
3．2培养学生形成良好的知识链和创新思维的能力我国的教学方式和学生以往的养成的学习习惯，常常造成学生们遇到的问题照搬课文，纵向思维较多，横向联系不够［6］。生物力学是沟通临床各科及基础医学的交叉学科。在理解与掌握生物力学的概念同时，要求学生能够将基础课重新认识，而且要求不仅仅是掌握骨骼系统就足够了，是要求在内、外、妇、儿等临床课程中能与骨科疾病相联系，以完整的知识链结构走上临床工作岗位。在临床课的实验教学中还能以此为契机，探索临床研究的热点内容，目的是为在临床实习和临床工作中能及时发现、独立分析、解决临床问题，为开展临床工作打下坚实的基础；在将来的基础研究中能横向联系各学科，打下优良的科学素养基础。
总之，通过在《中医伤科学》教学过程中生物力学概念的引入，并非仅仅让中西医7年制医科学生理解这样的概念就足够了，更重要的是通过概念形成思考、观察、处理临床实际问题的生物力学理念，以科学的方式训练学生达成临床医学的完整知识链，能从多角度、多方面横向联系学科基础，为能深入研究医学问题做好科学素养准备。
参考文献
1王和鸣.中医伤科学.中国中医药出版社,2002:369.
2郑诚功.骨科生物力学的研究进展.中华创伤骨科杂志,2004,6(1):43-45.
3郑诚功.骨科生物力学的进展.中华创伤骨科杂志,2005,7(10):901-902.
4陈平波,吕刚.医学教育新模式下骨科教学改革的几点思考.新疆中医药,2005,23(5):71-72.
5崔红新,程方荣,王健智.有限元素法及其在生物力学中的应用.中医正骨,2005,17(1):53-55.
篇4
摘 要 文章通过分析膝关节解剖结构特点和生物力学特征，结合篮球技术动作特点，确定了膝关节各部位运动损伤的发生机制。并提出通过掌握运动员膝关节的运动生物力学特征，对科学指导训练、提高运动员的训练水平以及预防膝关节运动损伤发生等具有非常重要的意义。
关键词 膝关节生物力学 运动损伤 力量训练
运动生物力学根据人体的形态机能特点结合对运动场地器材的改进，研究最合理、最有效的运动技术；通过改善训练手段增加运动训练的适应性；通过研究运动损伤发生机制、改善不合理的运动技术，在训练中改善神经肌肉系统功能和强化运动器官承受能力，达到预防损伤的目的[1]。作者通过参阅大量文献，阐述篮球运动员膝关节运动生物力学特征，提出其指导膝关节科学训练和预防膝关节损伤依据。
一、膝关节结构及生物力学特征
（一）膝关节是人体结构最复杂的关节，由两个包在同一关节囊内的关节组成，即股-髌关节为滑车关节和股-胫关节为椭圆形关节。膝关节周围的肌肉、肌腱、前方髌韧带、内外侧副韧带、前后十字韧带以及内外侧半月板共同维持膝关节的稳定性[2]。
（二）膝关节的侧副韧带位于关节囊的外面，有内侧副韧带和外侧副韧带两条，其主要作用是使膝关节不能产生内收与外展运动，并且限制膝关节过度发生旋转的活动。[这两侧韧带在膝关节伸直时被拉紧起固定作用，此时小腿不能做内旋及外旋动作。当屈膝时，这两侧韧带松弛，小腿可做小幅度的内、外旋动作[3]。在篮球运动中膝关节屈曲，小腿突然内收内旋，或大腿突然外展外旋可能发生外侧副韧带损伤。常见持球突破，急停跳起投篮或跳起抢篮板等动作。
（三）半月板由致密环状纤维所组成，其中含少量软骨组织，具有一定的弹性，它们的主要功能是使股骨与胫骨两者的关节面更加吻合，增加膝关节的稳定性，并且有缓冲股、胫骨之间冲击力的作用[4]。
（四）膝关节囊内共两条十字韧带，主要功能是限制胫骨过度前移或后移。膝关节处于半屈曲位突然完成旋转及内收、外展是重要的损伤机制，常合并内侧副韧带或半月板损伤。
股四头肌腱大部分止于髌骨上缘，一部分越过髌骨上缘止于髌骨表面，股四头肌在膝屈30°时，4个头的合力最大，加上这时髌股间的力矩最大[5]。
（五）膝关节稳定性生物力学
膝关节是全身最大的负重关节，同时它又缺乏固有的内在稳定性，韧带、关节囊和提供的静力和动力性稳定作用起着特别重要作用[6]。
（六）篮球运动的基本技术动作生物力学分析
膝关节主要功能是屈伸运动，在半屈或屈90°时有轻微的旋转运动。篮球运动中的特点是膝关节于半蹲位滑步、进攻、防守、制动、踏跳与上篮、落地缓冲等。这些动作都要求膝于半屈曲位屈伸与扭转，以实现快速变向、伸膝发力的要求。
二、膝关节力量训练
根据膝关节运动生物力学原理，力求膝关节在运动中稳定性和灵活性相统一，力量、速度和耐力相统一。所以对膝关节周围肌肉韧带的力量训练尤为重要。使膝关节适应篮球运动技术特点的力学要求，同时保护关节避免损伤发生。通过对关节周围肌肉力量训练经过力的传递结构强化至肌腱、韧带以及骨。
（一）肌肉力量训练相关理论
“训练适应”是反映运动员机体在长期训练和外界环境（指自然环境与训练、比赛环境、其中主要是训练负荷）刺激的作用下所产生的生物学方面的“动态平衡”（指能量消耗与补充的动态平衡）。这种适应能满足竞技比赛所需要的各种机能能力，并按照“刺激—反应—适应—再刺激—再反应—再适应”的规律变化。运动训练的任务就是通过合理的训练负荷，打破机体原有的生物适应与平衡，使机体在新的水平上产生新的生物适应与平衡[7-8]。
（二）方法
1.固定阻力负荷练习
又称静力性练习。是指人体用力时，各运动环节无运动状态的变化，此时，肌肉产生张力但不发生长度变化。如静止负杠铃半蹲等。
2.动力性冲击负荷训练
是指肌肉先进行离心收缩、紧接着迅速进行向心收缩的练习方法。是利用肌牵张反射会产生超大力量的原理，是在一次练习中增大肌肉训练效果的较好练习形式。
3.等动练习器械训练
该种练习是借助专门的等动力量练习器进行，在练习中，练习的阻力与运动员的用力相适应，从而保证了肌肉在收缩过程中始终按恒速或接近恒速的方式进行。
三、结论
膝关节是人体结构最复杂关节，本身内在不稳定。篮球运动员膝关节运动专项技术动作又处于关节生物力学的薄弱点。所以运动损伤发病率高，篮球技术动作要求膝关节适应其速度力量及耐力要求。在充分了解膝关节生物力学，掌握其力学规律，根据人体形态机能特点，进行科学训练，不断改进运动技术，提高运动成绩。同时的预防运动损伤及康复都具有重要意义。
参考文献：
[1] 陆爱云.运动生物力学[M].人民体育出版社.2008.12：2-4.
