生物力學分析方法范文

導語：如何才能寫好一篇生物力學分析方法，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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一、高中物理難學的主觀原因

1.思想放松

剛進入高中的學生思想易松懈,而高中物理的難度遠非初中物理能比,需要三年的艱苦努力,加上高考的內容源于課本而高于課本,具有很強的選拔性,如果高一基礎太差,指望高三突擊,其缺漏的很多知識是非常難完成的,實踐表明多數同學會落空。

2.忽視基礎

一些天賦甚高的同學,常輕視基本知識、基本技能和基本方法的學習與訓練,經常是知道怎么做而不去認真演算書寫,只對難題感興趣以顯示自己的“水平”,好高騖遠,重“量”輕“質”,陷入題海,到正規作業或考試中不是演算出錯就是中途“卡殼”,解題只追求答案的正確性,書寫不規范,考試時丟分也很嚴重,久而久之就失去了對物理學習的興趣。

3.被動學習

一些同學進入高中后,還是有很強的依賴心理,習慣跟隨老師運轉,沒有掌握學習主動權。比如坐等上課,課前沒有預習,對老師要上課的內容不了解,上課忙于記筆記,沒聽到“門道”,沒有真正理解所學內容。由于各科信息量都較大,如果不能主動有效地復習,前學后忘的現象比較嚴重。

4.學不得法

部分同學上課沒能專心聽課抓不住重點難點,不能體會物理思想方法,對要點沒聽到或聽不全,筆記記了一大本,問題也有一大堆,課后又不能及時鞏固、總結、尋找知識間的聯系,只是趕做作業,亂套題型,對概念、法則、公式、定理一知半解,機械模仿,死記硬背。培養良好的學習習慣,體會 “死記硬背”與“活學活用”的區別,掌握好的學習方法。

三、轉化學困生的方法

1.培養自主學習的習慣

教學是教師的教和學生的學共同的雙邊活動,教師的教只有通過學生積極、主動的學,才能發揮作用。教師必須認同學生有自主學習的愿望,并且初步具備自主學習的條件。教師的任務是創設一種有利于學生學習潛能發揮的情境,使學生的學習潛能得以充分發揮。因而在教學中不可面面俱到,應盡量縮短講課時間,教材中凡是學生能看懂的內容一律不講,留給學生更多時間,讓他們充分思考,不懂的問題在課堂上大膽提出來,師生共同分析、相互交流,引導學生主動參與、樂于探究,使其真正成為學習的主人。

2.培養思維能力

(1)培養學生的抽象概括能力。物理教學中多舉實例、多使用教具,讓學困生大膽地把生活實際抽象概括為物理語言,要求學困生多讀教材、教師多輔導,使他們正確把握概念的內涵、關鍵詞、句,以便在解題中能準確無誤,舉一反三的應用。

(2)加強思維品質強度、廣度的訓練。為了克服不足,提高抽象思維的強度和敏捷性,教學中可有意識地進行如下訓練:①進行限時達標訓練。對于作業或課外練習不能沒有時間約束,要求學生做作業時一定要給自己一個時間界限,譬如一節課中要完成、二十分鐘完成等等;對于稍難的、比較優秀的試題要求集中力量進行練習。②重視發散思維的訓練。發散思維是創造性思維的一種形式,它沿著不同的方向去思考,有利于克服學困生思維呆板、思路多年來狹窄的缺點。 “一題多問”、“一題多思”、 “一題多解”是訓練發散思維的好辦法。

3.循序漸進

很多學生反映高中物理一學就會,一用就錯,一放就忘,這說明學生對所學知識了解不深刻,掌握不全面。因此,在教學過程中不能操之過急,對所學的知識不能要求學生一次到位,而應根據學生實際情況,適當放慢速度,使學生對概念的理解和掌握隨著認識能力的提高螺旋式上升。

如在《牛頓第二定律》一章的教學中,為使學生較好掌握定律中加速度和力的關系及各物理量的物理意義,應先將有關概念作為預備知識總結歸納,如力的概念、合力與分力的概念、加速度概念及牛頓第一定律等,以掃除定律學習中的障礙,再進行定律的實驗和理論討論。在安排學生練習時要注意題型和難度的控制,先練習水平面上的問題,再逐漸深人到斜面問題;先分析物體受一個力的問題,再逐漸深入到物體受兩個、三個力的問題;先研究單個物體問題,再逐漸深人分析連接體問題。

4.化解分化點

高中物理知識易分化的地方多,這些地方一般都有方法新、難度大、靈活性強等特點。對易分化的知識,應當采取多次反復,加強輔導,開辟專題講座,指導閱讀參考書等方法,將出現的錯誤提出來讓學生議一議,充分展示他們的思維過程,通過變式練習,提高他們的鑒賞能力,以達到靈活掌握知識、運用知識的目的。

總之,我們要充分認識高中學生在物理學習上的特點和現實困難,尊重學生的基本實際,多想辦法,研究規律和遵循規律,才能更好地幫助學生跨越物理難學的這道坎。

參考文獻:

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關鍵詞: 中國美國物理學習方法差異原因

近年來,很多學者發現中美兩國教育中有一個奇怪的現象:中國學生在物理學習中基礎知識扎實,理論修養水平高,學習成績較好,可一到科學研究的實踐領域,就明顯落后于美國學生。本文探討了產生這種現象的原因。

1.物理學習方法的差異

中美兩國學生學習物理主要使用的方法分別是透徹法和滲透法,兩種方法各有千秋。透徹法是中國傳統教育中的一種學習方法,指學生在學習的過程中,詳盡、深入、透徹地理解所學的物理知識;而滲透法是一種體會式、漸進式的學習方法,它循序漸進地改造學生的知識結構。

在我國傳統的物理教學中,學生習慣用透徹法進行學習,他們奉行“知之為知之,不知為不知”的理念,基礎知識扎實,卻無法容忍一知半解的狀態,因而知識面較窄,在學習中亦步亦趨,缺乏創新思維;在美國的課堂教學中,教師善于使用滲透法培養學生,學生通常有較強的獨立思考能力與創新意識,易于掌握多學科的知識,能在混亂的思維中孕育出真理,在從學習階段轉入研究階段時,可以很快地進入狀態,但他們的理論基礎比較薄弱。楊振寧曾說:“中國傳統的學習方法是一種‘透徹法’。懂得透徹很重要,但是若對不能理解的東西,就抗拒,這不好。‘滲透法’學習的好處,一是可以吸收更多的知識,二是對整個的動態,有所掌握,不是在小縫里,一點一點地學習。”[1]我們可以看到,透徹法有利于學生牢固掌握物理基礎知識,但也使學生進入了一個誤區。在遇到問題時,他們總是一開始便埋頭苦干,按部就班地作詳盡的分析和定量計算,只是著眼于問題的一點,而不能夠從全局和整體上加以考慮。隨著物理知識難度的不斷加大,學生透徹學習的難度也越來越大。滲透法要求物理教師在教學活動中要充分認識到學生才是學習的主體,要改變物理課堂中“填鴨式”的教學方式,通過精心設計教學活動,在學習中適度地滲透難度大一點的物理知識,適度地滲透跨學科的知識,這樣能使學生在掌握知識、獲得技能的同時開闊視野。用透徹法學習,學生會具有比較深厚扎實的物理專業知識,而滲透法的運用,學生會了解物理學的最新發展動態,熟悉它與其它相關學科的聯系,具備堅實的科學知識基礎。

2.學習方法差異產生的原因

2.1學習環境對學習方式的影響

學習環境狹義是指與學習內容相關的環境,廣義還包括與學習環境有關的環境和與學生認知動機相關的內部環境。物理學習過程可歸結為在一定環境下的激活或鏈接已有相關經驗的過程,可見環境對于學生物理學習方式的影響。中美兩國不同的文化環境中孕育出不同的教育理念,美國教育制度倡導自由式的學習方法,“學生常常在亂七八糟之中把知識學了進去,……許多很優秀的學生,其知識體系中的漏洞是非常之多的,而且正確和謬誤常常糾纏在一起”。[2]學生雖然在學習的時候對所學的內容往往還不太清楚,但是就在這種不太清楚的過程中,已經學到了很多東西。在中國,物理學習常被理解為對前人取得的知識成果的吸收,真知必須通過大徹大悟的境界才能獲得,強調學習純科學,學生缺少對物理知識的真實感知,這樣,就造成了他們比較單一的的知識結構。

