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落地动作中ACL载荷评估的四种计算方法对比研究

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落地动作中ACL载荷评估的四种计算方法对比研究

第十九届全国运动生物力学学术交流大会

作者：黄尚军于小明付连慧邹利民伍勰上海中医药大学附属第七人民医院康复治疗科上海体育学院运动技能研究中心

研究背景在体育运动中,非接触性前交叉韧带损伤（non-contact anterior cruciate ligament injury,ACL）是一种高发的膝关节损伤类型,常见于下肢冲击性落地、变向、扭转等动作中。不同于离体研究,运动过程中ACL的在体载荷只能通过动态... 详细信息

研究背景在体育运动中,非接触性前交叉韧带损伤（non-contact anterior cruciate ligament injury,ACL）是一种高发的膝关节损伤类型,常见于下肢冲击性落地、变向、扭转等动作中。不同于离体研究,运动过程中ACL的在体载荷只能通过动态医学成像技术（如Fluoroscopy）或肌骨力学模型进行估算,前者有更高的可靠性,但后者有更好的应用性,也是当前有关运动过程中的ACL载荷评估研究中所采用的主流方法。然而,综合相关文献可以发现,对于运动中ACL载荷评估的计算方法在不同研究间存在差异,尚未形成共识性标准,加之不同研究中的实验条件、对象及所考察的动作也各不相同,使得不同结果间难以相互比较或验证。研究目的与意义筛选文献中较常见的ACL在体载荷评估的计算方法,在相同原始数据条件下,考察运用不同方法时所导致的结果差异程度,并尝试理解造成差异的生物力学机制。本研究结果将为不同计算结果的定性比较提供数据支持,有助于加深理解ACL的损伤机制,也为将来更完善的在体载荷评估方法的发展提供帮助。研究方法研究选取上海体育学院12名女性田径运动员（年龄:（20.1±0.9）yr;身高:（170.5+5.9）cm;体重:（57.4±5.6）kg）,通过三维红外摄像捕捉系统（VICON,200Hz）、三维测力台（Kistler,1000Hz）和表面肌电信号采集系统（Delsys,4000Hz）同步采集40cm高台落地动作过程中的下肢运动学、动力学和表面肌电数据,数据处理采用Visual 3D运动分析软件。选取1名代表性受试者数据（膝关节屈角与群体均值曲线拟合度最高者）,运用四种不同的计算方法来评估落地动作中的ACL载荷。四种计算方法分别为:（1）基于逆向动力学计算膝关节作用力,取胫骨切向分量（ATSF1）;（2）基于Paul Devita的力学模型与方法,分离主要肌肉拉力,计算股骨与胫骨间作用力的切向分量（ATSF2）;（3）摒弃方法二中分离肌肉拉力的方法,而采用OpenSim CMC优化出膝关节周围肌肉群肌力,重新计算骨间作用力的切向分量（ATSF3）;（4）采用Julia kar提供的OpenSimACL模型,仅利用OpenSim相关过程来估算ACL拉力（FACL）。研究结果（1）四种计算方法下所对应的落地过程中ATSF1、ATSF2、ATSF3、FACL峰值分别为1.1BW、2.0BW、4.5BW、1.7BW;峰值时刻分别为落地周期的50%、80%、55%、35%。（2）基于关节力矩贡献度和肌肉生理横截面积方法估算的股四头肌、股后肌群和腓肠肌肌力分别为17BW、7.5BW、1.7BW;基于OpenSim CMC动态优化方法估算的股四头肌、股后肌群和腓肠肌肌力分别为7.5BW、2BW、2.4BW。（3）利用OpenSim动态优化所得到的落地过程中股内侧肌、股直肌、股二头肌、腓肠肌内侧肌拉力曲线与实验所测的EMG信号在曲线形态与激活峰值出现的时刻上有较高的一致性。研究结论无法具体量化屈伸肌力的传统逆向动力学算法计算结果低估了ACL载荷;不同估算肌肉力的方法下,肌肉力峰值及峰值时刻存在差异。

