肌肉负荷对股骨干骨折早期愈合生物力学影响的有限元分析

背景:以往的研究多通过忽略肌肉负荷和采用简化股骨负荷的方式,进行骨折早期愈合的生物力学分析。然而,肌肉负荷对骨折早期愈合产生的生物力学影响尚不清楚。目的:构建不同的股骨负荷模型,研究肌肉负荷对骨折愈合的生物力学影响,帮助临床医生更好地理解骨折愈合的生物力学过程,优化治疗方案。方法:利用AnyBody Modeling System软件构建个性化的人体肌肉骨骼系统,通过仿真分析以获取体内的肌肉骨骼负荷模型。该模型和采用改进简化负荷方法、简化负荷方法构建的股骨负荷模型,分别作为有限元输入的边界条件,对站立状态下锁定加压钢板应力应变、骨折块应变进行分析。结果与结论:(1)与简化负荷方法相比,肌肉骨骼方法得到的锁定加压钢板应力、应变和骨折块应变分别小了31.9%;38.9%和19.5%;(2)肌肉骨骼方法与改进简化负荷方法对比发现,忽略肌肉负荷则会造成锁定加压钢板的应力、应变和骨折块应变分别高估16.8%,14.3%和19.5%,肌肉负荷对骨折块的剪切运动大小无明显影响,而对运动方向有明显的影响;(3)结果表明,简化股骨负荷和忽略肌肉负荷的方法与肌骨骨骼负荷情况存在一定的偏差,因此,在研究骨折愈合时需考虑肌肉负荷的生物力学影响。

隧道防水工钉枪作业局部肌肉负荷与疲劳预警的分析与研究

目的 利用表面肌电描记(surface electromyography,sEMG)技术探究隧道防水作业典型肌肉负荷水平与肌肉疲劳间的关系,为客观评定肌肉疲劳提供方法依据。方法 2023年4月,采用现场实验方法,从隧道防水施工现场选择9名钉枪作业人员,使用sEMG方法采集其防水作业全流程中肱桡肌、肱二头肌和肱三头肌的表面肌电信号,并通过问卷调查其主观疲劳感觉(rating of perceived exertion,RPE)分值,分析目标肌肉时域、频域指标和RPE分值的关系,利用联合频谱振幅分析法(joint amplitude and spectrum analysis,JASA)对受试对象局部肌肉疲劳情况进行分析。结果 9名受试对象相同疲劳程度(以RPE分值计)下的肌电数据符合正态分布(P> 0.05)。随RPE分值逐渐上升,对应肱桡肌标准化均方根值(percentage of maximal voluntary electrical activation,MVE)呈先上升、再下降又快速上升的趋势,肱二头肌的肌电MVE呈波动上升的趋势,而肱三头肌肌电MVE呈先下降、再快速上升又下降的趋势;随RPE评分逐渐上升,对应肱桡肌、肱二头肌的肌电中位频率(media frequency,MF)呈先上升、再下降的趋势,肱三头肌的肌电MF呈波动下降的趋势。不同RPE分值组肱二头肌、肱桡肌、肱三头肌的肌电MVE、MF差异均有统计学意义(P <0.01)。肱桡肌在RPE分值为10分、15分和17分时出现疲劳;肱二头肌在RPE分值为13分、14分、16分和17分时出现疲劳;肱三头肌在RPE分值为11分、12分、13分、14分和15分时出现疲劳。结论 表面肌电的时域和频域信号通过JASA法判别受试对象当前肌肉疲劳状态与主观RPE分值调查有一致性,但表面肌电技术在实际作业场景中应用尚存在问题,仍需要进一步探究。