2.2教學方式對學習方法的影響

2.2.1封閉和開放的學習方式

在我國,物理教師的教學是封閉的,而美國物理教師的教學卻是開放的。首先,在美國物理教學中,教師通常以學生為中心,注重激發學生學習物理的興趣,課堂氣氛相對比較活躍。而我國的物理教師卻以自我為中心,更擅長傳授式的教學模式,教師在課堂上不斷地講,學生安靜地聽,課堂氣氛比較沉悶。其次,美國的物理教師具有一定的獨立性,教學方法可以不必效仿其他教師。而我國物理教師通常嚴格按照教科書授課,年輕教師在老教師的指導下進行教學,只會向學生傳授書本知識,卻不會帶領學生進行實踐操作;只會對學生進行說教和灌輸,卻不善于通過分析學生的心理,進而提高學生的學習效率。最后,美國物理教師在物理概念、定理、定律的得出常用歸納法,鼓勵學生多觀察、勤思考,在發現中學習。而我國物理教師常采用演繹法進行教學,首先有步驟地闡述概念和理論,然后再舉例說明,其間更注重正確與詳細。[3]這樣,不同的教學方式就產生了不同的學習方法。

2.2.2通過實驗讓學生進行知識的學習

在美國的物理教學中,教師更注重實驗的作用。他們認為,實驗教學和直接講述比較,的確要花費很多的時間和精力,而且得出的結論也不如直接講述的簡潔而明確,但物理學是一門實驗科學,學生從物理實驗中所獲得的感性認識、探索能力和動手技巧等,不是直接講述所能夠給予的。實驗能增加物理教學的趣味性,培養學生學習物理的興趣,使得他們樂于學習物理知識。這種以實驗為基礎,有意識地培養學生從具體到抽象,從直接經驗到概括,滲透的過程使學生的動手能力、創造性得到了很大的提高。[4]而在我國的物理教學中,教師更注重理論的學習、解題技能的提高,忽視演示實驗和學生的動手操作,以理論課和實驗課的“一體化”統領整個課堂教學。

2.3課堂教學評價對學習方法的影響[5]

我國的物理課堂教學評價是一種單向型的評價,重對學生的總結性評價,輕形成性評價,評價中傾向于對學生的甄別和判斷;評價方式以他評為主,缺少人性化,課堂評價的激勵、調控功能難以發揮。而美國的物理課堂教學評價框架由多種要素構成,并且采用多種方式測評學生對重要概念和基本規律的掌握情況,運用“建構―反應”模式來測評學生的解釋、分析、應用和表達科學信息的能力,采用表現性評價方法,測評學生觀察、實驗、評估等從事科學探究活動的能力。與我國相比,美國的物理課堂教學評價中,更加關注多維的評價目標,注重學生的科學探究能力、情感態度與科學價值觀的培養情況,評價能拉近評價者與學習者、學習者與學習內容的距離,更容易激發學生廣泛地吸收物理知識。

21世紀的文盲不再是目不識丁的人,而是不懂得學習方法的人。物理學作為一門充滿活力的基礎學科,它需要大批具有開拓和創新、懷疑和批判精神,并懂得如何學習的人。因此,我國物理教學必須貫徹執行新課程標準,吸取先進的教學思想,培養學生的自主學習能力。

參考文獻:

[1][2]程民治,戴風華.培養創新人才之方――諾貝爾獎得主的科學教育觀[J].物理通報.2008,(06).

[3]丁邦平.中美科學教育比較[J].中國教育學刊.2000,(02).

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一、運動生物力學的定義：

運動生物力學的定義（國內）是運動生物力學是一門新興學科，現在比較通用的定義是“運動生物力學是研究體育運動中人體機械運動規律的科學”。國外對這門學科的定義也大相徑庭究，有些國家把運動生物力學認為是人體內部運動器系運動和外部人體整體運動的力學特性，盡管運動生物力學在國內外還沒有形成統一的定義，但是運動生物力學的作用和研究意義已被各個國家所重視。

二、在技術教學中的重要地位

在體育運動中任何一項身體練習都由一定的動作及動作體系構成，而完成每個動作及整套動作都存在著最合理的運動技術。合理的運動技術以運動生物力學理論為依據，并富含運動生物力學原理。而運動生物力學又以其分析科學性，結構合理性為體育技術教學提供理論和方法上的指導，它可以通過對形形體育動作差別原因的分析，探討出獲得良好技術的各種力學條件，從而使學生更完善地認識、學習和掌握合理的運動技術動作。

三、對技術教學的積極影響

在技術教學中，及時而有針對性地向學生傳授運動生物力學原理，往往能引起學生對學習和掌握運動技術的興趣，并使復雜的技術簡單化，從而有利于學生及時糾正自己的錯誤動作，并防止由于錯誤動作而帶來的運動損傷。

（一）提高學習運動技術的興趣

隨著新科技、新技術的不斷地推動著體育科學技術的發展，新的運動技術取代舊的運動技術，或高級運動技術取代低級運動技術，已成為當今社會的總體趨勢。新的運動技術比舊的運動技術更科學、更合理、更實效，并且更符合人體特點。因此，新技術總能吸引更多的人去研究和學習。在體育技術教學中，如何引起學生對新技術的興趣是學習的第一動力。比如，我們所說的站立式起跑和蹲踞式起跑，相對以往而言站立式起跑比蹲踞式起跑要舒適，運動員一般都采用站立式起跑。隨著科學的發展，運動生物力學這門學科逐漸進入了人們的視角，從生物力學的角度來剖析站立式起跑和蹲踞式起跑的區別，蹲踞式起跑更有利于起跑，對于短距離的起跑和起跑后的加速跑這兩個階段從實效性和經濟性這兩個角度而言作用最大，同時也為短距離途中跑和沖刺跑奠定了一定的能源物質基礎，當今在全國乃至世界在短距離運動項目中全部必須采用蹲踞式起跑。如此，學生就會對蹲踞式起跑產生濃厚的興趣，大有躍躍欲試的欲望，從而在技術教學中就會主動、積極地參與并思考、體會技術細節，進而縮短掌握技術動作的時數，有利于提高技術教學效果。

（二）使復雜的技術問題簡單化

相對于以往的體育教學中，當體育教師對某一項較為復雜的技術過程講解時，學生常會因為技術動作太復雜而影響學習，但如果教師能用適當的力學知識加以分析和運動生物力學的研究方法往往能使學生“頓悟”，從而激發學生的學習積極性。如：足球的香蕉球是一項較復雜的技術動作，且香蕉球形成的力學原因也極為復雜，但根據球在空中的運行軌跡的力學現象，我們只要在踢球過程中，保證擊球點的用力通過球心，且不在一條直線上，就為香蕉球的產生創造了條件。因此我們可以運用運動生物力學中常用的研究方法去解決這個問題，利用高速攝影、電視、錄像和數據的分析，把學生、運動員的運動技術進行攝影、錄像、高速攝影，然后回放給學生，學生可以從動作回放和慢放中知道動作的運動軌跡，和香蕉球擊球點的位置。因此，對復雜的技術動作稍加力學分析，和采用先進的設備便可使復雜問題簡單化，便于學生理解并提高教學效果。

（三）減少損傷以利掌握合理技術

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關鍵詞：地方病；生物力學；腰椎壓力

中圖分類號：TP39；R682.3；R135文獻標識號：A文章編號：2095-2163（2015）04-

0引言

氟中毒[1]是一種地方性疾病，輕度的體現為兒童氟斑牙，重度的體現為成人氟骨癥。氟斑牙的調查對象一般為8～12歲兒童，診斷時醫生通常需彎腰低頭進行。由于一次性調查人數較多（碘缺乏病中檢查甲狀腺的情況與之類似），所以盡管勞動強度不大，但醫生腰酸背痛在所難免，還可能引發慢性腰痛等脊椎病[2-4]。為此，若把領獎臺特征的階梯式站臺（“領獎臺”）應用到兒童氟斑牙診斷中，讓待診兒童按個頭大小分組站于“領獎臺”接受診斷，則有利于減輕醫生腰部疲勞。醫生腰椎壓力等數據通過法國達索公司的虛擬樣機軟件CATIA工效學模塊[5]進行“檢測”。

