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運動生物力學概念范文1
關鍵詞：生物力學 體育教學 健康第一
一、運用生物力學知識，提高教學效率
我們以排球扣球動作為例來講述: 首先，做出扣球動作示范，然后講述扣球技術的鞭打原理:一端先做加速運動，在制動過程中其動量向游離端傳遞，使末端產生極大的運動速度。鞭打動作的關鍵技術首先是大環節帶動小環節的快速運動，然后是大環節至小環節依次突然制動。扣球時，當騰空到最大高度時，身體成反弓姿勢，同時開始做相向運動。這一動作包括收腹褶體和屈曲大腿的動作，更重要的是以肩關節為軸，以上臂帶動前臂和手，向前上方伸臂的擊球動作，這就是鞭打式的擊球動作。
第一，根據動量定理：F.ΔT=M(V2一V1) ①
由①得出V2-VI=FT/M ②
這時通過②式得知要獲得最快速度V，一是我們打擊球的力量F要大，二是擊球時間T要快。獲得最大擊球力量F，因為我們是以肩關節為軸進行扣球，根據轉動力學:
轉動定律M=Iβ ③
M=RF ④
由③、④式得F=Iβ／R。要想獲得最大力——F，就得減小半徑R，這就是我們扣球時先曲臂的原因。
第二，講清楚這個問題之后，開始講述扣球時為什么邊揮臂邊伸肘。根據V線=ωR，在轉動角速度ω保持較大值的條件下，加大半徑R從而增大上肢末端手掌的線速度V線。上臂甩的越直，揮動半徑越大，線速度越快，扣球越有力。
第三，利用動量矩的轉移。由于是以肩關節為軸轉動，因此，按動作的要求可以通過調節各環節的運動形式，實現動量矩的傳遞和轉移。動量矩在身體內的傳遞主要是利用身體環節的突然制動，從而使這些環節原有的動量矩向相鄰環節傳遞和轉移。
至此，學生已經明白了各個環節突然制動是為了獲得最大的動量矩，使手指及碗關節產生最大的運動速度。
通過以上力學方面的講解、分析，把這一較難掌握的技術動作在學生頭腦中建立起來清晰的概念。加上合理的引導與適當的鼓勵，消除了他們對扣球的心理障礙，增加了信心，提高了學習興趣，從而使教學質量得到提高。
二、有利于學生理解并掌握技術動作
運用生物力學原理分析動作技術特征，突出動作環節的難點和重點，學生很容易理解，并能有意識地按力學原理完成動作練習，這樣掌握動作既快又規范。
例如，在講解籃球原地投籃技術動作時，按照教學步驟——蹬伸、頂肘、壓碗、撥球這四個環節講授完后，練習時學生為了盡快進球，大部分都是用力向前推球，而忽略了向上頂肘。這時可以簡單地進行力學分析：拋物線與入籃角投籃的球出手后，在空間飛行過程中受重力影響，成弧形運行軌跡，通常稱之為拋物線。所謂入籃角，是球進入籃圈前一瞬間，運行軌跡的曲線合在該點的切線與平面形成的夾角。拋物線的高與低，決定球入籃角的大小，而入籃角是否適宜，則是影響投籃命中率的關鍵。拋物線過高，球在空間飛行的時間和路線過長，容易受重力和空氣阻力影響，使球飛行的方向改變，從而影響命中率。拋物線過低，球飛行入籃的弧線接近水平，籃圈暴露在球下的范圍較小，就不易取得應有的入籃角，也難以命中。實踐表明，中等拋物線是比較理想的，容易投籃命中。經過這樣簡單的講解，突出頂肘的重要性，學生就能很快地掌握投籃技術動作。
三、促使學生完成體育技術動作的規范化
運用生物力學原理，能幫助學生區分正確動作與錯誤動作，明確動作完成的順序，使動作規范化。在教學中，常常發現學生自以為已掌握了動作，其實并沒有。教師運用運動生物力學分析正確動作和錯誤動作的區別，能強化學生對正確動作的理解，從而及時糾正自己的錯誤。
四、提高學生的學習能力
如果上課時經常運用生物力學知識講解動作的要點與難點，經常提問學生某一動作為什么這樣做，學生就會養成積極思考的好習慣。教師在指導分析技術動作的基礎上，可以選擇一些較簡單的動作，讓學生獨立思考。這樣學生即掌握了運用生物力學原理分析動作的方法，又學會了動作，從而達到提高學習能力的目的。
五、讓學生深刻認識體育的科學性
運動生物力學概念范文2
關鍵詞：有限元 醫學 仿真實驗
Research of experimental of medical's Finite Element Analysis（FEA） simulation
Niu Xiaodong， Lu Lirong
Shanxi Changzhi medical college， Changzhi， 046000， China
Abstract： It will solve many complex problems if apply FEA to medical research， and these problems are difficult to solve but need to be solved in the physics of medical applications. So that it can provides theoretical guidance and scientific foundation for medical research and clinical treatment. Have the experimental course of medical’s FEA simulation， medical colleges have a very important significance for student’s study， teacher’s teaching and research， cooperation of college and affiliated hospitals.
