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生物力學(xué)測(cè)試方法范文1
摘要：隨著力學(xué)著手于生物體，尤其是人體相關(guān)運(yùn)動(dòng)研究的開展，生物力學(xué)成為交叉領(lǐng)域中重要的學(xué)科體系，運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)是基于生物力學(xué)學(xué)科之上，結(jié)合體育科學(xué)體系產(chǎn)生的一門新興學(xué)科，它的產(chǎn)生和發(fā)展，在我國(guó)此學(xué)科在理論、研究方法、測(cè)量分析等方面均取得了一定的發(fā)展。但考察分析運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)和生物力學(xué)的現(xiàn)狀，在喜悅于長(zhǎng)足進(jìn)步的同時(shí)，不得不承認(rèn)，運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的基礎(chǔ)理論并不完備，發(fā)展趨勢(shì)仍有局限。
關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)；發(fā)展現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)出現(xiàn)于上世紀(jì)五十年代末期,開始階段只有少數(shù)幾個(gè)體育學(xué)院開了運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)講座或選修課,國(guó)家體委科研所成立了運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究組。由于眾所周知的原因,運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在這一時(shí)期發(fā)展緩慢，到現(xiàn)在雖然有了質(zhì)的飛躍，但是不能忽視這門學(xué)科本身還是有待完善的。本文就運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在我國(guó)的研究方法、研究領(lǐng)域和方向及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述和分析，并對(duì)我國(guó)的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)作出一些展望。
一、我國(guó)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的研究現(xiàn)狀
1.研究方法
（1）常用的研究方法及儀器。在中國(guó)體育科學(xué)學(xué)會(huì)和原國(guó)家體委科教司的支持下,運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)分會(huì)組織國(guó)內(nèi)多名本學(xué)科的專家、教授討論、撰寫成的《運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)測(cè)量方法》一書編入了當(dāng)前運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究中使用的主要方法和儀器。包括運(yùn)動(dòng)學(xué)方法中的平面定機(jī)、平面跟蹤、立體定機(jī)攝影攝像測(cè)量方法;動(dòng)力學(xué)方法中的三維測(cè)力臺(tái)測(cè)試方法、等速測(cè)力儀測(cè)試方法;生物學(xué)方法中的人體形態(tài)學(xué)測(cè)量方法、人體重心測(cè)量方法、肌電測(cè)量方法等。另外還收入了一些國(guó)內(nèi)使用尚不普及和少量國(guó)外新近使用的測(cè)量方法,包括運(yùn)動(dòng)學(xué)方法中的立體跟蹤攝影攝像測(cè)量方法、紅外光點(diǎn)攝像、激光測(cè)試儀、分段計(jì)時(shí)測(cè)量方法;動(dòng)力學(xué)方法中的A.K.M 和B.K.M 測(cè)力儀測(cè)力方法、T.K.K 測(cè)力儀測(cè)力方法、賽艇多參數(shù)遙測(cè)分析系統(tǒng)測(cè)試方法、動(dòng)態(tài)力的應(yīng)變測(cè)試方法、人體運(yùn)動(dòng)能量測(cè)量方法。此外,還有多機(jī)同步測(cè)量方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分析方法、數(shù)學(xué)模型與計(jì)算機(jī)仿真方法以及運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)測(cè)試資料的統(tǒng)計(jì)處理與分析方法等［1］。
（2）新的研究方法及儀器。高精度的高速攝像測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用: 高清晰度、高速度(100～200 場(chǎng)/s以上) 的攝機(jī)和錄像解析系統(tǒng)。圖像自動(dòng)識(shí)別儀器開始應(yīng)用。高精度的紅外光點(diǎn)遙測(cè)分析系統(tǒng)已用于研究實(shí)踐。運(yùn)動(dòng)專項(xiàng)的測(cè)試儀器和運(yùn)動(dòng)器材的研制。磁感應(yīng)測(cè)量?jī)x器研制成功。數(shù)學(xué)力學(xué)模型和人體運(yùn)動(dòng)仿真在體育運(yùn)動(dòng)技術(shù)研究中的應(yīng)用。運(yùn)動(dòng)技術(shù)分析的“專家系統(tǒng)”與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型已經(jīng)應(yīng)用于人體運(yùn)動(dòng)技術(shù)研究。肌電圖測(cè)試分析向定量化邁進(jìn)［2］。
2.目前我國(guó)的研究領(lǐng)域
（1）優(yōu)化運(yùn)動(dòng)技術(shù)。針對(duì)某一特定運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目（ 如田徑、球類、速滑等）進(jìn)行分析，改善運(yùn)動(dòng)技術(shù)的表現(xiàn)。如《對(duì)我國(guó)4名優(yōu)秀短道女運(yùn)動(dòng)員彎道技術(shù)的生物力學(xué)分析》、《用力學(xué)原理分析直道滑跑技術(shù)》、《排球前后排扣球運(yùn)動(dòng)學(xué)分析》等［3］。這些研究以使運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練科學(xué)化，符合力學(xué)原理，符合人體規(guī)律，從而獲得最佳的技能表現(xiàn)。
（2）改進(jìn)人體基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)如走、跑、跳、推、拉等，除此之外，還包括區(qū)別于競(jìng)技運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目動(dòng)作、動(dòng)作系的研究。如《走步運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榕懿絼?dòng)作下肢和骨盤之運(yùn)動(dòng)學(xué)變化分析》、《步態(tài)生物力學(xué)研究進(jìn)展》等［4］。大眾體育和學(xué)校體育受到的重視遠(yuǎn)遜于競(jìng)技體育，實(shí)際上，這些研究是非常重要的，因?yàn)檫@些技術(shù)研究只有專業(yè)的運(yùn)動(dòng)員和教練員才會(huì)用得上，對(duì)于大多數(shù)人而言，充分體現(xiàn)“ 民本思想”，改善人體基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)、改善健康的研究才是真正需要的。
（3）數(shù)學(xué)模式與模擬。這類數(shù)學(xué)模式模擬及電腦模擬的研究針對(duì)運(yùn)動(dòng)技術(shù)及人體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，此類研究有別于一般儀器進(jìn)行測(cè)量的方法，所以單分為一類［5］。
（4）運(yùn)動(dòng)器材設(shè)備開發(fā)設(shè)計(jì)。主要關(guān)于運(yùn)動(dòng)器材設(shè)計(jì)及力學(xué)特征分析，如網(wǎng)球拍、運(yùn)動(dòng)鞋、訓(xùn)練器材等。這方面的研究如《不同勁度網(wǎng)球拍對(duì)恢復(fù)系數(shù)的影響》、《不同質(zhì)地泳衣對(duì)速度的影響分析》等。
（5）運(yùn)動(dòng)傷害的研究。主要對(duì)運(yùn)動(dòng)傷害機(jī)制及運(yùn)動(dòng)護(hù)具進(jìn)行研究，避免運(yùn)動(dòng)損傷的發(fā)生。如《體能動(dòng)力損傷機(jī)制理論研究分析》。這類研究主要是在研究的過(guò)程中部分借助于運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的研究方法、測(cè)試方法來(lái)分析造成傷害的動(dòng)作規(guī)律，與人體結(jié)構(gòu)結(jié)合總結(jié)得出預(yù)防運(yùn)動(dòng)傷害的方法［6］。
（6）人體測(cè)量學(xué)的研究由清華大學(xué)、白求恩醫(yī)大和國(guó)家體科所合作，采用CT測(cè)試方法結(jié)合計(jì)算機(jī)圖像處理分析系統(tǒng)，于1995年正式完成了中國(guó)成年人人體慣性參數(shù)的測(cè)定。
二、我國(guó)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)
通過(guò)對(duì)第六屆全國(guó)體育科學(xué)大會(huì)和第十八屆國(guó)際運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)年會(huì)的對(duì)比分析，可以大致看出我國(guó)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。
