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篇1

關(guān)鍵詞：運動損傷；防護服裝；運動生物力學(xué)；防護模型

中圖分類號：TS941.2 文獻標(biāo)志碼：A

A Study on Protective Cloths Based on Sports Biomechanics

Abstract： Based on introducing sports biomechanics as well as current study on protective equipment and protective clothes， the article draws the conclusion that it is very important to study protective clothes by using sports biomechanics and puts forward the theoretical basis， technical problems and technical route for using sports biomechanics in garment applications.

Key words： sports injury； protective clothes； sports biomechanics； protective model

近年來，我國參與體育運動或日常鍛煉的人口越來越多。在對全國體育人口比例的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，1996年的體育人口在總?cè)丝谥兴嫉谋壤秊?1.4%，2000年增加到33.9%，而到2007年又增加到37.1%，短短10多年的時間里增加了5.7個百分點。

但是在運動中，由于人們并未太多地注意保護自己，常常會引起相應(yīng)的關(guān)節(jié)、肌肉、韌帶的意外損傷。網(wǎng)球運動常常會導(dǎo)致肘部、肩袖部損傷，范？克拉莫（Von Kramer）對網(wǎng)球運動中出現(xiàn)的損傷進行過調(diào)查，結(jié)果表明，網(wǎng)球運動中肘關(guān)節(jié)損傷占全部損傷的41%，是最容易損傷的部位；肩袖損傷占其全部損傷的39%，僅次于網(wǎng)球肘。在跑步運動中，常常會發(fā)生小腿肌肉拉傷，有研究顯示，有高達35% ～ 65%的健身者與專業(yè)運動員曾經(jīng)發(fā)生過下肢損傷。老年人、小孩以及肢體殘疾人在日常的行走過程中，由于自身缺乏一定的平衡能力，往往會因為磕碰、摔倒等突發(fā)狀況而意外導(dǎo)致肌肉和骨骼損傷。有國外學(xué)者曾做過相關(guān)的研究，該研究揭示了在老年人的摔倒中，將近53%是因為行走、站立的不穩(wěn)定所導(dǎo)致的。

運動損傷已經(jīng)給運動員、業(yè)余愛好者、老年人、小孩等帶來了傷害，也是人們生命安全的重要隱患之一。也有不少人缺乏自我保護意識，認為在業(yè)余的體育鍛煉和比賽中，做準備活動，然后再多加注意一些，受傷的幾率也就小了，其實這種想法是不正確的。因為這種損傷，比如說扭傷、摔傷、各種磕碰傷，在運動損傷里只占到了2%，它的名稱叫做意外傷，而將近98%的損傷是那種運動技術(shù)性傷。所以基于運動的生物力學(xué)，研制減少骨骼與肌肉損傷的防護性服裝，是一個很大的趨向。

1 運動生物力學(xué)的研究

運動生物力學(xué)是生物力學(xué)的分支學(xué)科，是研究體育運動中人體機械運動規(guī)律的科學(xué)。其主要任務(wù)是運用生物學(xué)和力學(xué)的理論和方法研究人體從事各種運動、活動以及勞動的動作技術(shù)，使復(fù)雜的人體動作技術(shù)奠基于最基本的生物學(xué)和力學(xué)規(guī)律之上，并以數(shù)學(xué)、力學(xué)、生物學(xué)以及動作技術(shù)原理的形式加以定量描述。運動生物力學(xué)的發(fā)展與研究，為提高體育運動的成績、預(yù)防運動損傷、設(shè)計研發(fā)防護器材奠定了理論基礎(chǔ)。

1.1 運動生物力學(xué)的實際應(yīng)用

對于運動生物力學(xué)的研究，特別是在應(yīng)用上，具有自己的特色，大致可歸結(jié)為以下幾點：

（1）在競技體育運動動作的技術(shù)方面，根據(jù)人體的體態(tài)、素質(zhì)、機能等情況，研究適合個人的最佳運動和活動技術(shù)的動作方案，并通過動作技術(shù)診斷使之逐步完善；

（2）從預(yù)防運動損傷的觀點出發(fā)，對各種體育、活動以及生產(chǎn)勞動進行生物力學(xué)分析，找出致傷因素，并設(shè)計出相應(yīng)的預(yù)防與治療措施；

（3）運動生物力學(xué)不僅研究人體，而且也研究與運動相關(guān)的器械的運動規(guī)律，按照人體形態(tài)、結(jié)構(gòu)和機能的生物力學(xué)特征，設(shè)計和改進運動器材、設(shè)施、服裝與用具以及勞動機器、工具等。

1.2 運動生物力學(xué)與防護器材

從運動生物力學(xué)的角度出發(fā)，對體育運動或健身鍛煉中用于防護人身安全、避免運動損傷的器材，提出設(shè)計和改進的設(shè)想及要求，是一項非常艱巨的學(xué)科任務(wù)，當(dāng)前基于運動生物力學(xué)研制的防護用品主要有護具、運動鞋。

新型橄欖球頭盔與傳統(tǒng)頭盔相比有著本質(zhì)的區(qū)別，新型頭盔的外層覆蓋了一種新型樹脂吸振緩沖材料，它可以有效地防止運動員以頭盔作為進攻武器沖撞對手。在運動的過程中，人體的各個關(guān)節(jié)肌肉常常由于過多的運動量或瞬間的揮擊、拉伸發(fā)生拉傷或震傷。戴上護具后，就可以對相應(yīng)部位的肌肉、韌帶加壓舒服，減緩可能的過度拉伸，并協(xié)助肌肉動作，對關(guān)節(jié)部位起到支撐作用。對于關(guān)節(jié)出現(xiàn)不同程度勞損的老人以及正在發(fā)育期的小孩來說，進行遠足郊游或體育鍛煉時，很有必要選擇一定的護具。

國內(nèi)外一線運動品牌，其運動鞋技術(shù)的每一項進步都離不開生物力學(xué)研究，結(jié)構(gòu)設(shè)計和技術(shù)創(chuàng)新都遵循人體運動生物力學(xué)原理。國際一線運動品牌都擁有自己的核心技術(shù)，如Nike的air氣囊鞋底科技和足跟穩(wěn)定技術(shù)、Adidas的HUG環(huán)抱系統(tǒng)和智能芯片技術(shù)、李寧新一代單弦弓減震技術(shù)等。無論核心技術(shù)如何創(chuàng)新變化，結(jié)構(gòu)設(shè)計必須遵循運動生物力學(xué)的原理，其主要的生物力學(xué)原理是緩震減震、能量回歸、足跟控制、模擬踝足和回歸自然。

2 防護服裝的研究

伴隨著運動的普及，傳統(tǒng)的防護服裝基本上從舒適性、結(jié)構(gòu)設(shè)計、功能材料等角度出發(fā)進行設(shè)計研究，通過研究改變或加強面料的性能來達到服裝吸濕排汗透氣、防火、防水等效果，或者從服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，采用多開口寬松式設(shè)計，在前胸、腋下、前后衣片采用連續(xù)開口散熱功能設(shè)計，設(shè)計了一套具有散熱功能的籃球比賽服裝。而在運動過程中能真正地起到對人體防護作用的，往往都是要通過佩戴護具來達到目的，從拳擊的頭盔到籃球的護足，每一個易受傷的關(guān)節(jié)都有相對應(yīng)的護具來產(chǎn)生防護的效果。

但是現(xiàn)階段基于運動生物力學(xué)研究的運動防護僅限于護具以及運動鞋，而客戶對防護服裝的要求卻逐漸從原來的吸濕排汗等舒適性方面提升到舒適、功能、美觀、防護一體化上來，更多地希望可以通過服裝本身就可以達到防護人體的目的。

所以，有必要從人體出發(fā)，通過測量人體各關(guān)節(jié)點運動的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的變化，將其轉(zhuǎn)化為人體關(guān)節(jié)運動的生物力學(xué)參數(shù)，通過分析生物力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)，建立人體防護模型，明確服裝面料與防護模型相互之間的關(guān)系，并結(jié)合服裝材料學(xué)、服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計、人體工效學(xué)等相關(guān)知識，設(shè)計具有防護性能的服裝。

3 運動生物力學(xué)在服裝上的應(yīng)用

在體育運動、日?；顒右约吧a(chǎn)勞動中骨骼和肌肉損傷是難以避免的問題，解決這一難題，必須以人體運動為目標(biāo)，運用人體解剖學(xué)、人體生理學(xué)、力學(xué)的理論與方法來探索人體運動規(guī)律，根據(jù)骨骼和肌肉的變化，建立外部防護模型，獲取防護服裝所需達到的力學(xué)參數(shù)，為開發(fā)運動防護服裝提供理論依據(jù)。

3.1 理論依據(jù)

在運動過程中，骨骼及肌肉功能模型的研究比較成熟，是確定肌肉長度、肌肉拉力線、肌力臂、肌力矩、肌力等關(guān)鍵因素，但卻沒有明確指出骨骼及肌肉損傷的臨界值，建立外防護模型是解決該問題的關(guān)鍵途徑。

基于人體骨骼與肌肉的動力學(xué)模型，模擬在外部約束條件下骨骼和肌肉的變化，通過逆向動力學(xué)方程式和有限元模擬獲取相關(guān)參數(shù)，建立外防護機制，即防護模型；在外加反應(yīng)實驗的作用下，明確服裝材料的性能與外防護模型之間的關(guān)系，為研制高質(zhì)量的運動防護服裝、減少運動過程中骨骼及肌肉的損傷提供理論依據(jù)。

3.2 技術(shù)問題

（1）建立骨骼及肌肉的模型，需要運用動態(tài)捕捉系統(tǒng)捕捉關(guān)鍵點的運動信息，測量人體在空間的位置和方向，即人體骨骼、關(guān)節(jié)的運動軌跡。動態(tài)捕捉系統(tǒng)通常分類為 3類：機械式、電磁式和光學(xué)式，價格不菲。

（2）結(jié)合人體運動軌跡的數(shù)據(jù)，通過人體建模仿真軟件進行模擬，并推導(dǎo)出骨骼及肌肉的最優(yōu)化的防護機制。

（3）通過實驗驗證分析，明確防護模型與服裝面料的性能特征之間的關(guān)系，為研發(fā)防護性能最優(yōu)的服裝提供依據(jù)。

3.3 研究方案

針對一項具體的運動，主要研究內(nèi)容有以下幾個方面：

（1）運用動態(tài)捕捉系統(tǒng)捕捉人體關(guān)鍵部位的空間運動軌跡；

（2）借助人體建模仿真軟件，將空間運動軌跡的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為生物力學(xué)參數(shù)，如各關(guān)節(jié)的位移、速度、加速度及肌肉長度、肌力臂、肌力矩等，進而計算出有關(guān)人體防護力學(xué)參數(shù)；

（3）基于骨骼及肌肉模型，運用逆向動力學(xué)的方法，建立人體外部防護機制；

（4）根據(jù)各種服裝材料的性能，通過有限元的模擬，確定材料的性能與防護模型相互之間的關(guān)系，獲取防護服裝所需的防護參數(shù)；

（5）人體建模仿真軟件對所獲取的服裝防護參數(shù)進行模擬，以進一步獲得最優(yōu)防護的服裝。

技術(shù)路線如圖 1 所示。

4 結(jié)語

運動損傷常常給運動員、體育愛好者、老人、小孩等帶來意想不到的身體傷害，然而，傳統(tǒng)的防護服裝基本上從服裝的舒適性角度進行研究，通過改變面料的特性來達到服裝的防濕透氣、吸濕排汗等，或從服裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，改變服裝衣下間隙、開口特征等來提高服裝的著裝舒適性。國外對于運動防護服及裝備的研究則比較深入，從人體的頭部到腳的各個器官都配有特定的防護用具，所以基于運動生物力學(xué)研究防護服裝必將是未來的研究熱門。

外防護模型的建立是運動生物力學(xué)應(yīng)用到服裝領(lǐng)域的關(guān)鍵，也是制約防護服裝研發(fā)的主要因素。防護模型的研究處于起步階段，只有建立起防護模型，才能進一步明確服裝材料與防護力學(xué)參數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，也為研制減少運動損傷的運動裝備奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

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篇2

關(guān)鍵詞：紅外光點測試系統(tǒng)；射箭技術(shù)

中圖分類號：G804.66文獻標(biāo)識碼：A文章編 號：1007-3612(2007)05-0629-05

射箭在我國是一項古老而又年輕的體育運動項目。隨著時代的變遷，射箭的技術(shù)和動作姿勢 ，以及對射手們的訓(xùn)練也逐漸有了較為完整的理論指導(dǎo)。本研究借助Qualisys紅外光點運動測試系統(tǒng)對北京射箭隊運動員的射箭技術(shù)進行生物力學(xué)分 析，一方面探討應(yīng)用這一測試設(shè)備對射箭技術(shù)進行分析與診斷的可行性與操作方法，另一方 面對北京射箭隊運動員的射箭技術(shù)進行分析與診斷，提出技術(shù)改進建議。

