前交叉韧带重建术后6个月和1年股四头肌和腘绳肌特定角度的力量特征分析

目的前交叉韧带重建(ACLR)术后股四头肌和腘绳肌的力量不足与再次受伤风险增加有关。本研究通过分析ACLR患者术后6个月和1年时股四头肌和腘绳肌力量在不同膝关节角度下的恢复特征,为优化康复方案和预防再次损伤提供依据。方法招募23名单侧ACLR患者和25名健康对照者,在术后6个月和1年对ACLR患者进行了随访测试。在屈膝20°~90°范围内测试了膝关节屈伸向心肌力,并计算双侧肌力对称指数(LSI)。通过统计参数映射方法分析了整个测试范围内膝关节屈伸力量及LSI的特征。结果术后6个月时,重建侧伸膝力量显著低于健侧和对照组(P<0.0125)。与术后6个月相比,1年时重建侧的伸膝(60°~90°)和屈膝(20°~79°)力量显著增强(P<0.050),但其LSI与6个月相比无显著变化。术后1年时,重建侧的伸膝力量仍显著低于健侧和对照组(P<0.0125),且其LSI在术后6个月(20°~59°)和1年(24°~57°)均显著低于对照组(P<0.0167)。结论ACLR患者从术后6到1年的股四头肌力量主要在大于60°的位置得到恢复,但在较低屈曲角度下伸膝力量依然不足。尽管股四头肌力量随术后时间有所增加,但LSI未见显著改善。研究表明需要针对性强化低角度下的力量恢复的康复需求。

基于神经网络以全身关节点坐标估算侧切变向动作下肢动力学参数

目的:应用神经网络模型以人体关节点坐标为输入变量,估算运动员侧切变向动作过程中地面反作用力与下肢关节力矩。方法:采用Motion红外高速动作捕捉系统和Kistler三维测力台同步采集71名男子足球运动员完成侧切动作过程中的运动学和动力学数据。建立神经网络模型,以人体18个关节点坐标作为输入变量估算髋、膝、踝关节力矩和地面反作用力。采用相关系数、均方根误差及其标准化值评价神经网络估算效度;采用统计参数映射分析神经网络估算与实际曲线之间的差异;采用配对样本t检验分析神经网络估算所得地面反作用力峰值与实际值之间的差异。结果:神经网络估算的动力学参数与实测值之间具有较好相关性(r=0.82~0.97)。神经网络估算所得动力学参数在各个方向上的误差具有显著差异(P<0.050),矢状面具有较大的相关系数以及较小的标准化均方根误差。估算的侧切动作支撑阶段动力学指标曲线仅在地面反作用力前后分量(10%~12%,P=0.011;93%~95%,P=0.015)和垂直分量(5%~15%,P<0.001)以及髋关节内外翻力矩(99%~100%,P=0.015)和内外旋力矩(1%,P=0.017)的很少部分与实际曲线之间具有显著差异。神经网络估算所得的3个方向地面反作用力峰值与实测值之间均无显著差异。结论:应用神经网络模型以全身关节点坐标估算的运动员侧切变向动作过程中下肢关节力矩和地面反作用力与实测值之间相关性高,误差较小,其中矢状面效果最好。建立的神经网络模型可用于非实验室环境下监控侧切变向动作中的损伤风险。

探究分别穿着3款不同蒸发速率、材质的T恤对高温下5 km计时赛运动表现的影响

目的探究分别穿着3款不同蒸发速率、材质T恤对高温下5 km计时赛运动表现的影响。方法10名男性跑步爱好者(身高179.70±4.27 cm,体重69.01±8.55 kg,年龄:19.90±1.91岁)在高温实验室中(温度25.8±2.7℃)分别穿着3款不同蒸发速率、材质T恤(A:0.43、速干,B:0.25、速干,C:降温相变材料)于跑步机上完成5 km。记录完成时间,于运动前(T1)、运动后即刻(T2)、休息10 min后即刻(T3)进行简单反应时、衣服重量、主观量表(湿感觉、粘感觉、舒适性、热感觉、纹理感、RPE)的测量,并于运动前为受试者颈、胸、背部佩戴温湿度传感器记录皮肤温度。每次实验间隔大于24 h以上。统计分析应用JASP0.18.3软件,采用One-Way Repeated Measures ANOVA,对5 km完成时间进行比较,其余指标均采用Two-Way Repeated Measures ANOVA,进行比较。结果运动表现、简单反应时、皮肤温度在T恤间无差异;衣服重量变化:T2下C增重大于A;主观感觉:T2下,C纹理感最大,舒适性最差;B的湿感觉、粘感觉、热感觉、舒适性优于A。结论3款T恤均不能提高高温下5 km计时赛的运动表现;具有相变材料的T恤没有降温效果;运动中不利于汗液的蒸发;纹理感大,舒适性差,运动后粘感觉增加;不同蒸发速率的速干T恤之间,运动后:B的湿感觉、粘感觉、热感觉、舒适性优于A。