[2] 陆爱云.运动生物力学[M].人民体育出版社.2008.12：270.
[3] 刘有志.篮球运动中膝关节损伤的机制、原因和对策[J].职业时空.2010.3.
[4] 陆裕朴.胥少汀，等.实用骨科大全[M].人民军医出版社.1997.3：1082.
[5] 李欣.篮球运动中常见伤病的调查分析与预防[J].2007.5.
[6] 陆裕朴.胥少汀，等.实用骨科大全[M].人民军医出版社.1997.3：691，1081.
篇5
关键词：有限元 医学 仿真实验
Research of experimental of medical's Finite Element Analysis（FEA） simulation
Niu Xiaodong， Lu Lirong
Shanxi Changzhi medical college， Changzhi， 046000， China
Abstract： It will solve many complex problems if apply FEA to medical research， and these problems are difficult to solve but need to be solved in the physics of medical applications. So that it can provides theoretical guidance and scientific foundation for medical research and clinical treatment. Have the experimental course of medical’s FEA simulation， medical colleges have a very important significance for student’s study， teacher’s teaching and research， cooperation of college and affiliated hospitals.
Key words： FEA； medical； experimental of simulation
有限元分析是一种广泛应用于工程科学技术的数学物理方法，用于模拟并解决各种工程力学、热学、电磁学等物理场问题。1956年Turner等人提出有限元（Finite Element，FE）的概念。有限元的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。
随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到越来越广泛的重视，已经成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航天飞机大多数设计制造已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、生物医学研究等各个领域的广泛应用已使设计水平发生了质的飞跃。
1 医学有限元国内外研究现状分析
有限元方法最早应用于骨科研究，开始于脊柱生物力学[1]。几十年来其在解决生物力学问题上得到了广泛应用，尤其近年来，随着数字及计算机技术的不断进步，有限元法本身已不再是相对独立地研究生物力学性质，它越来越多地与各种动力学模型、参数优化选择、临床放射学与实物测量、有机化学、组织学与免疫组化等方法巧妙结合，使结果更加准确可靠，成为生物力学研究中的一种重要工具。有限元方法在医学上的研究主要包括以下四个方面。
1.1 有限元模型的建立
有限元模型的建立，直接影响有限元仿真实验结果的精度、计算机计算过程、计算时间的长短，且模型建立的优劣与建模人员的专业素质和有限元知识分不开。现有研究的模型包括：人眼[2]、牙齿及矫正器[3]、脊柱[4]、颅脑骨骼[5]、胃[6]等人体骨骼及器官的三维有限元模型。
1.2 力学实验仿真
A.Pandolfi，F.Manganiello对所建立的人眼角膜模型进行了力学分析[7]。Tammy L HD等对建立的胫股关节三维有限元模型分析了骨骼变形对关节面接触行为的影响以及约束关节运动对接触应力的影响等[8]。
脊柱生物力学仿真是有限元法在生物力学中研究最早、分析最多、临床上应用最广泛的领域。杜东鹏等则对腰椎间盘膨隆的力学机制与腰椎疲劳骨折分别进行了探讨[9]。
头颅及颞下关节也是有限元在生物力学中研究的重点。吕长生等对建立的足部骨组织模型进行有限元分析，为运动损伤或运动鞋的评价等提供了依据[10]。王芳等建立并验证中国人全颈椎有限元模型，用于挥鞭样损伤分析[11]。米那瓦尔・阿不都热依木采用有限元方法，对颌面外科手术术后的颜面软组织形态变化进行预测[12]。
1.3 医疗器械的力学性能评价及优化设计
牙科是有限元法在临床应用中的一大领域，相应的各种牙科固定器材得以研制开发，这些器材的力学性能又是研制过程中重点解决的问题。蔡玉惠等研究了RPA卡环在游离端义齿应用中支持组织的应力分布状况，对RPA卡环的临床应用具有力学上的指导作用[9]。
在内固定钢板方面，张美超等从临床应用出发，利用有限元法对颈前路蝶型钢板进行生物力学模拟分析，得到了与其一致的易断裂部位预测[9]。
在人工关节方面，Heegaard JH等建立了髌骨的计算模型，并且模拟了在人工膝关节中去掉股骨假体对髌骨活动的影响[13]。王永书等对患者胸腰椎爆裂性骨折节段（T12～L2）部位利用有限元进行手术模拟，均与标本模型及术后CT扫描基本相符[14]。
1.4 血流动力学CFD应用
Tarbell JM用FIDAP和Fluent软件进行了血管壁中组织液流动的数值研究[15]。乔爱科等利用有限元分析方法得出冠状动脉搭桥术中对称双路搭桥比单路搭桥具有更合理的血流动力学，可以避免动脉粥样硬化的危险性血流动力学因素，从而减少手术再狭窄的发生[16]。杨金有应用CFD计算流体力学软件进行人体主动脉内血流数值模拟分析，为阐明血管疾病的发病机理提供理论依据[17]。姚伟用计算流体力学软件Fluent计算人体小腿骨间膜组织间隙中蛋白质非均匀分布情况下组织液流动[18]。
2 医学有限元仿真实验方法