空降兵半蹲式着陆的踝关节冠状面倾斜角度和周围相关肌肉负荷同步分析

目的通过模拟空降兵半蹲式着陆现场试验,探讨着陆过程中踝关节稳定度与踝关节周围相关肌肉负荷之间的关系,以及踝关节保护支具(PAB)对踝关节内翻和踝关节周围相关肌肉负荷的影响。方法于2021年8月,随机选取37名男性空降兵为研究对象,分别在有无穿戴PAB的情况下,以半蹲式姿势在1.5 m和2.0 m跳台进行跳伞着陆训练,对该过程中踝关节冠状面倾斜角度和踝关节周围相关肌肉最大自主收缩的百分比(MVC%)进行测量并进行相关性分析,同时分析穿戴PAB对冠状面倾斜角度和踝关节周围相关肌肉的影响作用。结果半蹲式着陆过程中,空降兵穿PAB和未穿PAB时胫骨前肌、外侧腓肠肌和腓骨长肌MVC%与踝关节冠状面倾斜角度均呈正相关(P<0.05)。相同高度下,与未穿PAB比较,穿PAB空降兵在半蹲式着陆过程中踝关节冠状面倾斜角度均降低,差异均有统计学意义(P<0.05);相同高度下着陆瞬间,与未穿PAB比较,穿PAB空降兵外侧腓肠肌MVC%降低,腓骨长肌MVC%增加,差异均有统计学意义(P<0.05);1.5 m高度下着陆瞬间后至站稳阶段(100~200 ms),与未穿PAB比较,穿PAB空降兵胫骨前肌MVC%均降低,差异均有统计学意义(P<0.05)。2.0 m高度下在站稳后阶段(200 ms),与未穿PAB比较,穿PAB空降兵胫骨前肌MVC%降低,差异有统计学意义(P<0.05)。结论穿戴PAB能降低踝关节冠状面倾斜角度,提高踝关节稳定性,减少外侧腓肠肌着陆时的肌肉负荷,并在着陆后减轻胫骨前肌肌肉负荷,但在着陆瞬间增加了腓骨长肌肌肉负荷。

高校学生伏案学习颈部负荷生物力学分析

采用Occhpintis数学模型，从人类工效学角度对我国城市汉族19～22岁大学生伏案学习时颈部肌肉骨骼肌生物力学负荷进行分析。结果表明，学生伏案坐姿的颈部力学负荷随颈前倾角增加而增加；男生颈前倾角为30°时，颈肌负荷的95%位数为185．95牛顿（N），女生颈前倾角为30°时则为138．19牛顿（N），肌负荷属中等。我国于此年龄段学生伏案学习颈前倾角上限值需进一步调查和电生理测定而确定，此上限值研究对于大学生课桌椅高差设计具有重要意义。

慢性踝关节不稳对膝关节肌群的影响

目的探究慢性踝关节不稳(chronic ankle instability,CAI)患者踝关节肌力缺失对患侧和健侧膝关节肌群的影响。方法建立健康受试者和CAI患者逆向动力学模型,通过改变肌肉最大等长收缩力模拟不同程度踝关节肌力缺失,分析步态周期中膝关节峰值肌力和累积肌力的改变规律。结果CAI患者跖屈肌肌力缺失会同时影响患侧和健侧的股四头肌与腘绳肌,背屈肌肌力缺失主要影响患者患侧和健侧的腘绳肌。CAI患者患侧和健侧膝关节肌群肌肉累积负荷增大,不同踝关节肌力缺失模型都呈现出患侧股四头肌累积负荷大于健侧,健侧腘绳肌累积负荷大于患侧的规律。结论CAI不仅会影响患者患侧膝关节肌群的肌力,也会影响患者健侧膝关节肌群的肌力。增强踝关节的肌肉力量和保护双侧膝关节肌肉可能对CAI康复具有积极的作用。

修井机司钻工操纵舒适性评价

考虑到目前通过主观感受评价舒适性的方法不够精确,且针对修井机操纵作业舒适性的研究比较少等问题,以XJ70修井机为例,在生物力学分析软件AMS中建立了典型百分位的中国成年男子人体坐姿数字模型,导入了刹把及座椅模型,对刹把操纵作业进行了逆向动力学仿真;以相关肌群的肌肉活动度为评价指标,研究了座椅高度以及靠背倾角对刹把操纵作业过程中各肌群的影响规律及其映射关系。建立了基于肌肉负荷的操纵舒适性评价模型,为操纵舒适性的量化评价提供了一种新途径,对选择舒适的作业姿势以及座椅可调范围的优化具有一定的指导意义。