（1） 計(jì)算機(jī)是運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)發(fā)展的核心。運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的理論研究將偏重于計(jì)算方法的準(zhǔn)確和簡(jiǎn)煉、理論研究的系統(tǒng)性和完整性。借助電子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)快速精確的測(cè)量和實(shí)時(shí)處理人體運(yùn)動(dòng)的各種力學(xué)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)綜合分析和聯(lián)機(jī)分析，以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制是科技發(fā)展的必然趨勢(shì)。
（2） 競(jìng)技體育方面的研究更加依賴高新技術(shù)。運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的研究將更加注重訓(xùn)練實(shí)踐，研究成果要能為競(jìng)技體育服務(wù)，運(yùn)動(dòng)測(cè)試儀器的專項(xiàng)化以及高新技術(shù)和高新材料和儀器的創(chuàng)新和發(fā)展是這一發(fā)展方向的具體體現(xiàn)。
（3）運(yùn)動(dòng)損傷康復(fù)的研究將更加深入，而且與運(yùn)動(dòng)專項(xiàng)結(jié)合更加緊密，肌肉生物力學(xué)已成為熱門課題，對(duì)預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷的研究也將是一個(gè)熱門課題，但對(duì)于分子生物力學(xué)方面的研究成果還很少，今后，應(yīng)廣泛結(jié)合運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)和生物學(xué)、運(yùn)動(dòng)生理學(xué)、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)等學(xué)科中的研究方法，共同解決人體運(yùn)動(dòng)中的有關(guān)問(wèn)題。
（4）研究對(duì)象更加廣泛，運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究除繼續(xù)對(duì)競(jìng)技體育進(jìn)行研究外，還應(yīng)向青少年、老年人、殘疾人的體育運(yùn)動(dòng)、軍事技術(shù)動(dòng)作以及與人體有關(guān)的一些設(shè)備。
三、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的展望
從以上運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)學(xué)科體系現(xiàn)狀的分析，不難看出運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的發(fā)展仍存在一定的問(wèn)題。學(xué)科可以研究的內(nèi)容很多，任務(wù)也不盡相同，但為適應(yīng)生物力學(xué)的發(fā)展和體育科學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的發(fā)展應(yīng)有所側(cè)重。運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)還有許多有待于解決的問(wèn)題，它的實(shí)用價(jià)值也只剛剛顯露初紅。
（1）提高動(dòng)作技術(shù)不再局限于表層研究分析動(dòng)作技術(shù)，更多應(yīng)著手于研究并提出技術(shù)訓(xùn)練的具體方案（有關(guān)如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)化動(dòng)作結(jié)構(gòu)）；研制設(shè)計(jì)專用或通用的輔助訓(xùn)練動(dòng)作、設(shè)施及器械。
（2）基礎(chǔ)理論的建設(shè)將為運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)發(fā)展鞏固根基，開拓視野，擴(kuò)展研究與應(yīng)用領(lǐng)域。
（3）深入研究運(yùn)動(dòng)損傷機(jī)制，模擬分析運(yùn)動(dòng)損傷過(guò)程，設(shè)計(jì)合理的運(yùn)動(dòng)設(shè)備（器材、服裝、鞋等）以防止運(yùn)動(dòng)損傷。
（4）計(jì)算機(jī)模擬、仿真技術(shù)是運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究的重要手段。（云南師范大學(xué)體育學(xué)院；云南；昆明；650031）
參考文獻(xiàn)：
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生物力學(xué)測(cè)試方法范文2
(1451醫(yī)院整形外科 西安710054 2.第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院整形外科中心 西安710032)
[摘 要] 目的:觀察皮膚伸展作用后生物力學(xué)特性和組織學(xué)的改變。方法:取4只體重20 kg左右的豬為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,采用自身對(duì)照方式進(jìn)行,對(duì)伸展作用側(cè)及對(duì)照側(cè)皮膚標(biāo)本分別進(jìn)行拉伸斷裂強(qiáng)度、拉伸斷裂伸長(zhǎng)百分率、皮膚本構(gòu)關(guān)系等生物力學(xué)指標(biāo)的測(cè)定及組織學(xué)的檢查。結(jié)果:伸展皮膚的粘彈性下降。組織學(xué)觀察可見伸展后表皮細(xì)胞層次增多,真皮層稍變薄。結(jié)論:皮膚伸展作用后,其生物力學(xué)性質(zhì)及組織學(xué)均有明顯變化。臨床上可采用皮膚伸展術(shù),以縮短療程,提高療效。
[關(guān)鍵詞] 皮膚伸展術(shù) 生物力學(xué)特性 組織學(xué)檢查
[中圖分類號(hào)]R622 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1008-6455(2000)09-0244-03
BIOMECHANICAL AND HISTOMORPHOLOGICAL CHANGES IN STRETCHED PIG SKIN
ZHOU Li-an LI Zhun GUO Shu-zhong et al
Depart.Plastic surgery,451 Hospital,(Xian 710054)
[Abstract] Objective:The study was designed to observe the biomechanical and histomorphological changes in stretched pig skin.Methods:On 4 pigs.stretched skin was compared with non-stretched control skin from the opposite side of the animal,using a paired t-test.The biomechanical and histomorphological properties were determined in stretched and non-stretched control skin.By using tensometer,the sin was evaluated for stress strain and parameters of strength.Result:The biomechanical properties of the stretched skin were different from the control skin.Histomorphological examination revealed that the epidermis layer increase.There was thinning of dermis,the dermal collagen bundles were thicker than those of controle.Conclusion:We concluded that the biomechanical properties and histomorphological changes were different from that of the unstretched skin.It was shown that the skin stretching technique might be accepted in the practice.
[Key words] Skin stretching technique Biomechanical property Histomorphological examination
皮膚伸展術(shù)始于1976年,Barrer[1]等采用了固位橋裝置用于關(guān)閉傷口,它是通過(guò)施加于皮緣的直接外力,線性牽引創(chuàng)面兩側(cè)的皮膚組織,使之產(chǎn)生皮膚增量,達(dá)到關(guān)閉創(chuàng)面的目的,作者對(duì)此已進(jìn)行部分臨床及實(shí)驗(yàn)研究[2-7],該方法近年來(lái)在國(guó)外受到普遍關(guān)注,認(rèn)為是一種"有把握的關(guān)閉"(Sure-closure)[4]方法。但也有學(xué)者提醒使用該方法應(yīng)防止用力過(guò)大造成真皮纖維的斷裂等并發(fā)癥[8]。
因此皮膚伸展術(shù)中的安全性仍是人們關(guān)心的問(wèn)題,真皮決定著皮膚的生物力學(xué)性質(zhì),反之生物力學(xué)的變化也反映真皮的結(jié)構(gòu)特征[9]。
本研究對(duì)伸展作用后的皮膚及對(duì)側(cè)正常皮膚進(jìn)行了生物力學(xué)特性的對(duì)比測(cè)試并觀察了相應(yīng)的組織形態(tài)學(xué)變化。