通过上述医学有限元研究可得医学仿真实验的方法主要分为四步：（1）通过螺旋CT技术，采集大量的样本图像。运用现有医用物理实验室计算机对样本图像进行建模处理，并进行相关的有限元分析。（2）通过查阅相关国内外资料，针对所需建立模型的生理、物理等参数特性，在几种常用图像处理软件（Mimcs，Proe等）中选取较为合理准确的有限元建模软件。（3）在常用有限元分析软件（ANSYS，Fluent等）中选取较为合理准确的软件对模型进行有限元分析。（4）将有限元分析结果与实际测量数据进行对比，分析有限元模型的准确性。
3 有限元法在医学研究中的优势
有限元法在医学研究中具有四个方面的突出优势：（1）可根据需要产生各种各样的标本，对模型进行实验条件仿真，模拟拉伸、弯曲、扭转等各种力学实验，可以在不同实验条件下模拟任意部位变形、应力/应变分布、内部能量变化、极限破坏分析等情况。（2）标本也可以进行修正以模拟任何病理状态。同一个标本在虚拟计算中可进行无数次加载或组合而不会被损坏。（3）其结果不受实验条件的影响，也排除了实验条件造成的误差，而且可以重复计算，节约成本。（4）利用有限元法进行的模拟实验具有实验时间短、费用少、可模拟复杂条件、力学性能测试全面及可重复性好等优点。
4 医学院校开展医学有限元仿真实验的意义
在医学院校开展医学有限元仿真实验，可以使学生将相关医学、物理、生物等课程的知识综合应用于仿真实验中，给生物医学工程专业学生的毕业设计提供更为广阔的范围，使研究具有更高的水平；激发学生的创新思维和热情，使学生在自主科研创新的基础上，设计相关仿真实验加以验证、研究。同时，开展仿真实验要求教师不仅需要对本专业知识做到“了如指掌”，而且需要教师具有仿真实验相关的医学、物理学、生物学等非本专业学科的专业知识，还要求教师必须掌握螺旋CT扫描技术，Mimics，ANSYS等建模、仿真软件的计算机应用技术。这些知识对于教师实验教学、科研水平的提高具有十分重要而深远的意义。在开展医学仿真实验的基础上，建设医学仿真实验室，不仅可以为学生提供毕业实习条件，加强实习基地建设，而且与医院相关科室进行合作，可以在生物力学基础上预测手术中、长期效果，对医生手术具有较为科学的指导，加强了学校与医院的合作。
5 结束语
建立医学有限元实验有两个关键的问题：（1）医用有限元模型快速准确的建立。模型的快速准确建立可以减少仿真实验所需时间、降低费用、增加仿真的准确性和可信性。（2）建立通用的有限元模型库，为进一步的实验教学和科研打下坚实的基础。因此需要在具体实验实践中逐步探索和积累。
将工程有限元分析同医学结合开设实验课，属于多学科之间的交叉领域，不仅可以提高学生对所学专业知识的综合运用能力，增强学生就业与学习深造的竞争力，而且可以加强多学科教师的教学和科研合作，提高教师的教学科研水平。同时提高相关实验室的利用率，为学生自主开展创新实验提供平台，加强学校和附属医院的教学科研合作，为医学院校提供更为广阔的教学和科学研究领域。
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篇6
关键词 推拿 力学 构建 研究 方法 教学
1、《推拿力学》教材建设的意义
推拿是一门古老的中医外治技术，经过几千年的临床实践，其疗效和使用价值勿庸置疑。在我国高等中医院校的推拿专业课程设置里，主要有《推拿功法学》、《推拿手法学》和《推拿治疗学》三门，综观三门课程的知识内容，基本上都是对古人经验的总结和整理，内容虽然丰富，但仍然属于经验医学。中医药现代化是时展的必然趋势，作为中医学有机组成部分的推拿学也必然要跟随时展的步伐。充实和更新学科知识内容，特别是运用现代物理力学原理、手段和方法研究古老推拿学所产生的、具有现代科学内涵的新的知识内容，将是推拿学向前发展和走向现代化的坚实步伐，将为本学科的发展注入新的活力。不仅如此，将力学的定性定量研究思维引入以经验为主的推拿医学，将为手法的作用实质和量化规范性操作提供坚实的理论基础。构建一本好的《推拿力学》教材，以此为基础进行教学实践探索，学生在继承学习传统经典推拿知识的同时，运用现代力学的原理对这些知识进行新的认识和思考，以及在教学过程中探索新的人才培养模式，培养大量高层次的人才，这对本学科的发展具有不可低估的深远意义。
2 理论准备
在探索将传统推拿经验医学知识进行现代诠释的理论准备过程中，我们寻找过很多的方法和路径，比如动物实验、临床医技手段和解剖学原理等，但这些路径和方法，要么对本学科问题的解决显得点点滴滴不够全面，要么不能切中要害解决不了根本问题。手法的最大特点在于“手法作用于人体，以力为作用特征[1]”，手法的运用过程其实质就是一个力的运用过程，传统手法医术要与现代科学相结合，从力的研究入手是一个最佳切入点。因此，可以把“力”的概念作为运用现代科学思维方式研究手法医学的桥梁和纽带。
3 《推拿力学》的教材构建
教材的主要知识内容是运用借鉴现代物理学中力学的研究方法，通过对手法、功法和治疗的力学分析，剖析手法对人体的作用方式和作用实质，介绍手法的力学基础、力学特性、力学作用原理、动力学效应、生物力学效应等，现将主要内容介绍如下。
绪论部分主要阐述推拿力学的基本概念、源流、编写目的、意义、学习方法、临床运用价值、学科研究发展方向等。
在手法的力学基础章节里，阐述与手法医学密切相关的力学概念，例如刚体、力、力矩、笛卡尔坐标系、平衡、平移、位移、旋转、自由度、运动学、载荷、阻力和时间等，并结合本学科的特点，介绍这些概念的临床应用及意义。力学分析的一些基本要术，比如力的大小、方向、作用点、时间、长度等，与之相关的还有向量、质量、速度、加速度、频率和固有频率等等；动力型位移、静力型位移、张力型位移、生理性载荷、病理性载荷、功能性载荷、组织结构力学、剪切力、拉伸力和压缩力；定义举例；耦合运动；三维空间上的螺旋轴；物理力学分析方法、力学计算公式，与本学科相结合的临床应用及其意义。
在手法的力学和生物力学特性章节里，运用借鉴现代物理学对力学的研究方法，来分析主要手法的力学特性，画出主要手法的力学分析图[2、3]，给出力臂、力矩、作用点、动力等力学作用因素，对某些手法(如一指禅推法、按法等)给出其力学计算公式，从物理学角度来量化手法的作用量(治疗量)，为合理科学的手法操作打下基础。结合人体的生物力学特性，描述和预测在手法外力作用时，人体静态和动态力学结构的发生、发展和变化，以及皮肤、皮下组织、血管、神经、肌肉、韧带、淋巴等组织结构所产生的收缩、舒张、酸、胀、麻、热等生物学效应。
