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基于统计形状模型的三维足形状建模

医用生物力学 2021年第1期36卷 96-101页

作者：梅齐昌高自翔 Justin FERNANDEZ 顾耀东宁波大学体育学院浙江宁波315211 Auckland Bioengineering Institute University of AucklandAuckland 1010New Zealand

目的构建足的三维统计形状模型(statistical shape model,SSM),揭示足形状的三维变化特征。方法 50名中国青年男性正常足数据用于三维统计形状建模,通过足面网格配准、点对齐及主成分(principal component,PC)降维分析等步骤,获得平均... 详细信息

目的构建足的三维统计形状模型(statistical shape model,SSM),揭示足形状的三维变化特征。方法 50名中国青年男性正常足数据用于三维统计形状建模,通过足面网格配准、点对齐及主成分(principal component,PC)降维分析等步骤,获得平均足形态及在各PC维度标准差等参数化的足形态。结果通过PC降维分析,三维足型主要在长短及宽窄(PC1,48.01%)、足弓高度及足背厚度(PC2,11.38%)及大脚趾展收(PC3,7.48%)等维度变化。结论通过构建参数化的足三维SSM,可运用至基于该人群的鞋楦制作、鞋垫定制及临床足病快速诊断等应用。

关键词：统计形状建模足形态鞋楦主成分分析

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基于足部形态特征的跑步生物力学分析

体育科学 2015年第6期35卷 34-40页

作者：梅齐昌顾耀东李建设宁波大学体育学院浙江宁波315211 浙江水利水电学院浙江杭州310018

目的:旨在分析习惯着鞋跑步者与习惯裸足跑步者跑步的运动学和动力学特征,并结合习惯着鞋跑步者内收的大脚趾与习惯裸足跑步者外展的大脚趾的足部形态差异进行功能分析。方法:18名习惯裸足跑步者与20名习惯着鞋跑步者参与跑步测试(控制... 详细信息

目的:旨在分析习惯着鞋跑步者与习惯裸足跑步者跑步的运动学和动力学特征,并结合习惯着鞋跑步者内收的大脚趾与习惯裸足跑步者外展的大脚趾的足部形态差异进行功能分析。方法:18名习惯裸足跑步者与20名习惯着鞋跑步者参与跑步测试(控制速度3.0±0.2m/s)。Vicon三维红外运动分析系统用于收集两组受试者跑步测试时下肢的运动学数据;Kistler三维测力台用于收集受试者跑步过程中右腿的地面反作用力;Novel Pedar-X鞋垫式足底压力测量系统用于获得足部特定解剖区域的足底压力(峰值压强,接触面积及压强-时间积分)数据,重点探究两组受试者外展及内收的大脚趾跑步时的功能。结果:由于两组受试者跑步时落地方式的差异,两组受试者在落地时踝关节屈伸的角度存在较为显著的差异。习惯着鞋跑步者跑步时垂直负荷增长率高于习惯裸足跑步者,这与下肢及足部常见损伤相联系。习惯裸足跑步者跑步时,足部前掌区的峰值压强和压力-时间积分高于习惯着鞋跑步者,习惯着鞋跑步者大脚趾区由于鞋底的支撑作用表现出较大的峰值压强及压强-时间积分,相应的前足内外侧的峰值压强和压强-时间积分也明显低于习惯裸足跑步者。结合两组受试者在踝关节冠状面内的角度变化,习惯裸足跑步者蹬离地面时外翻角度高于习惯着鞋跑步者。结论:习惯着鞋跑步者跑步时足部蹬离阶段大脚趾由于鞋底支撑作用能够降低聚集于前足的负荷,减少足部筋膜炎、跖骨疲劳性骨折的风险;针对脚趾蹬地时抓地弹射机能的训练能够提高跑步的运动表现。

关键词：足形态裸足跑跖屈背屈大脚趾

基于一维统计参数映射分析跑者跑步地面反作用力差异

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医用生物力学 2021年第5期36卷 684-691页

作者：梅齐昌相亮亮李建设 Justin FERNANDEZ 顾耀东宁波大学体育学院浙江宁波315211 宁波大学大健康研究院浙江宁波315211 新西兰奥克兰大学生物医学工程研究所奥克兰1010

