不同加速方式执行侧移动作对膝关节负荷的影响——基于一维统计参数映射分析

目的探讨以自由落地为加速方式执行侧移动作时对膝关节负荷的影响,为降低和预防前交叉韧带损伤提供生物力学依据。方法右90°方向的助跑侧移(RLS)和落地侧移(LLS),应用一维统计参数映射分析不同加速方式执行侧移动作对触地期膝关节负荷的影响。结果除身体重心垂直运动外,其余一维连续参数的显著性差异时段均出现在触地期的前21.38%;LLS的身体重心在触地时刻处于压力中心(COP)前方,未出现重心起伏增大现象;LLS的屈膝力矩、关节垂直受力、三维GRF及垂直负荷加载率均显著高于RLS;LLS表现出显著更高的膝外展和内旋力矩。结论落地侧移动作的膝关节损伤信号出现时段更早,膝关节承受更高的垂直负荷;在均受到胫骨近端前向剪切力情况下,落地侧移更高的膝关节外展与内旋力矩致使ACL张力负荷更大,这些因素均预示ACL损伤风险提高。

慢跑鞋跟掌落差对人体慢跑状态下肢关节负荷的影响研究

以10位具有一定慢跑经验的男性长跑爱好者为研究对象,以跟掌落差分别为0、5、10、15 mm的慢跑鞋为测试用鞋,借助红外高速运动捕捉系统对研究对象开展慢跑时的下肢关节负荷进行获取,借助Cortex软件对获取数据对比情况进行分析。结果表明,当跑鞋跟掌落差为0 mm时,慢跑鞋对研究对象下肢关节出现运动损伤的风险性最低;当跑鞋跟掌落差为10 mm时,研究对象的慢跑水平最高。

不同着地技巧对膝关节负荷及其位置影响研究

目的:探讨膝关节损伤着地技巧对关节负荷和位置生物力学的影响。方法:选取在校20名女子足球专项学生,来完成两个预料外的任务(侧切和转身),分别运用两种着地技术(前脚和后脚着地)。运用重复测量方差分析法,评定每个不同运动任务着地时运动学和动力学参数的差异。结果:前脚着地技术侧切和转身任务时膝关节内收力矩显著高于后脚着地。在侧步闪躲侧切时,运用后脚着地技术时膝关节外翻显著增加,而转身时,运用前脚着地技术膝关节外翻明显。结论:不同的足部着地技术间的生物力学结果有着固有的区别。前脚着地技术越来越多地影响了膝关节内收力矩的负荷,也潜在性地对ACL产生了更大的张力。

颞颌关节负荷的三维有限元分析

下颌骨与颞下颌关节以及牙齿共同完成咀嚼功能,这些结构在口腔医学中占有重要地位,越来越多的研究指出,颞颌关节紊乱性病变的主要因素是关节受力超出了其适应能力。本文在回顾国内外有关文献的基础上,应用现代计算力学的方法,建立下颌骨及咀嚼肌的三维有限元力学模型,计算了各种咬情况下咀嚼肌及下颌骨的应力分布,得出当力方向发生变化时,关节负荷特征及其解剖的改变,从而获得颞颌关节紊乱的一系列参数值,为颞颌关节紊乱综合症的因素理论提供了可靠的力学依据。

不同跟掌落差跑鞋对运动员髌股关节负荷的影响研究

选择25位男性中长跑国家二级运动员为研究对象,分别穿着4种不同跟掌落差的跑鞋在试验环境下完成慢跑测试,使用红外人体动作捕捉系统和测力台等设备对研究对象髌骨关节位置负荷等进行获取,借助AnyBody等软件对获取数据进行处理和分析。结果表明,跟掌落差为零的跑鞋能够有效降低人体着地瞬间的足地角,进而有效降低人体落地支撑期的髌骨关节应力峰值及应力冲量等,有效缓解人体髌骨关节负荷。

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。

基于统计参数映射分析跑鞋跟掌落差对下肢关节负荷的影响

目的 探讨在相同跑速下穿着不同落差跑鞋对下肢关节负荷的影响,为跑鞋设计和跑步者选购跑鞋提供依据。方法 18名男性跑步者分别穿着零落差和10 mm落差跑鞋以(4.0±0.2) m/s速度完成测试,使用红外高速运动捕捉系统和三维测力台同步采集下肢运动学参数和地面反作用力(ground reaction force, GRF)。使用统计参数映射法(statistical parameter mapping, SPM)分析跑鞋跟掌落差对支撑期垂直GRF、下肢关节三维力矩的影响。结果 跑鞋跟掌落差对垂直GRF无影响,对下肢关节部分力矩-时间序列影响显著。与穿着零落差跑鞋相比,穿着10 mm落差跑鞋在27%~38%支撑期髋关节内旋力矩增加,在47%~75%支撑期膝关节伸展力矩增加,在16%~33%、25%~30%、12%~25%支撑期踝关节跖屈力矩、外翻力矩和外旋力矩降低。结论 与穿着零落差跑鞋相比,穿着10 mm落差跑鞋在支撑前期髋关节负荷增加,踝关节负荷降低,在支撑中期膝关节负荷增加。建议跑步者结合自身特点及跑鞋跟掌落差对下肢关节负荷特征的影响,选择适合自己的跑鞋。

