基于AnyBody 的汽车驾驶中人体腿部逆向动力学仿真

为了更好地了解汽车驾驶时人体腿部肌骨的受力状况,建立了腿部肌骨模型并进行了生物力学分析。结合人机工程学相关知识和驾驶室内人体腿部的空间几何关系,利用AnyBody Modeling System软件建立了人体腿部的肌骨模型,对正常行驶过程中踩踏油门踏板的实例进行了腿部逆向动力学仿真,并分析了腿部肌肉活动状态以及关节节点力。仿真结果表明,负载较大的股外侧肌、股内侧肌、股中间肌以及股直肌的激活度均在20%以内,趾骨节点处负载最大为346.43 N,为确定合理的踏板操纵力提供了依据。     

基于AnyBody仿真不同身体质量指数青年八段锦动作的下肢生物力学特征

目的 对比八段锦干预前后不同身体质量指数(body mass index,BMI)青年下肢生物力学特征,为不同BMI八段锦练习者进行科学锻炼及设定运动处方提供参考.方法 将不同BMI青年人群分为标准组、超重组、肥胖组,以BTS SMART 3D红外动作捕捉系统记录运动参数及肌电参数,KISTLER测力台记录动力参数,用...     

太极拳运动下肢生物力学研究进展

太极拳的保健和康复功能已经在全球得到认可,国内外的专家学者利用运动生物力学方法对太极拳保健作用的机制进行研究,其中大部分是针对人体下肢的研究。检索2007~2015年太极拳运动的下肢生物力学研究文献20篇(15篇英文和5篇中文),根据研究目的和评价指标,从太极拳本身的运动学和动力学特点及其对下肢的影响、太极拳对下肢肌肉活动的影响、太极拳运动对人体下肢生物力学参数与其他系统参数相互作用的影响三个方面进行综述,并对太极拳运动下肢生物力学研究的展望和不足之处进行总结。     

下肢运动信息采集与运动仿真

目的 建立人体下肢3D模型与生物力学模型,进行运动学和动力学分析,搭建下肢控制平台为主动式下肢假肢和人体下肢助行器的控制研究提供理论依据。方法 利用VICON人体三维运动捕捉系统采集平地行走人体下肢髋、膝、踝运动信息。利用Solidworks建立人体下肢3D模型,进行下肢运动学分析。基于Matlab中Simulink的机械仿真模块（SimMechanics）建立人体下肢模型,进行动力学分析,产生运动信号。基于Quanser半实物仿真平台搭建控制模型,接收SimMechanics产生的运动控制信号,实现对双下肢运动平台的控制。结果 利用运动学分析得到各个关节的速度和加速度信号,利用动力学仿真得到各个关节的力矩信号,对建立的人体双下肢模型进行模拟仿真,通过仿真验证了模型的合理性,利用输出的信号对双下肢运动平台进行控制实现了平地行走功能。结论 建立的平台可以进行人体下肢运动学、动力学和控制方法的研究,为主动式假肢和人体下肢助行器的控制提供借鉴作用。     

基于AnyBody骨骼肌肉多体动力学分析的有限元仿真

目的研究AnyBody骨骼肌肉多体动力学仿真技术的建模和有限元建模相结合的方法,进行临床骨外科生物力学分析。方法根据志愿者身高、体质量及CT数据,利用AnyBody软件建立志愿者个性化上肢的骨骼肌肉运动力学模型,模拟正常人肘关节屈曲运动,导出肱骨在屈曲运动过程中所受肌肉力、关节力、力矩及约束条件,作为有限元分析的边界条件。根据CT数据在MIMICS软件中进行三维重建,在Geomagic Studio软件中完成肱骨曲面化和位置坐标匹配,并在HyperMesh软件中进行网格划分和材料赋值。把三维重建的肱骨有限元模型导入ABAQUS软件中,施加AnyBody软件导出的边界条件数据并执行应力计算分析。结果在ABAUQUS软件中计算得到肘关节屈曲运动过程中肱骨的应力、位移结果,肘关节屈曲运动约90°时肱骨受到的应力和位移最大,分别为0.76 MPa、20μm。结论实现了肘关节屈曲运动过程中肱骨应力、位移的一个连续动态的分析,更符合人体生理解剖要求,为研究临床骨外科问题提供一个高效的分析平台及新的方法。     