在推拿力学的研究方法章节中，主要介绍以下几种研究方法，一是离体研究方法，二是在体研究方法，三是数学模型研究方法，四是骨性模型研究方法。基本的实验手段，编写三种，分别是强度实验、稳定实验和疲劳实验。推拿力学主要实验指标。
手法的力学作用原理和动力学效应。通过对手法力学特性的分析，运用力学理论来阐明手法对人体的作用方式和作用途经，分析手法中的主要作用因素、次要作用因素和无效作用因素，为提高手法的操作效率打下基础。从物理学角度，结合手法的作用点、力的大小、方向、幅度和频率等因素，阐明各个手法作用力作用于物体时所产生的动力学效应，例如：冲量效应、热效益、动量效应、位移效应等。本部分分为三个章节编写，一是手法的动作结构、运动学和运动学规律；二是六大类24个基本手法的力学结构、力学原理，画出力学变化图，探讨手法的合理性；三是手法运动生物力学实验，包括手法运动生物力学的研究方法、实验仪器及其应用、手法力学信息测录系统和信息计算机处理系统。
在功法力学部分，主要研究了易经筋十二个功法和少林内功中站裆势、马裆势、弓箭裆势、跨裆势、并裆势、大裆势、悬裆势、坐裆势、低裆势、磨裆势、亮裆势、前推八匹马、倒拉九头牛、霸王举鼎、风摆荷叶的力学模型及其基本结构，重点描述每一个动作结构的力学原理，对人体整体结构的影响，对人体局部肌肉、骨骼和关节的影响，从力学角度分析探讨动作原理、力学根据，对重点锻炼部位画出力学分析图，给出力学计算公式，探讨功法锻炼的合理性。
在治疗学部分，主要从手法的力学效应上进行编写，选择了颈椎病和腰椎间盘突出症两个疾病，根据每个疾病的生理特性和病理改变，与手法的力学原理相结合，遵照循证医学的观点，有理有据地分析手法运用的根据，从力学原理提出疾病的治疗处方，提出每个疾病手法治疗的作用点、力的大小、力的方向、力的作用时间、频率高低和振幅大小等因素的参考值。
在附篇部分还介绍了手法治疗与临床应用研究，主要探讨手法对局部组织器官和人体系统的作用。
4 教学实践
教学实践的目标是通过《推拿力学》的教学活动，使学生从根本上摆脱沿袭了几千年的“就手法而学习手法”模仿式学习，打破“经验教学”的旧框架，培养学生运用现代科学的研究手段和思维方式来对古老的手法医学做出全新的认识和理解。教学实践的目的是对教材内容进行实践检验，探索其科学性、正确性和有效性，为进一步修正提高打下基础。教学实践活动分以下步骤进行。
在编写教学计划和实施方案的基础上，选择我校2004级针灸推拿专业五年制和七年制两个班进行教学实践，以王国才主编的“十一五”国家级规划教材《推拿手法学》为主干教材，在学习该教材的同时，讲授《推拿力学》的相关知识内容，总共54学时。在教学过程中，我们邀请了本校和外校各两名专家共听取了8学时的课，课后专家均以书面评价形式对本教材和教学过程予以了较高评价，并对进一步完善和修改提出了宝贵意见。设计了学生问卷调查表，以“A、该教材很有价值对教学具有积极的促进作用”、“B、该教材价值一般对教学促进作用不太大”和“c、该教材使用价值不大对教学没有促进作用”三个问题供学生以不记名方式自由选择，两个班共211人，回收211份调查表，选择“A”的学生206名，占总数的97．6％，选择“B”的学生5名，占总数的2．4％，无选择“C”的学生。
5 认识与体会
力学贯穿了整个推拿医学的始终，虽然本教材还不够成熟，甚至有很多错漏之处，但这毕竟是一种学科的创新之举，是一种有益的尝试，特别是对本学科的现代化提供了一种启迪和思路，应该代表了本学科的发展方向。就目前而言，临床上手法操作十分混乱，各施各法，没有统一的规范和标准，手法的量效关系也一直不能够确定和量化，本教材的编写和完善，将为解决长期制约本学科向前发展的根本性问题带来希望。
参考文献
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篇7
关键词：生物力学；有限元分析；步态研究
中图分类号：G804.01文献标识码：B文章编号：1007-3612(2007)08-1080-03
有限元法(finite element method,FEM)是一种在工程科学技术中广泛应用的数学物理方法，用于模拟并解决各种工程力学、热学、电磁学等物理场问题。有限元法应用于生命科学的定量研究,已取得了长足进展。在步态生物力学研究领域，尽管足底压力测量、影像分析和表面肌电等技术被广泛应用，但足部骨骼、软组织等结构内部的应力传递机理始终无法得到力学解释。当FEM应用于足部生物力学研究时，复杂的骨胳几何结构、边界条件和材料的不均匀性等问题便找到了可能的解决途径。
1步态的数值建模几何参数
1.1X光照片从不同方位的多幅X光照片获得几何数据重建足部的三维模型是一种方便、经济的方式。Jocob 和Patil［1,2］通过某健康者和某患有Hansen氏病的主体的X光照片获得的足部几何数据，进行了有限元对比分析。但是该方法所得到的模型相对粗糙, 只能给出足部的大致轮廓, 难以细致分辨足部各骨及其组织。
1.2 CT扫描图像的三维重建CT主要为横断层成像，但带有越来越多的图像后处理系统，如多维断层重建、三维图像重建、扫描后再次放大、立体模型与几何模型测量法等，可以清晰地反映出物体内部的不同结构和组织，对研究及建模带来很大方便。Camacho等［3］分析了间隔为1mm 的人体足部CT断层扫描照片(图1)，为进行有限元分析建立了一套较精确的模型。
1.3MRI图像重建MRI为核磁共振成像，该技术既具有成像清晰、解析度高的特点，又能清晰显示人体结构的组织学差图1人体足部CT断层扫描建立模型异和生化变化，在不改变的情况下，可直接获取横、矢、冠、斜4种断层图象。研究人员可以得到十分细致的足部几何模型。Gefen 等［4］从MRI图像中重建出正常人足部骨骼的几何构形。Zhang Ming等［5］通过Coronal MRI技术，间隔2 mm建立了糖尿病足的模型(图2)。
图2糖尿病足的模型通过上述医学成像系统获得的足部骨骼的几何学数据是比较精确的，但对于韧带、肌肉和足底腱膜等其它组织，则还需要从解剖学作更深入的研究，利用图像后处理分析（由输出的通用图像数据文件，存储在计算机中；采用直方图修正法来改善图像质量，或高斯滤波进行图像平滑以减少噪声，Sobel梯度算子检测边缘）来获得可靠的模型几何数据。常用的影像分析软件有mimics、3d-doctor等。通常方法是从上述软件得到各组织的边界数据，再从制图软件（solidwork、pro/e、ug等）建立实体模型，这样才有利于有限元分析软件（ansys、abaqus、femlab等）更好的处理。