1構建CATIA模型

1.1人體生物力學

生物學中，人體處于站姿或坐姿時，身體由脊椎、髖骨、腿和腳支撐，主要靠腰椎和髖骨支撐上身體重。其中人體脊椎由7節頸椎、12節胸椎和5節腰椎構成，平時靠肌肉維持其“S”形，腰椎粗大且硬，幾乎承受著人體上身的全部重量，并實現前曲后仰、側曲、扭轉等運動，第三、第四腰椎為整個脊椎骨中受力最大的部位。腰椎的不良力學行為（如長時間壓縮等）[3]將加重腰椎負擔，產生疲勞，甚至引發腰椎間盤損傷等脊椎病[4]。CATIA軟件的工效學設計與分析模塊，應用L4～L5[6]非線性三維有限元模型，能夠對腰椎壓力等生物力學參數進行描述。

1.2人體模型

CATIAV5R20中有美、加、法、日、韓、德、中（臺）共7個國家的人體模型。兒童氟斑牙的現場調查中，站姿是醫生診斷病情的主要姿勢。本例采用中國人模型，男性醫生身高1.75m，待診兒童身高取樣1.35m、1.50m和1.65m，如圖1所示。

（a）1.35m（b）1.50m（c）1.65m

2生物力學分析及改善措施

2.1生物力學分析（BSAA）

BSAA指生物力學單一動作評價，針對給定姿態下人體的腰椎、關節等處受力（或力矩）等進行測量。以圖1（a）為例，通過“[開始][工效學設計與分析][HumanActivityAnalysis][分析][BiomechanicSingleActionAnalysis…]”即得分析結果，見圖2。其中L4-L5腰椎壓力由身體負荷壓力、軸扭曲力和彎曲力三部分組成。

可見，1.75m身高醫生診斷1.35m、1.50m和1.65m（1.80m僅為分析對照而設）身高兒童氟斑牙時醫生L4-L5腰椎壓力分別為2369N、2069N、1679N（醫生正常站姿時1165N）。隨著接受診斷兒童的身高增大，醫生工作時的L4-L5腰椎壓力驟減（彎曲力“貢獻”最大）。

2.2改善措施

設想兒童在接受診斷時分組站于“領獎臺”（見圖4），其嘴巴部位跟醫生眼睛高度基本平齊（相當于醫生自然站姿），則醫生L4-L5壓力分別比原來減少50.8%、43.7%和30.6%，如圖3所示。

“領獎臺”作為兒童接受診斷的地點，可使醫生能以正常站姿工作。該“領獎臺”可如下設計：

（1）尺寸。三個臺面的長度、寬度均分別為0.6m、0.30m，高度依次為0.30m、0.45m、0.15m；

（2）材質及使用方法。可采用三個小木匣拼接，便于攜帶（可盛裝工作用品）。

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關鍵詞：俯背運動 腰部損傷 力學分析

前言

腰痛一直是困擾人類最常見的疾病，尤其在體育運動中，腰椎損傷嚴重地威脅著運動員的身體健康和運動成績。據統計，在運動員中有60%―70%存在不同程度的腰椎疾患。因此腰部疾病的防治成為備受關注的話題。多年來，國內外學者對腰椎的生物力學性質進行了大量的研究，但由于腰椎生理結構的復雜性及研究手段的局限性，很多問題有待進一步的探索，特別是對運動員腰部損傷的防治成了亟待解決的問題。

脊柱是人體的支柱，腰骶部又是軀干連接下肢的橋梁，承受的載荷在整個脊柱中位居首位，同時其活動范圍也相對最大，正因如此，腰椎發生損傷的機率就較大。近20年來，研究人員用現代化的力學實驗方法及理論分析計算，終于在腰椎損傷產生機理方面得到了較大的進展。實驗表明：腰椎損傷大多是由于腰部脊椎骨、腰椎間盤、肌肉、韌帶的生物力學平衡關系被破壞而引起的。造成平衡關系破壞的原因很多，如長期積累導致脊椎的退行性變化，外力過于強大，活動范圍超過腰椎的最大生理范圍以及不當等由此引發一系列病變。要解決腰椎損傷的問題，應該先從腰部的生物力學性質的分析入手。

一、腰背部基本生物力學分析

1.腰背部肌肉韌帶的基本生物力學分析

腰背部肌肉分布均勻，通過收縮產生抗拒力維持腰椎的穩定。在運動狀態下，隨著強度和幅度的加大，致使腰部與腰部相關的肌肉、韌帶產生退變或損傷，從而使腰部承受慣性載荷在總體上相對減少。通過對每塊肌肉的研究證實，活的人體肌肉收縮或舒張時都做功，在相同條件下肌肉收縮所做的功比舒張時所做的功要大。因此，脊柱伸直時所做的向心舒張功要大于屈曲時所做的離心收縮功。

腰部棘突的方位平直向后，棘上韌帶深部纖維聯結相應的棘突，淺部纖維越過棘突3―4節，能控制棘突的前屈。棘間韌帶在腰部發育最強，對腰椎運動的影響也較大。因此，棘上韌帶和棘間韌帶兩種結構對于維持腰椎穩定起到了十分重要的作用，不僅控制腰椎的不同類型活動，同時也承受一定的牽拉、扭轉載荷。實驗證明在腰部4、5脊椎功能單位上，棘上、棘間韌帶提供12%―16%的張力強度、10%的扭轉強度。在屈曲狀態下，棘上、棘間韌帶對脊柱起穩定作用。還有研究證實，兩種韌帶結構在生理活動期間不僅存儲肌肉能量，同時也對脊柱關節起穩定和保護作用。

通過解剖學的研究我們了解到：在相鄰腰椎板之間存在黃韌帶，黃韌帶的構成中彈性纖維約占60%―70%，韌帶產生的預張力對腰椎間盤形成預應力，有助于保護腰椎及脊柱的穩定性，同時還能防止韌帶本身在腰椎后伸時發生彎折。人在20歲之前黃韌帶的預張力約為18N，而70歲的老年人黃韌帶的預張力僅為5N左右。由此看來，20歲前黃韌帶具有較高的彈性機制，腰部柔韌性較好，能承受大活動范圍的腰部動作，伴隨著年齡的增長，黃韌帶的彈性機制逐漸下降，腰部的劇烈運動就容易使腰部產生韌帶拉傷。黃韌帶的生理范圍為5%―50%，超過50%以后，剛性就迅速增加，在被拉長至70%時即會發生損傷。

2.腰椎的基本生物力學分析

腰椎位于人體的中部，是脊柱運動的樞紐，其中椎間盤最厚，占椎體高度的1/2。腰椎活動幅度大，當彎腰即腰椎屈曲時，椎間盤前窄后寬，使腰椎的生理彎曲由前凸變平或稍微后凸。腰椎伸時，則使腰椎生理彎曲度加大，腰椎的屈伸是以第一骶椎為支點的多關節活動。上體前屈時，纖維環前部膨出，而后部伸直。上體后伸時，后纖維環松弛后凸，后凸的纖維環使椎管前后徑縮小，導致神經根或馬尾神經受壓。另外，腰骶椎間盤不論脊柱呈何種屈伸角度，其載荷形式幾乎均為壓縮應力，且應力大小與體重、脊柱前屈的角度有關。由于椎間盤在兩相鄰脊椎骨之間，前后部均受韌帶保護，尤其前部纖維較厚，并受腹腔內壓力的支持，當壓縮應力足夠大或做長時間靜力性動作時，會導致韌帶和纖維疲勞。此時，髓核向后突出比向前突出的可能性大得多，當壓縮應力非常大時，就會直接損傷椎骨。

二、俯背運動對腰部損傷的影響

多年來，無論在運動訓練或體育教學以及大眾健身運動中，俯背運動被大多數人所接受，在運動員的訓練過程中運用更為廣泛。多數研究人員只考慮到它可以增加腰背部及大腿后部肌肉和韌帶的柔韌性，但很少有人研究它是否對人體有不利的影響。畢竟每件事物的存在都是有利也有弊的，所以俯背運動的負面影響也是不容忽視的。

我們完成某個動作，都是靠關節、韌帶及肌肉的拮抗作用來完成的。脊柱的運動也是靠腰椎關節、關節間韌帶以及脊旁肌肉群發動的。如上體屈曲時，先從腹直肌及腰大肌開始，然后以上體重量為負荷使屈曲進一步發展，此時豎脊肌起控制作用，但彎曲程度繼續加大至完全屈曲后，豎脊肌失去功效，僅靠脊后方韌帶維持以防止關節內部受傷。從屈曲位到伸直位時，豎脊肌逐漸拉脊柱伸直，到越過中軸至繼續伸直時腹肌又起控制作用。