Key words： FEA； medical； experimental of simulation
有限元分析是一種廣泛應用于工程科學技術的數學物理方法，用于模擬并解決各種工程力學、熱學、電磁學等物理場問題。1956年Turner等人提出有限元（Finite Element，FE）的概念。有限元的核心思想是結構的離散化，就是將實際結構假想地離散為有限數目的規則單元組合體，實際結構的物理性能可以通過對離散體進行分析，得出滿足工程精度的近似結果替代對實際結構的分析，這樣可以解決很多實際工程需要解決而理論分析又無法解決的復雜問題。
隨著計算機技術的普及和計算速度的不斷提高，有限元分析在工程設計和分析中得到越來越廣泛的重視，已經成為解決復雜工程分析計算問題的有效途徑，現在從汽車到航天飛機大多數設計制造已離不開有限元分析計算，其在機械制造、材料加工、航空航天、汽車、土木建筑、電子電器、國防軍工、生物醫學研究等各個領域的廣泛應用已使設計水平發生了質的飛躍。
1 醫學有限元國內外研究現狀分析
有限元方法最早應用于骨科研究，開始于脊柱生物力學[1]。幾十年來其在解決生物力學問題上得到了廣泛應用，尤其近年來，隨著數字及計算機技術的不斷進步，有限元法本身已不再是相對獨立地研究生物力學性質，它越來越多地與各種動力學模型、參數優化選擇、臨床放射學與實物測量、有機化學、組織學與免疫組化等方法巧妙結合，使結果更加準確可靠，成為生物力學研究中的一種重要工具。有限元方法在醫學上的研究主要包括以下四個方面。
1.1 有限元模型的建立
有限元模型的建立，直接影響有限元仿真實驗結果的精度、計算機計算過程、計算時間的長短，且模型建立的優劣與建模人員的專業素質和有限元知識分不開?，F有研究的模型包括：人眼[2]、牙齒及矯正器[3]、脊柱[4]、顱腦骨骼[5]、胃[6]等人體骨骼及器官的三維有限元模型。
1.2 力學實驗仿真
A.Pandolfi，F.Manganiello對所建立的人眼角膜模型進行了力學分析[7]。Tammy L HD等對建立的脛股關節三維有限元模型分析了骨骼變形對關節面接觸行為的影響以及約束關節運動對接觸應力的影響等[8]。
脊柱生物力學仿真是有限元法在生物力學中研究最早、分析最多、臨床上應用最廣泛的領域。杜東鵬等則對腰椎間盤膨隆的力學機制與腰椎疲勞骨折分別進行了探討[9]。
頭顱及顳下關節也是有限元在生物力學中研究的重點。呂長生等對建立的足部骨組織模型進行有限元分析，為運動損傷或運動鞋的評價等提供了依據[10]。王芳等建立并驗證中國人全頸椎有限元模型，用于揮鞭樣損傷分析[11]。米那瓦爾?阿不都熱依木采用有限元方法，對頜面外科手術術后的顏面軟組織形態變化進行預測[12]。
1.3 醫療器械的力學性能評價及優化設計
牙科是有限元法在臨床應用中的一大領域，相應的各種牙科固定器材得以研制開發，這些器材的力學性能又是研制過程中重點解決的問題。蔡玉惠等研究了RPA卡環在游離端義齒應用中支持組織的應力分布狀況，對RPA卡環的臨床應用具有力學上的指導作用[9]。
在內固定鋼板方面，張美超等從臨床應用出發，利用有限元法對頸前路蝶型鋼板進行生物力學模擬分析，得到了與其一致的易斷裂部位預測[9]。
在人工關節方面，Heegaard JH等建立了髕骨的計算模型，并且模擬了在人工膝關節中去掉股骨假體對髕骨活動的影響[13]。王永書等對患者胸腰椎爆裂性骨折節段（T12～L2）部位利用有限元進行手術模擬，均與標本模型及術后CT掃描基本相符[14]。
1.4 血流動力學CFD應用
Tarbell JM用FIDAP和Fluent軟件進行了血管壁中組織液流動的數值研究[15]。喬愛科等利用有限元分析方法得出冠狀動脈搭橋術中對稱雙路搭橋比單路搭橋具有更合理的血流動力學，可以避免動脈粥樣硬化的危險性血流動力學因素，從而減少手術再狹窄的發生[16]。楊金有應用CFD計算流體力學軟件進行人體主動脈內血流數值模擬分析，為闡明血管疾病的發病機理提供理論依據[17]。姚偉用計算流體力學軟件Fluent計算人體小腿骨間膜組織間隙中蛋白質非均勻分布情況下組織液流動[18]。
2 醫學有限元仿真實驗方法
通過上述醫學有限元研究可得醫學仿真實驗的方法主要分為四步：（1）通過螺旋CT技術，采集大量的樣本圖像。運用現有醫用物理實驗室計算機對樣本圖像進行建模處理，并進行相關的有限元分析。（2）通過查閱相關國內外資料，針對所需建立模型的生理、物理等參數特性，在幾種常用圖像處理軟件（Mimcs，Proe等）中選取較為合理準確的有限元建模軟件。（3）在常用有限元分析軟件（ANSYS，Fluent等）中選取較為合理準確的軟件對模型進行有限元分析。（4）將有限元分析結果與實際測量數據進行對比，分析有限元模型的準確性。