目的通过一维统计参数映射(statistical parametric mapping,SPM)对比分析男、女性跑者及左右侧地面反作用力(ground reaction force,GRF)差异。方法30名男、女性跑者在测力跑台上以12 km/h速度进行跑步测试,记录连续5个支撑期GRF,采用... 详细信息

目的通过一维统计参数映射(statistical parametric mapping,SPM)对比分析男、女性跑者及左右侧地面反作用力(ground reaction force,GRF)差异。方法30名男、女性跑者在测力跑台上以12 km/h速度进行跑步测试,记录连续5个支撑期GRF,采用一维统计参数映射独立样本t检验与配对样本t检验分别对比男、女性跑者及左右侧GRF差异。结果男、女性跑者的垂直平均负荷加载率(vertical average loading rate,VALR)左右侧均存在不对称,且男性跑者左侧VALR显著高于女性,而右侧无显著差异;男女性跑者右侧垂直GRF在蹬离期及横向GRF在落地期存在差异,男、女性跑者左侧横向GRF在落地期及支撑中期存在差异;男性跑者左右侧前后GRF在蹬离期、垂直GRF在落地和蹬离期及横向GRF在落地期均在存在差异;女性跑者左右侧GRF仅在垂直方向的落地期和蹬离期存在差异。结论介绍SPM在GRF数据分析中的应用,阐释相关步骤及原理,对比SPM连续值检验与特征值检验的差异,并讨论参数性SPM与非参数性SPM的差异与特征,为该方法在运动生物力学研究中的应用提供参考。通过对男、女性跑者间及左右侧GRF对比分析发现在落地期、支撑中期及蹬离期等阶段的性别差异及左右侧对称性差异,相关结果为后续进一步探究跑步相关损伤原理及防治措施铺垫基础。

关键词：统计参数映射一维数据地面反作用力对称性性别差异

基于影像学构建个体化OpenSim下肢肌骨模型的生物力学研究应用进展

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医用生物力学 2020年第2期35卷 259-264页

作者：梅齐昌顾耀东孙冬李建设 Justin FERNANDEZ 宁波大学大健康研究院浙江宁波315211 宁波大学体育学院浙江宁波315211 Auckland Bioengineering Institute University of AucklandAuckland 1010New Zealand

由于OpenSim肌骨系统模拟平台开源性,近年来快速发展且被大量研究使用。个体化OpenSim肌骨模型可计算基础的运动学与动力学数据,揭示神经肌肉控制、肌肉力量和几何学变化及关节接触力等信息;结合影像学建模分析病理步态的神经肌肉控制... 详细信息

由于OpenSim肌骨系统模拟平台开源性,近年来快速发展且被大量研究使用。个体化OpenSim肌骨模型可计算基础的运动学与动力学数据,揭示神经肌肉控制、肌肉力量和几何学变化及关节接触力等信息;结合影像学建模分析病理步态的神经肌肉控制及辅具的人机工效学评估等研究均表明其应用的可靠性与可行性,但存在耗时及足踝关节模拟的局限性。构建个体化病理肌骨模型,能提升临床生物力学及医学工程学研究的精准性和多样性,揭示不同病理特点,并为制定精准的诊断与康复方案、健康监测与评估状况及外部装置的工效学定制与测评提供科学依据,以及为未来该领域研究提供启示与方向。

关键词： OpenSim肌骨模型医学影像个体化病理步态

石智勇超挺举世界纪录关键技术的运动学参数分析

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上海体育学院学报 2021年第5期45卷 38-47页

作者：但林飞石智勇梅齐昌李建设宁波大学体育学院浙江宁波315211 宁波大学大健康研究院浙江宁波315211 奥克兰大学生物医学工程研究所新西兰奥克兰10103

针对石智勇2次超挺举世界纪录的关键技术进行运动学分析及诊断,为其备战东京奥运会提供科技助力。在比赛现场采用高速摄像机进行定点定焦拍摄,通过SIMI°Motion7.50对视频进行三维运动学解析。结果显示:(1)在提铃至胸阶段,石智勇挺举199... 详细信息

