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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

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

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

长距离跑后“足外翻”姿态增加膝关节内侧接触力：基于OpenSim肌骨建模及机器学习预测的研究

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体育科学 2019年第9期39卷 51-59页

作者：梅齐昌相亮亮孙冬李建设 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 奥克兰大学生物医学工程研究所奥克兰1010

目的:揭示跑者在长距离跑后下肢关节的负荷与足姿态的变化及膝关节接触力分布且验证二者关联,为快速预测膝关节负荷提供简易手段。方法:运用OpenSim个体化肌骨建模分析业余跑者5 km跑后下肢关节的运动学、动力学及膝关节接触力变化,采... 详细信息

目的:揭示跑者在长距离跑后下肢关节的负荷与足姿态的变化及膝关节接触力分布且验证二者关联,为快速预测膝关节负荷提供简易手段。方法:运用OpenSim个体化肌骨建模分析业余跑者5 km跑后下肢关节的运动学、动力学及膝关节接触力变化,采用一维统计参数映射(Statistical Parametric Mapping 1d)分析法检测差异性,结合足姿态参数与膝关节总接触力及膝关节内外侧接触力训练并检验机器学习算法。结果:1)5 km跑后,髋关节蹬离期伸角度、支撑初期外旋角度及踝关节蹬离期跖屈角度均显著增大;2)髋关节支撑期伸力矩及支撑初期外展力矩、踝关节支撑期跖屈力矩均显著增大,膝关节支撑初期及蹬离期屈力矩均显著降低;3)膝关节蹬离期总接触力显著减小,支撑初期内侧接触力显著增大而支撑初期及蹬离期外侧接触力均显著减小;4)机器学习算法模型发现,足外翻程度增大引起膝关节总接触力及内侧接触力快速增大而外侧接触力逐步减小。结论:1)长距离跑后下肢关节负荷出现幅值及重新分布的变化,表现出增大的髋关节伸及外展力矩,减小的膝关节屈力矩及增大的踝关节跖屈力矩,可能与足姿态变化及相关肌群肌力有关;2)长距离跑后膝关节内侧接触力快速增大且与量化的足姿态参数呈线性关系;3)通过足姿态参数指标可快速预测膝关节接触力的变化,跑者可实地评估足姿态参数以预测膝关节负荷的幅值和分布变化,辅助科学合理的安排跑量及训练计划,降低跑步相关的膝关节损伤风险。

关键词：长跑足外翻膝关节接触力机器学习 OpenSim

Astrocytes integrate time and space

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Neural Regeneration Research 2025年第2期20卷 467-468页

作者： justin Lines Department of Biological Sciences Columbia UniversityNew YorkNYUSA

Astrocytes read and react to synaptic transmission through tripartite synapses,where the binding of neurotransmitters onto astrocytic receptors triggers an increase in intracellular *** investigations have revealed that astrocytes exhibit two distinct states of intracellular calcium activity:(1)graded subcellular localized clusters with independently active microdomains,likely influenced by nearby synaptic events,and(2)whole-cell astrocyte calcium surges,believed to result from the coordinated activation of multiple ***,astrocyte calcium responses are not solely graded;instead,a spatial threshold of intracellular calcium activity can be overcome to elicit an astrocyte calcium *** these calcium responses,in turn,initiate downstream signaling pathways capable of modifying synaptic communication and overall network *** summary,astrocytes can function as integrators of local synaptic events,actively contributing to information processing within the brain.

关键词： graded integrate instead

高水平乒乓球运动员基本步法的下肢生物力学特征

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医用生物力学 2024年第S1期39卷 168-168页

作者：杨晓意梅齐昌 justin fernandez 顾耀东宁波大学体育学院宁波315211 美国奥克兰大学生物工程研究所奥克兰1010

目的大多数乒乓球运动员都存在不同类型或程度的运动损伤,而技术动作过程中下肢生物力学特征的差异是造成上述问题的重要原因之一。本研究旨在以个性化肌骨建模和一维统计参数映射分析高水平乒乓球运动员的基本技术步法,为提高运动员的... 详细信息

目的大多数乒乓球运动员都存在不同类型或程度的运动损伤,而技术动作过程中下肢生物力学特征的差异是造成上述问题的重要原因之一。本研究旨在以个性化肌骨建模和一维统计参数映射分析高水平乒乓球运动员的基本技术步法,为提高运动员的运动表现和预防运动损伤提供理论参考。方法通过Vicon三维运动捕捉系统、AMTI测力台及Delsys表面肌电系统收集36名高水平乒乓球运动员的运动学、动力学及表面肌电信号等数据。使用Open Sim(v4.2)肌骨建模平台和独立样本t检验的统计学方法对关节角度、关节力矩、关节接触力等生物力学指标进行分析。结果在跨步步法的引拍阶段,高水平乒乓球运动员髋关节表现出较大屈的角度和力矩,而并步步法膝关节在挥拍阶段伸的角度较大。并步步法髋关节接触力在内外方向上明显较大而跨步步法在前后方向上有明显增加。此外,Open Sim计算肌肉控制的肌肉激活数据与实验收集的肌肉活动信号相似,验证了肌肉骨骼建模计算的结果。结论并步步法表现出较高的动作质量,有助于下一个连续击球,而跨步步法具有较快的动作表现,倾向于直接得分。乒乓球教练员和运动员应依据基本步法的不同特点制定训练和比赛方案,降低运动员下肢损伤的风险、增加训练的科学性及损伤康复的有效性。