3 有限元法在醫學研究中的優勢
有限元法在醫學研究中具有四個方面的突出優勢：（1）可根據需要產生各種各樣的標本，對模型進行實驗條件仿真，模擬拉伸、彎曲、扭轉等各種力學實驗，可以在不同實驗條件下模擬任意部位變形、應力/應變分布、內部能量變化、極限破壞分析等情況。（2）標本也可以進行修正以模擬任何病理狀態。同一個標本在虛擬計算中可進行無數次加載或組合而不會被損壞。（3）其結果不受實驗條件的影響，也排除了實驗條件造成的誤差，而且可以重復計算，節約成本。（4）利用有限元法進行的模擬實驗具有實驗時間短、費用少、可模擬復雜條件、力學性能測試全面及可重復性好等優點。
4 醫學院校開展醫學有限元仿真實驗的意義
在醫學院校開展醫學有限元仿真實驗，可以使學生將相關醫學、物理、生物等課程的知識綜合應用于仿真實驗中，給生物醫學工程專業學生的畢業設計提供更為廣闊的范圍，使研究具有更高的水平；激發學生的創新思維和熱情，使學生在自主科研創新的基礎上，設計相關仿真實驗加以驗證、研究。同時，開展仿真實驗要求教師不僅需要對本專業知識做到“了如指掌”，而且需要教師具有仿真實驗相關的醫學、物理學、生物學等非本專業學科的專業知識，還要求教師必須掌握螺旋CT掃描技術，Mimics，ANSYS等建模、仿真軟件的計算機應用技術。這些知識對于教師實驗教學、科研水平的提高具有十分重要而深遠的意義。在開展醫學仿真實驗的基礎上，建設醫學仿真實驗室，不僅可以為學生提供畢業實習條件，加強實習基地建設，而且與醫院相關科室進行合作，可以在生物力學基礎上預測手術中、長期效果，對醫生手術具有較為科學的指導，加強了學校與醫院的合作。
5 結束語
建立醫學有限元實驗有兩個關鍵的問題：（1）醫用有限元模型快速準確的建立。模型的快速準確建立可以減少仿真實驗所需時間、降低費用、增加仿真的準確性和可信性。（2）建立通用的有限元模型庫，為進一步的實驗教學和科研打下堅實的基礎。因此需要在具體實驗實踐中逐步探索和積累。
將工程有限元分析同醫學結合開設實驗課，屬于多學科之間的交叉領域，不僅可以提高學生對所學專業知識的綜合運用能力，增強學生就業與學習深造的競爭力，而且可以加強多學科教師的教學和科研合作，提高教師的教學科研水平。同時提高相關實驗室的利用率，為學生自主開展創新實驗提供平臺，加強學校和附屬醫院的教學科研合作，為醫學院校提供更為廣闊的教學和科學研究領域。
參考文獻
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運動生物力學概念范文3
摘 要 原地單手肩上投籃是籃球運動的基本動作，然而對該技術動作的內部結構理解卻并不深入，常常會產生偏差。雖然有固定的技術要領和動作步驟，但教練員和運動員由于主觀認識不同，他們眼中的原地單手肩上投籃各有概念，導致不同的理解形成略有差別的動作外觀。本文從運動生物力學這個客觀角度來分析該動作的力學規律，通過建立最貼近動作過程的力學模型分析動作過程，從一個新的角度重新認識原地單手肩上投籃動作，力求客觀真實地模擬出符合人體結構和力學原理的動作概念，該概念將有利于動作的掌握和理解。
關鍵詞 原地單手 投籃動作 力學
一、原地單手肩上投籃動作力學模型
（一）原地單手肩上投籃動作過程
以右手投籃為例。右手手指自然分開，掌心空出持球，手腕與小臂，小臂與大臂分別成接近直角，持球于右肩上方，左手扶球左側下方。兩腳前后，右腳在前，微側身面框，前腳掌著地，屈膝站立，重心落于兩腳之間。投籃時，下肢發力，伸展腰腹，同時右肘上抬，前臂向前上方充分伸展，左手離球，手腕前屈，手指撥球使球從食、中二指指端后旋轉飛出，身體重心隨球上升，腳跟提起。
（二）原地單手肩上投籃動作力學分析
去除微觀動作細節和其他身體協調部分動作，原地單手肩上投籃的動作主要部分可簡化為一個拋射動作，符合彈道模型原理。投籃手臂作為“發射架”提供將籃球“發射”出去的動力，為籃球獲得合理初速度。能提供這種初速度的根本原因是肌肉的收縮用力使投籃臂預先加速，在速度達到合理時通過手指傳遞給籃球，籃球離開指尖的瞬時速度就是籃球飛行的初速度。
（三）原地單手肩上投籃動作力學模型的建立
速度是矢量，有大小，有方向，可分解，也可合成。從直觀上看，籃球的飛行路線是一條拋物線，其飛行初速度可分解為垂直速度和水平速度。垂直速度保證拋物線的高度，水平速度保證拋物線的遠度。因此，投籃動作也可看作為兩個動作的合成：使球獲得垂直速度的動作和使球獲得水平速度的動作。投籃手臂的“發射架”結構也相應由兩個部分組成，執行三個方面的功能。提供動力，產生加速度的肢體環節稱為“擊發裝置”，對速度大小和方向進行調節的部分稱為“調整裝置”。一個彈道發射裝置模型就完整呈現出來。