应用人体不同部位坐标对神经网络估算侧切动作地面反作用力的影响

目的对比神经网络分别以全身和下肢关节点三维坐标为输入变量估算足球运动员侧切变向动作中地面反作用力效果,探究上肢关节点对估算效果的影响,为简化神经网络模型输入提供依据。方法受试者为71名男性大学生足球运动员,使用动作捕捉系统(200 Hz)以及测力台(1000 Hz)同步采集其12次侧切变向动作中的运动学和动力学数据。数据集划分为训练集61人,验证集6人,测试集4人。建立神经网络,以支撑阶段18个全身关节点坐标和11个下肢关节点三维坐标作为输入,估算侧切变向动作支撑阶段的三维地面反作用力。采用除以实测值变化范围的标准化均方根误差(n RMSE)评价神经网络模型估算效果。结果(1)两种输入变量神经网络估算地面反作用力n RMSE在前后方向(全身点:11.19±2.84%,下肢点:11.21±2.66%,P=0.877),左右方向(全身点:13.49±5.20%,下肢点:13.95±5.96%,P=0.242),垂直方向(全身点:11.52±3.46%,下肢点:11.47±4.32%,P=0.869)均无显著差异;(2)两种神经网络估算和测力台实测所得地面反作用力峰值三者之间在前后方向(F=3.190,P=0.053),左右方向(F=2.782,P=0.072)以及垂直方向(F=1.461,P=0.243)均无显著差异。结论移除上肢关节点不会影响神经网络基于关节点坐标估算足球运动员侧切变向地面反作用力的效果。

基于矢量编码技术研究不同病程髌股关节痛患者跑步时的下肢协调变异性

目的利用改进的矢量编码技术分析不同病程的髌股关节痛(Patellofemoral Pain,PFP)患者在跑步时的下肢协调变异性,探究PFP病程对下肢协调变异性的影响,为PFP患者的康复训练和预防提供科学依据。方法招募16名健康对照者和23名PFP患者,其中短病程(症状持续时间小于3个月)PFP患者11名和长病程(症状持续时间大于12个月)PFP患者12名,所有受试者的筛查统一由1位康复师完成。使用红外运动捕捉系统记录受试者在跑步过程中下肢的运动学数据。使用改进的矢量编码技术和循环统计计算各受试者在跑步支撑期的耦合角及协调变异性,采用一维统计参数映射(SPM1D)独立样本t检验对比不同病程协调变异性的差异。结果髋关节矢状面-膝关节矢状面耦合,长病程PFP患者的同相髋关节伸-膝关节伸的协调模式占比增加。跑步支撑早期(2.69%~7.07%)和末期(70.43%~78.70%)的下肢协调性变异性显著大于健康对照组(P<0.01),短病程PFP患者下肢协调变异性与健康对照组及长病程组均无显著性差异。结论随着病程的延长,PFP患者的协调变异性增加,可能是由于长病程患者为了避免疼痛和功能受限,形成的代偿性运动模式,这些模式会增加下肢的协调变异性。而短病程对协调模式的影响相对较小,患者仍能保持正常的运动模式。