1 材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 選取4只體重20kg左右白色乳豬(第四軍醫(yī)大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供),雌雄不限,3%戊巴比妥鈉(美國(guó)Sigma公司)30mg/kg肌注麻醉后,側(cè)胸、腹及背部肥皂水刷洗,剃毛,放置于牽引臺(tái)架上,術(shù)區(qū)皮膚常規(guī)消毒。
1.2 皮膚伸展方法 在胸背中央畫7cm×3.5cm標(biāo)準(zhǔn)面積,長(zhǎng)軸為首尾方向,將兩根長(zhǎng)針插入短邊真皮層,兩端露于皮外,U型雙鉤緊貼長(zhǎng)針外緣插入皮膚鉤住對(duì)側(cè)的長(zhǎng)針,連接測(cè)力計(jì)及秤砣盤,并使作用力與皮面保持在同一水平。兩側(cè)同時(shí)往秤砣盤加載,至短邊接觸,由測(cè)力計(jì)讀出皮膚此時(shí)所承受的應(yīng)力為11.5kg,將長(zhǎng)針用鐵絲固定保持短邊對(duì)合,以達(dá)到對(duì)假設(shè)創(chuàng)面兩側(cè)伸展的目的。
1.3 皮膚標(biāo)本的制備
伸展作用5天后,在伸展作用區(qū)及相應(yīng)的正常對(duì)照側(cè),采用自制的切割裝置切取0.6×10cm的皮膚標(biāo)本,中央修成0.3×1cm的雙凹形,切取方向保持一致,剪掉標(biāo)本上的部分皮下組織,共制備8個(gè)皮膚試件。同時(shí)取實(shí)驗(yàn)及對(duì)照側(cè)皮膚,固定包埋后,切片用HE和van Gieson染色,光鏡下觀察。
2 結(jié)果
2.1 測(cè)試方法與分析
2.1.1 生物力學(xué)指標(biāo)的測(cè)試
所有的測(cè)試標(biāo)本均采用Instron1122萬(wàn)能強(qiáng)力機(jī)(英國(guó)產(chǎn)),測(cè)試溫度為15℃,相對(duì)濕度40%,夾距10mm,拉伸速度50mm/min。
2.1.2 統(tǒng)計(jì)分析采用配對(duì)t檢驗(yàn),(第四軍醫(yī)大學(xué)統(tǒng)計(jì)教研室完成)。
2.2 測(cè)試分析結(jié)果
2.2.1 離體豬皮膚的拉伸斷裂強(qiáng)度(g/mm2)
二種皮膚的最大拉伸斷裂強(qiáng)度分別為:對(duì)照組為2508.20±36.60g/mm2 實(shí)驗(yàn)組為1974.86±20.22g/mm2表明伸展作用后的皮膚強(qiáng)度下降,下降幅度20.6%,相差非常顯著(t=55.7,P
2.2.2 離體豬皮膚拉伸斷裂伸長(zhǎng)百分率
伸展作用后皮膚的拉伸斷裂伸長(zhǎng)百分率為71.7%±2.5%,較對(duì)照組83.5%±2.6%降低。實(shí)驗(yàn)組斷裂伸長(zhǎng)百分率下降幅度為14.3%,相差非常顯著(t=47.0,P
2.2.3 離體豬皮膚的本構(gòu)關(guān)系及曲線
典型的實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組豬皮膚的本構(gòu)關(guān)系及曲線見附表及圖5。可以看出,在相同的應(yīng)力作用下,對(duì)照組的應(yīng)變能力大于實(shí)驗(yàn)組
附表 實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組豬皮膚本構(gòu)關(guān)系(g/mm2)
兩種離體豬皮膚本構(gòu)關(guān)系曲線
2.2.4 組織學(xué)檢查
伸展作用后表皮層厚度保持不變或稍增厚,表皮細(xì)胞層次增多,上皮釘突和真皮嵴變鈍。真皮層稍變薄,內(nèi)含有大量平行且排列緊密的膠原纖維束,纖維束粗大、致密。成纖維細(xì)胞數(shù)量增多且體積增大、胞漿豐富。真皮層血管數(shù)量略有增加,主要在真皮層。
3 討論
伸展作用的皮膚生物力學(xué)特性是否能發(fā)生有意義的改變,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見皮膚經(jīng)伸展作用后,各項(xiàng)生物力學(xué)指標(biāo)均發(fā)生了變化。皮膚軟組織的拉伸斷裂強(qiáng)度是生物軟組織粘彈性指標(biāo)之一,是通過(guò)將試件加載至斷裂前的瞬間應(yīng)力值來(lái)表示,由實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,伸展作用后的皮膚粘彈性下降,降幅為20.6%(P
因此在活體正常皮膚很難出現(xiàn)真皮纖維的斷裂,這與伸展力的廣泛均勻分布有關(guān)。因此能充分保證皮緣血運(yùn)良好的伸展力不會(huì)導(dǎo)致纖維斷裂。皮膚軟組織的本構(gòu)關(guān)系更能全面反映皮膚在不同應(yīng)力的作用下組織變形的能力,它也是生物軟組織粘彈性的指標(biāo)之一。同樣的應(yīng)力作用下,變形越大,表明其粘彈性越強(qiáng)。[10]。
從本構(gòu)曲線的變化趨勢(shì)可以看出,伸展作用后的皮膚在同一應(yīng)力的作用下其變形程度下降,這一指標(biāo)也提示伸展皮膚的粘彈性呈下降的趨勢(shì)。組織學(xué)研究顯示,伸展作用后表皮層厚度不變或稍增厚,表皮細(xì)胞層次增多。在皮膚擴(kuò)張術(shù)的研究中也證實(shí)表皮細(xì)胞層增厚,細(xì)胞有絲分裂活動(dòng)增加,作者認(rèn)為可能是為了恢復(fù)表皮細(xì)胞的密集狀態(tài),抑制有絲分裂[9、11、12]。伸展作用后真皮層稍變薄,內(nèi)含大量平行且排列緊密的膠原纖維束,纖維束粗大、致密,成纖維細(xì)胞數(shù)量增多且體積增大,胞漿豐富。擴(kuò)張術(shù)中真皮厚度也變薄[13]。雖已證實(shí)成纖維細(xì)胞被激活,但去除擴(kuò)張器后擴(kuò)張皮膚2年后才能逐漸恢復(fù)正常[9、14],因此無(wú)論是伸展術(shù)還是皮膚軟組織擴(kuò)張術(shù)所致的皮膚增加,主要來(lái)自皮膚的機(jī)械蠕變,而不是生物蠕變。并且伸展皮膚生物力學(xué)性質(zhì)的變化與皮膚快速擴(kuò)張后的改變相似,說(shuō)明兩種方法作用方式雖然不同,卻有著相同的結(jié)果[15]。皮膚伸展術(shù)一般不行皮下潛行分離,因此不形成皮下創(chuàng)面和纖維包膜,及其中存在的激活的炎性細(xì)胞[9、11]。伸展作用后的皮膚,其生物力學(xué)特性及組織學(xué)變化的恢復(fù)是否比軟組織擴(kuò)張術(shù)更迅速有待進(jìn)一步研究。
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生物力學(xué)測(cè)試方法范文3
摘 要 采用文獻(xiàn)綜述法對(duì)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在體育教學(xué)中的作用進(jìn)行綜述，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)能夠減少學(xué)生活動(dòng)過(guò)程中微損傷，促進(jìn)學(xué)生健康鍛煉；運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)能夠有效將體育動(dòng)作細(xì)化，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)鍛煉；運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)理論教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生體能、身體形態(tài)、身體素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展。因此運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在體育教學(xué)中起到?jīng)Q定性作用，同時(shí)促進(jìn)合理科學(xué)終身體育鍛煉。
關(guān)鍵詞 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué) 體育教學(xué) 作用
一、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在體育教學(xué)過(guò)程的作用
（一）運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在徑賽運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目應(yīng)用
以時(shí)間計(jì)算的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目稱為徑賽運(yùn)動(dòng)[1]。體育教學(xué)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)能夠幫助學(xué)生學(xué)習(xí)技術(shù)動(dòng)作原理，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)理解體育技術(shù)動(dòng)作重要性，減少學(xué)生鍛煉過(guò)程中微損傷。走、跑是體育動(dòng)作中最基本技術(shù)，Jim L認(rèn)為跑、走除了與兩腳與地面接觸后交叉時(shí)間有關(guān)系外，還與腳與地面接觸的反作用力有關(guān)，作用力如果不按合力F方向傳導(dǎo)，就會(huì)出現(xiàn)外“八”、內(nèi)“八”、拖地、螺旋等錯(cuò)誤的跑、走動(dòng)作。體育教學(xué)中蹲踞式起跑運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)原理可以發(fā)現(xiàn)，膝關(guān)節(jié)角度前腿在90-111°之間、后腿在118-136°之間有助于啟動(dòng)時(shí)合速度達(dá)到最大值，提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)和減少膝蓋前交叉和后交叉韌帶的微損傷[3]。體育教學(xué)中彎道跑應(yīng)用的公式：F向心力=M（質(zhì)）×g（重加速）×Tagα等于F圓周向心力=M（質(zhì)）×V2/R，彎道上F向心力與所跑的半徑（R）成反比，與V2、角度、M成正比[2，4]。因此合理控制F向心力能夠有效調(diào)控身體鍛煉時(shí)協(xié)調(diào)能力，保證身體平衡，減少體育課堂中學(xué)生快速?gòu)澋琅茉斐傻乃?/p>