人體與器械相互關系是人體相關運動環節通過肌肉的收縮作用和骨的杠桿作用率先產生加速度，并通過人體與器械的接觸部位將速度傳遞給器械。這種傳遞同樣包含了大小和方向兩個方面。在籃球運動中，投籃手臂與籃球的速度傳遞也遵循該原理。
二、原地單手肩上投籃力學模型說明
（一）垂直速度獲得原理
從圖可以看出，伸膝、展體、抬上臂三個動作環節在骨骼肌的收縮作用，骨杠桿的放大作用下，使籃球垂直向上運動了一段距離，獲得一個向上速度。從力的角度而言，該分力決定了籃球上的趨勢，反映到動作中就決定了投籃的弧度，籃球飛行拋物線軌跡的高度。投籃弧度對籃球入框角度起決定性作用，良好的入框角度可大大提高命中率。實踐證明，入框角度大，命中率高。當然實際情況中，過高的弧度也增加了球飛行路線的長度，增大了動作的難度，這就需要因人而異地區別對待。
（二）水平速度的獲得原理
用MB-Ruler軟件在圖中測量，發現籃球離手時球與臉部的距離是舉球動作完成時球與臉部距離的3.58倍，說明在投籃動作過程中，籃球在向上運動的同時也在向前運動，產生了水平速度。水平分力的大小直接決定了投籃準確度，是運動員對距離感覺和肌肉力量精確控制的關鍵。
（三）手指調整原理
手指的調整功能分為對速度的調整和對球飛行狀態的調整兩個方面：
1.撥指動作對速度的調整
主要通過手指撥球速度的快慢調整水平速度的大小，使球飛行距離合適。通過球指分離時機的控制調整垂直速度的方向，使球飛行拋物線的高度恰當。
2.撥指動作對球飛行狀態的調整
手指朝球飛行拋物線的切線方向撥球，可使球產生向正后方的旋轉，該旋轉可使籃球飛行更加穩定，并且在著筐的情況下減少沖量可使球垂直向上彈起，增加入筐可能性。
從以上模型可以看出，通過對水平分力、垂直分力和手指微調三環節，發射部分和微調部分兩個裝置的協調配合，可使籃球的飛行拋物線得到合理修正，使籃球沿著最柔和的線路進框。
三、原地單手肩上投籃力學模型的應用
該投籃力學模式有助于加深對投籃動作的深刻理解，從力學角度再回顧教學中動作要領的講述，對師生都能產生更加清晰的理解思路。動作要領是操作過程，該力學模型是動作實質，兩者關系是形與質的關系。在動作要領掌握清晰之后，在動作鞏固提高階段引入該模型能對動作的進一步修正帶來意想不到的效果。同時兩者又是互相映照的關心，能從動作學習的兩個面相互對應，互相解釋，對動作的理解更加立體。
基金項目：湖南大眾傳媒職業技術學院課題，籃球運動中團隊精神與個人主義辯證關系研究11YJ19。
參考文獻：
[1] 張文鎖.單手肩上投籃技術動作的解剖學分析[J].湖北師范學院學報(自然科學版).2008.11.28.3期.
運動生物力學概念范文4
關鍵詞：腰椎；椎板切除；椎板回植：鈦板固定；有限元目前，對于椎管內腫瘤，完整切除腫瘤，恢復脊柱的穩定性已經成為脊柱脊髓外科治療的兩項基本原則[1-2]。國內外對腰椎椎管內腫瘤多采用全椎板切除及固定治療，雖然對于腫瘤的切除較完整，但是術后腰椎的活動度降低，腰椎功能明顯下降[3]。因此有學者提出了包括鈦鋼板固定在內的椎板成形術，即能完整摘除腫瘤，又保留了脊柱的穩定性和椎管的完整性，同時避免了醫源性椎管狹窄癥的發生[4-5]。然而國內外均缺少腰椎椎板切除后復位鈦鋼板內固定對脊柱穩定性影響的生物力學研究。本文為此通過有限元分析進行生物力學系統研究，為臨床手術提供基礎理論依據。
1資料與方法
1.1一般資料①根據國人解剖學數值選取一個有代表性的健康成年男性志愿者，35歲,身高175cm，體重73kg；②General Electrics 64層螺旋CT機；③計算機工作站；④圖像處理軟件Mimics10.0(Materialise's interactive medicalimage control system 10.0)；⑤有限元分析軟件MSC.PATRAN 2005、ABAQUS。
1.2方法與步驟
1.2.1建立T12-L4椎體三維模型包括螺旋CT掃描、CT圖像處理及保存和胸腰段三維圖像的重建。正常脊柱胸腰段三維有限元模型已經建立起來。完整的脊柱胸腰段三維有限元模型包括共424244個四面體單元，6212個六面體單元，658個桿單元，總計共95191個結點。
1.2.2椎板切除及回植鈦板固定的幾何模型和有限元模型的建立在正常椎體模型的基礎上模擬臨床手術情況，分別建立L1-L2-L3椎板切除和回植鈦板固定的椎體實體模型，并在此基礎上建立有限元模型.