穿着干/湿的速干短袖对运动及休息的影响

目的探究穿着干湿两种衣服状态的速干短袖或棉短袖运动及休息的差异。方法9名男跑步爱好者在干燥温暖室内,随机穿着速干短袖或棉短袖在跑步机上进行两次10 min自配速跑,跑后均休息10 min,第1次休息后衣服喷人工汗液。跑步时跑步机前有风扇模拟自然风,休息时关闭。记录跑步距离,记录每次运动前、运动后、休息后的衣服重量(运动后即刻脱掉短袖进行称重,称重后穿上同一件衣服休息,中途未换短袖)及穿着衣服的主观感觉。用配对样本t检验对跑步距离进行比较,用重复测量双因素方差分析对体表温度、衣服重量、衣服感觉进行比较。结果运动表现无显著性差异。穿干的速干短袖跑步比棉短袖衣服重量增加得少(P<0.05),穿湿的速干短袖跑步比棉短袖衣服重量减少得多(P<0.05)。穿干的速干短袖跑完休息时,胸部温度比棉短袖上升得多(P<0.05)。穿干/湿的速干短袖运动及休息时,对衣服的主观感觉都比棉短袖舒适(P<0.05)。结论穿干/湿的速干短袖与棉短袖的运动表现无差异。穿干/湿的速干短袖跑步时能较快使衣服变干。穿干的速干短袖跑完休息时胸部温度上升更多。穿干/湿的速干短袖跑步及休息更舒适。

确定前交叉韧带损伤概率及危险因素的随机生物力学模型与模拟

确定损伤风险因素是有效预防非接触性前交叉韧带损伤的关键。目的:建立前交叉韧带损伤随机生物力学模型,确定与损伤率有因果关系的风险因素。方法:在前交叉韧带负荷的生物力学模型基础上建立前交叉韧带损伤的随机生物力学模型,采用蒙特卡洛模拟方法预测急停起跳落地动作时前交叉韧带损伤概率,并判断影响损伤概率的风险因素。随机模型所需要的各独立变量的分布来自于19名男性和18名女性运动员的实测数据。结果:女性损伤概率是男性的4.91±0.25倍。模拟的损伤组比非损伤组的膝屈角更小、向后地面反力峰值更大。结论:模型预测的男、女损伤概率比、损伤膝角均与文献研究结果一致,证明了模型预测前交叉韧带负荷的有效性。着地瞬间的向后地面反作用力第一峰值和膝关节屈角是ACL损伤的风险因素。

膝关节肌肉力分布模拟研究

本研究建立了膝关节肌肉力分布模型。通过调整肌肉最大应力使模拟肌肉合力矩与文献关节合力矩误差最小化的数学优化方法标定肌肉参数,从而解决肌肉参数个体差异大的问题,同时,使用敏感度分析得到肌肉最优长度对肌肉力的影响。研究结果表明,通过优化计算出肌肉合力矩与文献数据高度相关,股四头肌和股后肌群预测结果的复相关系数分别为0.95和0.92;使用优化方法获得的股四头肌与股后肌群的最大应力分别为52.4N/cm2和53.8N/cm2;敏感度分析的结果表明肌肉最优长度对肌力模拟具有显著影响,因此,文献平均肌肉长度数据不适用于个体化肌肉力分布模型。

基于肌电和优化方法的关节肌力分布模型

目的:建立基于肌电信号的关节肌力分布模型来得到运动过程中膝关节的肌肉力。方法:测试9名运动员的急停起跳和变向动作,得到了人体下肢运动学、动力学数据以及膝关节周围7块肌肉的肌电。采用急停起跳动作得到肌肉最佳长度,代入变向动作中计算膝关节力矩。结果:在急停起跳动作中模拟的肌肉力矩与逆动力学得到的关节净力矩相似度很高。采用急停起跳得到肌肉最佳长度预测变向动作的肌肉力矩,精度仅轻微下降。结论:本建模方法可以估算活体运动时的肌肉力。