（二）運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在田賽運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目應(yīng)用
以高度或遠(yuǎn)度計(jì)算的項(xiàng)目稱田賽運(yùn)動(dòng)[1]。田賽運(yùn)動(dòng)是體育教學(xué)過(guò)程應(yīng)用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)較多的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，如跳高、鉛球等。有研究發(fā)現(xiàn)跳躍類的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目包含了F水平和F垂直、F合三方面的作用力。跳高是跳躍類里典型的運(yùn)動(dòng)，它由F水平力、F垂直力、F合構(gòu)成，助跑是由F水平力，起跳是由F垂直力，騰空過(guò)桿是由F合構(gòu)成，三者構(gòu)成跳高完整力學(xué)系統(tǒng)，但他們都與速度、角度、質(zhì)量有關(guān)，合理分析運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)有助于學(xué)生學(xué)習(xí)，減少錯(cuò)誤動(dòng)作帶來(lái)的機(jī)體的損傷。鉛球是發(fā)展力量素質(zhì)練習(xí)的一項(xiàng)重要的考核指標(biāo)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)生物力S=V0/g[sin2α/2+cos]公式學(xué)分析鉛球遠(yuǎn)度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鉛球V0、角度、H有關(guān)系[5]。因此可以發(fā)現(xiàn)，合理利用生物力學(xué)，能夠促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，也能幫助學(xué)生科學(xué)合理的鍛煉力量素質(zhì)。
二、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)理論教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合作用
運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)可以直接利用到體育教學(xué)課程中，促進(jìn)體育教學(xué)動(dòng)作的細(xì)分，為科學(xué)合理體育運(yùn)動(dòng)奠定基礎(chǔ)，使競(jìng)技體育成績(jī)提高和方法的內(nèi)源理論基礎(chǔ)提供保障，同時(shí)作為交叉學(xué)科在實(shí)踐中必不可少缺少。著名的鉛球教練帕克根據(jù)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)原理制定訓(xùn)練計(jì)劃，促使21歲的巴恩斯創(chuàng)造23.12米世界紀(jì)錄。邁克?鮑威爾於采用力學(xué)分析原理，對(duì)跳遠(yuǎn)動(dòng)作細(xì)分，找到提高動(dòng)作途徑，最終在1991年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)上創(chuàng)造了8.95米世界紀(jì)錄。隨著科學(xué)發(fā)展，生物力學(xué)越來(lái)越被人重視，有人提出DLT，Kistler，AMTL三維測(cè)力平臺(tái)系統(tǒng)、等速測(cè)力儀測(cè)試系統(tǒng)，力學(xué)測(cè)量有測(cè)角儀、慣性傳感器、加速度儀、位移傳感器、力傳感器等，以滿足不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的多種需要，此外圖像自動(dòng)識(shí)別儀器、高精度紅外光點(diǎn)遙測(cè)分析系統(tǒng)、磁感應(yīng)儀器、數(shù)學(xué)力學(xué)模型。因此，可以發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)器材出現(xiàn)有助于體育教學(xué)過(guò)程多遠(yuǎn)化的發(fā)展，同時(shí)推動(dòng)了運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)與教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合，改善了不合理運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有助于評(píng)價(jià)學(xué)生的身體機(jī)能和素質(zhì)。
三、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在體育教學(xué)中決定性作用
運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)是研究運(yùn)動(dòng)與身體鍛煉受力關(guān)系，它能夠貫穿每個(gè)動(dòng)作即運(yùn)動(dòng)模型。每個(gè)動(dòng)作都是符合解剖學(xué)、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律，運(yùn)動(dòng)模型將力與身體運(yùn)動(dòng)軌跡看作了質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，分析人體各結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)規(guī)律之間關(guān)系，成為體育教學(xué)中重要的理論依據(jù)[6]。運(yùn)動(dòng)生物力能夠細(xì)化動(dòng)作技術(shù)原理，促進(jìn)體育教學(xué)工作，優(yōu)化教學(xué)課程內(nèi)容。把運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)與田賽或徑賽的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目相結(jié)合，增強(qiáng)了學(xué)生體能、身體形態(tài)、身體素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，使教學(xué)過(guò)程更為豐富，達(dá)到通俗易懂。因此，運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在體育教學(xué)中起到?jīng)Q定性的作用。
四、小結(jié)與展望
運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在體育教學(xué)過(guò)程中作用不容忽視，它驅(qū)動(dòng)體育教學(xué)力學(xué)原理，加強(qiáng)了學(xué)生科學(xué)合理的鍛煉身體，促進(jìn)了體育教學(xué)過(guò)程多元化，豐富課程教學(xué)內(nèi)容。運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)細(xì)化的體育教學(xué)過(guò)程中動(dòng)作，使體育教學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)單性，通俗易懂，增強(qiáng)學(xué)生身體形態(tài)、素質(zhì)、體能的協(xié)調(diào)發(fā)展。運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)能夠把解剖學(xué)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、動(dòng)作運(yùn)行軌跡緊密結(jié)合起來(lái)，這在體育教學(xué)過(guò)程中起到?jīng)Q定性作用。
隨著時(shí)代進(jìn)步，運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)作為一門交叉學(xué)科已在國(guó)內(nèi)多個(gè)體育院校開展，但該學(xué)科數(shù)學(xué)和物理知識(shí)較多，體育專業(yè)學(xué)生學(xué)起來(lái)比較吃力，因此如何使該門學(xué)科得到充分的發(fā)展還需要進(jìn)一步探討。國(guó)內(nèi)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的人才比英、美、意大利等國(guó)家參與社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)要少，建議教育部門讓更多運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)人才到社會(huì)實(shí)踐中指導(dǎo)各階層的人科學(xué)合理鍛煉，促進(jìn)終身體育觀念。在體育教學(xué)過(guò)程中盡量淡化考核成績(jī)，注重體育運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在教學(xué)過(guò)程，提高學(xué)習(xí)的興趣。
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生物力學(xué)測(cè)試方法范文4
關(guān)鍵詞 生物力學(xué) 步態(tài) 最新進(jìn)展 應(yīng)用領(lǐng)域
中圖分類號(hào)：R743 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