1.2.3賦予各結構材料學參數：其中各部位的彈性模量及泊松比選擇文獻公認的資料。
1.2.4模型的約束和加載計算采取固定L4腰椎底面所有結點平移自由度，終板和椎體骨之間采用tie約束，保證椎體骨和終板不分離，椎體骨的力通過終板和椎間盤傳遞，在T12胸椎上表面施加均勻分布的垂直向下的人體上身重力，約260N，模擬人體中立位時的工況，并在中立位的基礎上，施加10Nm的力矩，模擬椎體前屈、后伸、左彎、右旋運動，分析胸腰段椎骨骼的位移和應力傳導情況。
2結果
本文根據有限元計算結果首先提取了正常、L1-L2-L3椎板切除、椎板回植鈦板固定術后的胸腰段中立位、前屈、后伸、左彎、右旋的位移數據，作為術后椎體穩定性的對比分析，位移越小，表明術后椎體的剛度越大。另外對于各種固定器械及椎體的受力分布及最大應力同樣做對比分析，比較各種固定方式的應力傳導和應力遮擋情況，為臨床手術固定后效果的評定提供參考。
2.1椎體的位移分析不同固定方式的椎移分布見圖1，圖中椎體的顏色對用圖左上側的數值，顏色越偏向紅色一方，說明此處位移越大，相反，椎體顏色越偏向藍色一側，說明此處位移越小。各種固定方式的最大位移值見表1。
2.2統計分析方法獲取位移圖中位移較大區域即紅色區域中的10個單元的位移值，求其平均值，從結果可知，椎板切除后的椎體整體剛度最小，正常椎體的剛度最大，椎體回植后剛度處于他們之間，其中椎板切除后對于前屈、后伸以及旋轉動作的影響較大。
2.3應力分析 對椎板切除及回植固定后的椎體進行分析見圖2，圖3，圖中椎體的顏色對用圖左上側的數值，顏色越偏向紅色一方，說明此處應力值越大，相反，椎體顏色越偏向藍色一側，說明此處應力越小。
對椎體和鈦板的應力進行分析，因椎體骨偏脆性材料，故采用工程常用的最大主應力進行分析，而鈦板為韌性材料，故采用Mises應力進行分析。從結果中可知，回植后椎體應力增加，而鈦板偏關節突關節處的部分比偏椎板的部分應力要大。
3討論
椎管內腫瘤約占神經系統腫瘤的10%~15%。脊柱脊髓外科手術治療不僅僅需要完整切除腫瘤，還要恢復脊柱的穩定性。為了充分暴露并達到腫瘤的完整切除，手術通常需要切除全椎板，切除韌帶，棘上韌帶及棘間韌帶，咬除兩側的椎板，有時還需要咬除部分關節突關節，因此傳統脊髓腫瘤切除后，必然留下較大的骨性結構的缺損。
由于腰椎在三維空間活動中，會產生相應節段的應變，位移，轉角或扭角。如果后部結構破壞較多，勢必導致相應節段力學指標的變化，增大了腰椎移位，使脊柱處于失穩狀態。由于腰椎后部結構的切除，使得腰椎前部結構只能繞髓核而運動，就象球軸承關節一樣發生隨意的傾斜，扭轉，椎體平滑剪切等，更進一步造成腰椎的不穩定，引發腰椎滑脫。因此大量破壞脊柱的后路結構，將導致脊柱出現過度或異常運動，術后脊柱穩定性將明顯下降。
但就臨床而言，行椎板切除是從后方顯露硬膜囊，切除椎管內腫瘤的必要條件。有報道椎板切除后脊柱不穩定的發生率成人20%，兒童更是高達45%。手術后遠期的“鵝頸畸形”，腰椎滑脫等更將導致脊髓神經的功能障礙。因此如何保持脊柱生物力學的穩定性，已經成為神經外科和骨科醫生關注的焦點。
有些學者考慮通過堅強的后路內固定，甚至前后聯合固定達到穩定脊柱，保護神經的目的。但是內固定后固定節段活動度下降，脊柱退變增加，后期并發癥也較多。因此為了即維持脊柱的穩定性，又保證脊柱的正?；顒佣?，根據Denis的脊柱三柱理論概念，目前國內外均主張在切除腫瘤的同時，必須還納取下的椎板并進行恰當的植骨內固定。
McCormick PC等研究認為頸椎椎板切除術后椎板復位，用鈦板鈦釘固定的椎板成形術能有效增強脊柱的穩定性。由于關節、韌帶能很好的保留，椎板又復位，所以脊柱的穩定性得到維持，對后期脊柱的穩定性和脊柱功能保留較好。因此在頸椎椎管成形的手術中，國內外研究者較多采用鈦板鈦釘固定的椎板成形術，而且術后效果滿意。
對于腰椎椎管內腫瘤國內外多采用后路全椎板切除，然而術后出現椎管內疤痕增生對神經形成的再壓迫，并造成了二次手術的困難；術后出現脊柱不穩，脊柱畸形等并發癥。因此為了預防這些并發癥的發生，各種椎管成形術應運而生。尤其是其中受頸椎椎板成形術的啟發利用鈦板鈦釘固定椎板的椎板回植成形術得到了初步的應用，并且臨床隨訪發現該術式既保留了脊柱原有的后路結構和椎管的完整性，又避免了因疤痕增生而導致的醫源性椎管狹窄癥的發生，同時又能防止脊柱不穩和脊柱畸形的發生。
然而目前國內外研究者僅是通過臨床的隨訪來證實該術式的優點，但卻缺乏相應的生物力學測試。
本生物力學實驗結果表明，隨著全椎板的逐節切除，椎板切除越多，最大位移就越大，椎體所受最大主應力也越大，勢必引起腰椎失穩。同時實驗結果提示，采用椎板回植，鈦鋼板固定能使椎移，所受最大主應力部分恢復到正常標本生物力學性能水平，而且鈦板回植后發現鈦板偏關節突關節處的部分比偏椎板的部分應力要大。實驗證明，該椎板回植鈦板固定有助于提高脊柱的穩定性，有助于提高脊柱抗壓，抗彎，抗剪和抗旋轉能力，有助于臨床癥狀的改善和脊柱功能的恢復。