随机生物力学模型分析篮球运动员和普通大学生ACL损伤危险因素的差异

目的:通过建立前交叉韧带(ACL)负荷的生物力学模型分析运动水平和性别对完成侧切动作时ACL损伤概率和危险因素的影响。方法:采集男女大学生篮球运动员和普通大学生完成侧切动作时的运动学、动力学和肌电学数据,运用蒙特卡罗方法获得模拟的ACL损伤试跳数据。通过t检验确定模拟得到的损伤和未损伤动作各指标之间的差异,分析发生损伤的危险因素。采用双因素方差分析确定运动水平和性别对与ACL负荷相关指标的影响。结果:篮球运动员和普通大学生损伤概率女、男之比分别为18.36和13.04。模拟得到的损伤与非损伤试跳相比,男性篮球运动员和普通男大学生腓肠肌肌力(P=0.553,P=0.773)、女性篮球运动员膝关节旋内力矩(P=0.981)和普通男大学生垂直地面反作用力(P=0.810)均无显著性差异。其余篮球运动员和普通大学生的各项指标在损伤与非损伤试跳间均具有显著性差异(P<0.05)。另外,除压力中心到踝关节水平距离(P=0.114)、矢状面(P=0.061)和非矢状面负荷(P=0.58)在性别和运动水平间无交互作用外,其余指标均表现为显著性交互作用(P<0.01)。结论:运动水平和性别都会影响ACL损伤危险因素,且性别对危险因素的影响受运动水平的影响。整体而言,女性比男性,专业篮球运动员比无训练经验的同龄大学生产生ACL损伤的危险性更大。

足球运动员在急停起跳和侧切动作中前交叉韧带损伤的生物力学特征研究

目的:确定大学生男、女足球运动员在急停起跳和侧切动作中下肢动作的运动学和动力学特点和性别差异,确定有无足球训练对急停起跳和侧切动作中的下肢运动学和动力学的影响。研究方法:对定期参加足球训练的大学生和无训练背景的普通大学生完成急停起跳和侧切动作时的下肢运动学和动力学特征进行采集与分析。结果与结论:多个与ACL负荷有关的生物力学指标在性别间、动作间和群体间存在差异。女子足球运动员完成侧切和急停起跳动作时的膝关节屈角较小,足底压力中心更靠近脚尖。足球运动员在完成侧切跑时受到了更大的地面反作用力和膝关节力矩影响。结果说明,不良的落地技术是使女性运动员ACL损伤高发的原因,而足球运动员所受外力较大可能是其ACL损伤率高于非运动员群体的主要原因。

前交叉韧带损伤预防手段研究进展

近年来随着参加体育运动人数的增加,运动损伤的发病率逐年提高,而膝关节前交叉韧带（ACL）损伤是最常见的运动损伤之一[1-4]。前交叉韧带损伤不但给受伤者造成身体上的痛苦和经济上的损失[5],还会降低损伤者损伤后的生活质量和健康水平。国内对前交叉韧带损伤运动员的调查表明,53%的运动员的训练和生活受到不同程度的影响[6]。而且,前交叉韧带损伤将造成膝关节不稳,进而导致许多慢性膝关节疾病,包括半月板和软骨表面损害以及骨关节炎。

中国健康成年人身体活动能量消耗参考值

目的:编制中国健康成年人(18~64岁)身体活动汇编(compilation of physical activities,CPA),对身体活动(physical activity,PA)进行分类并提供能量消耗参考数值。方法:计算机检索PubMed,EMbase,Scopus,Ebsco,Web of Science,WANFANG DATA和CNKI数据库,以及国家科技报告服务系统、国家人口与健康科学数据共享平台和公共卫生科学数据中心等,搜集与中国健康人群PA能量消耗相关资料,检索时限均从建库至2022年1月31日,由2位评价员独立筛选、提取、分类和汇总资料。结果:共汇编13类、241种身体活动,提供了具体PA的详细描述和代谢当量值。结论:本研究创编了中国第一版18~64岁健康成年人身体活动汇编,为经常进行体育锻炼人群、研究人员、教育工作者、健身专业人员以及卫生或商业部门提供了宝贵的资源,未来可在中国版CPA基础上针对不同年龄段开展多种PA能量消耗的测量。

排球运动员步态支撑期的足底压力特征

通过测试得到排球运动员步态中足底压力的主要特征,并比较膝关节损伤运动员与无膝关节损伤运动员的足底压力特征,尝试分析膝关节损伤对足底压力产生的变化,为排球运动员正常步态数据提供可信的参考标准。选取北京体育大学竞技体育学院排球专项学生共48人(26男、22女)作为研究对象。运用FOOTSCAN足底压力分布测量系统和QUALISYS-MCU500红外运动测试系统的6个摄像头采集足底压力及步态基本运动学参数,测量被试者赤足状态下的步态。要求被试者以自己正常的步速行走,左右脚分别测试3次。将足部分为10个解剖分区:第L趾骨(T1)、第2-5趾骨(T2-T5)、第1跖骨(M1)、第2跖骨(M2)、第3跖骨(M3)、第4跖骨(M4)、第5跖骨(M5)、足中部(MF)、足跟内侧(HM)和足跟外侧(HL)。选取各个分区的接触开始时刻、接触结束时刻、最大压强时刻、接触时间作为时间指标。根据足底压力数据,男女排球运动员在步态支撑时期不同阶段的比例分别为:着地阶段(6.2%男,6.4%女)、前足接触阶段(5.5%男,6.6%女)、整足接触阶段(43.44%男,40.4%女)、离地阶段(42.9%男,46.5%女)。膝关节损伤运动员受伤腿足中部足底压强峰值明显低于未受伤腿。