1研究對象與方法

1.1研究對象研究對象為北京射箭隊運動員，基本情況見表1。

1.2研究方法 應(yīng)用Qualisys紅外遠射運動測試系統(tǒng)對運動員射箭技術(shù)進行采集與分析。該系統(tǒng)由于不需要 人工識別測量點，消除了坐標(biāo)數(shù)據(jù)獲得過程中的人為誤差，而且該系統(tǒng)拍攝頻率可以達到每 秒500幅，因此特別適合于測試身體運動位移細微的動作技術(shù)。

本研究分別在受試者弓（四個點）、兩側(cè)手中指掌指關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、髖關(guān) 節(jié)粘貼標(biāo)志點。數(shù)據(jù)采集頻率為每秒100幅。由于硬件設(shè)備計算速度的限制，采集時間設(shè)為6s。

進行正式測試前，首先對測試空間進行坐標(biāo)參數(shù)標(biāo)定，標(biāo)定通過后要求受試者在標(biāo)定范圍內(nèi) 完成整個射箭動作。由于采集時間的限制，本研究只能采集到運動員整個動作技術(shù)中基本階 段的開弓、固姿與瞄準、繼續(xù)用力與撒放動作。

選擇運動員10環(huán)動作進行數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)處理應(yīng)用Qtools、Excel等計算軟件。以弓上標(biāo)志 點位移的突然變化作為撒放時刻。本研究中Y軸正方向指向箭發(fā)射方向，X軸正方向與Y 軸垂直，指向運動員右側(cè)，Z軸正方向指向豎直上方。

2結(jié)果與分析

射箭整個動作技術(shù)可分為準備階段、基本階段、結(jié)束階段三個動作階段，由于采集時間的限 制，本研究只對射箭基本階段中的開弓、固勢與瞄準、繼續(xù)用力與撒放動作技術(shù)進行分析。

2.1開弓階段 開弓動作是舉弓動作的繼續(xù)，在持弓臂伸展的基礎(chǔ)上拉弓臂后伸，背部肌群的收縮和拉弦臂 肩帶內(nèi)收肌群的力量將弓沿箭線拉開。開弓的技術(shù)規(guī)范是保持身體姿勢，特別是前臂和軀干 的角度不變。拉弓臂以肩關(guān)節(jié)為圓心，以上臂長為半徑做圓周運動，外觀是肘的引伸，實際 是以背肌開弓，拉弦手的手指、手背、手腕并不用力。拉弦手要沿箭線直接靠向頜下，不可 去迎合弓弦和拉弦手。

2.1.1拉弦手運動情況 圖1所示前四名受試運動員開弓階段拉弦手在不同平面上的位移情況。從圖1可以看出，運動員拉弦手在水平面內(nèi)的運動并不是直接向后的，而是在向后拉弦開弓的同時均有向 左（靠內(nèi)）方向的運動，說明此時運動員向內(nèi)拉弦靠向頜下。拉弦手在矢 狀面內(nèi)的運動也不是水平向后的，而是向后拉弦的同時有向下運動的現(xiàn)象，且多數(shù)運動員是 向下運動到一定位置后又有上挑動作出現(xiàn)（如圖1矢狀面中B、C、D三名運動員）。圖中所示 拉弦手 的運動與技術(shù)要求是不符的，因為開弓階段拉弦手除了應(yīng)沿箭線向后運動外不應(yīng)向任何方向 運動，否則瞄準面將有可能發(fā)生偏離，導(dǎo)致在固勢瞄準階段需進一步調(diào)整。

2.1.2持弓臂運動情況 圖2所示A和C兩名運動員持弓手開弓階段在三個方向上的位移情況。從圖中可以看出， A運動員在三個方向上的位移均無規(guī)律，不但在垂直方向和左右方向上飄忽不定，甚至在前 后方向上也由前向后移動了近4 mm，說明該運動員持弓臂撐弓能力不足，表現(xiàn)為極不穩(wěn)定 的持弓技術(shù)。而C運動員持弓手在開弓階段的運動雖也有變化起伏，但相對而言比較平緩穩(wěn) 定。該運動員持弓由左向右、由上向下開弓瞄準，在前后方向上略有后移。圖2是本研 究中持弓手在開弓階段運動最無規(guī)律和最有穩(wěn)定規(guī)律的兩名運動員，其他運動員持弓手動作 介于這兩名運動員之間。

2.1.3軀干運動情況 開弓階段運動員軀干應(yīng)保持穩(wěn)定。本研究將兩肩連線和兩髖連線的交角定義為軀干扭轉(zhuǎn)角， 并用這一指標(biāo)評價運動員軀干上下兩部分的相對扭轉(zhuǎn)運動。從圖3中所示A、D、E3名運動員 在開弓階段軀干扭轉(zhuǎn)角度變化可以看出，多數(shù)運動員軀干在開弓階段一直在扭轉(zhuǎn)。本研究中 軀干扭轉(zhuǎn)幅度平均為4.4°，最大幅度為6.1°，只有一名運動員軀干幾乎沒有扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)角 度僅為0.2°。開弓階段軀干扭轉(zhuǎn)的原因是由于肩背部肌群收縮用力撐弓拉弦，當(dāng)用力不平 衡時兩肩產(chǎn)生相對于下身的扭轉(zhuǎn)動作。

除了軀干扭轉(zhuǎn)動作外，本研究運動員開弓階段軀干還有不同程度的晃動。圖4顯示本研 究A和C兩名受試運動員開弓階段軀干在水平面內(nèi)的移動情況。從圖中可以看出，不同運動員 身體晃動趨勢并不相同。但X方向運動要遠大于Y方向運動。由于X方向是水平面內(nèi)垂直于箭 線的方向，也即運動員站立時的前后方向，因此圖中曲線顯示運動員在開弓過程中軀干的 運動主要向前移重心，移動幅度平均為5.8 mm，而在運動員左右方向，即箭線方向的運動幅 度不大，平均為1.2 mm，且有的運動員向左（前）運動，有的運動員向右（后）運動。 圖3開弓階段軀干扭轉(zhuǎn)角度變化圖4兩名運動員開弓階段軀干在X、Y方向上的位移

2.2固勢與瞄準 固勢是開弓動作的延伸，是動作形成的關(guān)鍵一環(huán)，是射好一支箭的基礎(chǔ)。其結(jié)構(gòu)的規(guī)范與否 直接關(guān)系到命中率，所以固勢動作的質(zhì)量一定要高。圖5所示運動員右肘關(guān)節(jié)在開弓向固勢過渡過程中的位移情況，從圖中可以看出，運動員右 肘向后運動的速度在開弓階段較快，而固勢階段速度明顯下降但并沒有停頓。 固勢動作緩慢接近停止，因此隨著固勢時間的延長，相關(guān)肌肉可能會出現(xiàn)松弛的現(xiàn)象。

據(jù)比賽現(xiàn)場觀測統(tǒng)計，運動員低環(huán)位中靶的箭往往瞄準時間偏長。而瞄準時間偏長，往 往是由于瞄準動作不順利，動作不協(xié)調(diào)造成的。從肌肉收縮的松弛特性來分析，當(dāng)瞄準時間 偏長時，射箭用力的諸肌肉中的彈性成份會產(chǎn)生松弛現(xiàn)象。此時，雖然運動員主觀感覺上仍 保持原先的用力狀態(tài)，或加力進行瞄準動作，但實際上拉弓或推弓力已因松弛特性而有所下 降。瞄準時間偏長的箭，肌肉用力受到松弛特性的影響較大，是瞄準時間偏長的箭命中環(huán)位 偏低的另一個原因。本研究中運動員平均固勢瞄準時間為3.54 s，最少為2.50 s，最多為4. 30 s。 2.2.1兩臂用力分析 開弓、繼續(xù)用力動作，就是兩臂通過肌肉用力，抵抗和克服弓的彈性力的作用，使弓的 拉距不斷擴大的肌肉用力過程。因此射箭時的兩臂用力形式與弓的彈性力的作用形式相適應(yīng) 。

由于弓的彈性力對持弓臂產(chǎn)生壓力與內(nèi)合力的作用。因此持弓臂相應(yīng)產(chǎn)生推力與抗內(nèi)合 力。持弓臂所產(chǎn)生的推弓力合力并非沿著持弓臂縱軸發(fā)生推力，而是與縱軸形成一定大小的 夾角。這樣才能很好地克服弓的彈性力的作用，將弓穩(wěn)固地支持住。該力產(chǎn)生兩個分力，一 個分力沿著持弓臂縱軸，抵抗和克服弓的彈性力的壓力作用；另一個分力與持弓臂縱軸垂直 ，抵抗克服弓的彈性力的內(nèi)合力的作用，所以亦稱抗內(nèi)合力。

推弓力是由持弓臂肩部的前鋸肌收縮，使肩胛骨產(chǎn)生外展（遠離脊柱）活動，使肩胛骨 穩(wěn)固地固定在合適的位置，通過肩胛骨的肩關(guān)節(jié)面對持弓臂產(chǎn)生推力?？箖?nèi)合力是通過持弓 臂肩關(guān)節(jié)的三角肌后份的收縮力，使持弓臂產(chǎn)生水平伸的動作趨勢，產(chǎn)生抗內(nèi)合力，將持弓 臂固定在合理的持弓位置。

為了抵抗弓的彈性力的作用，將弓拉開，拉弓臂通過勾弦手指對弓產(chǎn)生拉弓力。所以拉弓力 也稱開弓、繼續(xù)用力動作的動力。拉弓力也可以分解為沿著拉弓臂上臂的縱軸，背向肩關(guān)節(jié) 的一個分力來抵抗弓的彈性力的壓力的作用，另一個分力與上臂縱軸垂直，它是克服和抵抗 內(nèi)合作用，其作用是使弓的拉距不斷地增大，所以該力是開弓、繼續(xù)用力動作中起主要作用 ，也是開弓的動力。由解剖學(xué)知識，不難了解到，前一分力主要由前鋸肌收縮力產(chǎn)生的。后 一分力主要由三角肌后份收縮力產(chǎn)生的。

2.2.2拉弦手運動 圖6所示4名運動員固勢階段拉弦手在水平面和矢狀面的運動情況。圖中看出， 在水平面內(nèi)，雖然拉弦手一直保持向后運動，但仍同時具有向左或右（即向內(nèi)或向外）的運 動，有的運動員還十分明顯。拉弦手在向后運動的同時還伴隨著向下 運動。在固勢時拉弦手需要繼續(xù)用力，人弓系統(tǒng)在動態(tài)中瞄準撒放，但拉弦手幅度過大或不 平緩的運動顯然是不合理的，特別是在左右和上下方向的運動，將影響箭線的方向，給瞄準 造成困難。圖6固勢階段拉弦手水平面上、矢狀面的位移情況

2.2.3持弓臂的運動 開弓、繼續(xù)用力動作階段，弓的拉距是在不斷擴大的。因此作用于運動員兩臂的弓的彈性力 也相應(yīng)增大。

射箭時運動員的持弓臂手會在前后方向、左右方向及上下方向上產(chǎn)生位移。從圖7中可以看 出，多數(shù)運動員的弓在固勢階段有向后運動的現(xiàn)象，說明運動員前撐用力并不積極。有的運 動員在固勢階段后期弓還有忽前忽后、左右晃動的現(xiàn)象。例如F運動員雖然向后運動幅度很 小，但整個固勢階段出現(xiàn)了兩次向前向后和向左向右的反復(fù)。運動員A的弓一直較大幅度的 向后運動，聯(lián)系圖6中其拉弦手的運動狀況可以發(fā)現(xiàn)，在固勢階段該運動員具有整體向后運 動的趨勢。以上情況說明，持弓臂的前撐用力技術(shù)尚有待完善。

除運動員F外（圖7），多數(shù)運動員弓在上下方向的運動幅度很小。顯然，F(xiàn)運動員在固勢 過程中弓晃動明顯。

在運動幅度上，運動員在左右方向平均移動56 mm，最大70 mm，最小43 mm；在前后方向上 平均移動4.2 mm，最大5.5 mm，最小3.1 mm；在上下方向上平均移動8.7 mm，最大為105mm，最小為6.7 mm。顯然在運動員主要為箭線方向的移動。這一結(jié)果可說明兩方面情況：一 方面說明瞄準開始時，準星在上下方向較靠近靶心，而在左右方向上則較遠離靶心。因此瞄 準動作在左右方向上的移動要大于上下方向上的移動；另一方面說明，依據(jù)肩部肌肉配布情 況，決定了持弓臂在上下方向上容易穩(wěn)定，而在左右方向上，活動較大，不易穩(wěn)定。所以測 試結(jié)果表明，左右方向上位移量要大于上下方向上的位移量。以上狀況是否合理，有待進一 步分析。

另外從對弓上下兩個標(biāo)志點之間的相對位移研究發(fā)現(xiàn)，在固勢瞄準階段弓上下兩點之間相對 位移極小，說明弓在這一階段的變形可以忽略不計。綜合弓在三個方向的位移可以說明，固 勢階段影響弓的穩(wěn)定性的因素主要是平動，它對箭的準確性產(chǎn)生一定影響。而弓的轉(zhuǎn)動和變 形對穩(wěn)定性的影響極小，幾乎可以忽略。