颌间高度降低对颞下颌关节负荷影响的实验力学研究

目的研究牙体磨耗至颌间高度降低对颞下颌关节(TMJ)负荷的影响。方法在已建立的人TMJ负荷分析模型上,记录并分析不同颌间高度咬合时的双侧TMJ上下腔关节面压力分布情况。结果 (1)不同颌间高度降低时,双侧TMJ负荷的力度中心均往右侧关节下腔关节面偏移,但幅度不大,各关节面压力集中区位置有不同程度的位移;(2)随着颌间高度的降低,各关节面压力峰值均逐渐增加(F左上腔=23.90、F左下腔=18.55、F右上腔=24.36、F右下腔=33.14,P均<0.05),下腔关节面均比上腔高;(3)随着颌间高度的降低,各关节面压力接触面积变化无统计学意义(F左上腔=0.052,P左上腔=0.95;F左下腔=0.122,P左下腔=0.89;F右上腔=0.312,P右上腔=0.74;F右下腔=0.097,P右下腔=0.91)。结论牙体磨耗至颌间高度降低可造成关节结构之间的相对位移,改变其内在受力环境,最终可能引发其生物力学改建。

不同上坡跑增速策略对男性业余马拉松跑者下肢关节运动学的影响

目的:探讨3种不同上坡跑增速策略的男性业余马拉松跑者在步速控制的条件下,下肢关节运动学及垂直地面反作用力的差异性。方法:根据排除和纳入标准,筛选18名业余马拉松运动员,并依据不同的上坡跑增速策略将其随机分为3组,定义G1组为步频增加组(n=6人),G2组为步长增加组(n=6人),G3组为步频步长同时增加组(n=6人),随后采用Vicon红外高速运动捕捉系统和ZebrisFDM-T系列步态分析跑台,分别采集受试者在6.6 km/h和10 km/h速度条件下的步态数据、下肢各关节运动角度及垂直地面反作用力峰值,并对其数据进行分析讨论。结果:最终有17人完成了整个实验。从6.6km/h增速到10km/h后,支撑腿着地瞬间,G2组的膝关节屈曲角度、踝关节背伸角度大于G1、G3组且均有显著增加,G1、G3组的膝关节屈曲角度、踝关节背伸角度均有一定程度的减小。支撑腿最大缓冲时,G2组3个关节的角度均出现了一定程度的增加,且G1、G3组的角度(除G3组髋关节屈曲角度)都有一定程度的减小。支撑腿蹬离瞬间,3组髋关节伸展角度都有一定程度的增加,G2组膝关节屈曲角度的减小幅度较G3组更为明显,G3组踝关节跖屈角度增加幅度较G1、G2组更大。结论:上坡跑过程中,增加步长和同时增加步长、步频的业余马拉松爱好者,对其膝关节及踝关节的功能需求较大,而步频的增加则对髋关节的功能较为依赖。选用增加步长或步频步长同时增加的增速策略,会带来下肢各关节更高的关节负荷。

跑鞋跟掌落差对跑步时着地方式和髌股关节应力负荷的影响

目的:探讨在相同跑速下,穿着不同跟掌落差的跑鞋对着地方式和髌股关节应力负荷的影响。方法:18名男性跑者穿着不同跟掌落差的跑鞋以4.0±0.2 m/s的速度完成测试,使用红外运动捕捉系统和三维测力台同步采集下肢的运动学数据和地面反作用力;采用逆动力学和髌股关节生物力学模型计算髌股关节压力、应力等。结果:穿着零落差跑鞋跑步时,着地瞬间足地角显著降低(P=0.008);支撑期髌股关节应力峰值和应力冲量显著降低(P<0.05);髌股关节应力峰值时刻的膝关节屈曲角度、伸膝力矩、股四头肌肌力和髌股关节压力显著降低(P<0.05)。结论:与跟掌落差较高的跑鞋相比,穿着零落差跑鞋会降低着地瞬间足地角,降低支撑期髌股关节应力峰值和应力冲量,进而有效改善髌股关节负荷,降低髌股关节损伤的可能性。