對于腰部損傷來說，腰椎的位置結構及其運動形式對損傷都存在極大的影響。腰椎的病變是極其常見的，也可能導致多種疾病的發生。這與腰椎的活動范圍有著密切的關系。下表是綜合他人及自己研究所得的結果，主要表現了腰椎的生理活動范圍。

由表格中可以看出，腰椎各關節段的屈伸活動范圍由上到下逐漸增大，而側彎范圍除腰骶關節偏小外其余部分大致相等，軸向旋轉則以腰骶關節為最大，但仍明顯小于屈伸和側彎的幅度。這主要與關節面的方向相關。雖然單個腰椎關節活動范圍不大，但是五個關節疊加起來，其活動的范圍卻很大，而且能夠支持人體的各種腰骶及動作。但腰椎活動的范圍也有一定的局限，如果運動時腰椎活動范圍超過了極限程度，則會導致腰椎的損傷。

通過表中數據表明，腰椎前屈的生理范圍應不超過50度。大多數人都有可能在運動中使腰椎屈曲范圍接近甚至超過正常生理范圍，偶爾的運動雖不能造成損傷，但長期積累就會導致疲勞，從而對腰椎引起損傷。因為肌肉韌帶都是粘彈性組織，在其經常被拉長時，尤其是過度拉長時就會產生肌肉松弛，此時腰部的肌肉和韌帶起了穩定和保護脊椎的作用，而大量的做俯背運動、過長時間的積累，腰部肌肉就會疲勞，韌帶也會產生松弛，使其穩定和保護的作用減弱。因此，脊柱是更容易因大幅度運動而超出其生理活動范圍造成損傷。實驗證明，俯背運動對腰椎存在一定的損傷，多做則會積累導致腰部慢性損傷，損傷的主要病變是椎骨變形以及腰椎間盤脫出、突出等而壓迫神經造成不良后果。

三、結論和建議

本文主要闡述了長期俯背運動對腰椎及腰背部肌肉和韌帶彈性存在的不良影響。長期積累還會導致肌肉疲勞、韌帶松弛而影響脊柱的穩定性，從而使腰椎發生損傷。

隨著體育運動的發展，競技體育日趨激烈，運動訓練強調大運動量，腰椎負荷必然隨之加大，損傷問題就越發突出了。據此我從生物力學角度提出兩方面的措施：一是預防，要使教練員和運動員充分掌握腰椎及腰背部肌肉韌帶的生物力學知識，并用以指導實踐，減少導致損傷的危險動作的出現。如舉重項目中要盡量避免遠離身體的提鈴動作，體操運動中要縮短靜力性動作的持續時間。二是及時治療，運動生物力學研究成果可為臨床提供醫療依據，學習和掌握腰椎損傷的生物力學因素及機制將進一步推動腰椎疾病的治療。另外在日常生活中，也要盡量避免遠離身體的脊柱充分前屈的提物動作，從而減少由于肌肉韌帶及纖維疲勞引起的椎間盤髓核突出癥的發生，避免因過度疲勞而引起的腰部疾患。

參考文獻：

［1］ 尚桂紅.腰椎運動損傷的生物力學分析.山東師大學報，1995.

［2］ 岳壽偉.腰椎生物力學.中國療養學,1997.

［3］ 張智勇.腰椎損傷的生物力學原理分析.長春大學學報，1999.

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關鍵詞 墊球 生物力學 方向 力度

中圖分類號：G804.95 文獻標識碼：A

0引言

作為一種傳統運動，排球廣受人們喜愛。隨著比賽規則的不斷改進，競爭更為激烈，如時間越來越緊、節奏越來越快，對排球運動員提出了更高的要求。墊球是排球的一個基礎動作。但實際中，由于用力不同，在以手臂迎擊時，極易出現下網或墊飛的情況，進而影響到己方成績。為此，有必要對墊球中所運用的生物力學原理加以分析，并合理使用，以提高墊球的成功率。

1墊球基本姿勢的生物力學分析

1.1如何墊大力量球

墊球的準備動作包括準備姿勢、擊球手型、手臂角度等。根據物理學中力學原理可知，當一個物體對另一個物體施力時，施加的力叫作用力；而另一物體在承受作用力時，會向施力物體也施加一定的力，叫做反作用力。在墊球時，排球對手臂施加的力即為作用力，手臂迎擊排球時產生的力為反作用力。當對方擊打的速度過快、力量太大時，如果只是以力打力、正面迎擊，兩股力量作用在一起，容易將球墊飛。所以，面對大力量球時，應進行緩沖，卸掉一部分力。為此展開試驗，從某班級抽取10人，首先進行大力量球的迎擊墊球，每人墊球100次，結果成功墊給二傳超過40個球的只有3個同學；墊飛出場的比例較高，下網次之，直接墊入對方場地的最少；然后進行卸力墊球，同樣是上面10位同學，每人墊100個球，由于做了卸力處理，墊給二傳的成功率大大提升，最高者達到75個，墊飛和下網的幾率則大大降低。

試驗表明，在迎擊大力量球時，若能進行卸力處理，墊球的成功率顯然有所提高。分析其中原因，作用力等于反作用力，但經卸力處理后的反作用力等于作用力減去緩沖力。可見，在排球運動中，墊球是有技巧的，抓住內在的力學規律，進行恰當處理，可有效提高墊球技術。訓練或比賽中所謂的“球感”，便可理解為是運動員自身下意識的利用力學原理控制球的力量和方向，將球墊到最理想的位置，為進攻奠定良好的基礎，即掌握了墊球的生物力學原理。

對其生物力學原理進行分析，作用力與反作用力相等，當球的力量太大時，反彈力一樣很大。所以，面對大力量球，盡量不要直接迎擊，應含胸收腹，當手臂接觸球后，隨著球向后撤，同時保持肌肉在放松狀態，緩沖來球的巨大力量。手型應做適當調整，用手臂或手腕控制好墊球的方向。如果擊球點接近身體且位置偏高，可用前臂墊球；而離身體較遠且位置偏低時，需改作屈肘翹腕的姿勢，用手腕上部進行墊球。此過程中的“含胸收腹”、“后撤”等都是緩沖、卸力的動作，主要是為了緩解沖力，有效地控制墊球方向和力度，做好防守。

1.2如何墊中等力量球

當來球速度相對較慢、力量稍微減弱時，墊球方法和墊大力量球有一定的區別。準備姿勢依舊保持深蹲，其余如手型、擊球點等基本相似，但用手臂應及時，要保持放松、速度要慢，借助球自身的反彈力，墊擊球的后下部，同時，蹬地、跟腰、提肩壓腕、抬臂等動作應一氣呵成。從此分析中可知，墊大力量球時的一些卸力動作已沒有使用的必要，而是改成了“蹬地”、“跟腰”、“提肩壓腕”等擊球的動作。這是因為中等力量的球速度相對要緩、力量也小些，作用到手臂上后無需再卸力緩沖，反而在力量較弱時還應施加部分力，才能保證球順利傳出去。此時，墊球的力量等于球的反作用力加上上臂對球施加的力，如蹬地等動作都是勢力動作。這樣充分證明了墊擊球應根據球的力量性質決定。力量稍大，給球的力量則應相對減小；而來球的力量相對較小時，應適當增加對球施加的力。

1.3如何墊擊輕球

墊擊輕球時，與上述兩種情況又有所不同。當來球到達腹前約一臂距離時，運動員應將雙臂加緊前身，插入球下，同時配合蹬地、跟腰、提肩、頂肘、壓腕、抬臂等全身協調動作迎擊來球，身體重心隨著擊球動作向前上方移動。這些動作也都屬于用力的動作，因為輕球的力量較小，若只憑其自身的反彈力，顯然很難墊到理想位置，這就要求主動擊球，在其反彈力的基礎上，施加一定的作用力，將球順利墊出。

2墊球方向的生物力學分析

排球是綜合多種因素的一項運動，且訓練或比賽中存在很多不確定因素，所以在對手發來球時，應快速移動過去，并對身邊狀況有個明確判斷，掌握好應對體側來球的墊球技術。從力學角度來看，當有力作用到某物體上，角度不同，反彈力的方向會有所改變。所以要運用體側墊球技術，若是左墊球，則以左腳前腳掌內側蹬地，左腳向左跨一步，同時重心移至左腳，兩膝彎曲、雙臂伸出，右肩稍微傾斜，左臂略高于右臂。然后轉體、收腹，同時提肩抬臂擊球。若是右墊球，則與以上動作方向相反。為保證球能夠順利傳至理想位置，在提肩抬臂擊球時，手臂內側應對準二傳隊員，此時，球的反作用會朝其固定方向飛去。在改變方向的同時，當然也要根據球力量的大小，采取相應的動作。

3結束語

墊球是排球運動中的基礎動作，必須熟悉掌握，才能做好其它的復雜動作。墊球的力量和方向較為重要，墊球中即蘊含著精妙的生物力學原理，面對不同力量的球，應以不同的姿勢和力度去迎擊，進而提高墊球的成功率。

參考文獻

[1] 葛傳志，葛傳剛.生物力學原理在排球墊球技術中應用的研究[J].文學與藝術，2011，24（6）.