针对石智勇2次超挺举世界纪录的关键技术进行运动学分析及诊断,为其备战东京奥运会提供科技助力。在比赛现场采用高速摄像机进行定点定焦拍摄,通过SIMI°Motion7.50对视频进行三维运动学解析。结果显示:(1)在提铃至胸阶段,石智勇挺举199 kg时引膝幅度更大,伸髋伸膝角速度峰值更快,均有利于提升发力效果,但过快的杠铃回落速度可能对接铃的稳定性构成隐患。(2)在预蹲上挺阶段,石智勇挺举199 kg时伸髋伸膝角速度峰值进一步提高,上挺发力效果更好。此外,由石智勇上挺杠铃高度峰值预测其成绩存在进一步提高的可能性。(3)在稳定性参数中,石智勇2次试举时杠铃重心Y轴偏移均控制理想,但2次试举发力时段末的"两心"距离均偏大,可能与甩臂提肘技术有关。因此,下肢伸髋伸膝肌群爆发力和协调性的提升可能是石智勇再超挺举世界纪录的关键。

关键词：石智勇举重挺举关键技术生物力学运动学参数

“裸足”运动方式对下肢生物力学功能调整的研究进展

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中国体育科技 2019年第1期55卷 61-74页

作者：顾耀东孙冬 Gusztáv Fekete 梅齐昌李建设宁波大学体育学院浙江宁波315211 奥克兰大学生物医学工程研究所罗兰大学机械工程系

足部作为人体动力链与外界环境接触的始端,形态的变化与功能的表现紧密相关。通过对即刻与短期裸足运动干预以及长期裸足运动人群的足部形态和运动学、动力学、肌肉活动度等生物力学特征进行系统总结归纳,旨在从生物力学角度揭示裸足运... 详细信息

足部作为人体动力链与外界环境接触的始端,形态的变化与功能的表现紧密相关。通过对即刻与短期裸足运动干预以及长期裸足运动人群的足部形态和运动学、动力学、肌肉活动度等生物力学特征进行系统总结归纳,旨在从生物力学角度揭示裸足运动的本质特征,探究形态与功能的关联。研究发现,习惯着鞋人群在短期裸足步行及跑步运动干预时,均表现出小步长、高步频的时空参数特征。短期裸足步行及跑步后足触地角度减小,踝关节跖屈增大,膝关节屈曲程度增大等运动学特征与习惯裸足人群的运动学特征相似。对习惯着鞋人群进行短期裸足步行及跑步干预时,比习惯裸足人群在着地期的冲击峰值及垂直负荷增长率均呈现降低。长期使用不合脚鞋具可改变足形和功能,如足部肌群横截面积减小,足前掌宽度及接触面积降低,拇指外翻及削弱绞盘功能等。被抑制的足部功能或许是习惯着鞋人群损伤风险较大的原因,而开展裸足运动时需综合考量足形态与功能,循序渐进,以实现足部功能训练,提高运动表现。

关键词： “裸足”运动方式下肢生物力学足形足功能

不同缓冲(能力)跑鞋对跑者膝、踝关节局部动态稳定性的影响

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中国体育科技 2023年第4期59卷 84-93页

作者：相亮亮梅齐昌李建设 Justin Fernandez 顾耀东宁波大学浙江宁波315211 奥克兰大学生物工程研究所奥克兰1010

目的:通过最大Lyapunov指数评价局部动态稳定性,探究传统、极简和极致缓震3类跑鞋(后跟高度分别为33、8、46 mm,掌跟差分别为12、0、10 mm)对跑步过程中膝、踝关节动态稳定性影响的差异,为跑者鞋具选择提供建议。方法:采用惯性测量单位... 详细信息