高跟鞋对女大学生行走时膝关节力矩的影响

目的:通过逆向动力学法计算健康女大学生赤足与穿高跟鞋2种状态下行走时膝关节力矩,分析穿高跟鞋是否显著增加膝关节负荷,探讨穿高跟鞋后女大学生走路机制的改变规律。方法:将Vicon系统捕捉的运动学参数,AMTI测力台采集的动力学参数,结合人体环节参数,输入逆向动力学公式计算三维膝关节力矩,比较2种状态的异同。结果:(1)支撑阶段的前80%时相,穿高跟鞋增加19%屈曲力矩,增加39%伸展力矩。多出的屈曲与伸展力矩增加了股四头肌拉力负荷,并通过髌骨上方韧带以压力形式施加给髌股关节;最后蹬离地面时相,穿高跟鞋减少21%屈曲力矩。大幅减少屈曲力矩可能会减弱支撑腿最后蹬离地面的推力。(2)穿高跟鞋提前了所有内收力矩峰值出现时相,并增加9%第1力矩峰值和5%第2力矩峰值。增大内收力矩会增加膝关节内侧关节囊负荷。这种补偿性牵拉可能会破坏膝关节原有的平衡控制能力。(3)穿高跟鞋使外旋力矩到内旋力矩过度时相提前12%,并增加18%外旋力矩和11%内旋力矩。蹬离地面瞬间是穿高跟鞋人群维持身体竖直体态的最薄弱阶段,即关节损伤可能多发生在此时期。(4)穿高跟鞋增大了前进方向的制动力,减小了推动力。结论:高跟鞋显著性的改变了健康女大学生行走时膝关节原有力矩特征。

女性不对称负重行走下肢关节适应机制研究

目的:研究女性不对称负重行走时下肢关节力矩特征,探讨负重侧和无负重侧下肢关节适应机制,为分析女性不对称负重行走可能出现的下肢关节损伤提供依据。方法:16例健康女性采用单肩背包的不对称负重方式以自身体重的0%、5%、10%、15%4种负重重量行走,使用Motion红外高速运动捕捉系统和Kistler三维测力台同步采集运动学和动力学数据。结果:不对称负重会显著减小负重侧下肢膝关节外翻力矩(P<0.05),显著增加无负重侧下肢膝关节外翻力矩和髋关节外展力矩(P<0.05);无负重侧下肢膝关节外翻力矩和髋关节外展力矩显著高于负重侧下肢(P<0.05),且两侧差异随着负重重量增加而增大。结论:不对称负重行走,对无负重侧肢体有更大的要求。无负重侧下肢膝关节外翻力矩、髋关节外展力矩均大于负重侧,这种改变可能与关节退变和骨性关节炎的发生相关。

超激光治疗仪治疗颞颌关节疼痛疗效观察

颞颌关节疼痛是咀嚼肌平衡失调,颞下颌关节各组成结构之间运动失调而引起的疼痛、张嘴及下颚运动障碍、下颚关节杂音等,是非炎症性症候群。有时伴有头痛、耳痛、肩臂酸痛等症状,好发于青壮年,以20～30岁发病率最高,30～40岁次之。颞颌关节疼痛的原因较多:神经衰弱与神经功能失调、咬和关节紊乱、关节负荷过大、意外损伤等,使疼痛难忍,说话不便,治疗起来也比较麻烦,疗程长,用药多,副作用也较多。

建筑抹灰作业工人上肢姿势不舒适度评价模型

针对建筑业存在大量重复体力劳动及作业时间长等因素可能导致职业性肌肉骨骼疾患影响工人健康的现状,以建筑抹灰作业为对象,结合作业姿势相关理论及现场调查分析,提出了一种工人抹灰作业上肢姿势不舒适度评价的建模方法。运用CATIA软件进行人机工程学模拟,建立以关节力矩(肌肉负荷)表示的上肢姿势不舒适度评价模型,可以快速评价工人作业上肢不舒适度,为及时干预工人的不合理作业姿势减少肌肉骨骼疾患提供量化依据,同时,模型的建立方法也可为开展建筑业工人其他作业姿势的研究提供借鉴。

3D Finite Element Analysis of a Man Hip Joint Femur under Impact Loads

Objective： The biomechanical characters of the bone fracture of the man femoral hip joint under impact loads are explored. Methods ：A biosystem model of the man femoral hip joint by using the GE （ General Electric） lightspeed multi-lay spiral CT is conducted. A 3D finite element model is established by employing the finite element software ANSYS. The FE analysis mainly concentrates on the effects of the impact directions arising from intense movements and the parenchyma on the femoral hip joint on the stress distributions of the proximal femur. Results：The parenchyma on the hip joint has relatively large relaxation effect on the impact loads. Conclusion：Effects of the angle δ of the impact load to the anterior direction and the angle γ of the impact load to the femur shaft on the bone fracture are given;δ has larger effect on the stress and strain distributions than the angle γ,which mainly represents the fracture of the upper femur including the femoral neck fracture when the posterolateral femur is impacted, consistent with the clinical resuits.