2.2.4軀干運動 軀干保持穩(wěn)定是固勢瞄準的基礎(chǔ)。圖8所示固勢階段運動員軀干扭轉(zhuǎn)情況。聯(lián)系開弓階段運 動員軀干扭轉(zhuǎn)情況和圖8中曲線變化可以看出，開弓階段軀干發(fā)生扭轉(zhuǎn)的運動員在固勢階 段繼續(xù)保持扭轉(zhuǎn)動作，但在固勢階段后期扭轉(zhuǎn)停止，而開弓階段軀干沒有扭轉(zhuǎn)的運動員在固 勢階段依然保持軀干無扭轉(zhuǎn)運動。

在固勢階段，本研究運動員軀干扭轉(zhuǎn)幅度平均為1.5°，最大為2.3°，最小為0.3°。

圖9是本研究兩名運動員固勢瞄準階段軀干在前后和上下方向的運動情況。不同運 動 員軀干運動方向并不相同，運動幅度也有一定差別。瞄準動作是通過身體多環(huán)節(jié)精細、協(xié)調(diào) 配合運動情況下完成的。它并不要求運動員在瞄準的一開始就力求“對準”靶心并穩(wěn)住不動 地等待撒放。如果這么做，會使瞄準動作僵化。由于人體生理、心理、肌肉收縮等多方面因 素的影響，要想保持軀干絕對不動是不可能的，與其肌肉緊張身體僵硬的試圖保持軀干固定 ，不如使其平穩(wěn)的運動，并在運動中瞄準、撒放。因此，固勢階段軀干向某一方向平穩(wěn)的運 動是提高瞄準質(zhì)量的基礎(chǔ)，合理的做法，是要求運動員在瞄準的開始時，有規(guī)律對準靶心附 近某一位置，然后用平穩(wěn)的動作，較快的速度、準確地向靶心逼近，并在運動中進行撒放。

同開弓階段一樣，運動員軀干在其前后方向（X方向）運動的幅度要遠大于在其左右方向（Y 方向）上的運動。本研究中運動員在固勢階段身體在前后（X方向）移動的幅度平均為8.6 m m，最大為11.5 mm，最小為6.1 mm，在左右（Y方向）移動的幅度平均4.7 mm，最大為6 .3 mm，最小為3.4 mm。圖9兩名運動員固姿瞄準階段軀干在X、Y方向上的位移

2.2.5人弓整體運動情況 固勢瞄準階段雖然要求身體相對“固定”，但不是絕對不動，相反，在瞄準時還要強調(diào) 繼續(xù)用力不能停頓。因此，身體與弓的運動形式將對能否高質(zhì)量瞄準撒放產(chǎn)生重要影響。圖 10顯示了本研究中一名運動員在開弓、固勢瞄準和撒放過程中兩髖中點、兩肩中點、 頭和弓中部點四個位置在不同方向上的運動情況。從圖中可以看出該運動員在各個方向均沒 有做到人弓運動同步。在X方向弓和兩髖中點運動基本同步，但卻與頭和兩肩中點的運動方 向相反。在Y方向，開弓階段頭與其他三點運動方向相反，在固勢前半階段四點運動同步， 但到后半段兩髖中點的運動方向與其他三點運動相反。在Z方向，人體上三點運動基本同步 ，但弓的運動呈波浪式下降。本研究其他運動員人弓運動情況與其近似，只是在運動幅度上 略有差異。

圖11是A運動員持弓臂各關(guān)節(jié)點和弓在整個開弓、固勢階段在三個方向上的位移情況 。在X方向和Y方向開弓和固勢前半段各點運動同步性較差，但固勢后半段已基本做到同步運 動，說明該運動員能及時調(diào)整持弓臂各肌肉力量的分配，保持持弓的穩(wěn)定。在Z方向除肩關(guān) 節(jié)外，持弓臂肘、腕、手和弓四點位移基本同步，都是呈波浪式下降。這說明該運動員持弓 臂腕肘關(guān)節(jié)固定良好，但肩關(guān)節(jié)穩(wěn)定性較差。本研究其他運動員也有類似的現(xiàn)象發(fā)生，但幅 度稍小。圖11A運動員持弓臂固姿階段X、Y、Z方向位移

2.3撒放動作 由于紅外光點運動分析系統(tǒng)不能記錄運動員動作技術(shù)影像，因此本研究無法準確判定固勢瞄 準與撒放動作之間的特征畫面，同理也不能準確判定撒放瞬間畫面。因此，本研究反復(fù)觀察 研究運動員動作技術(shù)和紅外光點記錄數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，以弓上標(biāo)志點位移的突然變化作為撒 放時刻。

觀察拉弓臂勾弦手上的紅外光點檢測資料發(fā)現(xiàn)，拉弦手撒放過程中普遍存在短暫的向前，即 向拉弓動作相反方向的移動。其位移幅度平均為4.5 mm，最多為9.7 mm，最少為1.3 mm，經(jīng) 歷時間平均為50 ms。圖12中是本研究兩名運動員撒放前后鉤弦手在前后方向的位移曲線。 從中可以看出，瞄準階段鉤弦手平穩(wěn)持續(xù)地向后運動，但在撒放前后卻有短暫且明顯的向前 運動，之后才是撒放后手的向后運動。由于不能準確判斷撒放時刻，因此我們也不能判定鉤 弦手的這種運動是撒放前特別忌諱的“松撒”錯誤，還是撒放后“反向”運動。圖12拉弦手撒放前后在前后方向的位移

“松撒”不但會減少箭發(fā)射的能量，而且破壞了原先的瞄準狀態(tài)，對箭命中環(huán)位造成不利影 響。但從對射箭動作的不利影響來講，“反向”運動與“松撒”的不良影響的性質(zhì)是一樣的 ，只不過是在動作的大小程度上有差異而已。因此“反向”運動與“松撒”是同類性質(zhì)的不 良動作，但它卻普遍存在，因此這一現(xiàn)象應(yīng)引起我們的重視 與研究。

3結(jié)論

1) 本研究應(yīng)用Qualisys紅外光點測試系統(tǒng)對射箭技術(shù)中人、弓微小運動進行了細致的記錄 與描述。由于紅外光點測量系統(tǒng)的測量采樣頻率及分辨率極高，測試誤差小，因此該測量手 段可作為射箭技術(shù)特別是運動員和弓穩(wěn)定性的測量與研究的理想手段。

2) 固勢階段影響弓的穩(wěn)定性的因素主要是平動，它對箭的準確性產(chǎn)生一定影響。而轉(zhuǎn)動對 穩(wěn)定性的影響極小，幾乎可以忽略。

3) 受試運動員在撒放前后普遍出現(xiàn)“松撒”和“反向”運動的現(xiàn)象。

4) 多數(shù)運動員在固勢階段很難做到人弓整體，持弓臂和身體的運動并不同步。

篇3

摘要 根據(jù)籃球球運動專項力學(xué)特點，結(jié)合運動生物力學(xué)研究的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、以及籃球運動教學(xué)發(fā)展的實際需求，對運動生物力學(xué)在籃球運動教學(xué)中應(yīng)用和發(fā)展趨勢進行分析。希望運動生物力學(xué)與籃球運動的特點緊密結(jié)合，更好地為籃球教學(xué)提供幫助。

關(guān)鍵詞 運動生物力學(xué) 籃球運動 教學(xué) 應(yīng)用分析

近年來，籃球運動受NBA和CBA的影響，很受學(xué)生的歡迎，大家都愿意參與這種集體帶有趣味的運動?？稍诮虒W(xué)中可以看到一些學(xué)生由于身體的先天條件，動作做起來比較難受，不合理。怎樣幫助每個孩子都能掌握這門技術(shù)。我想通過運動生物力學(xué)的原理去分析學(xué)生的特點，通過分析給他們制定不同的水準，不能集體都按統(tǒng)一的標(biāo)準，這樣會使學(xué)生感到籃球運動的艱難，我們降低難度就是要使不同的學(xué)生體驗到成功的樂趣，因材施教使學(xué)生在快樂中學(xué)習(xí)。如何做到這些，我們就要借助于科技的力量和手段，更加全面地、深刻地認識籃球運動的規(guī)律。更好的在教學(xué)中利用為學(xué)生服務(wù)。

一、運動生物力學(xué)在籃球運動中的應(yīng)用領(lǐng)域分析

從運動生物力學(xué)角度來看，籃球運動要求人體上下肢的協(xié)調(diào)配合，很好的應(yīng)用人的手部動作去接球，做蹬地加速的動作，如何在這個過程中做到合理就必須了解學(xué)生的生理結(jié)構(gòu)，肌肉力量的相互作用。什么角度的運動適合此階段性的學(xué)習(xí)。用多大力能滿足他們的可接受的力量范圍，針對不同的學(xué)生應(yīng)該采用不同的方法手段加強學(xué)生的學(xué)習(xí)，切不可讓學(xué)生做過多大于自己身體不能做的力量訓(xùn)練。幫助他們在自己合理的技術(shù)動作內(nèi)做到自己最適合的動作。對于動作的要求不可統(tǒng)一要求，要區(qū)別對待，這樣一方面可以鼓勵學(xué)生很好的練習(xí)；另一方面要使學(xué)生不斷進取不至于傷害學(xué)生的自尊心。在場地器材方面要對學(xué)生認真講解。使他們真正認識到自己的力是如何傳導(dǎo)的，如何在正確的用力前提下做到做好的自己。

二、運動生物力學(xué)研究方法在籃球運動中的應(yīng)用分析

（一）運動生物力學(xué)研究方法分類

按研究方法劃分，運動生物力學(xué)應(yīng)用在籃球運動中的研究大體可分為兩類：一是力學(xué)理論研究方法，二是實驗研究方法。兩者相輔相成，相互統(tǒng)一，應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合，才能使運動生物力學(xué)更好地在運動實踐中應(yīng)用[1]。這就要求在實踐當(dāng)中很好的將二者緊密結(jié)合共同應(yīng)用到學(xué)科領(lǐng)域當(dāng)中。

（二）運動生物力學(xué)的力學(xué)理論研究方法在籃球運動項目中的應(yīng)用分析

該研究方法因為是通過模擬手段對人體運動仿真，一般包括五個步驟：1.確定運動特征，建立目標(biāo)函數(shù)；2.選擇模型確定剛體的自由度；3.建立動力學(xué)模型；4.實測已知數(shù)據(jù)并求解；5.根據(jù)求解結(jié)果解釋運動規(guī)律，這一步驟是將求得的數(shù)學(xué)規(guī)律化為體育運動語言對運動技術(shù)進行合理的指導(dǎo)[ 2]。根據(jù)此研究方法，可以對籃球中許多問題進行研究。如對于籃球運動中學(xué)生的傷病的研究，有助于對學(xué)生在籃球運動中的損傷認識和預(yù)防。可以利用力學(xué)理論研究的方法對關(guān)節(jié)力和力矩進行推算。這實際上是為人體的運動給予科學(xué)化得定量，通過科學(xué)實驗找出人體運動的范圍和幅度，為更好的人類發(fā)掘自身的潛能和動作的量化提供參考依據(jù)。

（三）運動生物力學(xué)的實驗研究方法在籃球運動中的應(yīng)用分析

由于動力學(xué)研究方法與運動學(xué)測試在籃球運動項目中運用的較少，所用到的生物力學(xué)儀器不多。因此運動生物力學(xué)的實驗研究方法在籃球運動項目中有極大的發(fā)展空間。

1.常用的生物力學(xué)儀器將在籃球項目中的廣泛應(yīng)用

許多已經(jīng)在其他專項中運用較為廣泛的生物力學(xué)儀器在籃球運動項目中尚未廣泛使用。比如，肌電儀，腳墊受力分析鞋墊。腳墊受力分析可以反映地面對人體的反作用力。運動員投球的力最終是通過人體蹬地面，同時地面給人體的反作用力而實的。通過在運動員的鞋子里放上受力分析鞋墊，可以得出在移動過程中，腳底壓力的分布圖，可以為籃球運動員鞋子的設(shè)計提供參數(shù)。通過肌電儀可對完成某動作所參與的肌肉活動的強度和時間進行描述，確定主要的參與肌群。這樣學(xué)生就可以很清楚地知道完成某動作的肌肉用力順序是什么，哪些是主動肌，哪些是被動肌，可為力量訓(xùn)練提供參考。

2.多機同步測試的研究

多機同步測試研究是運動生物力學(xué)研究的發(fā)展趨勢。對于籃球這項精密的運動，以往的研究多是從一維的視角來進行的，對籃球運動的生物力學(xué)的研究應(yīng)朝著多維的研究視角發(fā)展。比如，將攝像系統(tǒng)和測力臺系統(tǒng)同步的測試方法，綜合運動學(xué)和動力學(xué)的數(shù)據(jù)對籃球運動進行更加深入、全面的研究與分析。