但本研究仍有待于進一步的理論分析，尤其是鈦板形態的再設計，有利于應力的進一步分散，避免內固定的斷裂失效。
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運動生物力學概念范文5
[關鍵詞]后手翻教學 專選班 影響因素 對策
[中圖分類號]G643.2 [文獻標識碼]A [文章編號]1009-5349（2015）02-0106-01
一、研究對象和研究方法
本文運用文獻資料法、問卷調查法、觀察法，以泰山學院體育科學系2009級體操專選學生，共計30人為研究對象，其中男生15人，女生15人。
二、結果與分析
（一）后手翻動作的技術分析
后手翻動作先由直立姿勢，兩臂前平舉開始;梗頭、兩膝自然彎曲半蹲，同時兩臂下擺至體后，身體重心后移。甩臂、倒肩、蹬地頂髖、挑腰，身體充分后屈。翻轉后接兩手撐地，手臂保持緊張的彎曲，髖關節充分地打開，經短暫的背弓手倒立。推手頂肩，收腹貫腿，屈髖立腰后腳跟落地站立。根據后手翻動作的技術分析可以將后手翻動作的整個過程概括為：甩、蹬、繃、挑、撐、推、站、抬。
技術要點、難點：屈膝重心后移時肩關節不要超過膝蓋;蹬地時膝關節不要往前拱，這樣會抵消一部分向后擺動的慣性力;挑腰身體充分后屈，抬頭挺胸充分;甩臂要充分，想著要盡量手去觸腳;后倒的方向要正;積極推手、貫腿。
（二）后手翻動作的力學及肌肉應用情況分析
通過查閱相關資料文獻并咨詢了相關學術的專家對其力學特征做一下總結。在完成原地后手翻的過程中，屈膝實際上是為了儲存很大的彈性位能，便于能充分蹬地。雙腿在起跳過程中的主要任務是為重心提供最大程度的向心力，使重心由水平運動急速轉為斜上方的速度。運動員的起跳都是在0.12秒內完成。起跳過程中，積極向上擺臂，擺臂的反作用力可增加對地面的壓力，擺至頭上后急劇制動，可產生向上的慣性力，有助于身體騰空。所以，起跳時擺臂很重要，根據生物力學研究材料表明僅靠兩臂的擺動可使重心升高2.8―3.6厘米。從生物力學分析完成后手翻人體重心應在腰以上，低于腰部會出現動作失敗。
依據運動解剖學分析，上肢部的尺側腕伸肌、指伸肌、橈側腕伸肌、拇短伸肌、拇長伸肌;肩部的斜方肌、三角肌等;胸腰腹部的背闊肌、前鋸肌、胸大肌、豎脊肌等;下肢部的股四頭肌、脛骨前肌、比目魚肌、趾長屈肌、[屈肌等都要加強鍛煉，完成該動作需要這些肌肉群的協同用力。要想更好地掌握后手翻動作需要深入認識其肌肉群的應用情況，便于輔助教學。
（三）影響后手翻教學質量的因素
1.身體素質欠缺。后手翻的技術結構包括甩臂、蹬地、抬頭挺胸、挑腰、推手、貫腿等。對力量、速度、爆發力、柔韌性、協調性等身體素質要求高。60%的學生因力量差，出現蹬地無力，這樣就不會產生完成動作必要的向后翻轉的速度。只有20%的學生柔韌性還可以，柔韌性差，挑腰跳不起來，髖關節沒有充分打開，做不出背弓。蹬地方向不對，出現向上“冒”的情況。
2.害怕心理。后手翻動作的技術結構比較復雜，出現翻轉、倒立的動作。有些同學就會對這類動作感到恐懼，身體會出現防御性反射，進行自我保護。這樣不僅會導致動作失敗，還容易導致扭傷脖子、撞傷肩部、挫傷腕部等。
3.動作概念模糊。在調查的30位同學中有23.3%的人認為自己對后手翻動作的概念比較模糊。因為后手翻動作各環節之間聯系緊密，不利于分解講解示范。同時該動作屬于動力性動作，不利于學生對動作結構的理解。
4.教學方法不得當。經調查有3.3%的同學因脫手保護過早出現動作完成不理想，造成懼怕心理，導致動作學習失敗。分析原因可能是學生人數較多教師保護比較累，應該理解，同學們應積極和老師一起幫助教學內容的完成。同時在練習過程中有一名同學急于想做成動作而出現受傷的情況。
三、結論
后手翻是體操專選課的必學內容之一，因動作結構稍復雜，故在后手翻的教學過程中容易出現很多問題。如蹬地無力，后倒方向不正，挑腰不充分，往前“卷”，向上“冒”，等等。可以歸結為以下幾點：一是身體素質欠缺，力量不足、身體柔韌性和協調性差都不利于后手翻的學習;二是做動作時心理恐懼，不敢做或猶豫;三是空間感知能力差，出現翻騰、倒立動作時頭腦空白，分不清方向，身體不受控制;四是動作概念模糊，不利于學生掌握動作技術要領，不能很好的理解動作會阻礙對動作的學習;五是缺乏學習興趣;六是教學方法不恰當，在沒有形成穩定的動力定型時，脫手保護太早或急于求成，會導致動作變形。
四、建議
要全面發展身體素質，包括基本身體素質的鍛煉和專項素質的發展，為學習動作奠定良好的身體基礎。提高心理素質，重視對恐懼心理的疏導如積極地心理暗示或表象訓練。
【參考文獻】
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[2]莫濤.后手翻教法運用初探[J].南方論刊，2005.
