长跑致黑踇趾损伤的生物力学机制研究

目的探究长跑致黑踇趾损伤的生物力学机制,为长跑黑踇趾损伤预防和防护跑鞋设计提供参考。方法选取10名男性半职业马拉松跑者为受试者,采集跑前、5 km跑后即刻以及10 km跑后即刻的相关参数进行单因素重复测量方差分析,三维足形扫描仪进行足形参数测量,红外热像仪进行足部各区域温度测量,高速双平面荧光透视成像系统(DFIS)测量大踇趾远端与鞋头距离。基于黑踇趾损伤机制设计防护跑鞋,采集跑鞋优化前后踇趾-鞋面接触力以及大踇趾应力。结果随着跑步距离增加,10 km后的前足足掌宽以及足弓高度显著下降。足部分区温度在5 km和10 km跑后均显著上升,其中10 km跑后的大踇趾足背区温度上升明显,与5 km跑后即刻呈现显著差异。跑后的大踇趾主观舒适度显著降低。着地即刻的足-鞋相对距离在10 km跑后较5 km显著增加,而增加的距离在支撑中期较跑前以及5 km跑后又显著降低。防护跑鞋提升了踇趾主观舒适度的同时使得作用力在接触期的0%~80%显著减小且压力分布更加均匀。结论10 km跑后足前掌宽度、足弓高度显著下降而大踇趾足背区温度明显上升,伴随跑者大踇趾主观舒适度降低和足-鞋相对位移增加,表明长跑后足部形态与功能改变可能是黑踇趾损伤的生物力学机制。

长跑致足部黑踇趾损伤的生物力学机制研究

目的:探究长跑前后足部生物力学改变对黑踇趾损伤风险的影响,揭示长跑致黑踇趾损伤的生物力学机制,基于黑踇趾损伤预防理念进行鞋头设计并验证其防护效果,为长跑黑踇趾损伤预防和防护跑鞋研究提供支撑。方法:选取10名男性半职业马拉松跑者为受试者进行跑步测试,采集其跑前、5 km跑后即刻及10 km跑后即刻的足部形态特征、足部各区域温度、大踇趾主观舒适度以及足-鞋相对运动距离等参数,进行单因素重复测量方差分析,以揭示长跑致足部黑踇趾损伤的潜在生物力学机制。基于黑踇趾损伤生物力学机制进行鞋头抬高的防护跑鞋设计,其中原型跑鞋的鞋头高度为65.8 mm,长度为85.5 mm;防护跑鞋的鞋头高度为79.5 mm,长度为85.8 mm。采集跑鞋优化前后的大踇趾主观舒适度、大踇趾-鞋面接触力以及三维有限元模拟仿真计算的大踇趾应力,并进行独立样本分析,以期对防护跑鞋的黑踇趾损伤预防效果进行验证。结果:随着跑步距离增加,10 km跑后的足前掌宽度以及足弓高度显著下降。所有足部分区的温度在5 km和10 km跑后均显著上升,其中10 km跑后的大踇趾足背区温度上升明显,与5 km跑后即刻呈现显著差异。与此同时,跑后的大踇趾主观舒适度显著降低。着地即刻的足-鞋相对位移在10 km跑后较5 km显著增加,而增加的距离在支撑中期较跑前以及5 km跑后又显著降低。相较于原型跑鞋,防护跑鞋在提升大踇趾主观舒适度的同时,使得大踇趾-鞋头作用力在两者接触期的0~80%显著减小,且应力分布更加均匀。结论:10 km跑后足前掌宽度、足弓高度显著下降,大踇趾足背区温度明显上升,伴随跑者大踇趾主观舒适度降低和足-鞋相对位移增加,表明长跑后足部形态与功能改变可能是黑踇趾损伤的潜在生物力学机制。基于鞋头抬高设计的防护跑鞋能够在提升跑者主观舒适度的同时,降低接触力,并且使大踇趾区域应力分布更加均匀,可以有效降低因长跑引发的黑踇趾运动损伤风险。