关键词：落地前交叉韧带载荷评估 OpenSim 模拟仿真

亚裔和非裔女性运动员在单脚落地动作中的膝关节生物力学特征比较

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医用生物力学 2021年第S1期36卷 375-375页

作者：张鑫王梦媛朱伟平伍勰上海体育学院运动健身科技省部共建教育部重点实验室上海200438

目的比较亚裔和非裔女性运动员在单腿落地动作中的膝关节生物力学特征。方法招募不同种族背景的大学生业余运动员共10名,并根据种族背景将其分为亚裔组(n=5)和非裔组(n=5)。所有受试者来到实验室后,先更换实验专用服装,并进行5 min热身... 详细信息

目的比较亚裔和非裔女性运动员在单腿落地动作中的膝关节生物力学特征。方法招募不同种族背景的大学生业余运动员共10名,并根据种族背景将其分为亚裔组(n=5)和非裔组(n=5)。所有受试者来到实验室后,先更换实验专用服装,并进行5 min热身活动,随后进行单腿落地动作测试:受试者站立在距离测力台边缘一定距离(自身腿长50%)的位置。

关键词：业余运动员单脚专用服装落地动作生物力学特征热身活动亚裔单腿

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太极拳搂膝拗步中足踝结构的生物力学分析

太极拳搂膝拗步中足踝结构的生物力学分析

第十二届全国生物力学学术会议暨第十四届全国生物流变学学...

作者：常桐博王宽伍勰张胜年牛文鑫张明上海体育学院运动科学学院上海市养志康复医院(上海市阳光康复中心) 同济大学医学院香港理工大学生物医学工程系

目的太极拳的康复作用得到了广泛的认可,鲜有研究分析太极拳对足踝结构的生物力学影响。通过对太极拳典型动作的运动学和动力学数据采集并结合有限元分析,探究太极拳动作中足踝结构的生物力学特征。方法使用Vicon动作捕捉和Kistler三...

目的太极拳的康复作用得到了广泛的认可,鲜有研究分析太极拳对足踝结构的生物力学影响。通过对太极拳典型动作的运动学和动力学数据采集并结合有限元分析,探究太极拳动作中足踝结构的生物力学特征。方法使用Vicon动作捕捉和Kistler三维测力台采集搂膝拗步和正常步态的运动学和动力学参数,采样频率分别为100、1 000 Hz。选取其中1名志愿者的足踝部CT构建三维有限元模型,并进行验证。运动学和动力学数据经Visual-3D处理得到地面反力和踝关节角度,作为载荷和边界加载于有限元模型。比较搂膝拗步和正常步态下踝关节软

关键词：

施加拖拉阻力对短跑途中跑支撑侧下肢关节动力学的影响

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施加拖拉阻力对短跑途中跑支撑侧下肢关节动力学的影响

第十六届全国运动生物力学学术交流大会（CABS201...

作者：李晓霖宁书娴伍勰马俊明魏文仪上海体育学院运动科学学院上海体育学院体育教育训练学院

研究目的:考察不同拖拉阻力负荷下,短跑途中跑下肢三关节的动力学变化,探讨拖拉阻力训练对发展关节肌群力量的生物力学机制,从而为运动训练实践提供理论指导。研究方法:采用高速摄像与测力台同步的方法,记录8名短跑运动员在0N、50N、80N...

研究目的:考察不同拖拉阻力负荷下,短跑途中跑下肢三关节的动力学变化,探讨拖拉阻力训练对发展关节肌群力量的生物力学机制,从而为运动训练实践提供理论指导。研究方法:采用高速摄像与测力台同步的方法,记录8名短跑运动员在0N、50N、80N和110N四种阻力条件下途中跑阶段的运动学与动力学数据。研究结果:施加拖拉阻力与不施加拖拉阻力相比,支撑阶段人体重心最大水平速度、步长、着地躯干角、髋角与膝角均呈显著性下降,步频与着地踝角则不存在显著性差异;施加拖拉阻力后,下肢各关节力矩与功率指标峰值均表现为不同程度的下降趋势。研究结论:拖拉阻力跑时,运动员途中跑阶段下肢各关节的力矩及功率输出明显降低,这与阻力条件下重心水平速度的下降有直接关系。