步行是人們?cè)谌粘Ｉ钪凶罨镜倪\(yùn)動(dòng)方式，而步態(tài)是指人類步行的行為特征。步態(tài)生物力學(xué)研究是運(yùn)用力學(xué)方法和技術(shù)，并基于人體機(jī)能解剖學(xué)和生理學(xué)的基本理論對(duì)人體行走功能狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量、分析、評(píng)價(jià)的應(yīng)用研究。吳劍等（2002）在“步態(tài)生物力學(xué)研究進(jìn)展”中對(duì)2002年之前的研究進(jìn)展進(jìn)行了論述，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和三維步態(tài)分析儀器開發(fā)利用，國(guó)內(nèi)外對(duì)步態(tài)研究的進(jìn)程也呈現(xiàn)出逐步加快的趨勢(shì)，但目前在眾多的研究成果中，還沒有對(duì)新時(shí)期步態(tài)生物力學(xué)的研究進(jìn)展進(jìn)行的研究，因此本文通過(guò)對(duì)步態(tài)生物力學(xué)的研究進(jìn)行分析，旨在為促進(jìn)步態(tài)生物力學(xué)的研究進(jìn)程，為以后的研究奠定基礎(chǔ)。
1步態(tài)的一般生物力學(xué)研究進(jìn)展
1.1步態(tài)周期
步態(tài)周期是指從一側(cè)足跟著地到該足跟再次著地所構(gòu)成的周期。一個(gè)步態(tài)周期分為支撐相與擺動(dòng)相2個(gè)相位。支撐相在整個(gè)步態(tài)周期中約占60%；擺動(dòng)相約占40%。而跑動(dòng)時(shí)支撐相約占整個(gè)步態(tài)周期的65%，擺動(dòng)相約占35%。一條腿在一個(gè)完整的步態(tài)周期中經(jīng)歷的狀態(tài)依次為：足跟著地、足放平、支撐、足尖離地、腿彎曲擺動(dòng)、腿伸直向外擺動(dòng)、然后足跟著地，進(jìn)入新的步態(tài)周期。前4個(gè)狀態(tài)是支撐相，后3個(gè)狀態(tài)是擺動(dòng)相。步態(tài)周期與身高的差異不顯著。
1.2步長(zhǎng)與跨步長(zhǎng)
步長(zhǎng)是指同側(cè)足跟或足尖到邁步后足跟或足尖之間的距離，正常成人的步長(zhǎng)值約為150―160cm。跨步長(zhǎng)是指行走時(shí)一側(cè)足跟到對(duì)側(cè)足跟之間的最大距離，正常成年人的跨步長(zhǎng)約為127cm，正常成年人隨著年齡的增長(zhǎng)，其跨步長(zhǎng)與年齡成負(fù)相關(guān)，與身高成正相關(guān)，另外跨步長(zhǎng)與步頻也有相關(guān)關(guān)系。
1.3步頻與步速
步頻是指行走時(shí)每分鐘邁出的步數(shù)，步頻=60（s）/步長(zhǎng)平均時(shí)間（s）。步速是指步行的平均速度（m/s）。對(duì)20-39歲、40-59歲、60-79歲三個(gè)年齡段的正常成人進(jìn)行步態(tài)分析表明：20-39歲年齡段的正常成人的步頻為1.9412，步速為1.2616；40-59歲年齡段的步頻為1.8117，步速為1.0514；60-79歲年齡段的步頻為1.7621，步速為0.9524 。
1.4身體質(zhì)心起伏
人起步時(shí)，雖然地面作用于人的腳底的靜摩擦力對(duì)人這一質(zhì)點(diǎn)組不做功，但這一靜摩擦力對(duì)人的質(zhì)心做功，正因?yàn)檫@個(gè)功使人的質(zhì)心動(dòng)能增大，人才得以起步運(yùn)行。另一方面，質(zhì)心動(dòng)能的獲得，是以人體各質(zhì)點(diǎn)克服靜摩擦力相對(duì)于質(zhì)心做功為代價(jià)的。這一代價(jià)來(lái)源于人體各質(zhì)點(diǎn)間相互作用的非保守力的功。對(duì)于一個(gè)健康的成人，當(dāng)其正常行走時(shí)，質(zhì)心起伏的幅度約為4.4cm。
1.5關(guān)節(jié)角度
人體下肢步態(tài)運(yùn)動(dòng)可以簡(jiǎn)化為一個(gè)四剛體模型（包括軀干）。對(duì)于髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)，圍繞靜止站立位有曲屈和伸展兩個(gè)方向，定義伸展為角度負(fù)向，彎曲為角度正向；對(duì)于踝關(guān)節(jié)有背屈和跖屈兩個(gè)方向，定義背屈為角度負(fù)方向，跖屈為角度正方向。Grabiner等認(rèn)為膝關(guān)節(jié)必須在支撐期完全伸直，在擺動(dòng)期屈曲大約60是教謀匾跫？
2步態(tài)生物力學(xué)研究的應(yīng)用
2.1功能檢測(cè)與評(píng)定
步態(tài)生物力學(xué)的研究對(duì)象為生物體的移動(dòng)狀態(tài)，測(cè)量參數(shù)具有自主控制成分。步行的對(duì)稱性和圓滑性可以根據(jù)步態(tài)分析所得的參數(shù)（包括：運(yùn)動(dòng)學(xué)、步態(tài)時(shí)間―距離參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)）進(jìn)行推測(cè)，穩(wěn)定性和波動(dòng)性可根據(jù)重心位移和力的作用點(diǎn)進(jìn)行判斷，其速度、節(jié)奏和持久性的判斷則是根據(jù)步速、步頻和步行的持續(xù)距離。從已有的研究中，主要對(duì)妊娠期婦女、老年人、“三癱一截”（腦癱、截癱、偏癱、截肢）的殘疾者、肥胖人群的行走人群進(jìn)行功能檢測(cè)與評(píng)定。
邱紀(jì)方等對(duì)20例痙攣型腦癱患兒及青年，連續(xù)進(jìn)行了步態(tài)的評(píng)測(cè)（包括運(yùn)動(dòng)分析），其測(cè)量指標(biāo)分別為：屈髖畸形（改良托馬斯試驗(yàn)）、膝關(guān)節(jié)伸展、繩肌長(zhǎng)度（角）、比目魚肌長(zhǎng)度、腓腸肌長(zhǎng)度等。其結(jié)果表明：所有指標(biāo)均與CCC具有良好的一致性（0.67～0.96）；觀測(cè)者間一致性隨測(cè)量指標(biāo)的改變而有較大改變，CCC為0.34～0.87。髖外伸展的CCC左髖是0.34，右髖為0.42。
李艷霞等采用比利時(shí)Footscan USB2平板式足底壓測(cè)試系統(tǒng)對(duì)體質(zhì)量指數(shù)>28 kg/m2的肥胖學(xué)生進(jìn)行動(dòng)態(tài)足底壓力測(cè)試，以此探索肥胖人群足底壓力參數(shù)的分布規(guī)律。
周有禮等通過(guò)對(duì)的動(dòng)力學(xué)分析，解決了孕婦完整人體檢測(cè)資料缺乏的困境，為發(fā)現(xiàn)妊娠婦女步態(tài)研究奠定了基礎(chǔ)，但是缺乏具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)。
王琳等采用橫向比較性研究設(shè)計(jì)法對(duì)中國(guó)青春期前BMI（體重指數(shù)）小于30 kg/ m2的男性肥胖兒童和體重正常的男性兒童在步態(tài)和姿勢(shì)控制方面是否存在差別進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示：肥胖兒童在步態(tài)的穩(wěn)定性和姿勢(shì)控制上均不如正常兒童的穩(wěn)定。
2.2疾病的預(yù)防
生物力學(xué)測(cè)試方法范文5
關(guān)鍵詞：排球；跨步墊球；運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
一、前言
排球跨步墊球及以其為基礎(chǔ)的各種低姿勢(shì)墊球是排球比賽過(guò)程中使用頻率較高的墊球技術(shù)動(dòng)作，它又是各種低姿墊球動(dòng)作的基礎(chǔ)。現(xiàn)代排球教材中，缺乏對(duì)其技術(shù)動(dòng)作科學(xué)化的描寫和分析，導(dǎo)致在現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，教學(xué)效果也不理想。因此，本文采用三維高速攝影解析技術(shù)對(duì)跨步墊球技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析研究，旨在探尋跨步墊球技術(shù)的動(dòng)作結(jié)構(gòu)特征，豐富和完善排球技術(shù)教學(xué)和教材理論，給動(dòng)作技術(shù)教學(xué)、訓(xùn)練、評(píng)價(jià)、診斷提供客觀的理論依據(jù)。
二、研究對(duì)象與方法
1.研究對(duì)象
研究對(duì)象為湖南師范大學(xué)男子排球隊(duì)的3名和湖南師范大學(xué)女子排球隊(duì)的1名主力運(yùn)動(dòng)員。研究?jī)?nèi)容為排球跨步墊球技術(shù)。
2.研究方法
本課題的研究方法主要采用實(shí)驗(yàn)法，運(yùn)用三維高清攝像解析系統(tǒng)對(duì)優(yōu)秀排球運(yùn)動(dòng)員的排球跨步墊球技術(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究。
（1）文獻(xiàn)資料法
查閱了中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)里近二十年來(lái)關(guān)于排球墊球技術(shù)及運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)相關(guān)研究的文獻(xiàn)資料、相關(guān)論文和著作中對(duì)排球技術(shù)的研究情況和生物力學(xué)的研究進(jìn)展并形成了文獻(xiàn)綜述，為本研究打下了扎實(shí)的研究基礎(chǔ)。
（2）專家訪談法
咨詢有關(guān)的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究專家和教師，向其請(qǐng)教以往寫作過(guò)的論文中所涉及的實(shí)驗(yàn)方法、設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理和分析等方面的問(wèn)題。
（3）實(shí)驗(yàn)法
采用三維高清攝影圖像解析技術(shù)，對(duì)技術(shù)動(dòng)作的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析。
（4）數(shù)理統(tǒng)計(jì)法