跑鞋碳板结构设计对前掌跑落地冲击阶段足部力学响应特征的影响

目的探究跑鞋碳板(carbon-fiber plate,CFP)结构设计对前足足底和足底筋膜力学响应的影响,为预防跑步时的足部损伤和跑鞋结构优化提供参考。方法基于已搭建的足-鞋三维有限元模型,对比不同位置(鞋垫底部,HL;中底中部,ML;外底上部,LL)以及不同厚度(1 mm、2 mm、3 mm)的CFP结构设计对前掌跑(FFS)落地冲击阶段前足足底压力和足底筋膜应力、应变的影响。结果当CFP厚度较小(1mm)时,其嵌入位置对前足足底和足底筋膜力学响应特征的影响有所不同。与对照跑鞋(No CFP,NC)相比,HL和ML情况下足底压力峰值分别增加了3.84%和4.31%,而LL情况下近端足底筋膜的应力与应变峰值分别增加了2.67%和3.19%。随着CFP厚度增加至3mm,足底压力、足底筋膜应力与应变均明显减小,其中:足底压力峰值以LL3(3 mm,LL)情况下降低最为明显,较NC降低了29.56%;足底筋膜应力与应变峰值也均明显低于NC,且3种位置CFP的效果基本一致。结论当CFP厚度较小时,其嵌入位置的不同或将对足部组织力学产生相异的作用,但随着CFP厚度增加,足底压力、足底筋膜受力程度均明显减小,且嵌入LL的CFP整体效果更好。

个体化足-鞋耦合有限元建模及在跖骨应力研究中的应用

探讨构建足-鞋三维复合有限元模型的方法,基于所建模型开展生物力学应用研究,为跑鞋设计优化及足部潜在损伤预防提供科学依据。基于足-鞋三维CT断层影像数据进行逆向重建,结合实验三维空间参数定义模型加载及边界条件,建立个体化足-鞋非完全接触有限元模型。细划足底和鞋底压力分区,与实验测试结果对比全方位验证模型的可靠性,并采用Bland-Altman分析、Pearson相关性分析以及配对T检验进一步验证方法的一致性及有效性。应用模型模拟分析裸足/着鞋状态,不同鞋底材料刚度对人体静态站立工况下跖骨区应力的影响。结果如下:1)除前足外,其他所有分区模拟与实验结果相对一致。进一步统计分析发现,两种方法有显著相关性(r=0.986;P<0.001),所有压力差值点均处于95%一致性界限区间内,且数据无显著性差异(P=0.202),表明方法的一致性和有效性均相对较好;2)静态站立工况下应力主要分布在第二、三跖骨体,其中第三跖骨所受应力最大。与着鞋站立相比,裸足时跖骨区应力峰值明显上升;3)随着鞋底材料刚度的增加,跖骨间应力峰值差异也逐渐增大,应力趋向集中于第二、三跖骨。基于上述研究结果,本研究得出以下结论:1)前足模拟压力不足或与其纵向应变过大相关,后续研究应考虑优化约束条件;2)裸足及鞋底刚度增加会导致跖骨应力异常变化,建议在进行裸足跑鞋或碳板跑鞋研发设计时,可考虑在前足跖骨区域添加缓冲结构,协助优化跖骨应力分布,降低潜在损伤风险。

基于计算机视觉的运动动作无标记识别技术研究进展

目的近年来,针对运动动作的实时、精准和无标记识别成为备受关注的热点问题。系统回顾近年来国内外基于计算机视觉图像数据输入进行特定运动或目标动作的机器学习或深度学习识别相关研究,为无标记动作捕捉技术在运动动作识别等领域的应用提供参考。方法通过布尔逻辑运算检索Web of Science、Pub Med、Scopus、Google Scholar、IEEE Xplore、中国知网(CNKI)6个数据库收录的2000年1月—2020年6月发表的文献,分别对第一作者/发表年份、运动类型/目标动作、受试者信息、摄像机参数、图像特征提取技术、动作识别算法、动作识别质量评估方法、图像数据训练与验证方法、动作识别精度表现等关键信息进行提取。结果筛选后共纳入23篇文献,39%的研究采用基于支持向量机的机器学习算法,35%的研究采用基于卷积神经网络的深度学习算法,其中分类精度、混淆矩阵和位移误差是大部分研究采用的动作识别质量评估方法。在动作技术识别和运动表现分析等领域,计算机视觉动作捕捉和相关模型、算法开发等已显示出良好的应用前景。支持向量机、主成分降维分析等传统机器学习算法仍是目前采用的主流动作识别技术,但随着卷积神经网络和循环神经网络等深度学习算法的开发与应用,在部分场景下的动作捕捉和识别效果优于传统的机器学习方法。结论基于计算机视觉的场地摄像机设置、图像特征提取和动作识别算法模型开发需要结合特定的运动项目、应用场景和精度需求等进行多维度综合衡量。随着深度学习识别算法和可穿戴无线传感装备技术的发展,无标记动作捕捉的精确性、实时性和鲁棒性将得到进一步提升。