基于表面肌电信号的超声探头人因设计评价研究

本研究利用表面肌电采集、分析技术和Borg量表来对超声探头的人因工程学设计进行评价,为超声探头的人因工程学设计评价提供方法参考。在本研究中,邀请10个志愿者使用两个在设计样式和重量存在差异的超声探头进行模拟超声检测操作任务。使用MP150生理信号记录仪记录前臂上的两块肌肉-指浅屈肌和桡侧腕长伸肌的肌肉活动。同时应用Borg量表对志愿者的主观反馈进行评定。结果显示使用质量较重和手柄宽度较小的超声探头时手部要承担更大的劳动负荷,更容易使局部肌肉产生疲劳,同时志愿者主观反馈结果与表面肌电测定结果存在一致相关性。这个研究方法可以作为对医疗器械手柄人因设计的评价的方法,研究结果可以作为医院在选择超声探头的指导。

基于肌肉骨骼负荷的上肢姿势不舒适度评价方法

针对通过主观评价建立的人体姿势不舒适度评价方法的应用效果不理想的问题,提出了基于肌肉骨骼负荷的上肢姿势不舒适度评价方法(Upper Limb Posture Discomfort Assessment Method Based on Musculoskeletal Loads,UAML)。根据人体关节负荷大小、肌张力收缩程度与人体姿势不舒适度之间的因果关系,应用DELMIA人机工程软件进行了人体关节负荷仿真实验,测量了虚拟人在不同人体姿势下关节力矩的变化情况,利用MP150生理记录仪测量了一组受试者在不同人体姿势下的表面肌电特性。对关节力矩数据和根据相关肌肉横截面积加权计算得到的肌电数据进行了归一化处理,利用回归分析的方法建立了以关节动作角度为变量的关节动作不舒适度模型,运用模糊综合评价的方法对关节不舒适度和上肢姿势不舒适度进行评价,将提出的评价方法应用到实际,与快速上肢评价法的评价结果相比,验证了其可靠性。

浅谈青少年短跑负重训练

力量素质对于短跑成绩的影响至关重要。但是,如何对青少年进行力量训练、采用什么内容和方式,这些都是各级教练员所共同关心的问题。本文通过实验对比研究后认为适当的负重训练对提高青少年短跑运动员的成绩有明显效果,但在力量训练中必须正确处理肌肉负荷、运动速度、重复次数和休息间隔之间的关系。

一种冲击钻人机性能快速评价方法

为了快速评价冲击钻性能的优劣,本文基于理想解相似的简化偏好技术(TOPSIS)方法,选取四把典型冲击钻为切入点,研究使用者在不同操作姿势下使用冲击钻时的肌肉负荷以及操作的效率,对影响冲击钻优劣的指标进行深入辨别。利用工效学测定使用者在不同姿势下钻孔时的生理指标表面肌电(sEMG)的参数变化,以及钻孔速度与精确度两项工作效能指标参数,通过实验数据的分析与提取,对四款冲击钻进行评价。结果表明,根据生理指标和工作绩效可以有效的评估冲击钻性能,但生理指标的影响参数很多,很难进行综合评判,因此本文利用TOPSIS方法结合专家咨询法进行评估,从而优选出其中一个满意性。

表面肌电描记术在工作相关肌肉骨骼损伤研究中的应用

表面肌电描记术(surface electromyography,sEMG)作为一种无损伤的实时测量方法,能够客观地反映肌肉活动水平和功能状态。本文首先介绍sEMG分析方法,包括线性和非线性两种,其中线性分析主要包括时域分析、频域分析、频谱振幅联合分析和时频分析;其次,分析sEMG应用于工作相关肌肉骨骼损伤(work-related musculoskeletal disorders,WMSDs)中肌肉疲劳和肌肉负荷评价的现况,从而发现可能存在的不良工效学因素;最后,提出sEMG在WMSDs应用中存在的问题,并进行展望。