中外优秀男子铅球运动员旋转投掷技术对比

目的对比中国和世界优秀男子铅球运动员使用的旋转投掷技术,为中国铅球运动员提高运动表现水平和国际比赛成绩提供科学依据。方法获得中国男子铅球运动员在实际比赛中的三维运动学数据,计算并比较中国和世界优秀男子铅球运动员在右脚离地、左脚离地、右脚落地、左脚落地、铅球出手5个关键时刻的铅球速度、髋-肩超越角,以及在第1单支撑阶段、腾空阶段、第2单支撑阶段、最后用力阶段的时间和铅球运动距离。结果与世界优秀男子铅球运动员相比,使用旋转投掷技术中国男子铅球运动员的垂直出手速度显著低,腾空阶段显著长,左脚离地和左脚落地时刻髋-肩超越角显著小,腾空阶段铅球运动距离显著长,最后用力阶段铅球运动距离显著短。结论下肢力量体能差异是中国与世界优秀男子铅球运动员在运动表现上的主要原因。中国与世界优秀男子铅球运动员的技术差异主要表现在时间节奏和铅球在不同技术阶段运动距离的差异上。

前交叉韧带易伤动作的下肢运动生物力学分析

对31名(13男,18女)普通大学生完成急停起跳、侧切和垂直落地前冲动作下肢运动学和动力学指标进行测试与分析,以了解不同前交叉韧带危险动作和性别对下肢力学指标的影响。应用红外光点运动测试系统和测力台对受试者完成动作过程中膝关节三维角度和地面三维反作用力进行测量。研究结果表明,3个动作着地阶段的力学指标有显著不同,证明3种运动形式在前交叉韧带损伤机制上存在差异。与急停起跳和垂直落地前冲动作相比,完成侧切动作将受到较高的水平方向地面反作用力,产生较小的膝关节屈角和较大的膝关节外展角。3个动作着地阶段中的力学差异不受性别影响。

空气动力学距离对标枪运动员运动表现的影响:优秀女子标枪运动员吕会会投掷技术的个案研究

目的:确定空气动力学因素对我国优秀标枪运动员吕会会运动表现的影响。方法:通过三维摄像方法采集吕会会2018年4次全国比赛的生物力学数据,分析空气动力学距离对其成绩以及动作技术对其空气动力学距离的影响,通过计算机模拟估算空气动力学距离对投掷成绩的影响,并于2019年春季第一次全国比赛中再次采集研究对象的生物力学数据,验证分析结果和训练效果。结果:1)研究对象的空气动力学距离与真空飞行距离显著线性相关(R2=0.7964,P=0.001),当两者相关系数的平方降低到0.1时,研究对象投出67 m以上成绩的概率增加到17%。2)研究对象的空气动力学距离与出手速度显著线性相关(R2=0.7076,P=0.001),与侧弯角显著线性相关(R2=0.6655,P=0.001),与攻角无显著相关(R2=0.0438,P=0.353)。3)真空飞行距离与出手速度显著线性相关(R2=0.8497,P=0.001),与出手角度和高度无显著相关(R2=0.0121,P=0.644;R2=0.0043,P=0.783)。4)研究对象标枪出手时的侧弯角与出手速度显著线性相关(R2=0.7302,P=0.001)。5)在2019年春季第一次全国比赛中,研究对象的空气动力学距离与出手速度无显著相关(R2=0.0809,P=0.897),5次试投投出一次67.72 m的成绩,概率为20%,与预期结果相似。结论:1)真空飞行距离与空气动力学距离之间的负相关是限制标枪投掷运动表现的因素之一;2)减小真空飞行距离与空气动力学之间的负相关能增加高水平标枪投掷的概率;3)全力投掷中向左拉枪增加标枪出手时的侧弯角和飞行中的侧向震动,会增加真空飞行距离和空气动力学距离的相关性而影响标枪投掷成绩。