基于AnyBody仿真的瑜伽动作下肢生物力学特征

目的 选取树式和燕式平衡两个瑜伽单腿支撑动作,对比专业组和非专业组下肢关节角度、关节力、肌力的生物力学特征,为瑜伽初学者科学健身以及康复医师确定运动处方提供理论依据。方法 采用BTS红外动作捕捉系统采集运动学数据,Kistler测力台采集动力学数据,AnyBody 7.0 仿真软件计算下肢关节力和肌力,Biodex平衡测试系统评估单支撑稳定性。结果树式和燕式平衡动作中,下肢肌力均表现出专业组大于非专业组。树式支撑腿：胫骨前肌、臀中肌后束、髂肌内侧、缝匠肌肌力大于非专业组（P<0.05）。树式平衡腿：股二头肌短头、缝匠肌,梨状肌、下籽肌、髂肌外侧、髂肌内侧、臀大肌下束、闭孔内肌大于非专业组(P<0.05)。燕式支撑腿：胫骨前肌、趾长伸肌、拇长伸肌、闭孔内肌、臀大肌上束大于非专业组（P<0.05）。燕式平衡腿：拇长伸肌大于非专业组（P<0.05）。PS-BI总体、前后方向以及单腿站立（athlete single leg, ASL）总体、前后方向、左右方向的分数,专业组显著小于非专业组（P<0.05）。结论 关节角度影响下肢肌肉练习的程度,在瑜珈练习时应注意动作的规范和相应肌肉的锻炼。树式动作中,非专业组双腿肌力都与专业组存在显著差异,燕式平衡动作的差异更多地表现在支撑腿上。瑜伽练习能够多方位提高单腿支撑稳定性。     

可穿戴上肢康复机器人的设计及其运动仿真和动力学分析

目的针对目前台式上肢康复机器人体积庞大、不便移动的缺点,设计了一款新型的可穿戴式上肢康复机器人,并通过对其运动特性的分析和关节力矩的计算,验证设计的合理性。方法首先,根据模块化设计原理,进行总体结构设计;然后,利用SOILDWORKS进行三维建模,并运用SOILDWORKS Motion对机器人肘关节屈曲/伸展运动、肩关节屈曲/伸展运动、肩肘关节联动运动进行运动仿真;最后,基于拉格朗日方法建立系统的动力学方程,并应用MATLAB软件计算得到机械臂关节力矩的变化曲线。结果仿真结果证实了肩关节、肘关节、腕关节运动仿真曲线平滑,动力学分析证实关节力矩变化曲线平滑且最大关节力矩均小于电机经减速后输出的额定转矩。结论该可穿戴式上肢康复机器人设计合理,为后续上肢康复机器人的研究奠定了理论基础。     

航天员舱外活动生物力学仿真及验证

目的目前航天员舱外活动所建的航天员生物力学模型缺乏人体解剖信息,且未见合理的验证方法;本文旨在给出相应解决方法,为航天员舱外活动仿真的进一步应用提供依据。方法选取典型舱外活动实例,建立带有肌肉作用力的航天员上肢反向运动学、动力学模型并进行仿真计算;利用运动学结果驱动OpenGL软件生成动画,实现运动学验证,进而辅以实物模型完成模型的动力学验证。结果运动学验证表明计算结果的正确性,动力学验证及仿真所得两块肌肉力结果的平均相对误差分别为14.54%和0.91%。结论本文建立了合理的航天员上肢模型,并进行了仿真计算;该仿真结果可信,提出的验证方法可行,为航天员舱外活动的生物力学仿真及验证提供支持。     