數(shù)據(jù)利用QToolS軟件和Excel軟件對(duì)獲得的數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)。
3.測(cè)試程序
模擬比賽情況，受試者進(jìn)行充分準(zhǔn)備活動(dòng)后，按實(shí)驗(yàn)要求，在專家的指導(dǎo)下讓四名受試運(yùn)動(dòng)員在測(cè)試范圍內(nèi)作跨步墊球動(dòng)作，每名測(cè)試對(duì)象完成兩次跨步墊球，按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拍攝（以右側(cè)跨步動(dòng)作為例）。由現(xiàn)場(chǎng)專家選定效果較好、技術(shù)較規(guī)范的兩名運(yùn)動(dòng)員的跨步墊球動(dòng)作作為分析對(duì)象，然后計(jì)算數(shù)據(jù)的平均值。
4.測(cè)試方法
采用三維定點(diǎn)攝像的方法，用兩部高清攝影機(jī)，對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)象的跨步墊球技術(shù)進(jìn)行三維定點(diǎn)拍攝，運(yùn)用相應(yīng)的解析系統(tǒng)對(duì)其動(dòng)作技術(shù)進(jìn)行解析，得出測(cè)試指標(biāo)參數(shù)。一部置于運(yùn)動(dòng)員的右側(cè)，一部置于運(yùn)動(dòng)員的前方，兩部攝像機(jī)主光軸約成 90度，拍攝頻率為50Hz。高清錄像拍攝，頻率25幀/秒，經(jīng)奇偶場(chǎng)分離后頻率相當(dāng)于50場(chǎng)/秒。采用2臺(tái)sony FX-2000E高清攝像機(jī)拍攝視頻。
標(biāo)定框架采用國(guó)家體育總局體育科學(xué)研究所的PEAK輻射式三維標(biāo)定框架，標(biāo)定精度高。選擇被分析的動(dòng)作時(shí)，選擇的整個(gè)動(dòng)作位于框架標(biāo)定范圍內(nèi)。
使用SIMI motion視頻解析系統(tǒng)對(duì)技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行解析，采用扎齊奧爾斯基人體模型，人體模型取系統(tǒng)軟件自帶的人體模型，分析數(shù)據(jù)包括身體重心、軀干、各關(guān)節(jié)點(diǎn)位移速度、以及各關(guān)節(jié)和軀干的角度和各時(shí)段的時(shí)間等數(shù)據(jù)，所得數(shù)據(jù)采用數(shù)字化濾波法進(jìn)行平滑處理，截?cái)囝l率為10，用EXCEL 2000對(duì)視訊系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、計(jì)算得到運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，并編輯公式計(jì)算人體基本平面方程系數(shù)以及關(guān)節(jié)點(diǎn)在各個(gè)平面的投影坐標(biāo)，再用Q-Tools計(jì)算關(guān)節(jié)角度。用Origin7.0做三維坐標(biāo)圖。對(duì)解析出的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析與研究，并做參數(shù)間的相關(guān)分析，運(yùn)用相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)描述動(dòng)作過(guò)程，建立整個(gè)動(dòng)作結(jié)構(gòu)相關(guān)環(huán)節(jié)間夾角、角速度、角加速度、速度、身體重心等量化指標(biāo)和參數(shù)，揭示動(dòng)作過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)和規(guī)律。
三、動(dòng)作階段的劃分
動(dòng)作階段劃分是研究技術(shù)動(dòng)作的重要環(huán)節(jié)。排球運(yùn)動(dòng)員跨步墊球技術(shù)是由準(zhǔn)備姿勢(shì)、跨步、墊球、隨后動(dòng)作四個(gè)環(huán)節(jié)組成，而對(duì)擊球效果起決定作用的是跨步和墊球兩個(gè)環(huán)節(jié)。為了確定動(dòng)作結(jié)構(gòu)和時(shí)相劃分方便，本文首先確定了不同動(dòng)作階段的臨界點(diǎn)，它可表征各動(dòng)作階段基本力學(xué)特征與動(dòng)作質(zhì)量。我們依照排球跨步墊球動(dòng)作的順序把跨步墊球動(dòng)作分為：跨步階段（1.4s-3.3s）、擊球階段（3.3s-4.1s）、隨后階段（4.1s-5.2s）。
四、研究結(jié)果與分析
1.排球跨步墊球技術(shù)下肢各環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
（1）膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)
膝關(guān)節(jié)的角度特征如下：
從圖1中可以看出左、右膝關(guān)節(jié)角在0～2.64s時(shí)段的變化趨勢(shì)并不相同。2.64s時(shí)刻為跨步腳剛著地的時(shí)刻。右膝關(guān)節(jié)角變化曲線在該階段有一個(gè)明顯的先下降后上升的過(guò)程，而左膝關(guān)節(jié)則是一個(gè)逐步下降的過(guò)程。右膝關(guān)節(jié)在跨步階段要向前跨出一步完成跨步動(dòng)作，在跨步過(guò)程中右膝關(guān)節(jié)先屈曲后伸展。在跨步階段身體重心落在左腳上，此時(shí)左腳起著支撐整個(gè)身體的作用，并保持重心穩(wěn)定性，因此左膝關(guān)節(jié)角在跨步階段變化很小。在2.64s后，左、右膝關(guān)節(jié)的變化趨勢(shì)完全相同，當(dāng)跨步腳著地后，左、右膝關(guān)節(jié)開始同時(shí)屈曲，降低身體重心。到擊球前屈曲值達(dá)到最大，身體重心此時(shí)處于最低，隨后雙腳蹬地，同時(shí)雙臂上擺擊球。
跨步墊球技術(shù)在跨步階段膝關(guān)節(jié)有一個(gè)屈膝重心下降的動(dòng)作，這個(gè)動(dòng)作是跨步墊球技術(shù)的重要組成部分，目的是通過(guò)拉伸膝關(guān)節(jié)蹬伸主動(dòng)收縮肌群，增大肌肉收縮初長(zhǎng)度儲(chǔ)備彈性勢(shì)能，同時(shí)增加墊球時(shí)的墊球距離，為后繼膝關(guān)節(jié)蹬伸動(dòng)作做好準(zhǔn)備。而且在判斷來(lái)球的方向和速度后通過(guò)跨步動(dòng)作還能及時(shí)調(diào)整擊球的最佳時(shí)機(jī)和部位。在跨步墊球技術(shù)中左膝最大屈曲角度為60.6°。右膝最大屈曲角度為59.89°。下肢屈膝身體重心下降的動(dòng)作幅度太大或太小都不能產(chǎn)生最佳的蹬伸效果，不利于整個(gè)墊球動(dòng)作的完成。如果膝關(guān)節(jié)屈曲幅度過(guò)大，就會(huì)造成膝關(guān)節(jié)伸肌群過(guò)大的對(duì)抗負(fù)荷，進(jìn)而影響膝關(guān)節(jié)的伸展速度及軀干和上肢各環(huán)節(jié)的整體配合。反之，膝關(guān)節(jié)屈曲幅度過(guò)小，又不能充分拉長(zhǎng)伸膝主動(dòng)收縮肌群，影響主動(dòng)收縮前彈性勢(shì)能的儲(chǔ)備，進(jìn)而影響到蹬伸效果。跨步墊球技術(shù)下肢的蹬伸動(dòng)作主要是使髖關(guān)節(jié)產(chǎn)生向上的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)下肢的蹬伸帶動(dòng)手臂向上擺動(dòng)，保證擊球時(shí)動(dòng)作的穩(wěn)定性。由于不同運(yùn)動(dòng)員的身材和身體素質(zhì)的不同，因此不同的運(yùn)動(dòng)員最佳膝關(guān)節(jié)的屈曲角度和身體的下蹲深度也不相同。合理的膝關(guān)節(jié)屈曲角度有助于運(yùn)動(dòng)員發(fā)揮最佳技術(shù)動(dòng)作。
（2）踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)
由圖2可知：從跨步開始，右踝關(guān)節(jié)角度不斷增大，而左踝關(guān)節(jié)角度不斷減小，這是由于跨步開始時(shí)，身體以左腳為支撐，右腳向前方跨出一步，隨后身體重心下移，直至跨步結(jié)束。由于右腳向前跨步，右踝關(guān)節(jié)與左踝關(guān)節(jié)正好相反，不斷增大，直至跨步后右腳腳跟與地面接觸時(shí)增至最大。
2.排球跨步墊球技術(shù)動(dòng)作整體分析
排球跨步墊球合理的動(dòng)作節(jié)奏應(yīng)該是身體自下位關(guān)節(jié)至上位關(guān)節(jié)的速度依次遞增。各運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)的遞增量越大，說(shuō)明動(dòng)作的動(dòng)量傳遞效果越好。跨步墊球技術(shù)動(dòng)作的跨步階段，單腳向前跨出一步，同時(shí)身體重心下移，軀干稍向前傾，雙手手臂伸直下壓，為后繼擊球動(dòng)作調(diào)整好擊球的時(shí)機(jī)和方位，同時(shí)儲(chǔ)備了彈性勢(shì)能，增加了肌肉收縮做功距離。擊球動(dòng)作階段，通過(guò)下肢蹬伸、軀干和上肢各運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)的依次加速與制動(dòng)，將速度傳遞至手臂，手臂通過(guò)從來(lái)球的下部向上抬，以達(dá)到最佳的擊球速度，將球平穩(wěn)而有力地?fù)舫觥羟驎r(shí)身體主要環(huán)節(jié)的活動(dòng)順序?yàn)橄エD髖―肩―肘和手腕。從完整技術(shù)動(dòng)作上看，跨步墊球是在拉長(zhǎng)相關(guān)主動(dòng)收縮肌的條件下，首先由下肢肌肉主動(dòng)收縮用力，然后是上肢各環(huán)節(jié)肌肉群的收縮用力，這種動(dòng)作時(shí)序符合墊球技術(shù)動(dòng)作力學(xué)原理。合理的技術(shù)動(dòng)作能充分發(fā)揮軀干肌肉和下肢肌肉的爆發(fā)加速作用，不要過(guò)多地單純依靠上肢運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)加速，這樣才能使上肢肌肉有較大的能量?jī)?chǔ)備，同時(shí)保證動(dòng)作的穩(wěn)定。在擊球動(dòng)作階段上肢肌肉感覺敏銳，控制手臂的方位和調(diào)控?fù)羟驎r(shí)間，并保證擊球最佳的擊球點(diǎn)和擊球時(shí)機(jī)。因此應(yīng)加強(qiáng)下肢的蹬伸力量，并在擊球時(shí)加強(qiáng)下肢的蹬伸作用，從技術(shù)上保證下肢和軀干肌肉合理的爆發(fā)加速功能，為上肢各環(huán)節(jié)的依次加速提供運(yùn)動(dòng)初速度。
