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人体下肢肌肉功能模型及其应用的研究

单大卯  
【摘要】:研究人体在运动过程中,肌肉长度、肌长度变化速率、肌力臂等肌肉功能参数以及肌肉功能的动态变化,是运动生物力学、运动解剖学、运动生理学和体育训练学等学科领域中十分关注的课题,它们对于深入探讨人体运动规律、肌肉的神经控制与工作特性以及制定肌肉专项力量训练方案等均具有非常重要的理论和实践意义。为此,本文将以人体下肢肌肉附着点(肌肉起止点、代起止点)、关节转动中心在相应环节基准坐标系中的坐标为基础,建立适合于活体应用的下肢肌肉功能模型。该模型不但能详尽地定量评定下肢于不同状态下肌肉所具有的潜在功能,而且也能获得人体在运动过程中下肢肌肉功能参数的动态变化状况。同时,本研究通过步态分析的实例,初步检验了模型的可用性和可靠性。 本研究主要内容: 1.使用近景摄影技术(DLT 法,全站仪法)测量尸体下肢整体骨骼标本中肌肉附着点和有关骨性形态学标记点的空间三维坐标; 2.利用人体骨性形态学参数和肌肉附着点坐标,建立可用于推测活体肌肉附着点三维坐标的回归方程。 3.研究髌骨对推算股四头肌长度及对膝关节力臂的影响,建立髌骨上下缘点三维坐标随膝关节角度变化的拟合方程; 4.使用描述刚体之间方位相对变化的广义坐标——布里恩角,建立人体下肢肌肉功能模型,并编制相应的计算机软件——下肢肌肉功能模型计算机应用分析系统; 5.评定下肢于基准解剖位时,下肢各肌肉的功能; 6.评定下肢肌肉功能随关节角度变化而发生的变化; 7.以步态分析为例,检测模型在人体运动中分析肌肉功能参数的可用性和可靠性,并在方法学上,为肌肉功能模型结合多机同步测试进行研究作初步的探索。 本研究通过对实验测试结果的分析得到以下主要结论: 1.本研究为进一步建立全面完整的国人肌肉功能模型奠定了一定的基础,模型中肌肉附着点三维坐标数据具有较高的精度;推测肌肉附着点三维坐标的回归方程,有较高的可信度和可靠性。 2.肌肉代起止点、肌肉当量力臂和肌肉功能转换角,对定量评定肌肉功能有重要的理论意义和应用价值。肌肉功能转换角是肌肉功能发生转换的标志,肌肉当量力臂为0 值时,也是肌肉缩短或伸长至极限的标志。 3.下肢大多数肌肉对额状轴作用最大,矢状轴次之,垂直轴最小。环节运动过程中,由于环节位置的变化,肌肉对关节各轴上的功能参数都将随之改变;不仅肌肉功能参数会发生量的变化,甚至肌肉功能会发生质的改变。 4.髋关节肌的功能特点之一是存在当量力臂为0 值的情况。这表明大腿在髋关节整个活动范围内运动时,一部分肌肉始终参与工作;一部分肌肉由于功能消失而退出工作;另一部分开始并不参与工作的肌肉,随环节运动具有了参与该运动的功能。即,髋关节肌有所谓“功能补偿”的现象。 5.在解剖基准位,髂腰肌、耻骨肌、长收肌、短收肌、大收肌下部对髋关节有旋内功能;而股薄肌有旋外功能。臀大肌(上部)具有双关节肌的作用,对膝关节的屈伸产生一定效应。 6.髌骨上下缘点随膝角变化的运动轨迹类似于抛物线形状;髌骨对增大股四头肌对膝关节力臂有重要的影响;在解剖基准位,髌骨使力臂长度增加了约2.5 倍;900-00的伸膝范围是髌骨起增大力臂作用的主要范围。 7.肌肉功能模型与多机同步测试相结合分析人体步态的实验证明,肌肉功能模型的实用性、可靠性较高。下肢肌肉功能模型计算机应用分析系统经进一步完善后有重要的应用推广价值。


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