3.開發(fā)籃球?qū)ｍ椈?、反饋快速化的運動技術(shù)測試儀器

近年來隨著其他運動項目運動學(xué)、動力學(xué)、測試儀器的質(zhì)量、功能、效率不斷提高，某些運動項目專用的測試儀器不斷出現(xiàn)。其它專項的研究可為籃球?qū)ｍ椈臏y試儀器提供借鑒。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，加速度傳感器的體積和質(zhì)量都可以做到非常小，精度可以達到很高，此儀器可以實時監(jiān)控籃球鞋的速度、加速度和角速度，并可據(jù)此推算籃球鞋不同部位的受力情況，以及腳蹬地的初速度。而對籃球鞋運動情況的所做的研究較少。如果這些設(shè)想可以實現(xiàn)的話，將豐富這方面的研究可以防止運動者教學(xué)腳部的受傷的情況。為更好的教學(xué)服務(wù)提供保障。防止學(xué)生在運動中受傷的概率。

（四）力學(xué)理論研究方法和實驗研究方法緊密結(jié)合

理論力學(xué)理論研究方法和實驗研究的方法緊密結(jié)合對籃球運動進行運動生物力學(xué)的研究，將有助于從不同層面和角度更好的認識籃球運動規(guī)律，進而可使運動生物力學(xué)更好地為籃球?qū)嵺`服務(wù)，是運動生物力學(xué)在籃球運動中應(yīng)用的發(fā)展趨勢。力學(xué)理論研究方法必須輔之實驗和經(jīng)驗，才能使它在實際應(yīng)用方面的作用得以發(fā)揮，力學(xué)理論方法與實驗測試方法兩者應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合。前者提供了運動普遍規(guī)律，對分析有理論指導(dǎo)意義，后者是理論研究與實際是具體應(yīng)用的橋梁，能使研究更好地為運動實際服務(wù)。實驗方法和力學(xué)理論研究共同發(fā)展、相輔相成，使運動生物力學(xué)學(xué)科漸趨深入完善。

三、結(jié)束語

籃球運動教學(xué)的動作技術(shù)診斷，力學(xué)研究，學(xué)生肌肉、骨骼力學(xué)特性的研究，將有助于籃球?qū)ｍ棞y試儀器的開發(fā)，籃球運動員損傷機理和預(yù)防的研究等領(lǐng)域需要利用運動生物力學(xué)在籃球?qū)ｍ椫羞M行全方位的研究。這樣有助于在實際中解決一些教學(xué)中的學(xué)生容易受傷的難題，將生物力學(xué)的有關(guān)原理服務(wù)于學(xué)生的課堂，用科學(xué)的方法指導(dǎo)學(xué)生籃球訓(xùn)練與比賽，更好的預(yù)防學(xué)生在不同情況下的運動損失與治療。

參考文獻：

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[2] 忻鼎亮.運動生物力學(xué)的力學(xué)理論研究方法[J].體育科學(xué).1994（4）：37-40.

篇4

關(guān)鍵詞：網(wǎng)球發(fā)球；生物力學(xué)；文獻綜述

動作構(gòu)成技術(shù)，因此動作是我們研究的重點。而用生物力學(xué)的知識和方法去研究網(wǎng)球的發(fā)球特征，研究方法和研究內(nèi)容無疑是最重要的一環(huán)，而研究方法又離不開研究設(shè)備，可以說目前研究設(shè)備也從一定程度上直接影響了這篇論文成果的好壞。關(guān)于發(fā)球生物力學(xué)的研究有人做過專門的統(tǒng)計。蔣婷在她的《國內(nèi)網(wǎng)球生物力研究現(xiàn)狀及發(fā)展―基于2007-2011年4種文獻來源計量分析》中指出2007-2011年，核心期刊、優(yōu)秀碩士論文、博士論文、重要會議各自研究網(wǎng)球技術(shù)生物力學(xué)所占的比例分別為12.9%、51.6%、3.2%、32.2%，其中優(yōu)秀碩士論文研究網(wǎng)球生物力學(xué)的最多，占51.6%。此外，5年中，核心期刊發(fā)表的關(guān)于網(wǎng)球生物力學(xué)的論文僅4篇，充分說明這類研究并沒有成為熱點。根據(jù)文獻論文內(nèi)容的主要特征，結(jié)合生物力學(xué)及網(wǎng)球項目相關(guān)理論，可以將檢索到的論文分別歸入3個不同的研究方向，即技術(shù)分析（運動學(xué)、用力學(xué)、生物學(xué)）、損傷（骨、肌肉）、裝備（鞋、拍弦）。從本次統(tǒng)計來看，技術(shù)分析獨占鰲頭，共計23篇，占74.2%；其他方面的研究相對較少，損傷12.9%（4篇），裝備12.9%（4篇）。技術(shù)動作分析受到更多的關(guān)注，主要是因為技術(shù)分析的設(shè)備日益進步和完善，生物力學(xué)研究受儀器設(shè)備的制約。這篇文章很全面的介紹了目前國內(nèi)一些比較有價值的論文的分布情況及總體研究情況，讓我們對整個研究水平有了初步的印象。

馬大慧在《運動生物力學(xué)在網(wǎng)球運動中的應(yīng)用分析》中給我們提出了一些比較好的運動生物力學(xué)與網(wǎng)球運動的結(jié)合點，我們可以從運動生物力學(xué)的力學(xué)理論研究方法，實驗研究方法，力學(xué)理論研究方法和實驗研究方法緊密結(jié)合等方法去研究網(wǎng)球的特征，當(dāng)然這些方法也可以用到發(fā)球的研究中去，使我們的方法更具有科學(xué)性和方向性。下面從研究方法和內(nèi)容方面入手對所查閱到的文獻進行簡單闡述。

劉卉（2000）以6名國青網(wǎng)球運動員和2名北京隊青年網(wǎng)球運動員的大力發(fā)球為研究對象。采用美國Peak三維高速錄像系統(tǒng)進行拍攝，拍攝頻率為120幀/s。采用愛捷人體信息研究所的錄像分析系統(tǒng)對發(fā)球動作技術(shù)的運動學(xué)數(shù)據(jù)進行測量與分析。依據(jù)對錄像帶的觀察及發(fā)球?qū)嶒灂r的現(xiàn)場評價，對每個運動員三個好球中質(zhì)量最好的一次進行解析。所得數(shù)字化數(shù)據(jù)采用數(shù)字濾波法進行平滑處理。她的研究揭示網(wǎng)球大力發(fā)球?qū)俦薮蝾悇幼鞯奶卣鞑⒄撟C和全面闡述了網(wǎng)球大力發(fā)球技術(shù)的運動生物力學(xué)原理。同時通過對運動員發(fā)球技術(shù)的對比，得出拋球的方向、高度和身體下蹲的深度均會對整個發(fā)球動作技術(shù)起重要影響；通過對下肢運動的觀察，提出影響“搔背”動作階段的因素主要是下肢蹬伸、軀干扭轉(zhuǎn)、屈肘和上臂外旋的幅度、速度及它們之間的配合，同時還認為“搔背”動作時身體各環(huán)節(jié)活動的同步性是高質(zhì)量合理動作的特征；提出擊球動作并非揮拍動作的自然過渡和延伸，而是有其本身技術(shù)特征的相對獨立的動作技術(shù)；她還通過對身體各環(huán)節(jié)最大速度出現(xiàn)時間的比較，認為可將鞭打動作的基本理論作為網(wǎng)球發(fā)球動作技術(shù)的理論基礎(chǔ)。這篇文章在國內(nèi)具有比較高的地位，無論是研究對象還是研究方法對后來的研究者提供了很好的參考，同時所得出的結(jié)論對我們平時訓(xùn)練也很有參考意義。

劉保華（2008）以2007年9月在北京舉辦的中國網(wǎng)球公開賽中5名優(yōu)秀女子網(wǎng)球單打運動員為研究對象。采用兩臺100HZ的攝像機在比賽現(xiàn)場進行拍攝，對我國頂尖女子網(wǎng)球運動員彭帥與4名世界頂尖女子網(wǎng)球運動員發(fā)球技術(shù)的速度特征進行了生物力學(xué)分析。研究結(jié)果表明在第一發(fā)球速度上，4位世界優(yōu)秀運動員明顯高于彭帥。4位世界優(yōu)秀女子網(wǎng)球運動員在球拍速度、右手速度、右手腕速度、右肩速度、右肘速度右髓與身體重心的速度這7個參數(shù)因子載荷值的貢獻排序運用較為合理，而彭帥則不夠合理，表現(xiàn)在球拍的因子載荷值明顯低于右手與右手腕。這篇文章從科學(xué)的角度分析了彭帥發(fā)球當(dāng)中所存在的問題，可以據(jù)此對她做出指導(dǎo)

林建?。?009）選取2名職業(yè)網(wǎng)球運動員，4名專業(yè)網(wǎng)球運動員和6名業(yè)余網(wǎng)球運動員為測試對象利用，Qualisys紅外遠射測試系統(tǒng)（六個鏡頭）對運動員發(fā)球動作過程進行測試。拍攝頻率為200幅/秒。同時用Kistle測力臺系統(tǒng)與Qualisys同步，采集運動員的動力學(xué)數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示：在拋球過程中我國高水平運動員拋球臂關(guān)節(jié)角度變化幅度和屈膝最大角度均小于低水平運動員。在蹬伸過程中，我國高水平運動員膝關(guān)節(jié)最大角度和腿部發(fā)力效率均大于低水平運動員，膝關(guān)節(jié)最大角度和最小肘關(guān)節(jié)角度均小于國外優(yōu)秀運動員。在擊球過程中，我過高水平運動員身體各環(huán)節(jié)最大角度速度和擊球高度與身高比均大于低水平運動員，且具有顯著性差異。對比國內(nèi)的高水平和低水平選手特征，可以使低水平的選手找到自己的問題所在，從而有目的改進。

蔣川（2009）年以我國優(yōu)秀網(wǎng)球運動員楊意民、國際著名選手阿加西和張德培為研究對象。利用兩個PULNIX攝像頭（頻率為120Hz）采用定點、定焦、定距的方式進行外同步拍攝方式，對楊意民大力發(fā)球動作進行拍攝。采用美國ARIEL三維圖像解析系統(tǒng)對楊意民、阿加西和張德培的技術(shù)動作進行解析。阿加西和張德培的發(fā)球技術(shù)動作錄像由美國ARIEL公司提供，拍攝頻率為50HZ。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：楊意民發(fā)球時身體主要環(huán)節(jié)的用力順序符合鞭打動作規(guī)律，且擊球點的高度較為合理。但是其拋球技術(shù)還有待改進，其拋球最高點與擊球點之間的落差較兩位世界級運動員的偏大，即楊意民在拋球環(huán)節(jié)存在拋球過高的問題。楊意民的揮拍臂形成有效的用力前，“搔背”姿勢所需時間明顯過長，且拍頭最低點高于身體重心高度，反映出楊意民的“搔背”動作不夠充分。楊意民的揮拍速度以及拍頭速度較阿加西、張德培存在較大差距，尤其是在擊一球瞬間，阿加西的拍頭速度是楊意民的1.69倍，而張德培的拍頭速度更是達到楊意民的1.71倍之多。楊意民下肢蹬伸充分，但在腳蹬離地面時身體重心上升的速度和擊球時身體重心的高度跟世界頂級選手相比仍有一定差距。

孫宇亮（2011）以2009年底在江門網(wǎng)球訓(xùn)練基地冬訓(xùn)的8名國家網(wǎng)球隊女隊員為研究對象。研究對象站右發(fā)球區(qū)，大力發(fā)球。利用兩個ZOOHz的高速攝像頭對運動員進行同步拍攝。利用直接線性轉(zhuǎn)換（DLT）算法對二維圖像進行三維重構(gòu)。數(shù)據(jù)處理采用北京體育大學(xué)視迅解析系統(tǒng)對運動學(xué)指標(biāo)進行解析，應(yīng)用Qtools、EXCel等數(shù)據(jù)處理軟件進行計算。根據(jù)國家網(wǎng)球隊教練的評價，每名運動員取三個好球中質(zhì)量最好的一次進行解析。所得數(shù)字化數(shù)據(jù)采用數(shù)字濾波法進行平滑處理。得出結(jié)論有：我國網(wǎng)球運動員發(fā)球時拋球較高，建議降低拋球高度。相對于FB技術(shù)，F(xiàn)U技術(shù)能使運動員獲得更大幅度的軀干扭轉(zhuǎn)角度。根據(jù)運動員實際情況選擇合適的緩沖技術(shù)。緩沖結(jié)束時刻，部分運動員存在過度頂髓的現(xiàn)象。這造成下肢發(fā)力不充分，最終導(dǎo)致球速下降。建議在此時刻保證重心投影位于在兩腿之間。“搔背”動作是典型的超越器械動作，下肢的充分蹬伸是此動作完成質(zhì)量的保證。因此運動員在平時的訓(xùn)練中應(yīng)注意下肢的爆發(fā)力訓(xùn)練。這篇文章的研究方法和結(jié)論都有具體意義，值得國家隊的女隊員進行參考。