五、結(jié)論
1.跨步墊球技術(shù)動(dòng)作結(jié)構(gòu)的分類
本研究對(duì)排球跨步墊球技術(shù)的嘗試性劃分是對(duì)目前排球跨步墊球技術(shù)劃分理論的大膽嘗試。筆者根據(jù)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中關(guān)于技術(shù)動(dòng)作的階段劃分原理，根據(jù)動(dòng)作結(jié)構(gòu)與動(dòng)作任務(wù)的不同，把排球跨步墊球術(shù)分為跨步階段、擊球階段和擊球后的隨后階段。
2.跨步墊球技術(shù)下肢的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征
左膝最大屈曲角度為60.6°，左膝最大蹬伸角度為159.5°，左膝關(guān)節(jié)的活動(dòng)幅度為98.9°。右膝最大屈曲角度為59.89°，右膝最大蹬伸角度為119.8°，右膝關(guān)節(jié)的活動(dòng)幅度為59.1°。膝關(guān)節(jié)屈曲幅度過(guò)大，就會(huì)造成膝關(guān)節(jié)伸肌群過(guò)大的對(duì)抗負(fù)荷，進(jìn)而影響膝關(guān)節(jié)的伸展速度及軀干和上肢各環(huán)節(jié)的整體配合。反之，膝關(guān)節(jié)屈曲幅度過(guò)小又不能充分拉長(zhǎng)伸膝主動(dòng)收縮肌群，影響主動(dòng)收縮前彈性勢(shì)能的儲(chǔ)備，進(jìn)而影響到蹬伸效果。
六、結(jié)語(yǔ)
跨步墊球技術(shù)在比賽中與其他墊球技術(shù)相比應(yīng)用廣泛，技術(shù)結(jié)構(gòu)較為合理。采用跨步，身體重心位于兩支撐腳之間，支撐比較穩(wěn)定。跨步墊球有利于肌肉用力的控制，也就可以較好地控制來(lái)球。
今后應(yīng)結(jié)合三維動(dòng)力學(xué)進(jìn)行進(jìn)一步的其他同類研究，通過(guò)同步裝置，對(duì)跨步墊球進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)的同步分析，只有這樣才能更全面地分析跨步墊球的技術(shù)特征和內(nèi)在規(guī)律。
對(duì)于排球運(yùn)動(dòng)的技術(shù)原理等課題還有待于我們?nèi)ド钊胙芯浚沂酒淇茖W(xué)的本質(zhì)和內(nèi)在的規(guī)律、科學(xué)化發(fā)展，這樣才可以更好地使排球運(yùn)動(dòng)得以更廣泛的普及和更科學(xué)化的發(fā)展。
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生物力學(xué)測(cè)試方法范文6
【摘要】 ［目的］研制一種新型的齒輪撐開式脊柱復(fù)位固定板裝置（GDP），進(jìn)行生物力學(xué)測(cè)試并評(píng)價(jià)其生物力學(xué)性能。［方法］采用醫(yī)用鈦合金制成GDP植入物，用不銹鋼制成專用工具。18具新鮮小牛腰椎標(biāo)本隨機(jī)分為3組，對(duì)GDP組內(nèi)固定進(jìn)行載荷－應(yīng)變、載荷－位移、強(qiáng)度、剛度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度及極限承載能力測(cè)試，并與對(duì)照組（CD、Steffee）對(duì)比分析。［結(jié)果］齒輪撐開式脊柱復(fù)位固定板（GDP）組在載荷－應(yīng)變、載荷－位移、強(qiáng)度、剛度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度及極限承載能力方面均優(yōu)于對(duì)照組，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析有顯著性差異（P
【關(guān)鍵詞】 齒輪撐開式； 脊柱復(fù)位固定板（GDP）； 內(nèi)固定； 生物力學(xué)
Abstract：［Objective］A new device of geardistraction plate (GDP) for spine reduction and fixation was designed and its biomechanical characteristics was evaluated.［Method］The GDP implants were made of titanium alloy (TC4，Ti6AL4V) and the instruments were made of stainless steel after design.Eighteen fresh calf lumbar specimens were randomly pided into three groups， the GDP group had a biomechanical test contrast to control group(CD， Steffee) in loadresponsive change， loaddisplacement， strength， stiffness， torsion intensity and ultimate strength.［Result］Results It is better than control group in loadresponsive change， loaddisplacement， strength， stiffness， torsion intensity and ultimate strength， there was a significant difference between them (P
Key words：gear distraction plate (GDP); fixation plate; internal fixation; biomechanics
目前用來(lái)治療脊柱骨折的后路內(nèi)固定器械主要以釘棒系統(tǒng)為主，板式結(jié)構(gòu)由于撐開作用差，復(fù)位骨折椎體的效果欠佳，因此臨床應(yīng)用者愈來(lái)愈少，逐漸處于被淘汰的境地。為克服板式結(jié)構(gòu)不能撐開的難題，作者在復(fù)習(xí)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一種新型的可撐開的脊柱后路復(fù)位固定板裝置即齒輪撐開式脊柱復(fù)位固定板（GDP）裝置，并通過(guò)離體生物力學(xué)對(duì)比研究了解GDP的生物力學(xué)特性，為臨床應(yīng)用提供依據(jù)。
1 器械結(jié)構(gòu)
GDP由帶齒條的固定板（帶有弧度）、齒狀撐開螺帽、椎弓根釘、橫向連接桿組成（圖1）。（1）固定板：為適應(yīng)脊柱不同節(jié)段固定的需要，根據(jù)影像學(xué)測(cè)量固定板的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為55～85 mm，弧度為－6.5°～20°，根據(jù)不同椎體的高度及臨床壓縮的程度，齒條的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為10～30 mm，固定板厚5 mm，寬14 mm，固定板上有連接橫向連接桿的滑動(dòng)槽;（2）齒狀撐開螺帽：為撐開椎體的關(guān)鍵部件，其齒輪與固定板的齒條吻合，中空內(nèi)徑為6 mm，壁厚1 mm，齒高、寬各1 mm;（3）椎弓根螺釘：為錐形，基底部與六角錐面的螺母鑄為一體，外徑35～70 mm，長(zhǎng)度20～55mm;（4）橫向連接桿為板式，寬4 mm，厚2 mm，長(zhǎng)度25～45 mm，內(nèi)有槽形孔，可以方便與固定板連接。
2 材料與方法
2.1 實(shí)驗(yàn)材料
采用新鮮小牛脊柱（T12～S1)標(biāo)本共18具，平均年齡2.8個(gè)月（2～3個(gè)月），雄性13具，雌性5具，均屬隨機(jī)取樣，并剔除病理標(biāo)本，X線片顯示為正常標(biāo)本。
圖1 齒輪撐開式脊柱復(fù)位固定板裝置結(jié)構(gòu)圖
2.2 標(biāo)本制備
截取標(biāo)本后仔細(xì)剔除局部附著肌肉，保留韌帶及關(guān)節(jié)突，然后密封保存在－20℃的冰柜中，測(cè)試前逐步解凍，實(shí)驗(yàn)標(biāo)本上下兩端澆灌骨水泥平臺(tái)，以便于精確加載，兩平臺(tái)之間平行度≤1°（圖2）。同時(shí)在脊柱L3前方（A測(cè)試點(diǎn)）和后側(cè)椎弓處（B測(cè)試點(diǎn)），按實(shí)驗(yàn)力學(xué)要求分別粘貼應(yīng)變式傳感器，應(yīng)變要求預(yù)調(diào)范圍達(dá)到2 500 u±2%，靈敏度﹤2 uε，位移測(cè)量采用KG－101光柵數(shù)顯高精度測(cè)量?jī)x，精度達(dá)到0.01%，并附以千分表監(jiān)測(cè)。
圖2 脊柱內(nèi)固定生物力學(xué)測(cè)試示意圖
2.3 標(biāo)本分組
將標(biāo)本分為實(shí)驗(yàn)組（GDP）及對(duì)照組（CD、Steffee），每組各6具，（三組器械皆為同一廠家相同材料制造，長(zhǎng)度相同）。損傷腰椎標(biāo)本的制作，參照Panjabi［1］方法在標(biāo)本上造成屈曲型壓縮骨折模型，拍攝X線片顯示脊柱不穩(wěn)，然后安裝齒輪撐開式脊柱復(fù)位內(nèi)固定板裝置加以固定。對(duì)照組分別用CD及Steffee鋼板固定。
2.4 生物力學(xué)測(cè)試