運動生物力學概念范文6
【關鍵詞】 頸肌勞損；頸肌改變；頸椎??；研究進展
隨著社會、經濟的發展，人們的生活工作方式的改變，頸椎病的發病率呈現出年輕化、普遍化的趨勢，越來越受到廣大醫務工作者的重視，真正意識到頸椎病研究的重要性了。人們對頸椎病的認識是一個漫長的過程，從單一的認為與骨性改變和軟組織改變轉變為與頸部肌群的改變有密切關系。頸椎病其原因和機制尚未明確，但一般認為是多因素造成的結果，也有不少研究認為頸椎病是由于頸椎相關肌肉損傷或病變后痙攣導致頸椎的椎間盤和頸椎的相鄰組織相對位置發生改變引起的綜合征，頸部肌肉的發展和治療對頸椎病的發展都有密切關系。針灸學的研究為頸肌改變與頸椎病的關系研究提供了客觀證據。筆者通過學習有關文獻，對頸肌改變和頸椎病的關系研究做如下綜述。
1 頸椎病的認識
1.1 頸椎病的定義和發病原因 頸椎病的病因有外傷、勞損及解剖變異等，勞損是其主要原因。首先，頸椎病的發病與頸椎長期受到異常應力有十分密切關系。因頸椎間盤變性、頸椎骨質增生所引起的臨近組織受繼發性改變多的刺激或壓迫，而引發的一系列癥狀和體征，臨床表現有頸肩臂背痛，頭暈頭痛，上肢麻木，惡心，耳聾耳鳴，視物不清，四肢活動不良，麻木不適，胸悶，心慌，血壓升高，椎動脈扭曲實驗征均陽性。頭枕部或上肢痙攣，嚴重者出現雙下肢痙攣，行走困難，甚至四肢癱瘓[1]。發病機制復雜，以椎間盤及椎間關節的退變為基礎，軟組織和骨組織的損傷退變、生物力學和生物化學平衡失調有關，彼此相互聯系，互為因果。頸椎病的發生常因工作姿勢、睡眠姿勢不良、頸部風寒，導致頸部肌群斜方肌、提肩胛肌、菱形肌等不同程度的靜力性損傷，頸椎靜力平衡失調，導致頸椎與椎間盤錯位，如果椎間盤纖維環破裂，髓核突出，則直接引發頸椎病[2]。
1.2 頸椎病的發病機制
1.2.1 傳統認識-骨性學說 眾所周知，傳統觀點認為頸椎病屬于退行性的疾病，從椎間盤退變到椎間隙變窄、椎結失穩，導致椎間隙內部壓力升高和分布均勻，髓核發生移位、突出甚至脫出，從而壓迫了脊髓、脊神經根、竇椎神經、椎骨內血管，引發各種癥狀，椎間韌帶損傷、松弛，引起椎體不穩，椎體骨膜受到牽拉和擠壓，產生局部微血管破裂與出血、血腫，隨著血腫的激化和鈣鹽沉著，最終形成骨贅，產生對交感神經、脊髓、竇椎神經等的壓迫和刺激[3]?？傊瑐鹘y觀點認為是椎間盤的退變、椎體移位、椎間隙變窄、骨贅形成等骨性改變有關，故稱之為“骨性學說”。
1.2.2 現代認識-頸肌學說 近年來，學者逐漸發現骨性學說難以解釋頸椎病發病率低齡化的趨勢、頸椎病的臨床表現與影像學表現不符、頸型頸椎病等現象，然而軟組織和頸肌角度卻解釋的很通暢。因此，學者認識逐漸轉變，認為頸椎病與椎周圍的肌肉改變關系密切。脊柱的平衡依靠椎體、椎間盤、附件及韌帶的內源性靜力，但也需要周圍肌肉的外源性動力來維持。通常情況下脊柱的動態平衡和靜態平衡都是由肌肉的收縮和松弛來達到的，肌肉的適應性變位來完成人體日?；顒雍凸ぷ魉枰淖藙莺偷钠胶饧胺€定[4]。靜力平衡和動力平衡始終處于動態平衡，任何一方失衡均可導致脊柱受力不均，破壞脊柱結構的穩定性。生物力學研究也認為生物力學的失衡是頸椎病發生的直接原因和關鍵因素，生活方式的改變，增加了曲頸的頻率和時間，是頸椎動靜力失衡，引發頸椎病變[5]。
2 對頸肌的醫學認識