BrianJ.Gordon（2006）通過三維錄像解析法對9名優(yōu)秀的網(wǎng)球運動員進行了測試。他們在上臂和前臂套上了帶有標(biāo)志球的環(huán)，在肩關(guān)節(jié)周圍皮膚上貼了標(biāo)志球。由于計算關(guān)節(jié)和環(huán)節(jié)的扭轉(zhuǎn)角度。結(jié)果詳細闡明了發(fā)球過程中人體各部分的扭轉(zhuǎn)情況，指出在臨近擊球時刻，肩關(guān)節(jié)屈伸運動和內(nèi)收外展運動對于拍頭速度的貢獻微不足道。這篇文章的研究結(jié)果使得我們平時的一些錯誤觀念得到了重新的認識。

綜合研究的情況來看，國外學(xué)者利用運動生物力學(xué)手段對網(wǎng)球發(fā)球動作技術(shù)做了大量研究，并且闡明了一些發(fā)球動作的客觀規(guī)律。對現(xiàn)今存在的各種各樣的技術(shù)動作提供了科學(xué)理論上的支持，對學(xué)習(xí)和改進發(fā)球技術(shù)做了有益的探索和貢獻。有的從肌肉發(fā)力順序方面探討，有的從核心部位探討，也有的從動作模式探討，還有從肌電方面入手等等，可以說已經(jīng)取得了一定的成績，而且隨著研究設(shè)備的技術(shù)提高，研究的水平也在提高，但是大多數(shù)的研究還是將中國的運動員數(shù)據(jù)直接和外國運動員的數(shù)據(jù)直接進行對比，我覺得這存在一定的問題，且不論身高的不同，中國運動員的肌纖維類型與他們也會有不同等等，或者是否可以將他們的數(shù)據(jù)可以和現(xiàn)在排名較高的亞洲球手進行對比，比如，現(xiàn)世界排名17的日本球員錦織圭等等。再者，我覺得在發(fā)球最佳模式的研究方面還有所欠缺，看我們是否能找到一個最適合我們的發(fā)球模型。讓大家在練習(xí)的時候心里有具體的數(shù)據(jù)可依。作為研究來講，我們最好是能把各個方面的情況考慮清楚最好，或者就某一方面作最細致的研究。隨著未來各種儀器設(shè)備的更新提高，研究水平也會越來越深，可以說，生物力學(xué)在網(wǎng)球領(lǐng)域的研究還有很大的空間。（作者單位：北京體育大學(xué)）

參考文獻：

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[8] 鄒廷鑄.我國高水平網(wǎng)球運動員四種發(fā)球動作的生物力學(xué)研究[D].北京體育大學(xué)，2011.

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關(guān)鍵詞 正手擊球技術(shù) 網(wǎng)球運動 生物力學(xué)分析

正手擊球技術(shù)是網(wǎng)球運動中使用頻率最高，也最為基本的一項技術(shù)。在網(wǎng)球運動中，運動員正手擊球技術(shù)的掌握情況和應(yīng)用情況，不但直接反映了網(wǎng)球運動員的專項技術(shù)水平，同時，作為得分的重要手段之一，還會對比賽的最終結(jié)果產(chǎn)生不容忽視的影響。鑒于此，本文就從生物力學(xué)的角度入手，利用生物力學(xué)的基本理論，對網(wǎng)球正手擊球的基本力學(xué)結(jié)構(gòu)進行了分析，以期能夠借此為網(wǎng)球運動員正手擊球技術(shù)動作的規(guī)范提供一定的參考與借鑒。

一、正手擊球技術(shù)的基本特點

雖然在網(wǎng)球運動中，正手擊球技術(shù)有正手平擊、正手上旋和正手下旋等多種形式，但是，從根本上來說，上述幾種不同的正手擊球技術(shù)形式的特點卻是大同小異的。簡單來說，正手擊球動作的完成是一個連續(xù)的過程，涉及到上下肢和軀干等全身多個部位的運動，以上幾種不同的正手擊球技術(shù)，實際上都是根據(jù)人體協(xié)調(diào)鏈在充分利用自身髖關(guān)節(jié)和軀干轉(zhuǎn)動的基礎(chǔ)上，按照肩、肘、腕等關(guān)節(jié)的順序來完成擊球動作的過程。作為網(wǎng)球運動中最為常用的一項基本技術(shù)，正手擊球技術(shù)最大的特點就是發(fā)力兇猛、球速快。另外，根據(jù)正手擊球技術(shù)動作的結(jié)構(gòu)，其通常可以分為引拍后擺、向前揮拍以及觸球和隨揮等四個主要的階段，以下就從這四個階段入手，針對網(wǎng)球正手擊球技術(shù)進行了生物力學(xué)分析

二、正手擊球技術(shù)的生物力學(xué)分析

（一）引拍后擺階段的生物力學(xué)分析

在引拍后擺階段，是運動員以手為主的軀干和上肢的轉(zhuǎn)動，當(dāng)運動員引拍的幅度達到最大時，運動員髖關(guān)節(jié)的屈角大約在32.7±15.6度左右，與此同時，膝關(guān)節(jié)也轉(zhuǎn)動形成一定的屈角，屈角的角度大約為69.3±13.8度左右。另外，在完成引拍后擺動作時，運動員軀干的扭動角度大約為30度左右，這表明，在完成了引拍后擺動作之后，運動員肩軸扭轉(zhuǎn)的角度相較于運動員髖軸扭轉(zhuǎn)的角度而言更大，這對于拉長肌肉有著一定的作用，從而通過肌肉的預(yù)拉伸儲存了一定的彈性勢能。

（二）向前揮拍階段的生物力學(xué)分析

在向前揮拍階段，運動員肩、肘、腕等關(guān)節(jié)和球拍的速度都是先上升，后下降的，上臂向前的運動是最為主要的力學(xué)特征，通過上臂向前的動作能夠產(chǎn)生向前的速度20%-30%和向上的速度的20%。另外，在向前揮拍階段，運動員遠側(cè)環(huán)節(jié)的速度要明顯的高于運動員近側(cè)環(huán)節(jié)的速度，而且，近側(cè)的環(huán)節(jié)到達最大速度的時間要明顯的早于遠側(cè)環(huán)節(jié)到達最大速度的時間。

（三）觸球階段的生物力學(xué)分析

網(wǎng)球的正手擊球動作是一個連續(xù)的過程，在完成了引拍后擺、向前揮拍之后，就進入了觸球階段。在觸球階段，當(dāng)拍面與球接觸時，網(wǎng)球運動員的腿部、髖部以及上體和頭肩等部位需要相互協(xié)調(diào)，并在此基礎(chǔ)之上，形成觸球時的正確動作，才能夠有效的提高擊球的效果。在這個過程中，網(wǎng)球運動員腿部、髖部以及上體和頭肩等部位的具體動作如下：

一是，腿部動作。在觸球階段，運動員的雙腿需要保持適度的彎曲以便于充分的蹬轉(zhuǎn)。所以，此時，運動員的兩腳之間應(yīng)保持一定的距離，與此同時，膝關(guān)節(jié)則要保持一定的彎曲度。只有這樣，才能夠確保在完成擊球動作的過程中，雙腿能夠更加充分的蹬伸，并通過雙腿的充分蹬伸在克服慣性實現(xiàn)快速啟動的同時，充分利用來自于地面的反作用力和自身的彈性促使角動量和線動量的形成。

二是，髖部動作。在觸球階段，網(wǎng)球運動員的髖部和肩部應(yīng)始終保持在一條直線上，以確保觸球動作完成中運動員身體的動態(tài)平衡。

三是，上體動作。根據(jù)生物力學(xué)原理可知，在正手擊球動作中，擊球時是運動員的下肢先產(chǎn)生爆發(fā)力，然后所產(chǎn)生的爆發(fā)力通過腰部、上體部位、肩部以及手腕依次傳遞到球拍上，并最終完成擊球的過程。觸球作為整個連續(xù)動作中的一個環(huán)節(jié)，發(fā)揮著“承上啟下”的重要作用。而要確保觸球“承上啟下”作用的充分發(fā)揮，其中至關(guān)重要的一點就是要能夠充分利用上體部位將由腰部傳來的力量傳遞到肩部和手腕，并最終作用到球上。為達到上述目的，運動員在觸球階段，手腕應(yīng)保持適度的緊張，以防觸球的瞬間拍面失去控制；腋部適度夾緊，以充分發(fā)揮線動量；并注意保持恰當(dāng)?shù)膿羟螯c。

四是，頭肩部動作。在觸球階段，頭肩部是一條直線，兩者相互協(xié)調(diào)保持平衡，并由肩部帶動手臂進行轉(zhuǎn)動，形成一定的擊球速度，以防出現(xiàn)擊球無力的情況。

（四）隨揮階段的生物力學(xué)分析

隨揮階段也就是觸球之后跟隨球進行揮拍的階段，在這個階段，隨揮的距離和隨揮的方向都是非常重要的，只有沿著球的方向再繼續(xù)向前移動一段距離，這樣才能夠?qū)⑶颉按驅(qū)崱保⑷〉昧己玫膿羟蛐Ч?，并保持正確的擊球方向。除此之外，在隨揮階段還要注意，確保將球“打?qū)崱敝螅现珓幼饕饾u放慢下來，身體各個環(huán)節(jié)的速度也應(yīng)順勢逐漸的降低，以盡快的讓身體回位為一下次擊球做好準備，并以此來預(yù)防運動損傷事故的出現(xiàn)。

參考文獻：

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【關(guān)鍵詞】皮劃艇（靜水）；項目特征；生物力學(xué)；研究應(yīng)用

一、前言

皮劃艇（靜水）200m作為全新納入奧運會中的比賽項目。其相比較于500米以及1000米而言，距離更短，競爭也相對更為激烈，因此該項目對于運動員的技術(shù)以及素質(zhì)有著更高的要求，使得該項目的運動特征受到了大量運動員以及科研人員的重視。研究項目特征以及生物力學(xué)有著極為現(xiàn)實的意義，對我國的體育競技水平有著極大的促進作用。

二、項目特征研究

1.運動環(huán)境

作為水上運動中的一個項目，皮劃艇項目中的艇和人的重心在上面，浮力中心則在下面，一旦出現(xiàn)偏差便會出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)力矩，導(dǎo)致人艇系統(tǒng)將會持續(xù)在不平穩(wěn)狀態(tài)。該項運動要保證運動員在不平衡過程中可以很好的控制身體姿勢，運用正確的劃槳動作使艇得到水的推動力[1]。若艇處于不平衡狀態(tài)中，為了使艇可以平穩(wěn)而快速的前進，將對運動員的身體控制能力以及平衡力有著極高的要求。

2.運動屬性

該項目一般的比賽時間處于40s～60s間，和300米短跑所需時間相近，然而卻和短跑要克服重力進行大肌肉群做工有所不同，皮劃艇不需要進行承受重力，因此肌肉群的負荷較小。主要是進行磷酸原系統(tǒng)以及乳酸糖酵解進行供能，主要是進行無氧供能，消耗的全部能量中僅僅有10%～20%為有氧供能，比賽全程是一種力竭性做功過程[2]。皮劃艇作為一項快速無氧為主進行周期性的項目，運動員對于耐力、速度力量、乳酸耐受力和最大力量等能力都有著極高的要求。

3.競速結(jié)構(gòu)

競速結(jié)構(gòu)就是在皮劃艇比賽的整個過程中對各階段所需速度加以分配以及節(jié)奏安排，研究人員通常將皮劃艇全程分為起航、加速以及途中與沖刺四個部分。合理的競速結(jié)構(gòu)能夠?qū)\動員所具有的生物學(xué)機制進行最大程度的調(diào)動。由于皮劃艇是一項水上運動，在處于靜止過程中保持平衡非常困難，在起航前將會出現(xiàn)顯著地晃動，所以要將比賽全程分為航前準備、沖刺、起航以及途中四個階段。

航前準備階段是使艇保持靜止于水面上得到出發(fā)指令，但是由于皮劃艇相對較窄，一旦運動員重心穩(wěn)定性不佳，要想保證整體的平衡，便要調(diào)動大量的肌肉進行維持平衡，將會使劃槳做功的肌肉量下降，對出發(fā)后的第一漿劃行質(zhì)量造成不利影響，最終對比賽成績造成影響。所以航前準備對于平衡能力以及中心穩(wěn)定性有著極高的要求。起航階段是由靜止不斷加速至穩(wěn)定狀態(tài)，此時要保證一個合理的漿頻，并非是漿頻越快越好，一旦頻率過快將會對體能造成極大的消耗。途中階段此時艇速非常穩(wěn)定，此階段時間以及路程都很長，只有控制好漿頻以及劃槳節(jié)奏，確保一個穩(wěn)定的途中速度，便要利用速度力量對途中速度加以不斷的維持。沖刺階段則要具有極強的爆發(fā)力，在確保每漿效果的基礎(chǔ)上最大限度提升漿頻，以此來取得最快速度，此時艇速呈現(xiàn)顯著地提升。

三、生物力學(xué)方法應(yīng)用和展望

運動生物力學(xué)對于競技體育領(lǐng)域而言，主要是將其運用在合理的訓(xùn)練以及測試中，以技術(shù)角度實現(xiàn)對運動員的監(jiān)控。主要的監(jiān)控形式對運動員的實時運動技術(shù)動力學(xué)參數(shù)以及運動學(xué)參數(shù)進行測定，同時對參數(shù)做出診斷以及評價，以此作為指導(dǎo)運動技術(shù)所學(xué)的理論基礎(chǔ)。錄像解析作為運動學(xué)指標(biāo)獲取的主要手段，將劃槳過程中的身體、艇速、漿角以及位移等方面的角度、角速度的變化情況加以分析，以此作為訓(xùn)練的技術(shù)支撐。在皮劃艇前進過程中流水和漿葉間存在的相互作用不僅僅是主要的動力源，同時也是重要的阻力源，對水-漿作用力已經(jīng)成為主要的動力學(xué)研究指標(biāo)[3]。采用三維運動學(xué)能夠?qū)⑵澩е兴嫔系乃械倪\動指標(biāo)進行獲取，然而在皮劃艇監(jiān)控當(dāng)中，對艇運動現(xiàn)象造成的原因解釋主要是利用水流動力學(xué)，從而實現(xiàn)對運動技術(shù)進行正確的評價。

四、結(jié)語

皮劃艇運動相比其他運動而言，對運動員所具有的平衡力以及身體控制能力有著較高的要求。作為皮劃艇項目研究中最為關(guān)鍵的階段，起航準備將對整個比賽成績造成直接的影響。皮劃艇運動對于運動員體能要求相對較高，要想提高比賽成績，便要在體能的基礎(chǔ)上對能量的利用率加以不斷的提升。而生物力學(xué)將是一種完善運動技術(shù)的重要方式，也將是今后研究的重點內(nèi)容。通過不斷的研究提升我國的皮劃艇競技水平，使我國成為一個運動強國。

參考文獻：

[1]趙云濤，曹妮娜.淺談在動作和能量代謝視角下如何進行靜水皮劃艇項目訓(xùn)練[J].科技展望，2016，07（07）：266+268.