目的:通过最大Lyapunov指数评价局部动态稳定性,探究传统、极简和极致缓震3类跑鞋(后跟高度分别为33、8、46 mm,掌跟差分别为12、0、10 mm)对跑步过程中膝、踝关节动态稳定性影响的差异,为跑者鞋具选择提供建议。方法:采用惯性测量单位传感器比较跑者[年龄:(26.3±1.1)岁,身高:(1.75±0.02)m,体质量:(63.3±2.7)kg,BMI:(20.8±1.3)kg/m^(2))]以(10.8±0.5)km/h的速度在跑步机上持续跑步时下肢关节峰值合加速度,通过Rosenstein算法计算最大Lyapunov指数,评估3类跑鞋在跑步过程中对下肢局部动态稳定性的影响。采用单因素方差分析对数据进行统计学分析,采用Tukey HSD事后多重检验进行组间比较,显著性水平设置为P<0.05。结果:1)跑者穿着传统跑鞋的峰值合加速度大于极致缓震跑鞋,但小于极简跑鞋,且所有组间两两比较结果均具有显著差异(P<0.01);2)跑者穿着3类跑鞋的踝关节合加速度的最大Lyapunov指数具有显著差异(P=0.018),相比极简跑鞋,跑者着极致缓震跑鞋的踝关节合加速度的最大Lyapunov指数显著增大(均值差=0.13,P=0.014);3)跑者膝关节合加速度的最大Lyapunov指数变化显著(P<0.01),相比极简跑鞋[(0.652±0.20)bits/s],跑者穿着传统跑鞋[(0.937±0.15)bits/s,P=0.0003]和极致缓震跑鞋[(0.936±0.12)bits/s,P=0.0003]的膝关节合加速度的最大Lyapunov指数显著增大。结论:1)从下肢关节峰值加速度角度,极致缓震跑鞋较传统跑鞋和极简跑鞋具有更好的缓冲减震作用,着地时的胫骨峰值加速度更小;2)从局部动态稳定性角度,极简跑鞋较传统跑鞋和极致缓震跑鞋在跑步的过程中具有更好的下肢局部动态稳定性,系统减弱外部干扰的能力更好,说明穿着极简跑鞋跑步时的步态更自然;3)传统跑鞋由于产生的下肢关节峰值加速度相对较小且具有较好的局部动态稳定性,对于注重兼顾跑步时的缓冲减震以及动态稳定性作用的跑者是更优的选择。

关键词：惯性测量单位传感器关节合加速度动态稳定性最大Lyapunov指数跑鞋

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运动生物力学视角下残疾人体育竞技表现提升研究进展

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体育科学 2020年第5期40卷 60-72页

作者：孙冬赵亮黄莹宋杨梅齐昌李建设顾耀东宁波大学体育学院浙江宁波315211 中国残疾人体育运动管理中心北京101318

在残疾人竞技体育快速发展和科技助力残奥背景下,系统梳理回顾近年来运动生物力学助力残疾人竞技运动表现提高的理论体系和最新应用成果。当前研究聚焦3个方面:1)残疾运动员技术动作的生物力学分析反馈;2)辅具/假肢/装备的生物力学设计... 详细信息

在残疾人竞技体育快速发展和科技助力残奥背景下,系统梳理回顾近年来运动生物力学助力残疾人竞技运动表现提高的理论体系和最新应用成果。当前研究聚焦3个方面:1)残疾运动员技术动作的生物力学分析反馈;2)辅具/假肢/装备的生物力学设计优化;3)残疾运动员科学分级的生物力学实证体系构建。基于当前研究现状,建议未来运动生物力学助力残疾人竞技表现提升研究应整合实验室检测和场地实时测试,依托无标记动作捕捉、可穿戴传感技术、大数据分析等交叉学科前沿技术方法,将滞后的分析报告转变为即刻快速反馈的数据,将常规的科技服务转变为科学训练助力,为残疾运动员动作技术优化、假肢装备改良适配、科学化训练及实证分级提供科技支撑。同时,建议增加对残疾人冬季项目运动生物力学研究的关注和投入,大力开展冰雪项目运动表现生物力学分析,优化辅具装备的生物力学适配设计,构建实证量化的科学分级体系,科技助力残疾人竞技体育科学快速健康发展。

关键词：运动生物力学残疾人竞技体育竞技能力提升

利用穿戴式惯性传感器预测切割运动时下肢关节之间的协调变异性：基于LSTM架构的深度神经网络的研究

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利用穿戴式惯性传感器预测切割运动时下肢关节之间的协调变异性：...