解剖學認為椎體與椎間盤間是沒有主動力學關系的，頸肌才是其運動的動力，頸椎的運動和姿勢需要肌群的支持。頸肌分為頭-頸肌、頭-肩肌、-頸肌、頸-肩肌四部分組成，不同部位有不同的肌肉群，具體功能也不盡相同[6]。頸肌的高度復雜、協調而靈活的肌群，具有典型的生理特性。①靈活而耐力差：頸肌因其腹長，肌腱短，且缺乏有力的致密肌肌腱，但其機動靈活，收縮自如，但耐力差，不可長時間的超負荷工作。②靈敏而肌力?。侯i肌的肌束小而薄，對風濕炎癥卻反應敏感。③協同但易失衡：頸肌分布呈多層次立體交叉式，任何動作均需靠兩側的屈肌和伸肌的協調完成，任何局部損傷，都可導致失衡[7]。④多重神經支配：頸肌受脊髓神經、竇椎神經、交感神經多重神經共同支配，頸肌的改變可直接壓迫鄰近的神經和血管，影響神經功能[8]。
3 頸肌改變與頸椎病發病中的作用
3.1 頸肌改變 頸肌改變主要分為頸肌勞損和頸肌退變，頸肌勞損是一種慢性損傷，主要由日常超負荷地學習與工作有關，引起肌肉收縮蛋白分解，導致肌肉收縮結構改變，引發肌肉的慢性或急性勞損。頸肌勞損可導致出血、滲液、肌纖維斷裂，釋放致痛物質，刺激肌肉痙攣，引起骨骼移位。頸肌退變是指隨著人體的發育成熟，椎間盤開始退變，維持人體頸椎的肌肉退變，頸肌體積縮小，肌肉纖維萎縮，脂肪含量增加，運動效力下降，肌肉收縮力量和速度均降低，肌肉呈現松弛狀態。頸肌退變的有關因素可能包括[9]：一是肌肉持續收縮，鈣離子吸收不完全；二是肌肉松弛狀態局部血液供氧、供血不足；三是肌肉收縮致使氧自由基及脂質過氧物等聚集。
3.2 頸肌改變與頸椎病的關系 有研究顯示，頸肌的退變或損失，可引起頸椎動力平衡失調，引起頸椎影像學出現不同程度的彎曲，且陳立君[10]等使用家兔試驗也證明頸椎動力失衡可導致椎間隙狹窄、椎間孔變小、關節面硬化等變化。頸肌改變可致使椎間盤間的膠原酶活性提高，絲氨酸酶活性升高，椎間盤中蛋白多糖的含量減少，也可破壞椎間盤的生理結構[11]。此外，頸肌改變致使頸椎動力失衡，關節突的關節應力會重新分布，牽拉關節囊，致使松弛，然后異常增生，鈣化軟骨層增厚，移行層完整性丟失。頸肌改變的動力失衡會導致韌帶呈玻璃樣的變性，韌帶纖維變細，粘連，失去功能結構，反復牽扯韌帶可能是韌帶間隙出血、滲液、硬化形成骨贅，引發頸椎病。通過對頸椎病的頸肌變化研究發現，頸椎病患者的頸肌多呈現肌纖維邊界模糊，纖維萎縮，粗細不均，間隙變寬，肌節模糊，明暗帶消失，頸肌的血流量和頸肌細胞的酶活性也有所改變[13]，血流量顯著減少，自由基清除酶降低，鈣離子-ATP酶活性也降低[12]。大部分頸椎病患者的頸肌發生了生物力學變化，收縮力下降，失去動力平衡。
4 小結與展望
綜述所述，頸肌改變可能在頸椎病的發病過程中起關鍵作用，頸椎病的頸肌變化也推知頸肌改變與頸椎病存在密切關系。目前研究主要集中在頸肌的生物力學性能的改變、頸肌血流量、纖維變化、細胞酶活性等改變，且肌肉的整體性能是由肌細胞和細胞外的結締組織共同影響，尚未發現與肌肉結締組織相關的頸椎病研究。頸椎病的機制研究為頸椎病的治療和預防提供有利的客觀依據，也為臨床研究指明方向。通過閱讀文獻綜述發現，在工作中定時改變姿勢，作頸部輕柔活動及上肢運動，有利于頸、肩肌肉弛張的調節和改善血循環。在睡眠時，宜于平板床，枕頭高度適當，不讓頸部過伸或過屈。只有人們合理安排生活與工作，避免超負荷工作，養成健康的生活習慣，才可有效的避免頸肌勞損，降低頸椎病的發病率，減緩頸椎病低齡化的趨勢。
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