跑鞋抗弯刚度调整对下肢运动生物力学表现的影响研究

目的探究跑鞋纵向抗弯刚度(longitudinal bending stiffness,LBS)调整对跑步过程中下肢生物力学功能调整以及跑步经济性(running economy,RE)的影响,为跑鞋LBS优化设计提供参考依据。方法选取15名国家二级男性长跑运动员为受试者,以LBS为0.06 N·m/°慢跑鞋作为低LBS对照,鞋底全掌添加碳板至0.32 N·m/°作为高LBS测试跑鞋。

无轨迹数字化技术在残奥单板滑雪出发动作专项训练的应用研究

目的:为满足国家残奥单板滑雪运动员出发动作专项训练科学化以及残疾人运动员力量训练个性化的需求,对无轨迹数字化训练系统在国家残奥单板滑雪队专项力量素质训练的应用效果进行探讨。方法:以8名国家残奥单板滑雪男性主力运动员为研究对象(UL级别4名、LL1级别1名、LL2级别3名),基于无轨迹数字化训练系统向心等张模式进行为期4周的出发动作训练,专项力量素质指标包括“拉门”动作向心阶段峰值/平均功率和峰值/平均速度。采用配对样本t检验对训练前后各指标进行统计分析。结果:通过无轨迹数字化训练系统进行为期4周的训练后,8名运动员拉出发门动作的峰值速度和平均功率较训练前均显著提升(P<0.05)。其中,6名运动员的动作平均速度较训练前显著增加(P<0.05),5名运动员的峰值功率较训练前显著增加(P<0.05)。结论:无轨迹数字化训练系统可以显著提高残奥单板滑雪运动员出发动作的专项力量素质指标,从而改善其出发阶段运动表现。同时,二次开发的无轨迹数字化训练系统可以较大程度满足残疾人运动员不同残疾级别的个性化训练需求和数字化负荷监控,有效降低训练导致的损伤风险。

基于足弓刚度适应性的足底局部冲量分布特征研究

目的足弓在步态支撑期发生形变从而将冲击荷载作为弹性应变能量进行吸收,该过程中足部通过绞盘机制调节刚度,同时足底筋膜被动回弹提高步态经济性。探究不同足弓刚度个体的足底局部压力特征对于进一步剖析足弓形态学相关的步态生物力学功能调整具有重要意义。方法研究基于G^(*)Power功率分析结果共招募65名无症状男性受试者。

国际雪车训-科-医综合监控研究动向

对雪车项目在运动训练、科学研究和医学监控等领域的相关研究进行综述,以呈现雪车项目训、科、医的最新研究动向,为我国雪车项目的科学训练及训练监控提供前沿咨询。研究结果表明,雪车竞技强国主要为以德国、加拿大为代表的欧美国家,亚洲里韩国雪车的快速崛起值得我国借鉴。雪车训练高度依赖科技,运动员推车阶段的跳车模式、运动员间的默契度和驱动下降阶段对赛道的敏锐度,以及人-车姿势的控制能力是雪车训练的重点。雪车训练监控主要集中在运动生理学、运动生物化学和运动生物力学等领域,其中运动生物力学是涉及最深、最多的领域,较多的研究围绕运动员下肢展开。脑震荡、骨折、软组织损伤和呼吸系统疾病是雪车运动员常见的伤病,头部、颈部、脊柱上部和小腿是常见的受伤部位,通过训练过程中医学监控的介入、运动装备的改良以及赛道的维护等措施可以降低伤病的发生。