篇7

關鍵詞：生物力學；骨質疏松；腰椎；模型；體層攝影術

脊柱的生物力學試驗可以通過體內和體外試驗兩種方式進行。近年來有限元分析法作為一種骨科生物力學的研究方法越來越受到關注。有限元分析不僅能模擬脊柱的各種運動方式，還能模擬正常人、患者和手術后的脊柱外形，從而計算出相應的各個結構的受力和位移情況。腰椎的有限元模型可以為骨質疏松椎體彌補以上試驗的不足，為骨質疏松椎體的生物力學試驗提供良好的試驗模型。擬建立包含多個完整的功能脊柱單位（Functional spinal unite，FSU）骨質疏松腰椎的三維有限元模型，模型包括四個椎體和三個個椎間盤。模型將用于骨質疏松的椎體的治療評價的生物力學試驗。

1 資料與方法

1.1  一般資料：①志愿者1名：根據國人解剖學數值選取1個有代表性的健康成年男性志愿者，35歲，身高175 cm，體重73 kg；②General Electrics 64層螺旋CT機；③計算機工作站：Intel（R）Xeon（TM）CPU 3.00 G 雙核四節點（8 cpu），內存：16 G，硬盤：320 G；④醫學圖像處理軟件Mimics 10.0（Materialise's interactive medical image control system 10.0）：一款由比利時Materialise 公司開發的介于醫學與機械領域之間的一套逆向軟件，可以快捷的將CT或是MRI的斷層掃瞄的二維圖像轉化為機械領域中CAD/CAM軟件或完全的三維模型；⑤有限元分析軟件MSC.PATRAN 2005：MSC.PATRAN最早由美國宇航局（NASA）倡導開發的，是工業領域最著名的并行框架式有限元前后處理及分析系統，其開放式、多功能的體系結構可將工程設計、工程分析、結果評估、用戶化身和交互圖形界面集于一身，構成一個完整CAE集成環境；⑥有限元分析軟件ABAQUS：ABAQUS由美國公司開發，是世界知名的高級有限元分析軟件，其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到許多復雜的非線性問題。ABAQUS包括一個十分豐富的、可模擬任意實際形狀的單元庫。

1.2  方法與步驟：模型的建立：①螺旋CT掃描：采用General Electrics 64層螺旋CT對已經選定的對象進行螺旋掃描及斷層圖像處理。掃描時志愿者采取仰臥位靜止不動，盡量保持掃描斷面與身體長軸垂直。掃描參數如下：層厚0.699 mm，球管電流200 mA、電壓120 kV。②CT圖像處理及保存：在CT工作站中，通過調整圖灰度、增加對比度等，對圖像觀察細節進行處理，得到清晰的骨窗斷層圖像，并將其保存為DICOM格式，刻錄為光盤保存。③CT圖像處理及胸腰段三維圖像的重建：將DICOM格式的圖像數據導入三維重建軟件Mimics。在MIMICS中逐層分割提取已選取的CT圖像，去除骨骼周圍軟組織圖像，盡量把胸腰椎T11～T12～L1～L2段從背景中分割。得到處理后每一個斷層的CT圖像，然后重建出胸腰段的三維圖像。④胸腰段椎體三維實體模型的建立和光滑處理：把生成的三維圖像數據導入Magic rp軟件，利用Remesh模塊對模型進行光滑處理，生成光滑和幾何高度近似，具有較好面網格質量的模型以便導入Patran前處理軟件，構建有限元模型。⑤胸腰段三維模型的前處理：將優化的面網格文件導入MSC Patran前處理軟件，生成正常T11～T12～L1～L2段椎體的四面體單元。并在體單元的基礎上根據解剖結構的材料屬性不同，把椎體分割成皮質骨、松質骨、椎體后部3個部分，其中皮質骨厚度約為1～2 mm。⑥T11/T12、T12/L1、L1/L2椎間盤的建模過程：在已有的椎體四面體單元的基礎上生成椎間盤和終板模型，采用六面體單元劃分。椎間盤髓核被模擬為不可壓縮的體單元（Hybird）。髓核的體積約占椎間盤體積的35%～45%，靠近中后部1/3。椎間盤的上下表面由1.0 mm 厚的軟骨終板構成。⑦關節突關節、椎間盤纖維、韌帶的建模過程：選擇關節軟骨，并把關節軟骨層的表面接觸選用面-面接觸單元模擬（無摩擦的滑動表面接觸單元），關節囊使用三維Truss單元模擬。纖維環纖維由只承受拉應力的Truss單元構建，纖維在環狀體中呈剪刀狀方式走行，并與椎間盤平面成平均25°～40°的夾角。有限元模型包含的前縱韌帶、后縱韌帶、棘上韌帶、棘間韌帶、橫突間韌帶以及黃韌帶均采用只受拉力Truss單元模擬。⑧賦予各結構材料學參數：對整個胸腰段有限元模型單元材料相關屬性進行設定，構建與實際模型在材料參數和力學行為上相吻合的三維有限元模型，其中纖維、韌帶、關節囊為只受拉應力的線彈性材料。各部位的材料屬性見表1。

表1  正常胸腰段有限元模型的材料參數

結構彈性模量（MPa）泊松比截面積（mm2）皮質骨    12 0000.30

松質骨1000.2

關節軟骨100.4

L5-椎體后部3 5000.25

終板1 0000.4

椎間盤纖維環基質4.20.45

椎間盤髓核0.20.4999

纖維環纖維500非線性

前縱韌帶200.33 8.0后縱韌帶700.320.0黃韌帶500.360.0棘間韌帶280.335.5棘上韌帶280.335.5橫突間韌帶500.310.0關節囊1000.340.0骨水泥（PMMA）3 0000.41

骨質疏松的材料模型為在正常模型材料參數的基礎上，皮質骨、終板、后部結構模量減少33%，松質骨減少66%，同時考慮髓核脫水，彈性模量增加1倍，其他結構保持不變。見表2。

表2  骨質疏松胸腰段有限元模型的材料參數

結構彈性模量（MPa）泊松比截面積（mm2）皮質骨    8 0400.30

松質骨340.2

關節軟骨100.4

L5-椎體后部2 3450.25

終板6700.4

椎間盤纖維環基質4.20.45

椎間盤髓核0.40.4999

纖維環纖維500非線性

前縱韌帶200.338.0后縱韌帶700.320.0黃韌帶500.360.0棘間韌帶280.335.5棘上韌帶280.335.5橫突間韌帶500.310.0關節囊1000.340.0骨水泥（PMMA）3 0000.41

2 結果

正常脊柱胸腰段三維有限元模型已經建立起來。完整的脊柱胸腰段三維有限元模型包括共276 580個四面體單元，8 532個六面體單元，673個桿單元，總計共95 219個結點。見表3。

表3  正常胸腰椎有限元模型的單元劃分

結構單元類型數量節點

95 219椎體骨四面體單元276 580椎間盤、終板六面體單元8 532韌帶、關節囊、纖維三維桿單元673

建成后的三維有限元模型與實體組織具有良好的幾何相似性。

完全按照上述步驟我們利用有限元軟件Patran前處理功能，對不同組織的物理特性進行定義，皮質骨、終板、后部結構模量減少33%，松質骨減少66%，同時考慮髓核脫水，彈性模量增加1倍，其他結構保持不變。基本符合真實的生物力學要求，真實模擬了骨質疏松椎體的材料特性，成功建立了T11～L1的骨質疏松有限元模型。見圖1。