2步态的数值建模材料力学参数
Huiskes［6］研究发现在准静态荷载下，骨和软骨可视为各向同性的线弹性材料。但是，Clift［7］对关节软骨做了有限元分析，证实关节软骨的应力―应变关系随时间的变化呈现出一定的非线性，故把关节软骨看作一种非均质、各向异性的材料更合理。Keyak［8］等把骨的应变张量看成力学激励，这样，应变张量中的各元素就是骨再造方程中的系数，然而，系数之多又给计算机模拟数值解造成了一定困难。Koosltra［9］等假设骨能够根据其应力―应变状态来调整小梁骨的方向性和内部密度分布，用应变能作为力学激励，由于它是标量，使方程的系数为常数，可以保证数值解的取得。因此，骨单元的划分一般采用六面体块单元或楔形单元。考虑到关节软骨在足部运动中起的重要作用，如果把关节软骨都简化为线弹性材料，计算结果必将有很大误差。因此，从模型的整体出发，在建模过程中一方面要注意把一些对足部运动影响不大的关节软骨(如跗骨间关节)加以简化，以减小模型的复杂度；另一方面，为保证计算的精确性，对于一些大关节软骨(如 距下关节)则要考虑为非线性，最好结合影像分析，获取其运动参数，以提供较为准确的边界条件。如何定义足部各关节的运动方式，并建立相应的足部模型约束条件是足部有限元分析的难点。
韧带，足底皮肤及肌肉等软组织属于非线性材料，所以可划分为簧单元。Race and Amis［10］对正常人体下肢韧带进行了单轴拉伸实验，得出韧带的材料参数可按下式取值：
3步态有限元分析的应用
3.1医学的临床诊断应用Jocob 和Patil利用三维有限元模型分析了Hansen氏病和糖尿病病人经常发生足骨变形、肌肉麻痹和足底局部溃烂等病理现象的力学原因，为解释和防治上述病情提供了大量有价值的信息。Gefen［12］模拟切断跖腱膜，发现完全切断后足弓广泛变形，长韧带承担的张应力显著增加，超过正常均值的2倍，据此提出手术切断跖腱膜必须慎重的观点。研究还发现糖尿病足第一跖骨头下软组织的张应力是正常足的4倍，第二跖骨头下张应力是正常足的8倍［13］。随着组织硬化加重，接触应力的峰值分别增加38%和50%，表明糖尿病足的损伤很可能始于更深的组织层，即内侧跖骨突出部下方的组织最脆弱。吴立军［14］等建立扁平足第二跖纵弓有限元模型，计算得出扁平足的第二跖骨动态应力比正常足增加了8%～21%，增加了第二跖骨疲劳骨折的危险性。Zhang Ming等模拟糖尿病足软组织硬度的增加，发现足部应力集中于跟部和中间跖骨区，说明了这两个部位溃烂的力学机理。Peter R.Cavanagh［15］等应用逆向有限元分析，说明了糖尿病足跟部软组织材料非线性建模的重要性，并且显式计算了足跟与不同材料和厚度的鞋之间的接触应力，为缓解病人跟部疼痛的力学因素提供进一步信息。
3．2辅助设计合理的鞋类、假肢和医疗器械应用有限元分析改进足踝矫形器(Ankle-Foot orthosis,AFO)和假肢的设计是康复工程和生物力学研究的热点。Abu-Hasaballah 等［16］用有限元法分析发现主要接触压力发生在AFO的穿夹部分，而最小压力发生在小牛皮外壳部分, 因此建议用小牛皮作为原材料制作AFO，既可以减轻AFO重量，又可以提高其舒适度。Lemmon 等［17］对用于治疗足部疾病的特殊鞋类的内垫的效果做了有限元分析, 并且验证了用准静态平面应变有限元法研究跖骨前端的足鞋界面，可以得到对足底应力分布的合理预测这一假设。此外，Shiang TY［18］研究了不同鞋跟垫材料对足底冲击波的吸收能力，并且发现，只有用二阶非线性应力―应变曲线才能正确地描述这些制鞋材料，肯定了FEM在设计具有特殊功能的鞋类中起到的关键作用。Gu yaodong等［19］应用非线性材料特性，对青年女性高跟鞋状态下足部应力分布的研究，发现跖骨区应力值为平底鞋状态下的2～3倍，足底腱膜处为平底鞋状态下的1.5倍，从力学角度说明了鞋跟高度给足部结构应力值带来的变化和高跟鞋状态引发的常见足病的成因。Syngellakis等［20］发现只要认真设定模型的关键参数，有限元法是评估各种塑胶足踝矫形器的可靠方法,并且可用来满足特殊患者的需要。Chen等［21］分析了2种完全接触式鞋垫的足底压力再分布情况，与平鞋垫相比，除了中足和趾区，完全接触式鞋垫可减低足底其它部位的正常应力峰值及平均值。Saunders等［22］建立了一个立体的加后跟垫的踝足模型，利用基于某截肢患者步态分析所得到的载荷条件加以分析，以了解假肢足跟部的粘弹性，旨在使假肢设计更加个性化。Xiao-Qun Dai［23］等对足、袜、鞋三者接触的力学分析，以解释由袜导致的不同足底摩擦系数，发现低摩擦系数的袜子明显减少足、鞋之间的剪力，对减少足底水泡和溃疡等症状有显著效果。
4结论
足部结构的特点在于其形状的不规则性，其外形一般多为自由形状的曲面，难以用准确的数学解析方程进行描述。因此，对足部各种力学行为进行计算机仿真模拟有助于认识和研究步态的内在力学机理。步态生物力学有限元研究虽然已取得一定的成果，但仍有许多问题尚待探讨。在模型的形态上，目前主要还是以骨骼为主，韧带、肌肉、软骨等结构还缺乏精确的分析；在生物材料特性上，虽然清楚材料性能参数直接影响着研究结果，但生物材料性能测试还缺少办法。
未来的研究主要围绕着足部三维运动参数的获取、三维有限元模型的完善以及足部运动状态下压力、剪切力的准确测量。随着计算机硬件的飞速发展与各类有限元应用软件的持续改进，医学影像技术对足部结构分辨能力的提高和图像识别技术的进步，在相当细微的程度上构建三维足模型成为了可能，同时，使FEM模拟仿真的精确度、准确度与计算速度不断提高。人们可以更方便地建立有针对性的有限元模型，用以模拟各种运动状况，为研究复杂的足部功能、足疾病因、物理治疗和康复器械提供更强的研究手段。
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篇8
关键词：技术动作；人体自然姿势；运动技术
1、人体自然姿势的一般意义
现代运动技术，广泛地应用运动生物力学的原理和方法进行分析和精心设计。但是任何运动技术的发展都离不开人体基本技能姿势。如身体的直立姿势、行走、奔跑和跳跃的基本姿势，利用两手作悬垂支撑、操持器械和投掷物体的基本姿势……等等。在这些基本技能姿势中包含着身体各部位在活动中的相互关系和维持姿势平衡的方式，可以通称为“人体自然姿势”。