关键词：

不同膝关节贴扎在优势侧落地动作中对膝关节生物力学特征的影响

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医用生物力学 2021年第S1期36卷 139-139页

作者：王梦媛张鑫朱伟平伍勰黄睿上海体育学院运动健身科技省部共建教育部重点实验室上海200438

目的探究不同膝关节肌效贴贴扎在优势侧单腿落地动作中对膝关节生物力学特征的影响。研究方法根据3种不同的肌效贴贴扎方案将18名女性在校业余运动员随机分成3组:促进膝关节屈曲的贴扎方法组(n=6)、促进髌骨下移的贴扎方法组(n=6)和激... 详细信息

目的探究不同膝关节肌效贴贴扎在优势侧单腿落地动作中对膝关节生物力学特征的影响。研究方法根据3种不同的肌效贴贴扎方案将18名女性在校业余运动员随机分成3组:促进膝关节屈曲的贴扎方法组(n=6)、促进髌骨下移的贴扎方法组(n=6)和激活股内、外侧肌的贴扎方法组(n=6)。在膝关节未贴扎和贴扎两个条件下,18位业余运动员执行优势侧单腿落地动作,采用Vicon三维运动捕捉系统和Kistler三维测力台同步采集运动学和动力学数据。

关键词：业余运动员落地动作生物力学特征膝关节屈曲贴扎优势侧三维测力台同步采集

不同水平壁球运动员后场反手击球的技术动作分析

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医用生物力学 2021年第S1期36卷 355-355页

作者：黄睿修晨伍勰盛怡蒋健刘阳周志弢上海体育学院运动科学学院上海200438 上海体育学院体育教育训练学院上海200438

目的在壁球运动中,技术动作的合理性是影响比赛成绩的一个关键因素。对国内外不同水平壁球运动员反手击球动作进行比较,探讨影响反手击球动作质量的关键因素,以揭示国内外高水平壁球运动员完成后场反手击球的生物力学特征和技术规律的... 详细信息

目的在壁球运动中,技术动作的合理性是影响比赛成绩的一个关键因素。对国内外不同水平壁球运动员反手击球动作进行比较,探讨影响反手击球动作质量的关键因素,以揭示国内外高水平壁球运动员完成后场反手击球的生物力学特征和技术规律的差异。方法研究选取12名男子壁球运动员,根据其来源分为国内组(n=6)和国际组(n=6)。

关键词：反手击球动作质量后场壁球生物力学特征运动员技术动作分析关键因素

太极拳干预膝骨关节炎患者步态运动学特征的随机对照研究

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太极拳干预膝骨关节炎患者步态运动学特征的随机对照研究

第十七届全国运动生物力学学术交流大会

作者：朱清广黄灵燕房敏李静先伍勰王琳刘宇上海体育学院人体运动与科学学院省部共建教育部重点实验室上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院渥太华大学人体运动与科学学院

研究目的:尽管越来越多的证据表明太极拳锻炼有益于改善膝骨关节炎患者症状,但目前仍然缺乏随机对照研究表明太极拳可以改善膝骨关节炎患者的步态运动功能。本研究探索太极拳康复方案对膝骨关节炎患者步态运动学参数干预特征。研究方法... 详细信息