標(biāo)本測(cè)試按軸向壓縮、前屈、后伸和側(cè)屈4種不同生理工況建立實(shí)驗(yàn)力學(xué)模型。 腰椎載荷采用分級(jí)加載，由0～500 N加生理載荷，以100 N為分級(jí)載荷。加載速度應(yīng)控制在1.4 mm/min的速率，加載重心在腰椎的力學(xué)對(duì)稱軸上。脊柱的垂直及水平位移用KG101高精度數(shù)顯光柵位移傳感器測(cè)量，應(yīng)變由YJ14數(shù)字應(yīng)變儀采集。實(shí)驗(yàn)前加預(yù)載，以消除脊柱松弛，蠕變等時(shí)間效應(yīng)影響，然后正式測(cè)試，30 s內(nèi)采集一次數(shù)據(jù)，重復(fù)多次以提高精度，試驗(yàn)過(guò)程中標(biāo)本用生理鹽水保持濕潤(rùn)新鮮狀態(tài)。
2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理
脊柱生物力學(xué)試驗(yàn)中的應(yīng)變、位移、應(yīng)力、扭矩、扭角等力學(xué)量先進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而得到一個(gè)滿意的估計(jì)值和置位區(qū)間。然后以線形回歸、方差分析，經(jīng)最小二乘法處理。按數(shù)理統(tǒng)計(jì)加以檢驗(yàn)，計(jì)算其相關(guān)參數(shù)、t檢驗(yàn)、精度分析。計(jì)算統(tǒng)計(jì)分析采用標(biāo)準(zhǔn)的SPSS 10.0軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，設(shè)定顯著性水平為P
3 結(jié) 果
3.1 脊柱載荷－應(yīng)變變化
腰椎上A、B測(cè)試點(diǎn)在不同載荷下載荷—應(yīng)變曲線呈線性變化，應(yīng)變隨載荷的增加而增大，卸載后基本恢復(fù)原狀。腰椎A(chǔ)、B測(cè)試點(diǎn)上GDP內(nèi)固定椎體應(yīng)變最小，而相應(yīng)對(duì)照組（CD、Steffee）的應(yīng)變較大，在脊柱不同的生理工況下（垂直壓縮、前屈、后伸、側(cè)屈），實(shí)驗(yàn)組內(nèi)固定的平均應(yīng)變比CD組小13％，比Steffee組小22％。因此GDP器械固定明顯占有優(yōu)勢(shì)，固定效果最好，并接近于脊柱正常水平，在相同的應(yīng)變水平下，GDP器械所承受的載荷比其他類型固定要高的多，結(jié)果統(tǒng)計(jì)具有顯著意義（P
3.2 脊柱載荷－位移變化
脊柱在不同內(nèi)固定器械固定下負(fù)荷后，脊柱會(huì)發(fā)生壓縮性位移和水平位移。本實(shí)驗(yàn)18具標(biāo)本在不同生理工況下載荷－位移變化結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著生理載荷的增加，脊柱縱向位移和水平位移呈線性變化增加，卸載后恢復(fù)原狀。3種不同器械的內(nèi)固定都能達(dá)到牢固固定，引起的位移比較小，GDP組的平均壓縮位移比CD組小12％，比Steffee鋼板固定組小23％，兩兩相比有顯著性差異（P
3.3 椎體的強(qiáng)度變化
椎體的強(qiáng)度反映在椎體上的應(yīng)力變化，根據(jù)胡克定律：椎體上的應(yīng)力與應(yīng)變成正比，而應(yīng)變值由應(yīng)變實(shí)驗(yàn)而得，如果器械固定好，應(yīng)力集中小，應(yīng)力傳導(dǎo)通暢，如果固定不好，在椎體上引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯且應(yīng)力很大。本實(shí)驗(yàn)中GDP器械組的應(yīng)力最小，平均7.19 MPa，固定效果最好，最牢固；而CD組8.22 Mpa，Steffee鋼板組9.25 MPa，比CD組平均應(yīng)力小13％，比Steffee鋼板組的平均應(yīng)力小22％，兩兩相比統(tǒng)計(jì)顯示具有顯著性差異（P
3.4 脊柱的軸向剛度和水平剛度
這里所謂脊柱的軸向剛度是指脊柱在載荷作用下，脊柱抵抗軸向變形能力的大小；同樣脊柱的水平剛度是指抵抗水平剪切變形能力的大小。采用GDP器械固定組的軸向剛度最高，而CD固定組相對(duì)較差，兩者相差15％；與Steffee固定組兩者相差23％，兩兩比較，統(tǒng)計(jì)顯示兩者均顯顯著性差異（P
3.5 脊柱的扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能
扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能是指脊柱扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度大小及扭轉(zhuǎn)角大小，它是衡量脊柱扭轉(zhuǎn)力學(xué)特性好壞的兩個(gè)力學(xué)變量。不同內(nèi)固定器械抵抗扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度和剛度各不相同，一般來(lái)說(shuō)，比較好的內(nèi)固定器械能夠具有相當(dāng)高的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和剛度，抵抗扭矩能力很強(qiáng)。結(jié)果表明，GDP器械內(nèi)固定在等量扭矩作用下，扭角最小，固定后不容易引起腰椎的扭轉(zhuǎn)變形，它比CD組的扭角變形小10％，比Steffee鋼板組的扭角變形小17％，說(shuō)明GDP器械占有較高的優(yōu)勢(shì)，抗變形能力強(qiáng)，抗扭轉(zhuǎn)性能好，統(tǒng)計(jì)分析顯示具有顯著性差異（P
3.6 腰椎的極限力學(xué)性能
根據(jù)試驗(yàn)可以看到在很大載荷下2000～3000 N，椎體不斷壓縮變形，椎間盤不斷膨出變形，椎體中部向內(nèi)凹陷，體液不斷滲出，在原來(lái)骨折處再裂開，發(fā)生再骨折，而內(nèi)固定器械釘桿角明顯變小，器械開始變形，螺釘轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生攣曲變形。而對(duì)照組器械松動(dòng)明顯，有的甚至滑動(dòng)，椎體不斷骨折而破壞。結(jié)果顯示：GDP器械內(nèi)固定時(shí)極限載荷最高為3 750 N，其次是CD組器械的極限載荷為3 050 N，Steffee器械為2 250 N，三者相比互相相差19％和40％，統(tǒng)計(jì)顯示具有顯著性差異（P
4 討 論
4.1 GDP裝置的特點(diǎn)
（1）解決了板式結(jié)構(gòu)撐開困難的缺點(diǎn)，固定板內(nèi)孔側(cè)壁上有齒條，齒狀撐開螺帽在齒條上滾動(dòng)，螺帽的中孔容納椎弓根釘?shù)奈膊浚瑤?dòng)椎弓根釘向一側(cè)移動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了板式結(jié)構(gòu)的撐開作用。齒條的長(zhǎng)度為撐開間距，根據(jù)測(cè)量椎體及椎間隙的高度，我們?cè)O(shè)計(jì)齒條的長(zhǎng)度為3 cm，保證有足夠的撐開間距，這樣可充分恢復(fù)壓縮椎體的高度；（2）固定板本身帶有弧度，根據(jù)不同脊柱節(jié)段，固定板的弧度設(shè)計(jì)為－5°、0°、5°、10°、15°、20°等多種弧度，使椎弓根釘與固定板之間形成不同的角度即“釘板角”，它對(duì)前柱和中柱的縱向撐開復(fù)位具有重要的作用。齒狀結(jié)構(gòu)及釘板角的設(shè)計(jì)不僅彌補(bǔ)了以往釘板結(jié)構(gòu)的椎弓根固定器缺乏縱向撐開力的不足，而且改變了以往釘板結(jié)構(gòu)固定器椎弓根釘水平承載為仰角承載，分解了椎弓根釘頭端的壓縮負(fù)荷，這對(duì)減少術(shù)后彎釘、斷釘有重要意義［2］。GDP利用鋼板的弧度與脊柱骨折后凸畸形之間的凸面失偶現(xiàn)象，通過(guò)椎弓根釘?shù)姆礌孔饔茫瑢?duì)脊柱產(chǎn)生一個(gè)過(guò)伸折頂復(fù)位（圖3）；加上齒狀撐開螺帽的縱向撐開復(fù)位作用，兩種復(fù)合力的結(jié)合，使GDP將傳統(tǒng)的椎弓根固定器以縱向撐開復(fù)位為主改變?yōu)檎垌攺?fù)位和縱向撐開復(fù)位的聯(lián)合復(fù)位。這種復(fù)位機(jī)制的改變不僅實(shí)現(xiàn)了均稱的三柱前凸?fàn)块_復(fù)位，而且同時(shí)降低了在復(fù)位過(guò)程中椎弓根釘?shù)膲嚎s負(fù)荷，減少了術(shù)中復(fù)位引起的彎釘與釘?shù)钠凇Ｐg(shù)后GDP對(duì)固定區(qū)域的椎體仍產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)向前的推力，增加后伸力矩來(lái)抵抗外傷后脊柱后凸所致的前屈力矩，這對(duì)防止后凸畸形復(fù)發(fā)，維持腰椎生理前凸均有重要意義。GDP在骨折椎體的折頂復(fù)位著力點(diǎn)并不是在椎板而是在椎弓根。椎弓根是椎體最堅(jiān)固的部位，堪稱為“力核支柱”，一般不易發(fā)生骨折，是承受折頂復(fù)位的可靠基礎(chǔ)。因此對(duì)合并椎板骨折或?qū)嵤┳蛋鍦p壓后并不影響GDP的使用。
4.2 GDP生物力學(xué)特點(diǎn)
（1）GDP本身帶有圓滑的弧度，使應(yīng)力傳導(dǎo)均勻；固定板與螺釘之間采用嵌入式連接，連接牢固且切跡低，使固定板緊貼脊柱后柱，有利于力的傳導(dǎo)；實(shí)驗(yàn)證明在相同載荷下其載荷－應(yīng)變，載荷－位移均較對(duì)照組小，而其軸向剛度與水平剛度高于對(duì)照組，統(tǒng)計(jì)分析顯示均有顯著性差異（P
本內(nèi)固定板系統(tǒng)和目前臨床上應(yīng)用的釘棒系統(tǒng)復(fù)位原理不盡相同，它不需要折彎和轉(zhuǎn)棒，屬于短節(jié)段固定器械，固定節(jié)段少，保留了脊柱大部分功能活動(dòng)。
參考文獻(xiàn)
［1］ Pamjabi MM，White AA.Clinical biomechanical of the spine［M］. 4th. Philaephia:lippincot JB，1990，191.
［2］ Chen CS， Chen WJ， Cheng CK， et al. Failure analysis of broken pedicle screws on spinal instrumentation［J］. Med Engphys， 2005，6: 487-496.