人体之运动，本质上是生理活动。是连接各关节的肌肉在大脑神经系统支配下产生的收缩运动。受生理活动规律，特别是高级神经活动规律所支配。因此每个教师在技术动作的教学过程中对动作结构的分析，不能停留在运动生物力学的概念之中。应该将运动生物力学原理与生理学规律相结合，注意人体自然姿势的意义和作用。分析自然姿势中身体各部分之间的相互联系，以求达到提高教学效果。
2、头部姿势的重要性
头为身之首。人的头部处于身体的最高点，通过寰枕关节与颈部相连。可作前倾、后仰、左右侧倾、左右旋转和迥环运动。从力学角度看，若以寰枕关节为支点，头部处于重心略偏前的不稳定状态。头部姿势向任一方向偏倾，都可使重心发生变化，从而使维持头部的颈肌张力发生变化，引起生理上“颈肌紧张反射”。在此意义上，头部本身就是一个平衡器。
从解剖结构上看头部不仅是耳、目器官之所在，而且内耳中有一前庭分析器构造，专司平衡感觉。当头部姿势向任何方向改变时，前庭分析器中三半规管和耳石装置内之淋巴液产生流动压力刺激感受细胞引起所谓“迷路反射”。
根据生理学原理，头部姿势的改变可以引起四肢肌肉紧张性改变：当头俯屈时，表现前肢屈曲后肢伸张；当头仰抬时则前肢伸张后肢屈曲；当头侧屈时，同肢侧体伸张，对侧肢体屈曲；当头处于俯的姿势时，四肢伸肌紧张性减低；当头处于仰的姿势时，四肢伸肌紧张性升高。对人体进行的研究也表明，头部姿势的改变能引起肌肉紧张的重新分配，以及肌肉时值和力量发生变化。如俄罗斯叶莫拉耶夫1937年发现头后仰时背肌力量增加20公斤。白俄罗斯体育学院的凯撒列娃指出，当头向一侧倾时，对侧的三角肌张力增高而同侧的三角肌张力减低；当头转向一侧时，两侧三角肌张力均增高，但同侧的更高；当头向后仰时，两侧的肌张力均增高；当头前倾时，两侧张力均稍降低。
由头部姿势的变化所产生的作用，在教学实践中可以观察到很多的例子。如在作前后滚翻动作中，如不注意采取低头姿势，就难做到含胸团身滚翻，而在作侧手翻、手翻、头手翻一类动作时必须配合一定的仰头姿势；在单杠或吊环上作悬垂振摆动作，如果前摆时能配合低头，后摆时配合仰头，就容易成功；在双杠上作支撑摆动，如果前摆时头后仰，后摆时低头，势必造成严重伤害事故；在田径运动中，投掷动作的最后出手均需配合适当仰头。在挺身式跳远的挺身动作时和背越式跳高过竿动作中，都需要配合仰头，而落地时又必须配合低头。在简单的摆（踢）腿动作中也要注意头部姿势，前摆时配合低头，后摆时配合仰头，侧摆时头部向同侧倾。再如广播操这类徒手体操动作，如果不强调头部姿势，实难使动作完美正确。总之在任一动作的教学中都存在着头部姿势问题。应该充分认识到其重要性并且细心的加以研究。
3、上下肢的配合
手和脚（上肢和下肢）的分工是人类进化的标志之一。在运动活动中，上肢的功能有四个：第一、起平衡作用；第二、当下肢失去支撑意义时，代替下肢起支撑作用（包括悬垂支撑）；第三，配合下肢起协同作用；第四，掌握运动器械。从上肢的功能来看，上、下肢之间存在着紧密的配合关系。
人体的总重心位置一般与第三骶椎高度齐平。人体的上肢着生于远离重心之上的肩部。通过肩关节活动，上肢可作外展内收、前屈、后伸和迥环运动。当上肢向任一方向举起时，由于受重力的作用构成了重臂，产生了重力矩。重力矩是重力与重臂之乘积。重力作用的大小与物体所处位置的相对高度成正比。重臂的长短随举臂的角度和伸直程度而变化。因此可以通过改变举臂高度（角度）、伸直程度和举臂方向来任意调节重力矩的大小和作用方向。 因此上肢乃与某些动物的尾巴―样起调节平衡的作用。
在上下肢的配合关系中，最简单、最经常的例子是行走。在行走过程中两替前进，当左足前迈时右臂前摆，左臂后摆，右足支撑体重，构成三重臂平衡姿势。而且手臂的摆频、摆幅与步频、步幅相一致。如果这种协调关系遭到破坏，例如迈左足时左侧手臂前摆，或者手臂之摆频摆幅与步频、步幅不相一致；或者手臂不作摆动动作时，平衡姿势遭到破坏，身体就会产生左右摇摆晃动，致使行走困难，影响正常行进速度。
跑的动作是走的动作的激化和变形。上下肢的配合关系基本相同。因此在跑的技术动作的教学过程中如果忽视摆臂动作，或者对手足之间的配合关系认识不足，则是教学中的重大失误。
上下肢的配合关系同样存在于许多的项目的技术动作之中。例如起跳动作中的手臂向上摆动，投掷动作中的步伐配合……等等。教师应该对之加以细心研究。
4、肢端的作用
无论是下肢或上肢，从大的方面来说都由三个部分组成，即上臂（大腿）、前臂（小腿）和手部（足部）。手部和足部为肢体的端部。是机体与外界环境发生接触联系最多的部位，具有丰富的感觉末稍分布和较复杂的结构。
肢端的姿势和状态对于肢体的运动具有重要意义。“八字脚” （内八字或外八字）对跑的姿势的影响是大家所最熟悉的。足跟先着地或足前掌先着地，步伐姿势也不一样。勾起足尖（背屈）踢腿时，运动向方是向上向后；绷直足背（屈）踢腿的运动方向是向上；足外翻动作有利于向外侧踢腿。在跑步摆臂动作中，捏拳过紧往往是摆臂紧张不协调的原因；拳眼倾倒或攀背外翻（伸腕）容易产生左右摆臂，只有腕背保持平直和拳眼垂直地面才有利于前后方向摆动。研究肢端姿势也实不可缺少。
一个缺乏经验的教师在动作技术的教学过程中往往容易犯背诵教科书或教学参考书所罗列的全部动作要领的错误，之所以犯这一错误的原因，在于对技术动作形成的一般原理和动作要领之间的内在联系缺乏足够的分析；在于对人体运动生理学规律和人体自然姿势中身体各部分之间的关系缺乏应有的重视。
参考文献：
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【关键词】腰椎间盘突出症 误诊误治 临床研究 针刀疗法
【中图分类号】R681.5+5 【文献标识码】 A 【文章编号】1005-0515(2010)006-036-04
腰椎间盘突出症是临床上一种常见病、多发病,发病率逐年上升,发病年龄趋向年轻化,严重影响生活质量,目前仍无特殊疗法,通过大量的临床病例研究,观察证实,认为腰椎间盘突出症患者,仍有相当部分病人,诊断不够严谨,依据不够准确,鉴别不够细致,治疗方法不对症,过于依赖CT诊断,忽视了物理查体和临床体征,出现临床误诊误治,腰椎间盘突出症成了腰椎病的代名词。现就将我院近年来97例临床误诊误治病例分析研究,报告如下
1、临床资料:
1.1一般资料:本组病例97例,均为住院病人,男性:57例,女性:40例。职业:管理者37例,工人14例,农民37例,学生4例,其它职业5例。年龄:最小的16岁,最大的73岁。病程:最短的2月,最长的15年。病变部位:棘上韧带损伤7例,棘间韧带损伤的9例,腰3横突损伤的13例,臀上皮神经损伤的15例,骶髂关节损伤的28例,梨状肌损伤的3例,椎管狭窄症的11例,腰椎体滑脱症的3例,腰椎骨质疏松症的7例,腰椎椎管肿瘤1例。
1.2临床表现:本组病例均有轻重不同的腰痛史,腰痛无腿放射痛者16例,腰痛伴臀部痛者49例,腰痛伴大腿痛的35例,腰痛伴小腿痛的17例,腰痛伴下肢及脚趾痛的21例,单纯下肢麻痛的10例,行走跛行者14例,腰骶部痛者30例,臀部肌肉萎缩者7例,下肢无力、皮肤感觉差者11例,患肢皮肤发凉、怕冷者13例,弯腰驼背者12例,大、小便功能无力者3例。
1.3临床体征:本组病例均有不同程度的腰部肌肉僵硬,腰部活动受限者97例,弯腰驼背者17例,脊柱侧弯者21例,屈颈试验阳性者10例,下肢抬高试验阳性者11例,下肢抬高加强试验阳性者9例,膝跟反射减弱者13例。L1-2-L2-3棘突压痛及叩击痛者7例,L2-3及L3-4棘突间隙压痛者8例,L4-5棘突间隙压痛者7例,L3横突右侧压痛者7例,L3横突左侧压痛者3例,L3横突双侧压痛者3例,L5-S1棘突间隙压痛者6例,臀上皮神经右侧卡压的9例,臀上皮神经左侧卡压的6例,骶髂关节右侧压痛的9例,骶髂关节左侧压痛的7例,骶髂关节双侧压痛的13例,梨状肌损伤右侧压痛的3例,梨状肌左侧压痛的1例,腰椎曲度变直者37例,腰椎后突者15例,椎体滑脱3例,下肢无力、皮肤感觉差者11例,患肢皮肤发凉、怕冷者13例。
1.4影象学检查:
1.4.1腰椎平片(CR):腰椎正、侧片:正位片可见棘突偏移,旋转错位,椎间隙变窄,椎体边缘有骨赘形成;侧位片可见腰椎曲度变直,生理弯曲消失,椎间隙变窄,椎体前后缘有骨赘形成,椎体前后移位,后纵韧带钙化,小关节错位、骨赘形成、椎间孔变小,骨质疏松,腰骶椎先天发育不良等等。
1.4.2腰椎CT片:本组病例均做腰椎CT检查为依据,均有不同程度的腰椎曲度变直,或生理弯曲消失;L3-4椎间盘膨出的37例、突出的58例,L4-5椎间盘膨出59例、突出的36例,L5-S1椎间盘膨出36例、突出的32例。后纵韧带钙化的45例,黄韧带肥厚的57例,侧隐窝狭窄者11例,椎体滑脱者3例,椎管狭窄者11例,骨质疏松症者7例。
1.4.3腰椎MRI:部分患者做了腰椎MRI的检查,均有不同程度的腰椎间盘膨出、膨出伴突出、突出,侧隐窝狭窄或椎管狭窄,后纵韧带钙化,黄韧带肥厚等,腰椎间盘突出一般以L4-5最为多见,L5-S1较前略少,L3-4相对少些,L2-3更为少见。
2、治疗方法:
2、1针刀疗法:
2.1.1局部定点:患者采取俯卧位,腹下垫软枕,解开衣裤,充分暴露腰部治疗范围,根据临床诊断,体征检查及影象学检查情况,选定相应的治疗部位,用紫药水棉签做好定点标记,一般每次治疗3-6点为宜,最多每次不超过9个点。
2.1.2局部麻醉:腰部皮肤用碘酒、酒精常规消毒后,用一次性10ml注射器抽吸0.5%利多卡因10ml,在已定好的治疗点上,做局部皮肤侵润麻醉,以减轻针刀治疗时的疼痛,可以是治疗部位肌肉放松。
2.1.3针刀治疗:带一次性口罩、帽子及一次性手术手套,选用一次性针刀,在绝对无菌下,按照定点位置,依次松解棘上韧带、棘间韧带、横突间韧带、椎间孔外孔、侧隐窝、黄韧带、臀上皮神经卡压处以及骶髂关节处,针刀内手法,一定稳中求准,手法到位,绝对安全,以防损伤周围的组织。
3、治疗疗程一般七天治疗一次,休息一周后,再做二次治疗,2次为一疗程。大部分病人一疗程明显见效,少部分病人需要治疗第二疗程,若及少数病人治疗两疗程,效果仍不理想应当详细检查,明确诊断,修改治疗方案,早日排除以及椎管占位性病变。
4、疗效标准治愈:临床治愈,腰痛和腿放射痛、麻木等症状、体征完全消失,6个月以上无复发;好转:显效,症状、体征基本消失,长时间活动后疼痛出现;有效:症状、体征减轻,负重或激烈活动后疼痛加重;无效:症状、体征无改善。
5、治疗结果结果本组随访 3月至6月;3个月结果:其中治愈45例 ,好转13 例,有效11 例,有效率71% 。6月结果:治愈12例,好转12例 ,有效 3例,无效1 例 ,有效率 27.8.%。总效率达98.8%。无效一例患椎管肿瘤,转院手术治疗。
6、讨论:
6.1 腰椎间盘突出症的临床现状:
腰椎间盘突出症是临床上一种常见病、多发病,发病率逐年上升,发病年龄趋向年轻化,是现代高科技快速发展的今天一种“现代文明病”,严重影响生活质量,目前仍无特殊疗法;通过大量临床病例研究,观察证实,认为腰椎间盘突出症患者,仍有相当部分病人,诊断不够严谨,依据不够准确,鉴别不够细致,随着市场经济化,以及人们认识上的习惯化,只要出现腰痛就认为是腰椎间盘突出症,临床上出现过于依赖CT诊断,忽视了物理查体和临床体征,腰椎间盘突出症成了腰椎病的代名词,治疗方法不对症,出现临床误诊误治,不该手术的做了手术,不是腰椎间盘突出症,却按腰椎间盘突出症治疗,造成疗效不佳,甚至出现并发症、后遗症,特别是传统的腰椎手术后,而出现病灶的瘢痕及脊柱的失稳,造成生活质量严重下降,给患者带来身心痛苦,给家庭带来经济负担,给社会带来不和谐因素,再次呼吁:关爱生命,关注健康,“树立保护人体自身结构的新理念”,提出腰椎间盘突出症发病机理与腰椎生物力学平衡失调的新认识。
6.2腰椎间盘突出症的发病机理:
腰椎间盘突出症的发病机理,过去在临床上一直认为是椎间盘退变,引起纤维环破裂,其髓核通过破裂纤维环或两者一同突向周围组织结构,由此引起的一系列病理改变。这是一个不可颠覆的真理,但是在临床上仍然存在这样一个现实,腰椎间盘突出症,通过手术摘除髓核,手术也做的很好、很成功,但症状仍不能改善,再经保守治疗,恢复腰椎的生理曲度,改善腰椎生物力学功能,症状得到明显改善。:切除的椎间盘是为了缓解坐骨神经疼痛, 但却不能恢复腰椎的正常力学功能。我国脊柱外科泰斗葛宝丰院士对手术切除椎间盘的后遗症深有体会;椎间盘摘除手术可使椎间盘由于摘除而椎间隙变窄,椎体塌陷,而椎间盘突出症引起的结构力学紊乱,如腰椎侧弯,椎体曲度变直等却未能纠正,从而继发多个椎间盘突出,退变,手术的创伤及出血可引起椎管内瘢痕组织增生及粘连,手术会破坏脊柱的稳定性,引起脊柱滑移,手术会破坏脊柱的生物力学,继发创伤性骨、纤维结构的增生,全板或半椎板切除后,后方软组织可突入椎管并与硬膜粘连。临床实践证明,腰椎间盘突出症的发病机理与腰椎生物力学平衡有着密切关系,恢复腰椎生物力学平衡是治疗腰椎间盘突出症的关键。准确诊断腰椎间盘症,使减少临床误诊误治的重要环节;有关腰椎间盘突出症的发病机理与腰椎生物力学平衡有着重要意义的新学说,有待临床进一步探讨和深入研究。