研究目的:尽管越来越多的证据表明太极拳锻炼有益于改善膝骨关节炎患者症状,但目前仍然缺乏随机对照研究表明太极拳可以改善膝骨关节炎患者的步态运动功能。本研究探索太极拳康复方案对膝骨关节炎患者步态运动学参数干预特征。研究方法:本研究执行了太极拳干预膝骨关节炎患者（符合美国风湿病学会的诊断标准）的单盲、随机、对照的研究。根据区组随机,患者被随机分配到每周3次每次60分钟的太极拳训练组,及每周1次每次60分钟的健康教育组,共持续24周。太极拳康复方案来自于经典的杨氏太极拳,选取其中的8个架势,针对膝骨关节炎患者的步态特征进行微小的改变,反复训练足跟触底、步态平衡及不同方向的运动。太极拳训练包括前后、内外和旋转不同的步伐,重心的转移和单腿支撑,膝关节的屈伸和踝关节的背屈和跖屈,各种步态的运动训练结合有节奏的呼吸和意念。主要观察的指标为步态运动学参数,次要指标为WOMAC膝关节量表指数（Western Ontario and McMaster University Osteoarthritis Index）。研究的执行地点为上海,时间为2013年1月到2013年10月。研究结果:干预24周后,同对照组相比较,太极拳组步态参数显著改进（p＜0.05）,步态速度增加8.4cm/s,步态周期时间减少0.04s,左侧步长增加4cm及右侧步长增加3.05cm;支撑相足跟触地时膝关节的屈曲角度左侧增加1.84°和右侧增加2.55°,膝关节屈曲的最大角度左侧增加1.98°及右侧增加3.24°。同对照组比较,24周干预后太极拳组WOMAC分数显著减少（p＜0.05）,膝关节疼痛左侧减少3.17点和右侧减少3.74点,膝关节僵硬疼痛左侧减少2.43点和右侧减少2.13点,功能活动限制左侧减少10.99点及右侧减少8.00点。研究结论:24周的太极拳康复训练显著改进了膝骨关节炎患者的步态运动学参数。本项研究结果提供更多的证据表明太极拳可以作为一种有效地康复方法,可以改进膝骨关节炎患者的功能移动能力,特别是行走能力。

关键词：太极拳风湿性疾病步态功能活动疼痛

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手足位爬行运动的躯干及下肢表面肌电研究

手足位爬行运动的躯干及下肢表面肌电研究

第二十届全国运动生物力学学术交流大会

作者：王宽常桐博张胜年伍勰姜成华牛文鑫同济大学医学院上海市养志康复医院(上海市阳光康复中心) 上海体育学院

＜正＞研究目的:分析高、中、低腰位手足位爬行时躯干及四肢肌肉的激活情况。比较三种手足位爬行动作运动过程中不同肌肉最大激活程度的差异,探索三种手足位爬行动作对肌肉锻炼的意义。研究方法:招募12名健康男性受试者参与实验测试,利... 详细信息

＜正＞研究目的:分析高、中、低腰位手足位爬行时躯干及四肢肌肉的激活情况。比较三种手足位爬行动作运动过程中不同肌肉最大激活程度的差异,探索三种手足位爬行动作对肌肉锻炼的意义。研究方法:招募12名健康男性受试者参与实验测试,利用表面肌电采集系统,限定一个爬行周期为1.5s,采集高、中、低腰位手足位爬行时躯干及四肢肌肉(腹直肌、腰竖脊肌、

关键词：手足位爬行运动身体躯干四肢肢体表面肌电特征

不同预期条件下外部扰动对人体姿势响应的影响

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医用生物力学 2021年第S1期36卷 351-351页

作者：朱伟平王梦媛张鑫孙功武伍勰上海体育学院运动健身科技省部共建教育部重点实验室上海200438

目的探究预期条件(有预判)和(非预期条件预判)下人体站立时受外部扰动后下肢姿势调节的影响。方法采用Vicon三维红外摄像头(采样频率100 Hz)和Delsys无线表面肌电(采样频率4 kHz)同步采集30名受试者直立位受到水平扰动时下肢运动学和肌... 详细信息

目的探究预期条件(有预判)和(非预期条件预判)下人体站立时受外部扰动后下肢姿势调节的影响。方法采用Vicon三维红外摄像头(采样频率100 Hz)和Delsys无线表面肌电(采样频率4 kHz)同步采集30名受试者直立位受到水平扰动时下肢运动学和肌电数据。比较不同预期条件下受试者的下肢三关节运动学、肌肉募集情况。

关键词：表面肌电采样频率直立位外部扰动下肢运动同步采集预判