篇7

關(guān)鍵詞：網(wǎng)球； 正手擊球； 發(fā)球技術(shù)；綜述

網(wǎng)球運動已經(jīng)從貴族走向平民化，越來越多的人開始喜歡并從事網(wǎng)球運動。網(wǎng)球是一項技術(shù)性很強的運動，它不僅需要大關(guān)節(jié)、大肌肉群的運動，而且還有小肌肉群的參與。正手擊球是網(wǎng)球諸多技術(shù)中最重要的技術(shù)，是各種打法都必須具備的主要的得分手段。從某種意義上講，可稱為網(wǎng)球運動員的生命，技術(shù)風(fēng)格是否鮮明、突出主要取決于其正手擊球的威力。

1.正手擊球動作的生物力學(xué)分析

1.1 引拍動作

引拍后擺階段以手為主的軀干和上肢的轉(zhuǎn)動，以腳為主的軀干和下肢的轉(zhuǎn)動是身體形成了適當(dāng)?shù)那皵[姿勢。在網(wǎng)球中，基本上所有的動作都軀干k上下肢體扭轉(zhuǎn)的特征。擊觸地球時，從準備姿勢到后擺完成軀干扭轉(zhuǎn)120 o_ 。網(wǎng)球正手擊球中軀干的扭動角約為30。，這表明在完成后擺時，肩軸比髖軸扭轉(zhuǎn)的角度更大，這對拉長肌肉有一定的作用 。在擊球過程中肌有拉長一縮短周期的特性。肌肉在后擺階段進行了預(yù)拉伸并儲存了彈性勢能，后擺期肌肉的離心收縮后緊接著就是向前揮動階段的向心收縮，不管是后擺的完成時還是在前揮早期，記錄到的最大角度可代表預(yù)先拉長程度。

1.2 向前揮拍擊球

擊球時，器械的揮動速度和運動軌跡，決定了擊球類型、運動方向、旋轉(zhuǎn)及速度。軀干的轉(zhuǎn)動和下肢的伸展，使球拍向前運動。富吉薩瓦等研究顯示，軀干的有力轉(zhuǎn)動對擊打手臂的滯后運動極其重要，這樣在前擺早起了拉長肩部肌肉”。軀干連續(xù)向前轉(zhuǎn)動，在擊球時肩軸幾乎與底線平行，此時的肩軸領(lǐng)先于髖軸約10。雖然在擊打平擊球、上旋球、下旋球以及過肩高球時的向前速度不同，已經(jīng)證實，肩的速度對向前和向上擊球速度的作用約為15％_J 。在擊球過程中上臂向前運動是正手擊球的主要力學(xué)特征，它產(chǎn)生向前速度的20％-30％ ，向上速度的20％。

1.3協(xié)調(diào)鏈

網(wǎng)球的擊球過程中，大肌肉群的發(fā)力必須與小肌肉群的控制相互配合，所以不只是依靠手臂力量，還必須借助于全身的協(xié)調(diào)用力才能擊出理想的球。有效地利用身體的協(xié)調(diào)鏈，在克服慣性后達到的動態(tài)平衡中，充分利用反作用力、動量和彈性能，把握好擊球時機和節(jié)奏，從而打出一記高質(zhì)量的回球。

根據(jù)人體協(xié)調(diào)鏈的原理，從腿部、髖部、上體、頭肩四個環(huán)節(jié)對正手擊球過程中的觸球動作進行分析。

2.發(fā)球技術(shù)動作的生物力學(xué)分析

2.1對網(wǎng)球發(fā)球技術(shù)的研究

發(fā)球的整個過程分為握拍與站位、拋球、過渡、向后引拍、揮拍擊球、隨揮六個環(huán)節(jié)?，F(xiàn)對拋球，揮拍擊球進行精密的分析?，F(xiàn)在的技術(shù)研究主要是分析世界的優(yōu)秀發(fā)球手一些國際頂級發(fā)球高手他們發(fā)球技術(shù)的優(yōu)點，加以練習(xí)，從而來提高發(fā)球的技術(shù)和發(fā)球的速度。主要區(qū)別在向后揮拍和過渡這兩個環(huán)節(jié)。向后揮拍有兩種：一種是有下向后上引(如費德勒、納達爾等等優(yōu)秀選手)，另一種是由前向上向后引，(如羅迪克、海寧等等)嘲；這兩種向后引拍的方式，都是人們效仿的技術(shù)，至于那種有利于提高發(fā)球的速度，并不太清楚；過渡的方式也有兩種：一種是上部并腿，這是大部分選手采用的一種過渡方式(如羅迪克)，其優(yōu)點是利用重心的快速前移有利于增大發(fā)球的力量，其缺點是容易破壞人體的平衡，影響發(fā)球的準確性，上步時前腳向內(nèi)轉(zhuǎn)動，另一種是不上步(如費德勒)，即后腳不移動，其優(yōu)點是有利于保持人體的平衡，有助于發(fā)球的準確性，其缺點是力量稍差。

2.2拋球路線

拋球后，球向上飛行的線路是否垂直，將會影響到球員在擊球時的穩(wěn)定性，如果球被拋出后在水平方向上有較大的速度，那么在對球進行空間上的判斷上就會增加難度，在網(wǎng)球的所有擊球過程中，對球位置判斷的準確都是十分重要的，而假設(shè)球如果飛出后只在垂直這一個方向上運行，那么運動員就只需要在一個方向上判斷擊球的位置。其實在現(xiàn)實的拋球過程在中，都不可能達到絕對的垂直，我們盡量減少拋出的球在飛行線路上與垂直方向的夾角。

2.3超越器械階段

超越器械動作是投擲動作技術(shù)的重要組成部分，同樣也是發(fā)球的重要組成部分，超越器械是在動作最后的用力開始前，身體(尤其是下肢)以更快的速度向前運動，造成髖部橫軸運動速度超越肩部橫軸運動速度，使器械落在身體后面，使身體處于扭緊狀態(tài)，形成下肢在前，上體在后的傾斜姿勢。超越器械動作能充分把器械遠遠地留在身體后面，使器械的工作距離大大增加。由于身體的傾斜使器械和身體的重量壓在彎曲的右腿上，這也為最后蹬伸增加了距離@。

3.結(jié)論

通過對網(wǎng)球正手擊球及發(fā)球技術(shù)動作綜述，得出以下結(jié)論：

3.1正手擊球

3.1.1根據(jù)人體協(xié)調(diào)鏈原理，充分而有效地利用身體的每一部分，避免不必要部位的使用，掌握好各部分的發(fā)力時機，將對擊球動作提供更大的力量同時減少受傷機會。

3.1.2網(wǎng)球正手擊球過程中的觸球環(huán)節(jié)，必須充分利用人體的協(xié)調(diào)鏈，即腿、髖、上體、頭肩四部分協(xié)調(diào)有序的用力，克服慣性，保持平衡，利用反作用力，大肌肉群收縮存儲彈性勢能，小肌肉群精確控制，使全身的力量順暢地傳遞到球拍上，線動量和角動量完美結(jié)合，在恰當(dāng)?shù)膿羟螯c擊出一記好球。

3.2發(fā)球

3.2.1提高腰腹部肌肉的訓(xùn)練，尤其是原地轉(zhuǎn)肩的爆發(fā)性用力與腹肌的訓(xùn)練，提高發(fā)球時候身體的扭轉(zhuǎn)性發(fā)力；

3.2.2在訓(xùn)練中，加強腿部向上的蹬伸力量的訓(xùn)練，提高發(fā)球過程中下肢動作技術(shù)的學(xué)習(xí)，使下肢在蹬地發(fā)力時更加符合鞭打動作技術(shù)，為上肢揮拍擊球提供。（作者單位：云南師范大學(xué)）

參考文獻：

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［4］ 潘晟．怎樣打網(wǎng)球［M］．蘇州：蘇州大學(xué)出版社，1996．

［5］ 劉祖烈． 網(wǎng)球運動中動態(tài)球的力學(xué)分析，網(wǎng)球天地，1997，5

篇8

關(guān)鍵詞 攀巖 生物力學(xué) 側(cè)拉動作 技術(shù)分析

本文運用文獻資料法對動作技術(shù)的分析加以概括，特別是關(guān)于運動生物力學(xué)的研究分析。很多研究中都運用到了運動生理學(xué)的相關(guān)指標(biāo)，如肌電測量分析法，當(dāng)然生物力學(xué)的實驗研究少不了，如平面定點攝影測量法。這些方法均是為了找出優(yōu)秀動作的運動學(xué)參數(shù)指標(biāo)，尋求該動作過程的運動學(xué)特點，揭示運動員完成合理動作的規(guī)律和技術(shù)動作要領(lǐng)，并制定針對性的科學(xué)訓(xùn)練方法，促進運動員快速掌握動作技術(shù)，進而提高攀巖運動的競技水平。

1側(cè)拉的分類

側(cè)拉動作 1：開始動作時運動員身體正對巖壁身體重心離巖壁遠而不利于完成動作。

側(cè)拉動作 2：開始動作時運動員身體側(cè)對巖壁，但支撐腿（左）和巖壁之間的角度太大。

側(cè)拉動作 3：開始時運動員身體側(cè)對巖壁，支撐腿的外測盡量貼近巖壁。

2平面定點測量的結(jié)果分析

2.1攀巖時人體重心的特點

人體重心是人體各環(huán)節(jié)所受重力合力的作用點，攀巖時只有手和足附著在巖壁上人體其它部分均在巖壁之外，由巖壁與人體的位置關(guān)系可知，攀巖時人體重心在巖壁之外，重力不僅對人體產(chǎn)生向下的作用力，同時還產(chǎn)生使人體向外傾倒的力矩，因此重力是破壞人體平衡的主要作用力，人體重心的位置對攀巖時人體的平衡非常重要。

2.2保持平衡所需力量

人體重心的位置對攀巖時人體的平衡非常重要。動作1和動作2在做起始動作時重心在兩支點連線的左方但中間動作時在兩支點連線的右方，在這個過程中為了保持身體的平衡手臂做了很多的功也就是手的拉力用了很大的勁，而動作 3 的起始動作時重心在兩支點連線的右方，所以在完成動作時很省力，動作是科學(xué)的。

3三種側(cè)拉動作的力學(xué)分析

側(cè)拉動作1和側(cè)拉動作2在起始動作時重心在兩支點連線的右側(cè)，但中間動作時在兩支點連線的左側(cè)，在這個過程中為了保持身體的平衡，克服重力給人體帶來的轉(zhuǎn)動效果，手臂的拉力起了主要的作用，用了很大的力量。而動作3的起始動作時重心在兩支點連線的右方，人體重心主要是垂直方向的運動，所以在完成動作時比較省力。同時側(cè)拉3的動作特點是身體側(cè)對巖壁，身體對側(cè)手腳接觸巖壁，另一只腿伸直用來調(diào)節(jié)身體平衡。人體重心更靠近巖壁，傾倒力矩小。另外支撐腿在由屈到伸的過程中人體重心只是向上移動，不會被頂離巖壁，傾倒力矩不會增加，隨人體重心提高側(cè)對巖壁可以使右臂仍然可以向下拉，抵抗傾倒的力矩不會減小，平衡維持比較容易，同時可以利用全身的高度去抓握上方支點。