基于AnyBody仿真和肌电测试分析不同体质量指数男性青年球类运动中的生物力学特征

文题释义： Anybody仿真：使用数学建模技术模拟人体肌肉骨骼在不同载荷中的情况,计算各块肌肉和关节的受力、变形、肌腱的弹性能、拮抗肌肉运动和其他对于工作中的人体有用的特性,以计量方式计算出人体对于环境的反应,兼与人机工程学和生物力学分析,为人体运动建模、人机工程学产品性能改进和生物医学工程研究提供平台。 均方根振幅：是将振幅平方的平均值开平方,把振幅值平均然后开方,最原始的是针对正弦波推导出来的,但实际上对所有的波形都适用,均方根值(RMS)也称作为效值,表示在一段周期内,参加肌肉活动的肌肉瞬间肌电图振幅均方根值,是一定时间内肌电位值平方和的平方根。 背景：Anybody肌肉骨骼建模系统,使用数学建模技术模拟人体骨骼、肌肉和环境的关系,可对人体的逆向动力学进行研究,得出下肢三关节最大肌肉力等指标。 目的：研究24名不同体质量指数男大学生在坐瑞士球一个动作周期的下肢肌肉力值,及受试者在坐瑞士球与平凳的均方根肌电平均值对比情况。 方法：将24名男大学生按体质量指数分为正常组、超重组、肥胖组,用BTS三维红外动作捕捉系统、Kistler 三维测力台、BTS表面肌电测试系统,同步记录动力学和肌电参数,以单因素方差分析定性比较不同组间肌力和肌电参数差异,用定量差异分析法对比均值差异。 结果与结论：①肌肉力量方面,由坐到站过程中,正常组与肥胖组相比,股直肌、半膜肌、股二头肌长头、腘肌、比目鱼肌、胫骨前肌差异显著(P < 0.05,0.47≤QD<0.80),股方肌与耻骨肌的两组肌肉力差异极其显著(P < 0.01,QD≥0.80);超重组与肥胖组肌肉力相比,股方肌具有显著性差异(P < 0.05,0.47≤QD<0.80),由站到坐过程中,正常组与肥胖组相比,缝匠肌、拇长伸肌、腓肠肌肌肉力差异显著(P < 0.05,0.47≤QD<0.80);②均方根肌电值方面,坐平凳状态下,由坐到站过程中,正常组与肥胖组相比,股二头肌和腓肠肌差异显著(P < 0.05,0.47≤QD<0.80),由站到坐过程中,正常组与肥胖组相比,股直肌差异显著(P < 0.05,0.47≤QD<0.80);坐瑞士球状态下,由坐到站过程中,正常组与肥胖组相比,胫骨前肌、股二头肌差异显著(P < 0.05,0.47≤QD<0.80);由站到坐过程中,正常组与肥胖组相比,腓肠肌、右竖脊肌肌电值差异显著(P < 0.05,0.47≤QD<0.80)。提示：①各组由坐到站过程中主导发力肌肉是臀中肌、股外侧肌、股二头肌长头、股直肌、腓肠肌、胫骨前肌、比目鱼肌,由站到坐过程中下肢臀中肌、股外侧肌和股二头肌长头、腓肠肌、胫骨前肌、比目鱼肌主导发力;②与坐平凳相比,受试者在坐瑞士球时胫骨前肌、股直肌、股二头肌、腓肠肌均方根肌电值高。ORCID: 0000-0003-0520-5606(庞博) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

太极拳对社区中老年人高血压的影响

为了探讨太极拳对社区中老年人高血压患者治疗效果,将61例45～80岁高血压患者按所在地分为大体相同的两组.经过一年的体育锻炼,结果表明:太极拳防治社区中老年人高血压症有良好的疗效,且社区主动组织患者进行太极拳锻炼的疗效优于单纯宣传教育的疗效.     

太极拳上步弓步动作足前进角对膝关节载荷的影响及肌肉协调收缩策略

目的考察太极拳运动姿势对膝关节载荷的影响及肌肉协调收缩策略。方法募集20名具有3年以上健康太极拳习练者,借助红外高速运动捕捉系统和三维测力台,采集太极拳上步弓步动作支撑腿内收角、胫骨角、关节力、关节力矩等参数,通过仿真方法获取股四头肌和腓肠肌肌肉力。比较惯用步、外展步和内收步肌肉力表现、募集模式和激活方式特征。结果外展步胫骨角和内收力增大,而内收步不变;外展步股内肌、半膜半腱肌及外侧腓肠肌力增大;内收步股外肌和内侧腓肠肌力增强,腓肠肌比股四头肌被优先激活,肌群募集方式发生改变。结论太极拳运动姿势改变肌肉力募集方式,影响膝关节功能,规范动作可作为骨性关节炎运动疗法借鉴,具有临床应用意义。     

太极拳的平衡维持作用及其生物力学研究进展

太极拳由武术拳种发展为一种运动疗法,受到广泛的关注。国内外学者对太极拳的康复作用及原理进行研究,其中对平衡能力的促进作用是目前的主要热点。根据研究目的和评价指标,从太极拳的保健康复作用和生物力学特性两方面进行文献综述,对比研究方法和结论的差异,探讨太极拳练习康复功效的生物力学机制。部分临床对照研究结果不一致,其原因可能是太极拳练习的动作标准及练习时长没有统一的规范。加强太极拳的生物力学研究,针对不同健康状态的人群制定太极拳练习标准,是未来太极拳研究的一个主要方向。     