关键词：基本步法动作质量表面肌电信号肌肉活动肌肉控制运动损伤肌肉骨骼乒乓球运动员

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疲劳对纵跳高度以及下肢生物力学特征的影响

医用生物力学 2021年第S1期36卷 342-342页

作者：俞佩敏梅齐昌相亮亮高自翔 justin fernandez 顾耀东宁波大学体育学院新西兰奥克兰大学生物工程研究所

目的纵跳是一种基础的运动类型,常见于各类运动项目之中。局部的肌肉疲劳会导致纵跳落地阶段的下肢运动学、动力学参数发生改变。在于跑步诱导的疲劳对于纵跳表现以及下肢运动学、动力学参数的即刻影响。方法纳入15名成年男性受试者,疲... 详细信息

目的纵跳是一种基础的运动类型,常见于各类运动项目之中。局部的肌肉疲劳会导致纵跳落地阶段的下肢运动学、动力学参数发生改变。在于跑步诱导的疲劳对于纵跳表现以及下肢运动学、动力学参数的即刻影响。方法纳入15名成年男性受试者,疲劳方式采用跑步诱导疲劳,疲劳前后采集3次成功纵跳的运动学以及动力学数据。采用Wilcoxon符号秩检验及配对样本t检验对下肢运动学、动力学数据以及纵跳高度进行分析。结果疲劳并未影响纵跳高度以及垂直地面反作用力峰值。

关键词：肌肉疲劳配对样本t检验动力学数据地面反作用力下肢生物力学纵跳高度下肢运动动力学参数

Product of Functions in BMO and H1 in Non-homogeneous Spaces

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Acta Mathematica Sinica,English Series 2011年第8期27卷 1535-1546页

作者： justin FEUTO Universitd de Cocody UFR Mathdmatiques et lnformatique 22 B. P. 1194 Abidjan 22 Rgpublique de CSte d'lvoire

Under the assumption that the underlying measure is a non-negative Radon measure which only satisfies some growth condition and may not be doubling, we define the product of functions in the regular BMO and the atomic block -~1 in the sense of distribution, and show that this product may be split into two parts, one in L1 and the other in some Hardy-Orlicz space.

关键词： Local Hardy space local BMO space atomic block block non-doubling measure Hardy- Orlicz space

Removal of saxitoxin and anatoxin-a by PAC in the presence and absence of microcystin-LR and/or cyanobacterial cells

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Journal of Environmental Sciences 2023年第6期128卷 161-170页

作者： justin Rorar Laura Davila Garcia Teresa Cutright Department of Civil Engineering The University of AkronOH 44325-3905USA

Cyanobacteria can produce cyanotoxins such as microcystin-LR(MC),saxitoxin(STX),and anatoxin-a(ANTX-a)which are harmful to humans and other *** removal efficiencies of STX and ANTX-a by powdered activated carbon(PAC)was investigated,aswell as when MC-LR and cyanobacteriawere *** conductedwith distilled water and then source water,using the PAC dosages,rapid mix/flocculation mixing intensities and contact times of two drinking water treatment plants in northeast *** pH 8 and 9,STX removal was 47%-81%in distilled water and 46%-79%in source water,whereas it was 0-28%for pH 6 in distilled water and 31%-52%in source *** 1.6μg/L or 20μg/L MC-LR was present with STX,STX removal was increased with PAC simultaneously removing 45%-65%of the 1.6μg/L MC-LR and 25%-95%of the 20μg/L MC-LR depending on the ***-a removal at pH 6 was 29%-37%for distilled water and 80%for source water,whereas it was 10%-26%for pH 8 in distilled water and 28%for pH 9 in source *** presence of cyanobacteria cells decreased ANTX-a removal by at least 18%.When 20μg/L MC-LR was present with ANTX-a in source water,59%-73%ANTX-a and 48%-77%of MCLR was removed at pH 9 depending on the PAC *** general,a higher PAC dose led to higher cyanotoxin *** study also documented that multiple cyanotoxins can be effectively removed by PAC for water at pH’s between 6 and 9.

关键词： pH Cyanotoxins Cyanobacteria PAC Microcystin Saxitoxin Anatoxin-a