圖1  建立關節囊、纖維、韌帶的正常胸腰段脊柱有限元模型

3 討論

1974年，Belytschko首先將有限元分析法應用于脊柱力學研究，建立二維椎間盤模型，標志著有限元在骨科生物力學分析中應用的開端[1]。Liu等在1975年首次提出三維有限元模型，將其用于椎間盤生物力學研究并將理論結果與試驗結果進行了比較。由于有限元法在求解過程中條理清晰，步驟同一，通用性強，特別適合計算機仿真計算。隨著電腦軟硬件技術的發展，有限元法在骨結構生物力學及醫療研究中愈顯重要且前景廣闊。

有限元分析不僅能模擬脊柱的各種運動方式，還能模擬正常人、患者和手術后的脊柱外形，從而計算出相應的各個結構的受力和位移情況。脊柱某些結構的外在位移用普通試驗方法容易測得，但內在應力的改變則需要復雜的測試技術，利用有限元分析能夠精細地得到模型內部地受力變化。這比外在位移來說更具有深遠地意義。而計算機技術的進步及功能完善的專用軟件的問世，為確保有限元模型的精確性奠定了基礎。現今的研究成果使有限元模型不僅能逼真地模擬椎骨、椎間盤，還能將脊柱周圍的韌帶、肌肉直接或者間接地加入模型，使模型更加真實完善。正因為如此，近年來有限元分析法作為一種骨科生物力學的研究方法越來越受到關注。有限元模型最大的優勢在于可以反映集體內部的應力變化情況，這是其他試驗方法難以做到的。

3.1  骨質疏松腰椎三維有限元模型的建立：有限元建模有多種方法，由于人體結構的不規則性，同時CT、MRI機器普及，圖像建模的方法比較適合于臨床生物力學的研究，目前多數臨床相關的研究是通過此方法建模的[2-3]。

在本試驗中，我們采用General Electrics 64層螺旋CT對已經選定的對象進行薄層螺旋掃描及斷層圖像處理。得到清晰的胸腰段椎體骨窗斷層圖像，并將其保存為DICOM格式，再將DICOM格式的圖像數據導入三維重建軟件Mimics。這樣通過CT建立的胸腰段椎體有限元仿真模型與真實的胸腰段脊柱在幾何上就近似人體骨形態。并且我們建立的是四面體椎體模型，四面體相比六面體，對復雜幾何體的形狀擬和較好。脊柱六面體有限元模型和本課題建立的四面體椎體加六面體椎間盤的胸腰段有限元模型示意圖：見圖2～3。

圖2  脊柱六面體有限元模型

圖3  胸腰段六面體、四面體混合有限元模型

另外，由于韌帶從生理結構上，只承受拉力作用，不受壓力作用，因此，本試驗中采用只受拉力作用的線彈性材料模型，采用三維桿單元模擬，一定程度上符合韌帶的生理特性。由于CT無法建立椎間盤模型（因為在CT上椎間盤的灰度和周圍軟組織的灰度重疊無法取值）且椎間盤結構復雜，文章根據椎間盤的生理結構，通過CAD構建了簡化的椎間盤模型。椎間盤被固定在相鄰的椎體之間，分散來自椎體的壓力，通過與雙側軟骨終板結合的纖維環和髓核使椎體間具有一定的活動度。

3.1.1 三維胸腰椎體幾何模型的準確性：我們研究所建立的有限元模型是骨質疏松椎體壓縮性骨折好發的脊柱胸腰段，更符合臨床實際情況。模型的建立選擇健康成年人的胸腰段脊柱作為基礎，應用螺旋CT掃描獲得胸腰段脊柱的詳細輪廓數據，經Materialise Mimics逆向處理軟件，建立胸腰段脊柱的三維實體模型。本研究采用基于CT原始數據的先進逆向建模技術，解決了CAD傳統正向建模技術無法構建骨骼等復雜幾何體的問題，從而保證了幾何高度近似，為下一步的研究提供了良好的三維模型。

3.1.2 三維胸腰椎體網格模型的優點：在對胸腰椎體進行網格劃分時，考慮到椎體的幾何復雜性，對椎體采用自適應四面體網格劃分方法，并對在著重考察和形狀非常不規則的區域進行網格細化處理，保證了網格模型和幾何模型的高度近似性。因此，本研究的網格模型更加細化和逼真，保證了計算的準確性。同時對于椎間盤模型，采用六面體模型，保證了椎間盤纖維模型的合理構建。采用椎體骨四面體和椎間盤六面體的復合網格模型，即保證了網格模型的幾何逼真，又保證了胸腰椎各解剖部位的合理構建，為胸腰椎生物力學的研究提供了良好的網格模型。

3.1.3 胸腰椎模型材料屬性的可靠性：因為試驗條件的限制，本研究胸腰段脊柱有限元模型各部位的材料屬性及基本參數采用了國外學者在胸腰椎材料力學研究中的試驗結果，并已被不同研究學者引用進行胸腰脊柱的有限元模擬分析[4-6]。雖然因為研究的方法、試驗的條件以及力學標本來自不同地區人種的關系，不同研究學者的材料試驗造成材料屬性有所偏差，但是本研究采用同一學者的研究結果，對不同模型進行力學分析，從縱向上進行定性比較分析，是合理的。

3.2  胸腰椎模型建立的臨床意義：很多老年病如椎間盤退變，椎體的壓 縮性骨折等都與老年性的骨質疏松有關，而很多的骨質疏松椎體的病因和治療均與其生物力學有關，因此，分析不同的手術及創傷對骨質疏松的腰椎的影響是十分關鍵的。精確的生物力學試驗可以幫助選擇準確的植入物和手術方法，指導患者的術后康復和鍛煉[7-8]。目前，很多學者通過有限元模型來進行骨科研究，并取得了好的成果[9-12]。本試驗建立的有限元模型可以在計算機上隨意的對椎體產生變形，可以模擬椎體骨折的模型，分析骨折后的生物力學變化，同時可對目前治療骨質疏松骨折的新技術如椎體成型和后凸成型做比較，以及椎體疏松后內固定松動的問題，還可用于腰椎退變性滑脫，能夠很好的模擬腰椎的生物力學試驗。我們建立此模型想利用此模型觀察骨質疏松椎體骨折后椎體成形后的相鄰椎體骨折的問題，最近越來越多的報道認為這種骨折與椎體剛度和強度的增強有關。是否椎體成形術后的相鄰椎體的骨折是由椎體的生物力學的改變引起，目前尚無定論。以往試驗利用有限元的方法對椎體增強后的相鄰椎體的生物力學進行了報道，但得出的結論不一致。這些生物力學試驗均證明了椎體剛度的增強是目前相鄰椎體骨折的原因[13-14]，認為相鄰椎體的骨折與骨水泥增強椎體的彈性模量有關，但部分學者認為相鄰椎體的骨折和椎體的增強沒有關系[15]。我們將利用建立的有限元模型對目前比較關注的椎體成型手術后的相鄰椎體的骨折問題進行進一步的探討。通過更精確的模型來排除其他因素對增強椎體周圍椎體的影響。

3.3  試驗的局限性及展望：有限元模型材料參數的獲得是通過生物試驗得到的，但是到目前為止，退變組織的材料參數的獲得對于我們模擬退變的三維有限元模型來說仍是個難以解決的問題，不同研究學者對材料屬性的定義有所偏差。另外，雖然近年來建立的生物力學有限元模型越來越接近客觀實體，并且對生物力學機制有更深入的理解和預測。但有限元法是一種理論性的分析，只有在更好地結合臨床檢測與試驗觀察之后，才能最真實地反映脊柱的受力狀況，為疾病的發生、發展分析及疾病的治療提供準確的參考。

今后，我們還將做深入的研究。包括進一步完善有限元模型的設計，特別是退變椎間盤和髓核的有限元模擬，并考慮肌肉力的影響；探討KP治療中骨水泥最佳的注射容積量；骨水泥在治療椎中不同的分布對治療椎體及相鄰椎體的生物力學的影響；使用不同性質的骨水泥對脊柱的生物力學的影響；把有限元分析和生物試驗的方法良好的結合起來。

本研究建立的骨質疏松腰椎三維有限元模型接近真實的生物力學標本，是理想的研究骨質疏松腰椎生物力學的數字化模型，可應用于胸腰段骨質疏松后凸成形術相關的有限元生物力學研究。