在体股后肌群最优长度的测算方法

目的建立测算在体股后肌群最优长度的方法,并与其他间接反映最优长度的指标进行对比。方法通过同步采集屈膝过程的力矩和运动学数据,建立下肢骨骼肌肉模型,获得股后肌群的力量及肌肉长度,进而计算股后肌群各肌肉的最优长度。结果最大屈膝力矩时膝屈角显著大于股后肌群最大收缩力时膝屈角,两者相关系数为0.741;股后肌群各双关节肌最优长度显著大于站立时的肌肉长度,且两者相关系数较低。结论所建在体股后肌群最优长度的测算方法,为今后明确股后肌群损伤机制和致伤危险因素的相关研究提供参考。在一定程度上,最大屈膝力矩时的膝屈角可以间接代表股后肌群最优长度。不建议将站立时股后肌群长度代替股后肌群最优长度来使用。

鞋跟高度对青年女性下楼梯步态的影响

目的研究鞋跟高度对青年女性下楼梯步态的影响,分析女性穿高跟鞋下楼梯时的风险因素。方法利用红外高速运动捕捉系统测试17名青年女性穿4种不同鞋跟高度皮鞋下楼梯的步态,计算受试者的步态时空参数和下肢关节角度。结果与穿平跟鞋相比,穿3、5、7 cm高跟鞋下楼梯时步态周期增大,支撑相和双支撑相所占步态周期比例减小,步宽显著减小。与穿平跟鞋相比,穿5、7 cm高跟鞋下楼梯时踝关节矢状面内关节活动幅度均较小,穿3、5、7 cm高跟鞋时踝关节水平面内关节活动幅度均较大。穿3、5 cm高跟鞋时膝关节矢状面内关节活动度显著小于穿平跟鞋,穿3、5、7 cm高跟鞋时膝关节水平面内关节活动幅度显著大于穿平跟鞋。穿5、7 cm高跟鞋时髋关节最大屈曲角度显著大于穿平跟鞋,穿3、5、7 cm高跟鞋时髋关节最小屈曲角度显著大于穿平跟鞋。结论随着鞋跟高度的增加,下楼梯时摆动期占步态周期百分比和步态周期都增大,而支撑相占步态周期百分比、双支撑相(后期)占步态周期百分比和步宽都减小,增加了下楼梯时跌倒的危险;同时,踝、膝关节矢状面内的关节活动幅度逐渐减小,水平面内的关节活动幅度增大。研究结果有助于深入了解鞋跟高度对穿着者下楼梯步态的影响特征和规律,为分析下楼时可能出现的损伤危险提供依据。

不同压力弹力袜对青年女性穿高跟鞋步行时下肢关节负荷及肌肉疲劳的影响

目的:了解弹力袜压力对青年女性穿高跟鞋正常步行时下肢关节负荷与肌肉疲劳的影响。方法:选取10例健康青年女性,穿着高跟鞋在跑台行走30min。利用红外光点运动捕捉系统、测力台测量30min行走前后连续纵跳高度、步态的运动学数据,并计算步行时膝、踝关节的负荷。运用重复测量双因素方差分析法检验不同压力和疲劳前后对穿高跟鞋步行下肢关节运动和关节负荷的影响。结果:不同压力弹力袜对穿高跟鞋步行时膝关节角度有显著影响(屈曲P=0.024、内收P=0.033、外展P=0.025、内旋P=0.027、外旋P=0.014),穿弹力袜行走时膝踝关节关节负荷有显著增加(膝P<0.001、踝P=0.041),而疲劳前后纵跳高度差明显减小(P=0.018);但弹力袜压力大小对关节负荷和纵跳高度差影响不显著。结论:合适的(中低压力)弹力袜可以减轻穿高跟鞋导致的膝关节角度的过度变化,压力的施加会增大穿高跟鞋步行时膝踝关节负荷。一定压力(中级压力)的弹力袜可以延缓穿高跟鞋步行后的疲劳程度。弹力袜可以减轻疲劳对步态的不良影响,缓解穿高跟鞋步行疲劳时膝关节角度的过度改变,减缓疲劳后膝踝关节负荷的增大。