4采用側(cè)拉技術(shù)動作合理性（側(cè)拉動作3）的力學(xué)分析

側(cè)拉動作3的特點是身體側(cè)對巖壁，身體對側(cè)手腳接觸巖壁，另一只腿伸直用來調(diào)節(jié)身體平衡。力學(xué)合理性表現(xiàn)為兩個方面，一是由于側(cè)對巖壁，人體重心更靠近巖壁，傾倒力矩小。另外支撐腿在由屈到伸的過程中人體重心只是向上移動，不會被頂離巖壁，傾倒力矩不會增加，隨人體重心提高側(cè)對巖壁可以使右臂仍然可以向下拉，抵抗傾倒的力矩不會減小，平衡維持比較容易，同時可以利用全身的高度去抓握上方支點。

另外，側(cè)拉時人體重心點一直在左手和右足攀登附著點的連線附近，由于力臂很小，這樣在人體上升用右手觸摸下一點時人體重力幾乎不產(chǎn)生繞縱軸的使人體翻轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動力矩，這樣右手就可以比較自如的去觸摸和把握下一點，左腿也可以進行較大幅度的活動。

5不同類型側(cè)拉技術(shù)肌電測試結(jié)果的分析

在三種側(cè)拉動作的對比中側(cè)拉動作3的膝關(guān)節(jié)角度開始變化時肱二頭肌還沒開始發(fā)力，股外側(cè)肌是促使身體向上移動的主要發(fā)力肌肉。

另外，在三種側(cè)拉動作的對比中側(cè)拉動作3的發(fā)力順序間隔明顯股外側(cè)肌――腓腸肌――背闊肌――肱二頭肌，說明在側(cè)拉動作3的過程中股外側(cè)肌是最先參與發(fā)力的而且發(fā)力而且持續(xù)時間長，貢獻的力量最大，是主要用力肌肉，相反肱二頭肌的參與時間晚，持續(xù)時間短，貢獻的力量最小。不同側(cè)拉動作各肌肉發(fā)力大小比較可以看出側(cè)拉動作3的肱二頭肌積分肌電值最小，股外側(cè)肌積分肌電值最大。

在難度攀巖中如何合理的應(yīng)用技術(shù)動作調(diào)整身體平衡，節(jié)約上肢力量直接決定運動員的比賽成績，從以上對比看出側(cè)拉動作3是這三種動作中最合理的動作，同時也提醒我們在日常訓(xùn)練中不要單單注重上肢力量的訓(xùn)練，下肢力量的訓(xùn)練也是很有必要的。

參考文獻

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[4] 李江A，葛耀軍，劉揚.優(yōu)秀攀巖運動員肘關(guān)節(jié)屈伸肌的力學(xué)特征[J].體育學(xué)刊， 2014.21（1）：133-137.

篇9

【關(guān)鍵詞】跆拳道；后踢技術(shù)；腰部損傷

一、前 言

隨著跆拳道比賽激烈程度的提高，以及跆拳道規(guī)則規(guī)定后踢技術(shù)作為旋轉(zhuǎn)踢技術(shù)的一種，擊腹分值擴大到兩分，擊頭得分擴大到4分，后踢技術(shù)的應(yīng)用比例越來越高。但是由于后踢技術(shù)較難掌握，在比賽中時機難以把握而且后踢技術(shù)本身準確性較差，從而不可避免的發(fā)生運動損傷。通過問卷調(diào)查和專家訪談法對后踢技術(shù)動作進行研究，分析后踢錯誤動作導(dǎo)致運動員腰部損傷的原因，以降低因后踢錯誤動作帶來的腰部損傷對運動員日常訓(xùn)練和生活造成的不良影響，提高后踢技術(shù)在跆拳道實戰(zhàn)和比賽中的使用頻率和得分頻率。為跆拳道后踢技術(shù)的教學(xué)、訓(xùn)練和比賽提供科學(xué)的依據(jù)，為跆拳道訓(xùn)練中出現(xiàn)的腰部損傷的預(yù)防、治療及康復(fù)提供理論依據(jù)。

二、研究對象與方法

（一）研究對象

后踢錯誤動作以及其造成的腰部損傷為研究對象。

（二）研究方法

文獻資料法、問卷調(diào)查法、視頻分析法、專家訪談法

三、結(jié)果與討論

（一）后踢錯誤動作導(dǎo)致的腰部損傷的癥狀

據(jù)調(diào)查后踢導(dǎo)致腰部損傷的錯誤動作中，上體過度旋轉(zhuǎn)和身體轉(zhuǎn)動幅度過大或過小最容易導(dǎo)致腰肌急性拉傷。此外，在弓腰或腰部突然發(fā)力過猛、不當(dāng)、外力過大或準備活動不充分等都會導(dǎo)致腰肌急性拉傷。

據(jù)統(tǒng)計，大部分腰肌勞損同學(xué)是由于急性腰肌拉傷后沒有進行及時的治療，或損傷尚未痊愈而繼續(xù)進行大強度長時間的跆拳道訓(xùn)練，造成腰部肌群二次或多次損傷，最終導(dǎo)致腰肌勞損。除上訴情況外，即使是正確的后踢動作在長時間大強度的訓(xùn)練后腰部肌肉處于疲勞的情況下，若疲勞長期持續(xù)不能得到很好的恢復(fù)也會造成腰肌勞損腰肌勞損。由于后踢錯誤動作使腰部勞累，扭傷等都會導(dǎo)致腰部肌肉僵硬處于緊張狀態(tài)，形成勞損。出現(xiàn)這樣的病癥時，生活中避免久坐和勞累。傷者主要癥狀是感覺腰背疼痛，時輕時重，或晨起，天氣變化時加重，稍活動后可減輕，勞累后容易復(fù)發(fā)。

（二）后踢正確動作的生物力學(xué)分析及肌電實驗結(jié)果分析

跆拳道后踢技術(shù)生物力學(xué)分析：王超在《跆拳道后踢技術(shù)的生物力學(xué)分析》一文中闡述了后踢技術(shù)一般由準備姿勢、轉(zhuǎn)頭及身體與踢擊腿的折疊蓄勢、伸髖及伸膝的擊打、擊打后迅速還原四個技術(shù)環(huán)節(jié)組成。后踢力的傳遞順序是：腰―髖―膝―腳，而發(fā)力點在腰上。為了提高后踢的效率，就必須使后踢保持直線的軌跡，有兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一是當(dāng)上體轉(zhuǎn)到背對目標(biāo)時就要及時“制動”，使轉(zhuǎn)動的能量向后踢方向傳遞，這時踢擊腿的同側(cè)肩需要留住并微向下壓以維持整個動作的平衡；二是踢擊腳要貼著支撐腿內(nèi)側(cè)向后踢向目標(biāo)。運用生物力學(xué)的知識對這四個組成部分進行分析不難看出，伸髖伸膝的踢擊是后踢技術(shù)的關(guān)鍵，而這個環(huán)節(jié)中腰部作為身體的中間環(huán)節(jié)而且是首先發(fā)力的部位，可見腰部的運動在后踢動作中非常的重要，正因為重要、使用次數(shù)多動作復(fù)雜難以掌握更容易照成腰部的運動損傷。要使后踢的力量、速度都充分發(fā)揮出來，就必須遵循大關(guān)節(jié)首先產(chǎn)生活動的原理。由于大關(guān)節(jié)首先活動的原理，腰部最先發(fā)力并且轉(zhuǎn)動幅度較大，但是由于腰部的特殊構(gòu)造及生理活動范圍有限，難免會造成運動損傷。

（三）后踢正確動作和錯誤動作的對比分析

1.在轉(zhuǎn)頭及身體折疊蓄勢環(huán)節(jié)

（1）正確后踢動作：身體的發(fā)力順序遵循腰部大關(guān)節(jié)首先發(fā)力的原理，而頭的轉(zhuǎn)動反射性的加速身體的轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生較大的慣性，另外轉(zhuǎn)頭后上體及時“制動”。

（2）錯誤的后踢動作：a、在此階段忘記轉(zhuǎn)頭，這樣因為頭的轉(zhuǎn)動而加速旋的身體轉(zhuǎn)動就消失了，為了是身體的轉(zhuǎn)動剛好背對踢擊目標(biāo)，運動員必須加大腰部用力，這樣會導(dǎo)致腰部肌肉做工增多疲勞增加。b、腰部加大發(fā)力時，踢擊腿的同側(cè)肩沒有下壓“留住”上體，導(dǎo)致傷上體轉(zhuǎn)幅過大超過腰部的生理活動范圍和肌肉的承受范圍，容易導(dǎo)致腰部損傷。

2.伸腰伸膝的擊打環(huán)節(jié)

（1）這個技術(shù)環(huán)節(jié)中要不轉(zhuǎn)動速度增大，踢擊時強調(diào)大小腿折疊并緊貼支撐腿轉(zhuǎn)動。還要注意上下肢的配合不但要保持身體平衡同時踢擊腿的同側(cè)肩還要下壓同時形成與去干的扭轉(zhuǎn)，借以提高踢擊腿的力量和速度。在此環(huán)節(jié)中筋膜擴張肌、半腱半膜肌、豎脊肌等肌有重要的意義并極大的參與了動作的完成過程。

（2）錯誤的后踢動作，在此環(huán)節(jié)中最容易出現(xiàn)塌腰、未低頭壓肩，使身體呈兩頭上翹的釤，造成踢擊力量分散，并且對腰椎軟骨造成積壓是腰部的肌肉群出現(xiàn)反向牽拉，極易造成腰部損傷。此外，這些肌肉在后踢技術(shù)中大量運用會導(dǎo)致肌肉疲勞，在肌肉疲勞的情況下腰部的過多扭轉(zhuǎn)或其他錯誤動作都會導(dǎo)致腰部損傷。

（四）后踢錯誤動作導(dǎo)致腰肌勞損的原因

后踢動作為了提高后踢效率保持直線起腿，當(dāng)上體轉(zhuǎn)到背對目標(biāo)是及時制動，是轉(zhuǎn)動的能量向后踢方向傳遞，這是踢擊腿的同側(cè)肩需要“留住”微向下壓以維持整個動作的平衡。但后踢技術(shù)的錯誤動作上體上揚等沒有壓肩制動，肩部的上揚帶動腰部旋轉(zhuǎn)，這樣就會使腰部的生理平衡失去控制最終導(dǎo)致腰部損傷。由于后踢動作遵循大關(guān)節(jié)首先活動的原理，腰部最先發(fā)力并且轉(zhuǎn)動幅度較大，但是由于腰部的特殊構(gòu)造及生理活動范圍有限，難免會造成運動損傷。

四、小 結(jié)

后踢導(dǎo)致腰部損傷的錯誤動作中，上體過度旋轉(zhuǎn)和身體轉(zhuǎn)動幅度過大或過小最容易導(dǎo)致腰肌急性拉傷。大部分腰肌勞損同學(xué)是由于急性腰肌拉傷后沒有進行及時的治療，或損傷尚未痊愈而繼續(xù)進行大強度長時間的跆拳道訓(xùn)練，造成腰部肌群二次或多次損傷，最終導(dǎo)致腰肌勞損。人體腰椎活動范圍能夠支持人體做各種運動動作。如果超過腰椎生理活動范圍，則會導(dǎo)致腰椎的損傷，尤其在運動訓(xùn)練中，教練員和運動員應(yīng)注意掌握這一特點。

參考文獻：

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篇10

1. 內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)，內(nèi)蒙古呼和浩特 010110；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院脊柱外科，內(nèi)蒙古呼和浩特 010059

[摘要] 三維有限元分析法是研究脊柱生物力學(xué)的重要手段之一。隨著三維有限元分析軟件技術(shù)的日趨成熟和對脊柱生物力學(xué)的認識不斷加深，為相關(guān)學(xué)者對治療脊柱相關(guān)疾病過程中的應(yīng)力分析影響研究提供了有利條件，并日益受到醫(yī)學(xué)界的重視。本文從有限元法概念及原理、構(gòu)建脊柱有限元模型的作用、有限元在脊柱畸形研究中的應(yīng)用及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景等方面綜述了近年來的一些研究進展。

[關(guān)鍵詞] 有限元法；生物力學(xué)；脊柱

[中圖分類號] R682.3 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673-7210（2014）03（a）-0166-03

Finite element analysis of progress in application of ankylosing spondylitis kyphosis deformity

ZHU Lei1 HUO Hongjun2

1.Inner Mongolia Medical University， Inner Mongolia Autonomous Region， Hohhot 010110， China； 2.Department of Spinal Surgery， the Second Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University， Inner Mongolia Autonomous Region， Huhhot 010059， China

[Abstract] The three-dimensional finite element method is one of the most important methods in the study of spine biomechanics. With the maturing application of the three-dimensional finite element analysis software and further studies on spine biomechanics， it is creating favorable conditions for scholars on stress analysis influence research in spine-related disease treatment， and it is increasingly regarded in medical field. This article shows the concept and principle of finite element method， function of construction of spinal finite element model， application of finite element method in spine deformity， potential medical applications and so on.