太极拳结合振动复合式训练对外围神经反射活动的影响

目的探讨8周的太极拳结合振动复合式训练对α运动神经元终池及γ反射弧兴奋性的影响。方法 55位健康大学生分为4组:太极振动组(TAV)、太极拳组(TAI)、振动组(VB)以及无太极或振动介入的对照组(CON),进行为期8周、每周3次训练;训练前后以电刺激诱发比目鱼肌H-reflex与M-wave信号,并以反射槌敲击Achilles tendon测量T-reflex信号。结果经8周单纯振动训练后,Hmax/Mmax与T-reflex/Mmax出现显著下降(P<0.05),8周太极振动组T-reflex/Mmax显著提高(P<0.05),且其变化率显著大于振动组(P<0.05)。结论虽然单纯振动刺激可降低安静时α运动神经元终池兴奋性,但太极振动复合式训练对肌梭刺激较大,从而提高γ反射弧兴奋性;太极拳结合振动的复合式训练能对下肢外围神经产生适应性,显示结合太极拳与振动刺激两种训练具有可行性。     

围绝经期女性接受太极拳运动后骨密度的变化

文题释义： 围绝经期综合征：又名更年期综合征,因女性年龄增加,卵巢功能减弱、雌激素分泌量的减少,引起垂体-卵巢轴失衡、内分泌和自主神经功能紊乱,临床表现为潮热、出汗、失眠、月经紊乱及精神心理状态欠佳等症状。Kupperman问卷：调查围绝经期女性症状的成熟问卷,具有良好的信效度,能反映围绝经期女性的潮热出汗、感觉异常、失眠、焦躁、眩晕、抑郁、疲乏、肌肉关节痛等症状指标。 背景：当前练习太极拳对围绝经期综合征和骨密度有何影响鲜有文献报道。 目的：探讨定期的太极拳锻炼对围绝经期女性症状、血浆多巴胺、血浆β-内啡肽和骨密度的影响。 方法：该研究方案的实施符合西南科技大学对研究的相关伦理要求,受试者对试验过程完全知情同意。选取74名年龄分布在45-55岁的围绝经期女性,采用数字随机方式分为太极组(n=36)和对照组(n=38),太极组进行为期48周(3次/周,60 min/次)的太极拳锻炼;对照组除保持既往生活习惯外不再进行其他方式的锻炼。测试两组受试者48周前后Kupperman量表的评分,多巴胺和β-内啡肽浓度、腰椎和优势侧股骨近端骨密度。 结果与结论：①48周后太极组潮热出汗、感觉异常、失眠、焦躁、眩晕、抑郁、疲乏、肌肉关节痛和Kupperman总分极显著减小(P < 0.01)且极显著小于对照组(P < 0.01),多巴胺和β-内啡肽浓度极显著增加(P < 0.01),腰椎L_2-4、股骨颈、大转子和Ward’s三角骨密度无显著变化(P > 0.05);②多巴胺浓度与失眠、抑郁和Kupperman总分呈显著负相关(P < 0.05),β-内啡肽浓度与失眠、焦躁和Kupperman总分呈显著负相关(P < 0.05);③结果说明,48周太极拳锻炼显著改善了围绝经期女性症状,提示血浆多巴胺和β-内啡肽浓度变化是减轻围绝经症状的因素之一,但对腰椎和股骨近端骨密度无显著影响。ORCID: 0000-0001-9008-7434(赵静) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

Tactile acuity in experienced Tai Chi practitioners: evidence for use dependent plasticity as an effect of sensory-attentional training

The scientific discovery of novel training paradigms has yielded better understanding of basic mechanisms underlying cortical plasticity, learning and development. This study is a first step in evaluating Tai Chi (TC), the Chinese slow-motion meditative exercise, as a training paradigm that, while not engaging in direct tactile stimulus training, elicits enhanced tactile acuity in long-term practitioners. The rationale for this study comes from the fact that, unlike previously studied direct-touch tactile training paradigms, TC practitioners focus specific mental attention on the body’s extremities including the fingertips and hands as they perform their slow routine. To determine whether TC is associated with enhanced tactile acuity, experienced adult TC practitioners were recruited and compared to age–gender matched controls. A blinded assessor used a validated method (Van Boven et al. in Neurology 54(12): 2230–2236, 2000) to compare TC practitioners’ and controls’ ability to discriminate between two different orientations (parallel and horizontal) across different grating widths at the fingertip. Study results showed that TC practitioners’ tactile spatial acuity was superior to that of the matched controls (P < 0.04). There was a trend showing TC may have an enhanced effect on older practitioners (P < 0.066), suggesting that TC may slow age related decline in this measure. To the best of our knowledge, this is the first study to evaluate a long-term attentional practice’s effects on a perceptual measure. Longitudinal studies are needed to examine whether TC initiates or is merely correlated with perceptual changes and whether it elicits long-term plasticity in primary sensory cortical maps. Further studies should also assess whether related somatosensory attentional practices (such as Yoga, mindfulness meditation and Qigong) achieve similar effects.     