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篇8

【關鍵詞】 生物力學； 股骨干骨折； 帶鎖髓內釘； 鎖釘方式

隨著我國交通網絡的日益發展完善和機動車數量的不斷增加，骨折的發病率呈上升趨勢，其中股骨干骨折就約占全身骨折的6%[1]，而髓內釘為治療四肢長骨骨折的首選[2]，特別是股骨與脛骨骨折[3]。但是關于遠端鎖釘的數目目前還有爭議，本試驗就遠端鎖釘的數目進行體外生物力學穩定性測試，其結果為臨床治療選擇治療方法提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料 9具青壯年全長防腐股骨標本（均來源于廣東醫學院解剖教研室），其中男6具，女3具，年齡21～35歲，體重48～69 kg，平均體重60.1 kg。剔除軟組織后攝X線片，以排除新鮮或陳舊骨折與骨病；再測量標本骨密度、髓腔平均直徑和大粗隆外下緣至外上髁的距離作為股骨全長（因扭轉夾具固定的平面為大粗隆尖和外髁上緣水平）。股骨普通帶鎖髓內釘18套，均為320 mm～360 mm×9 mm～12 mm，鎖釘直徑6 mm，長度30 ～65 mm﹙山東威高骨科材料有限公司生產﹚。

1.2 試驗儀器 CSS—44020電子萬能生物力學試驗機（長春市實驗機研究所），EDC—120數字控制器（德國DOLI公司），800—A X線光機（德國西門子公司），UBIS5000型超聲骨密度測量儀（法國DMS公司）。

1.3 方法 標本隨機分為A、B、C三組，每組6根，A組采用骨折遠近兩端各2枚鎖釘鎖定，B組采用骨折近端2枚鎖釘鎖定，最遠端1枚鎖釘鎖定，C組采用骨折近端2枚鎖釘鎖定，次遠端1枚鎖釘鎖定。將A、B、C三組股骨標本在小粗隆下15 cm處制造1.5 cm骨缺損的股骨干不穩定骨折模型，再進行帶鎖髓內釘固定。本試驗模擬人體正常單足站立狀態（外展15°），因髖關節上的載荷會使股骨產生壓縮、彎曲和扭轉3種力學狀態，根據實驗需要確定載荷類型為壓縮載荷和扭轉載荷。加載速度由實驗需要與儀器性能共同決定。軸向壓縮實驗：觀察在生理軸向壓縮載荷范圍與最大壓縮載荷下的股骨位移。扭轉實驗：觀察在生理扭矩范圍與最大扭矩下的扭轉角。

1.4 統計學處理 所有數據經SAS 8.2軟件包進行統計學分析，計量資料以（x±s）表示，組間比較采用單因素方差分析（ANOVA），兩兩比較采用SNK法，P

2 結果

2.1 A、B、C組三組在軸向壓縮實驗中最大載荷值兩兩比較，差異均無統計學意義（P>0.05）；軸向壓縮剛度A組較B、C組稍大，但兩兩比較，差異均無統計學意義（P>0.05）。見表1。

2.2 A、B、C組三組在扭轉實驗中最大扭矩兩兩比較，差異均無統計學意義（P>0.05）；水平扭轉剛度A組較B組大，差異無統計學意義（P>0.05）；C組較B組大，差異無統計學意義（P>0.05）；A組較C組大，差異亦無統計學意義（P>0.05）。見表2。

3 討論

目前，帶鎖髓內釘固定已成為股骨骨折的首選治療方法，與鋼板螺釘及外固定架等固定相比優勢明顯。首先，帶鎖髓內釘屬于中心固定，較其他固定更接近身體活動中心，受到的負荷更小，應力分布均勻，應力遮擋少，因而局部骨質疏松與再骨折少；其次，帶鎖髓內釘固定能確保股骨干的正常軸線，位于股骨干中部的峽部對髓內釘有把持作用；第三，股骨干骨折帶鎖髓內釘固定多采用閉合穿針技術，對骨折端血腫血運沒有破壞，對在骨折愈合早期起關鍵作用的細胞與體液因子沒有干擾，屬于生物學固定。

有研究表明，股骨骨折帶鎖髓內釘固定后，近端兩鎖釘間應變相對較小，遠端兩鎖釘間應變相對較大，遠端鎖釘較易發生疲勞性斷裂，特別是遠端靠近骨折線的鎖釘更易發生斷裂，近端鎖釘疲勞性斷裂較少[4—5]。遠端鎖釘放置1枚還是2枚，目前仍有爭論[2]。國外Hajet等通過臨床觀察與生物力學分析指出，在治療股骨干骨折時遠端只需放置1枚鎖釘便可牢固固定，不會造成主釘斷裂；對于穩定性骨折，有研究表明遠端用1枚或兩枚鎖釘在旋轉與軸向負荷失效方面無明顯差異，而臨床研究也表明遠端用1枚或2枚鎖釘鎖定在骨折愈合時間與并發癥方面沒有區別[6]。

由生物學固定原則可知，為了能盡量保護好骨折部位的血運，減少局部軟組織損傷，不干擾或盡量少干擾骨折部位的局部生物力學環境和生物學環境，在骨折端復位滿意及穩定性基本相同時，應盡可能選擇創傷少的鎖釘方式，這樣更有利于骨折愈合。從筆者的實驗可以看出，遠端雙釘交鎖鎖定（A組）與遠端單釘交鎖鎖定（B組與C組），最大軸向壓縮負荷與最大扭轉負荷均無顯著差異，遠端雙釘交鎖鎖定壓縮強度與遠端單釘交鎖鎖定壓縮強度無顯著差異，遠端雙釘交鎖鎖定扭轉強度與遠端單釘交鎖鎖定扭轉強度無顯著差異，此兩種鎖釘方式均可用于股骨中段不穩定性骨折。其中，最遠端單釘交鎖鎖釘（B組）抗壓縮能力尚可，抗扭轉能力稍差，根據工程力學原理，在構件斷面劇烈改變的附近區域，容易導致應力集中，成為力學上的薄弱點[7]，由此原理可知，在次遠端鎖釘孔未鎖定時，此處必定應力相對集中；又扭轉剛度與內固定物工作長度成反比，最遠端單釘交鎖鎖釘，此時髓內釘工作長度增加，相應的扭轉剛度降低，如使用這種鎖釘方式，術后進行傷肢旋轉功能鍛煉時需慎重，以免斷釘。而次遠端單釘交鎖鎖釘則與遠端雙釘交鎖鎖釘方式一樣可以安全有效的用于股骨中段不穩定性骨折，這與羅先正等[8]主張的在用遠端單釘交鎖時一定要鎖定靠近骨折端的鎖釘的做法是一致的。因臨床報道遠端鎖釘斷裂較多[9]，故術后應嚴格限制負重，待有大量骨痂形成后再逐漸增加負重。另外，本實驗中使用的鎖釘直徑均為6 mm，所以筆者認為，無論選用哪種鎖釘方式鎖定時，選擇相對直徑較大的鎖釘更安全有效。另外本實驗還發現，遠端單釘交鎖時內固定物屈服絕大多數表現為鎖釘彎曲，僅有1例表現為骨折端移位；遠端雙釘交鎖時內固定物屈服全部表現為髓內釘彎曲。

因此，通過對股骨干中段不穩定性骨折模型用帶鎖髓內釘固定時3種不同鎖釘方式生物力學性能進行實驗對比研究，得出以下結論：（1）帶鎖髓內釘固定股骨干中段不穩定性骨折時，遠端單釘交鎖鎖釘與遠端雙釘交鎖鎖釘軸向最大載荷及扭轉強度沒有明顯差異；（2）股骨干中段不穩定性骨折時行帶鎖髓內釘固定選擇鎖釘方式時，遠端單釘交鎖鎖釘與遠端雙釘交鎖鎖釘均可選用，二者均能穩定骨折端；（3）在選用遠端單釘交鎖鎖釘時，最好選擇次遠端鎖釘孔鎖釘方式，其抗扭轉剛度優于最遠端鎖釘孔鎖釘方式，發生疲勞性斷釘的可能性小；（4）股骨干中段不穩定骨折行次遠端單釘交鎖鎖釘為最簡單有效的鎖釘方式，更符合BO內固定原則。