[Key words] Finite element method； Biomechanics； Spine

強直性脊柱炎后凸畸形是強直性脊柱炎并發(fā)脊柱畸形的晚期的常見表現(xiàn)，其在生活中主要表現(xiàn)在是使患者難以保持人體的重心，兩眼看地，難以向前平視，給站立和行走造成了很大功能障礙，使患者的生活質(zhì)量嚴重下降，而治療這類患者的有效手段就是截骨矯形術(shù)[1]。有限元法的基本方法是把獨立的集合體離散化，簡單的說，就是把一個由無限個單元組成的連續(xù)體進行劃分，使其成為有限的具有力學(xué)特性的簡單單元，用簡化后的已知單元來近似原有的連續(xù)體，然后進行解析。其過程有三個基本階段：有限元模型的建立（即前處理）、有限元解算、結(jié)果處理和評定（即后處理）[2]。通過有這種方法能夠進行數(shù)字重建并在該基礎(chǔ)上進行手術(shù)過程的模擬，使術(shù)者對整個手術(shù)過程有更加全面的了解，對術(shù)可能出現(xiàn)的問題及應(yīng)注意的事項作全面的分析，對手術(shù)的方案具有指導(dǎo)意義[3]。

1 有限元法概念及原理

建立一個等價的模型使其替換原有的真實結(jié)構(gòu)，此模型是由無數(shù)個分散的單元（即有限元素）組成的連續(xù)體，且其中這些單元易用數(shù)學(xué)語言表達，按照一定規(guī)律保證其連續(xù)性，將它們還原成可以用線性代數(shù)描述的真實的連續(xù)結(jié)構(gòu)，通過運算可以解析出所需物理量的方法即有限元法，又稱為有限元素法（finite element method，F(xiàn)EM）。將單獨的彈性體進行離散化，使其成為由有限個單元所構(gòu)成的連續(xù)體，而連續(xù)合體內(nèi)的各個單元只能夠在有限個節(jié)點上進行交接，其中全部的節(jié)點僅具有有限個自由度，在此條件下進行解析成為可能，這就是有限元分析的方法。將微分方程的持續(xù)形式轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)方程組，是其在數(shù)學(xué)意義上的表達。而有限元法亦是憑借位移法的思考方式，以能量轉(zhuǎn)換的原理為基礎(chǔ)，利用矩陣代數(shù)形式進行表達的一種數(shù)值方法。有限元法對處理各種紛亂的邊界條件和繁瑣的幾何形狀非常有效，且可以有效的解決各類雜亂的材料及其屬性。而如果利用計算機軟件來模擬人體體內(nèi)的一些情況，可以通過控制一些實驗室的條件，例如有限單元、自由度等來完成。這種方法在骨科生物力學(xué)中開始逐漸應(yīng)用起源于20世紀70年代，而直到20世紀90年代，隨著電腦技術(shù)的不斷發(fā)展升級，計算機圖像處理技術(shù)和電腦軟件的聯(lián)系逐漸加深，從而才出現(xiàn)的數(shù)字醫(yī)學(xué)有限元分析（DM-FEM）技術(shù)?，F(xiàn)在有限元分析早已成為探索骨科生物力學(xué)秘密的常用方法了[4-5]?，F(xiàn)行有限元分析的軟件種類十分繁多，且基本上都是國際通用的，他們在汽車制造、模具的研發(fā)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的有十分廣泛的應(yīng)用。ANSYS、MARCABAQUS、ABAQUS等各個有限元軟件利弊，但它們的運算方法大多類似，基本一致。如今有限元分析早已成為獨立的研究骨科生物力學(xué)的手段，且早已不是最初以觀察和驗證某些實驗的結(jié)果為目的而應(yīng)用的了。

2 有限元模型在骨科應(yīng)用中的優(yōu)劣分析

2.1 有限元模型的優(yōu)勢

首先通過有限元模型可以模擬許多實體的變化，例如強直性脊柱炎后凸畸形矯形術(shù)前與術(shù)后的對比，脊柱截骨術(shù)前后脊柱形狀的改變等；其次是在生物力學(xué)方面的研究，例如椎骨與椎間盤之間的生物力學(xué)變化，對它們內(nèi)在的張力和應(yīng)力進行有限元分析，對于尋找出骨適應(yīng)性變化的原因有重大幫助，并且這對進行實體模型的負載應(yīng)力實驗研究亦有重要意義，而在其他實驗中無法做到這些；然后通過有限元模型可以對脊柱器械元件長短、厚度的設(shè)計、材料的選用進行分析，在新的脊柱器械仍在研發(fā)階段時對其進行評估；再次有限元模型能對損傷及退變、結(jié)核等多種病變進行模擬；最后該模型可以模擬肌肉對脊柱力學(xué)的影響。所以這種方法在進行脊柱運動學(xué)、脊柱動力學(xué)和脊椎及椎間盤內(nèi)部的生物力學(xué)變化等各種研究方面擁有很大優(yōu)勢。

2.2 有限元模型的局限性主要存在兩個方面

第一方面，該模型的建立過分依賴標(biāo)本的實驗研究：首先，要建立有限元模型，需要與實驗?zāi)Ｐ瓦M行對比，而實驗?zāi)Ｐ屯菑囊呀?jīng)做過的或者文獻中搜尋到的較為合適的，將兩者的結(jié)果進行對比，它們的吻合度高表示該模型的有效性好，這是驗證有限元模型的有效性的方法。但是建立的數(shù)學(xué)模型能夠很好的表達實驗結(jié)果，可當(dāng)其單獨的進行預(yù)測的時候，其作用有限；其次，有限元模型建立的完全取決于模型的構(gòu)成，能否取得合理的數(shù)據(jù)，直接影響著模型建立的結(jié)果。而有限元模型的本身并不能直接得到數(shù)據(jù)，它取得數(shù)據(jù)的最主要渠道就是從實體標(biāo)本模型中獲得，例如各種骨和軟組織的材料的特征數(shù)據(jù)，然而這些數(shù)據(jù)并不是完全正確的，這其中包含了許多原有的錯誤，且這些數(shù)據(jù)并不是都適用于數(shù)學(xué)模型，更重要的有些數(shù)據(jù)甚至根本無法取得，這是有限元模型不能夠理想建立的重要原因。第二方面，有限元模型存在太多的簡化和假設(shè)：首先，與實體的標(biāo)本和活體的實驗進行比較，數(shù)字模型的建立是由對其進行實驗的人員進行自由地對其進行各種假想，選用不同的材料及屬性，對實驗進行相對理想的簡化，更重要的是對各種繁雜成分的材料的生物力學(xué)特性作理想化的簡化假設(shè)，這樣能夠使得模型的有效性更為重要也更加難以實現(xiàn)。其次，椎體的完整形態(tài)與其相鄰的椎體的位置關(guān)系對預(yù)測脊柱椎體間的生物力學(xué)關(guān)系有很重大的意義，但這些數(shù)據(jù)都是在CT斷層片中獲取的，或是從實體標(biāo)本中取得的相近值。要建立脊柱有限元模型中脊椎的幾何形態(tài)，首先應(yīng)將其進行簡化，以相對簡單的構(gòu)件來進行相對真實的幾何形狀模擬，用這樣的方式建立的幾何形態(tài)并不準確。

3 有限元法在脊柱畸形研究中的應(yīng)用

有限元模型的離散化是指將一個由無限個單元所組成的集合體劃分成有限個的有力學(xué)特性的已知的簡單單元，這是其基本原理，這也是一種全新的生物力學(xué)測試方法。利用此方法的有限元模型能夠與先前的實體進行替換，按照先前實體的材料及其應(yīng)該的加載的力學(xué)狀態(tài)，按照其所需要的類型進行挑選，在各個單元之間通過節(jié)點進行相連，使力在節(jié)點之間傳遞。而用單元節(jié)點量通過選定的函數(shù)關(guān)系插值可以求得單元內(nèi)部的待求量[6]。

為了對脊柱側(cè)凸、后凸畸形矯形手術(shù)中，椎體在術(shù)前與術(shù)后中的的改變進行比較，應(yīng)用數(shù)字成像技術(shù)，在脊柱畸形矯形手術(shù)中，定量分析矯形定位的椎體并對其旋轉(zhuǎn)和形矯形進行量化對比，Dumas等[7]運用此方法來評估脊柱側(cè)凸、后凸畸形的程度及觀察手術(shù)效果，所以掌握脊柱相關(guān)病變的病理性變化對于確診和制定手術(shù)方案具有重要的意義。

晚期強直性脊柱炎后凸畸形必須進行脊柱截骨矯形手術(shù)，這是治療這類疾病的有效手段。生物力學(xué)（Biomechanics）是一種將力學(xué)原理應(yīng)用在生物體生命活動規(guī)律的一門學(xué)科，它把各個單一的學(xué)科整合在一起，使其相互疊加、共同作用形成了一門的新的將力學(xué)應(yīng)用于生物學(xué)的新學(xué)科[8-10]。由于不同類型柔韌性評估方法根據(jù)其力學(xué)原理的異同，在各類脊柱側(cè)凸中，采用相同的力學(xué)加載，所得到的結(jié)果必然不同。這為在不同力學(xué)加載產(chǎn)生的脊柱側(cè)凸的形狀進行的柔韌性評估方法的問題探索給出了重要的根據(jù)[11]。利用生物力學(xué)的有限元方法，可以針對具體病例、具體矯形器械和矯形策略進行模擬，預(yù)測術(shù)后矯形結(jié)果，分析術(shù)中參數(shù)選擇對結(jié)果的影響權(quán)重，進而指導(dǎo)手術(shù)規(guī)劃。Lafage等[12]為了對CD系統(tǒng)的矯形策略進行探討，建立了以具體病例為依據(jù)的梁單元模型，這不僅僅讓人們對胸腰椎側(cè)凸矯形的上下端椎位置改變對術(shù)后矯形結(jié)果的原因有了深入的了解，更重要的是其引入了側(cè)凸脊柱的剛度變化這一重要概念。Rolmann等[13]在ABAQUS軟件中建立了簡化的胸腰椎側(cè)凸有限元模型，以加載方式為變量，初步討論了前路VDS系統(tǒng)的矯形策略。為了對支具、器械與生長調(diào)制等進行實驗研究，是Aubin等[14]利用從CT斷層片中取得的數(shù)據(jù)，建立起了人體胸腔和脊柱的數(shù)字模型，與實體標(biāo)本中取得的數(shù)據(jù)進行比較，有較高的吻合度，從而建立起了相對完整的數(shù)字模型，并以該模型為基礎(chǔ)模擬出相應(yīng)的各種用具。而通過器械治療胸腰椎側(cè)凸過程，是Poulin等[15]用ADAMS軟件模擬出的。模擬手術(shù)的重要目的之一是分析脊椎的安全性，Lafage等[12]依照真實的病例重建了數(shù)字模型，希望能表達出椎間軟組織的彈性變形，為此還引入側(cè)凸脊柱的剛度變化，但卻將脊柱的骨性結(jié)構(gòu)作為剛體來相近處理，所以根本不可能取得與脊柱生物力學(xué)相符的力學(xué)變化，這明顯不能夠?qū)崿F(xiàn)。Rohlmann等[16]利用數(shù)字模型比較了前、后路內(nèi)固定器械的穩(wěn)定性差別，并建立了頗具代表性的腰椎模型。這些工作都還處于初級階段，但是已經(jīng)展示了有限元方法在手術(shù)規(guī)劃領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。

4 三維有限元的應(yīng)用前景

利用生物力學(xué)的有限元方法，可以針對具體病例、具體矯形器械和矯形策略進行模擬，預(yù)測術(shù)后矯形結(jié)果，分析術(shù)中參數(shù)選擇對結(jié)果的影響權(quán)重，進而指導(dǎo)手術(shù)規(guī)劃。有限元分析的結(jié)果取決于不同因素對其產(chǎn)生的影響，其中包括模型的建立，不同模型間形狀和材料屬性的異同，還有對其負荷加載的差異等等，但這種分析研究的方法對在脊柱生物力學(xué)方向上有著極其廣泛而又深入的探索。

Rohlmann等[17]在ABAQUS軟件中建立了簡化的胸腰椎側(cè)凸有限元模型，以加載方式為變量，初步討論了前路VDS系統(tǒng)的矯形策略。脊柱力學(xué)特性研究的較為常用的方法是有限元法，從基本原理的角度看，其能夠應(yīng)用于任何的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可在脊柱的力學(xué)特性方面，還有許多尚無法解釋的難點，例如頸椎有限元模型的建立，就仍需要繼續(xù)去驗證。所以要用數(shù)字模型來模擬近乎真實的人體，還有很長的路要走。近年來由于計算機科技水平的持續(xù)提高，且對探索脊柱組織力學(xué)特性的需要逐漸深入，數(shù)字模型的建立將可以逐漸真實的對脊柱在各種狀態(tài)下的生物力學(xué)變化進行模擬，這對臨床病例上遇到的常見難題會有更加透徹的了解，從而可以給醫(yī)生在生物力學(xué)方面提供更好的參考。有限元方法是脊柱生物力學(xué)研究的有效方法，由于電子科技水平的持續(xù)性提高，且在生物力學(xué)領(lǐng)域的的探索的逐漸深入，這不僅使有限元軟件的技術(shù)水平得到了提高，還將對脊柱生物力學(xué)的探索引向更深入的層次。

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