6.3 腰椎间突出症的远期疗效:
腰椎间盘突出症,为什么外科开刀手术治疗效果不理想,外科开刀切除的是突出的椎间盘,并没有把腰椎间盘突出诱发远端腰、臀部及下肢的软组织的孪缩,粘连,瘢痕解除,动态平衡未得到纠正,病人的症状仍然存在。甚至有相当部分病人不是“腰椎间盘突出”而引发的临床症状,按“腰椎间盘突出症”去治疗,当然效果肯定不会好的,通过详细查体,排除诊断,纠正治疗方案,采用针刀松解加手法治疗,取得了显著的疗效。针刀治疗就是切开粘连,挛缩,瘢痕,堵塞等病理因素,是受牵拉,卡压的神经末梢生理功能得到恢复,加之配合现代复位手法,是以调整腰椎的动态平衡,恢复腰椎生物力学平衡。只有腰椎关节力学失衡,关节突位移导致椎间孔变小,神经根与前缘椎间盘碰撞时,才会产生症状。椎间盘突出及退变如果没有关节紊乱,腰椎曲度改变的力学因素,是不可能产生症状的,因此,治疗上应以纠正脊柱力学平衡为主,临床上准确的诊断优为重要,是减少误诊误治的关键环节。
通过临床深入观察,总结分析,系统研究,重视临床物理查体,勤动手勤动口,追踪病史资料,善于总结研究,排除其他疾病,明确诊断,对症诊治,均能获得满意的效果。治疗腰椎间盘突出症,而并非只是切除腰椎间盘突出的本身,关键是临床诊断准确,治疗方案对应,减少误诊误治;解决脊柱的生物力学平衡,只要腰椎的生理曲度恢复正常,一般愈后就会迎刃而解了。本组病例采用微创针刀疗法、现代复位手法、腰围固定、康复功能训练等综合治疗,均获得满意的临床效果,只要坚持腰椎康复功能训练,恢复腰椎的生物力学平衡,远期疗效更为满意。临床诊断是关键,诊断大原则错了,治疗方法也就肯定错了,只有减少临床误诊,才能减少误治,才能达到减少患者的身体疾苦,减轻家庭的经济负担,减轻社会的压力,提高全民健康素质,促进全社会和谐发展。
参考文献
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【关键词】骨质疏松,生物力学,推拿,针灸
原发性骨质疏松症是以骨量减少、骨的微观结构退化为特征的，致使骨的脆性增加以及易于发生骨折的一种全身性骨骼疾病。骨质疏松应属于中医学“骨痹”、“骨痿”范畴。其特点是骨量明显减少，尤其是含松质骨成分较多的脊柱、论文好网医学临床股骨颈和长骨端。形态学改变为骨小梁变细，骨皮质变薄，髓腔增宽。中医学认为主要病因是肾虚，其次是脾虚和痰瘀。西医学多认为是激素代谢和钙吸收不良所致。
肾虚导致骨质疏松引起腰椎生物力学结构改变。骨量减少是OP的特征，骨的力学强度下降是OP的本质。腰椎椎体高度下降，且以楔形变为主，说明椎体前缘压缩程度较后缘为重。由于人体重力或受到屈曲应力，使脊柱椎体前侧遭至压应力，其前部受载荷随之增加，向前弯矩增加可导致骨质疏松的椎体前窄后宽的楔形改变。代谢性骨病(骨质疏松和骨软化)是退变性腰椎侧弯、挺直的主要原因，因此腰椎前突的恢复比侧弯的矫正更重要。另外椎间盘的退化，使腰椎曲度、骶骨倾斜角和前凸指数明显减小，为了脊柱自身的稳定，造成骨质增生的发生，椎体内的骨小梁变得稀疏。
重建骨骼的生物力学平衡，单纯靠补充钙制剂、激素，或者应用中医中药、针灸等疗法补骨生髓，目前通过临床观察疗效均不理想，与期望疗效相差较多，所以目前针对中老年常见病、多发病的原发性骨质疏松症没有一个具有中医特色的规范性疗法。
中医治疗体现在整体观念、标本兼治、动静结合。对于综合治疗骨质疏松，从肾论治、针药结合、中西结合是目前广泛采用的治疗原则。通过临床及实验研究，电针、灸法对维持骨的力学性能都是有一定的作用。骨质疏松临床长期治疗的目的是减缓骨质量的减少，这是一个缓慢而艰难的过程，患者由于主观的原因往往难于坚持。
而短期治疗目的，应以缓解由于骨量减少造成的腰痛为最直接的目的，往往受到患者的欢迎。腰椎间盘软骨、椎间关节、韧带及肌肉等与腰痛发病密切相关。在腰椎构成组织中，椎间盘软骨和椎间关节随着年龄增长而变性，成为腰痛最常见的病因。同时，由于疼痛限制了机体的活动，从而引起椎间关节挛缩、腰椎构成组织萎缩及变性，形成了疼痛的恶性循环。骨质疏松症进展后易发生骨折，出现脊柱变弯、驼背后必然伴有腰背部痛，按压棘突后可诱发疼痛。论文好网医学临床这是由于增加棘间韧带张力和骨折部位附着的韧带发生炎症所致。再有因脊柱变弯、驼背后当背部伸展时，肌肉常呈过伸状态，可同时发生疲劳性腰痛及缺血性腰痛。这种腰痛的特征是向后弯腰或取胸膝位时，可减少背部肌肉张力和肌肉内压，使肌肉血流量增加，腰痛减轻或消失。对老年功能性腰痛患者施行腰背肌训练之后(加强腰背肌特别是背肌的训练)腰痛确有改善。因此对于缓解由于骨质疏松造成的腰痛，除了必要的药物疗法以外，还应实施增强腰背肌的运动疗法。
基于上述因素的影响，针对由于原发性骨质疏松造成椎体内部微骨折及骨质量减少，笔者认为应发挥传统中医学的特色及优势，以针灸补肾为本，结合推拿按摩调整腰椎力学结构，加强腰背肌的力量，缓解腰痛为标，内外兼治，动静结合，远针近推来达到对骨质疏松的整体治疗。针灸补肾多采用背腧穴和原穴，经临床观察取得了由于单纯口服钙制剂的效果。应用隔姜灸或隔附子饼灸，能够温经补肾，益气固精，疏经止痛。
由于骨的代谢周期较长，一般而言，整个骨重建过程持续约3～4个月，且只有70%的骨基质矿化，完全矿化还须4个月左右时间，故整个针灸疗程至少需要半年以上的时间。采用针刺远端委中穴和太溪穴，并用温针灸上述穴位，同时在患者腰部推拿的方法，动静结合，补肾壮腰。运用远针近推疗法动静结合，补肾壮腰止痛，使骨质疏松肾虚型腰痛患者疼痛缓解，运动功能改善。我们通过观察腰椎CR影像学、血液生化学各项指标和疼痛视觉评分VAS的变化规律，评价原发性骨质疏松的近期及远期疗效。短期以腰椎生物力学的影像学改变为参照，以临床患者对疼痛的评价为基础，判断疗效;远期以血液生化学指标为评价标准，远期与近期疗效相统一，从根本上抑制骨质量的减少及由此所产生的一系列病理变化。
中医临床由于分科的限制及其对于针灸与推拿学科认识的局限，一方面将类似于本病治疗分属于两个科别进行治疗;同时不能将针刺与推拿有机结合应用于同一病人。本方法将针刺与推拿同时应用于骨质疏松肾虚型腰痛疾病，为中医治疗痛症提供了新思路。