太极拳转体动作中下肢关节活动顺序性和肌肉力表现及肌肉激活特征

目的 分析太极拳转体与弓步动作中下肢关节活动顺序性、肌肉力表现和肌肉激活程度的差异,揭示太极拳转体动作的特征。 方法 募集 20 名练习时长超过 3 年的健康太极拳练习者,采用三维运动捕捉系统、测力台和表面肌电同步采集转体与弓步两种动作运动学、动力学和肌肉激活信息,并通过 OpenSim 仿真软件获取下肢肌力。结果 与弓步相比,转体动作髋、踝关节外旋幅度显著增大;膝关节外展和外旋力矩显著增大,股二头肌、半腱肌和内外侧腓肠肌峰值肌力显著增强,股二头肌、内外侧腓肠肌峰值肌力时刻显著提前,而股内外侧肌和胫骨前肌峰值肌力显著减小,胫骨前肌肌力最早达到峰值;股二头肌、股内外侧肌和内侧腓肠肌的平均激活水平和激活时间显著增加。 结论 太极拳转体动作由踝、髋关节依次转动组成,肌肉力表现的独特性在于重心两次转移致使支撑腿内外侧肌力曲线呈双峰型,因为全足着地延迟方式引发了腓肠肌与股四头肌激活顺序和肌肉平均激活水平改变。研究结果提示全足着地延迟方式具有调节肌肉激活顺序的作用,合理利用有助于提升临床康复效果。     

长期太极拳和慢跑锻炼对侧向突发干扰下老年男性神经肌肉反应时和肌电达峰值时间影响

目的比较长期太极拳和慢跑锻炼对老年男性突发侧向姿势干扰下神经肌肉反应时和肌电达峰值时间的差异,探索提高老年男性侧向姿势挑战下神经肌肉反应和肌肉收缩效率的有效锻炼方式。方法利用足底水平干扰触发平台对年轻男性、无规律锻炼的老年男性、长期慢跑锻炼的老年男性、长期太极拳锻炼的老年男性进行突发侧向姿势干扰。表面肌电测试和分析系统用于收集腓骨长肌、胫骨前肌、臀中肌和竖脊肌的肌电信号。结果突发侧向干扰下,无规律锻炼老年男性腓骨长肌、胫骨前肌和臀中肌的神经肌肉反应时明显地慢于年轻男性,长期太极拳锻炼老年男性胫骨前肌和竖脊肌的神经肌肉反应明显地快于老年对照组;年轻男性腓骨长肌、胫骨前肌和臀中肌的收缩速度明显地快于3组老年人。结论长期太极拳锻炼可以使老年男性踝关节和躯干肌的神经肌肉反应更加迅速以应对侧向的姿势挑战,而对于提高老年男性肌肉收缩效率的效果不明显。     

太极拳白鹤亮翅对下肢肌电活动的影响

目的通过对比太极拳初学者和太极拳运动员白鹤亮翅动作关节角度活动变化、压力中心(center of pres-sure,COP)变化和肌肉活动特点,分析运动员是如何通过肌肉活动控制其白鹤亮翅的姿势平衡。方法太极拳运动员和初学者分两组各10人。记录太极白鹤亮翅动作时双下肢10块骨骼肌表面肌电图、双下肢3大关节的二维角运动和COP在侧方和前后的移位。每次试验8 s完成,重复5次。统计处理后,做肌电运动和平衡分析;其中肌电数据做标准化处理,并比较太极拳运动员和初学者的异同。结果运动员组支撑腿胫骨前肌、股二头肌、臀中肌)的肌电活动表现为显著高于初学者同侧腿骨骼肌的肌电活动;运动员组虚步腿的腓肠肌和股直肌的肌电活动显著高于初学组同侧同名肌。运动员组下肢3大关节最大平均活动角度比初学组大,支撑腿髋关节显著高于初学组同侧同关节。运动员组COP前后方向位移显著小于初学组。结论运动员可以通过肌肉活动的增强对抗COP的移位,保持姿势平衡稳定,而初学者COP前后移位失控时并没表现出积极的肌肉活动。初步解释了太极拳练习能提高人体下肢肌肉力量和平衡控制能力的原因。