參考文獻

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篇9

摘要：在籃球的教學中投籃技術占有很大的比重，在中學的籃球教學中碰板球是學生們容易掌握的投籃技術。本文運用運動生物力學來分析投碰板球時的出手角度，出手力量，碰板角度，碰板點等，以提高籃球教學中投碰板籃的命中率，提高籃球教學的質量和激發中學生的學習興趣。

關鍵詞：籃球教學；碰板球；生物力學；分析

投籃是進攻隊員為將球投入籃筐而采用的專門動作方法.它是籃球運動的主要進攻技術,是籃球比賽中得分的唯一手段［1］。一切技戰術運用的目的,都是為了獲得投籃得分機會,投籃技術是組成全隊進攻的中心環節和決定勝利的重要保證。在籃球教學中投籃技術也是保證學生學習積極性的保障，在中學的籃球教學中投籃技術主要有單手肩上投籃、胸前投籃、單手低手肩上投籃、單手高手肩上投籃［2］。在中學生身高、年齡、力量還沒有發育到成熟時期，只有讓學生感受到籃球的樂趣才激發學生的學習積極性和運動興趣。根據中學生的生理和心理條件，對出手角度、出手力量、碰板角度、碰板點的生物力學進行分析，以提高中學生籃球的教學質量和學習積極性。

1.研究方法

1.1理論分析法

運用運動生物力學理論對投碰板球的技術動作進行分析,以取得提高投籃命中率的理論依據。

1.2觀察比較法

觀察各種大小比賽：NBA（主要是馬刺隊的鄧肯）、奧運會、CBA等優秀運動員投碰板籃動作特點的觀察。

1.3文獻資料法

廣泛查閱有關籃球教材科技文獻及網絡資料,對投碰板球技術方法進行比較分析,從而提出科學的、正確的碰板投籃技術。

2.結果與分析

投碰板球的技術是指運動員投籃時身體各部位綜合協調用力的過程。由下肢蹬地發力,然后沿著向籃出手的方向伸展身體,特別是借助脊柱伸展的慣性促使下肢、軀干和上肢連貫、協同配合,將身體各部位肌肉的力量最后積聚于手臂、手腕和手指部位,以伸展手臂、手腕的翻轉與抖屈及手指的彈撥動作將球投出.球在空中飛行時已籃板發生打撞，改變籃球的飛行路線而進球的技術動作［3］。

2.1身體姿勢

運動員投籃前的身體狀態是保持身體平衡,便于投籃協調用力的必需條件.為此正確的身體姿勢要求是腳分前后鈄向站立,投籃手同側腳在前,兩膝彎曲,含胸收腹,身體重心落在兩腳之間,上體稍前傾,雙手持球于胸前,即形成持球基本站立姿勢.投籃時在此基礎上加上持球手法就是投籃前的準備動作［4］。

2．2出手拋物線和角度

投籃時球出手后在空中運行的軌跡稱為投籃拋物線.碰板角是指球進入籃圈前一瞬間的運行軌跡和籃板發生打撞的曲線和在該點的切線與籃圈平面所形成的夾角.拋物線的高低影響著碰板角的大小,碰板角合適與否是球能否進入籃筐的關鍵［5］。由于投籃時球出手點低于籃圈水平面,所以,必須依靠適宜的拋物線獲得合理的碰板角度,而拋物線的高低是由投籃時出手角度和出手力量決定的.適宜的拋物線不僅能夠取得合理的碰板角度,也反映了正確的出手力量與角度及其控制球的飛行方向和落點［6］。

2．2．1投不旋轉碰板球

不旋轉球碰板后基本上以相同的角度反彈回來,入籃角和反射角大致相等.正面碰板和側面碰板的情況又有所不同.投正面碰板球時,碰板點的高低,取決于投籃的力量和飛行弧線.球的飛行弧度越大,入籃角和反射角也越大,碰板點(在30cm的位置)就應當相應地也升高一些［7］.如果碰板點很高,又以較小的入籃角碰板時,球將在籃板反彈以后超越籃筐上方而飛過.投側面碰板球時,碰板后也是以相同的角度回彈出去。球碰籃板后受到籃板的反彈力F作用,獲得較小的入籃角。

2．2．2投旋轉碰板球

投出的旋轉碰板球比不旋轉的碰板球飛行的弧度要高一些。如投正面碰板球是打籃板的垂直面。由于球是向后旋轉,碰板時球的旋轉力是向上作用于籃板,而籃板的切向反作用力則向下作用于球。這樣球在向下的籃板切向反作用力的作用下,第一,會使球的旋轉速度減慢;第二,這個向下的籃板切向反作用力使球增加了一個向下的速度v′,于是反射角速度不再是v而是v和v′的合成速度v合。因此說,投向后旋轉的碰板球時,不是沿著速度v的方向反彈回來,而是在籃板摩擦反作用力的作用下,向合速度v合的方向彈回。除受到籃板的反彈力F作用外,同時受到因旋轉而產生的籃板的反作用力f的作用,二者的合力方向指向籃圈,使球得到較大的入籃角度,容易中籃。

2．3碰板點

碰板點是運動員投籃時眼睛注視籃板的某一點.它能使隊員在一瞬間目測出籃圈的精確方位和距離,從而判斷投籃出手的用力大小,速度快慢,弧線和落點,使球準確入籃。碰板投籃的瞄準點是將球投向籃板并能使球入籃的一點.碰板投籃適用于投籃隊員與籃板平面呈15°-45°角的位置,以30°角左右效果最好。碰板投籃時,可根據投籃距離、角度的不同,投籃瞄準點也應隨之有所變化。通常投籃的碰板角度小、距離遠,則碰板點離籃圈的距離高而遠;如果碰板角度大、距離近,則瞄準點離籃圈就應低而近。

2.4動作原理 碰撞定律

碰撞定律是動量定理的特例,但應用時需考慮不同材料的恢復系數問題。在運用碰板球技術投球時,從籃板與球接觸時起,球先發生形變,當球在達到極限形變量時開始恢復。球在恢復過程中受到球自身彈形變力(彈性勢能的重新釋放),當球完全恢復原形時,球即離籃板而去,籃板失去對球的作用力。可見,球的形變和復形起到了延長籃板對球的作用時間。

3.結論

(1)投碰板球技術含有人體運動的多種規律,其中,運動生物力學內容起著決定作用.教師和學生此應引起高度重視,在籃球教學訓練中,要充分利用投碰板球技術的力學因素,共同攜手積極探索和運用提高投籃命中率的科學規律。

(2)投籃動作是由多個技術環節構成的,各環節之間是相輔相承的整體。掌握投碰板球技術要重視各環節技術的功能作用與協調運作關系,并注意發揮各環節技術的綜合效應。為學生奠定良好的籃球基礎，以提高學生的運動興趣，樹立終身體育的理念打下基礎。

(3)中學籃球運動教學訓練應以投籃技術為中心,低段學習時應多進行碰板球投籃練習，以提高學生的自信心，以帶動其它技術的全面發展。教師要嚴格要求學生進行刻苦訓練,要與傳球、運球、突破和假動作等技術結合起來進行投籃訓練,這有利于培養學生隨機善變意識。加強隊員的心理與作風訓練,也有助于提高學生在比賽中的準確投籃能力。教師充分利用碰板球投籃技術的力學因素，積極探索和運用碰板球投籃命中率的科學規律，要重視各環節技術的功能作用與協調運作關系。（云南師范大學體育學院;云南;昆明；650500）

參考文獻

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篇10

關鍵詞　推拿　力學　構建　研究　方法　教學

1、《推拿力學》教材建設的意義

推拿是一門古老的中醫外治技術，經過幾千年的臨床實踐，其療效和使用價值勿庸置疑。在我國高等中醫院校的推拿專業課程設置里，主要有《推拿功法學》、《推拿手法學》和《推拿治療學》三門，綜觀三門課程的知識內容，基本上都是對古人經驗的總結和整理，內容雖然豐富，但仍然屬于經驗醫學。中醫藥現代化是時展的必然趨勢，作為中醫學有機組成部分的推拿學也必然要跟隨時展的步伐。充實和更新學科知識內容，特別是運用現代物理力學原理、手段和方法研究古老推拿學所產生的、具有現代科學內涵的新的知識內容，將是推拿學向前發展和走向現代化的堅實步伐，將為本學科的發展注入新的活力。不僅如此，將力學的定性定量研究思維引入以經驗為主的推拿醫學，將為手法的作用實質和量化規范性操作提供堅實的理論基礎。構建一本好的《推拿力學》教材，以此為基礎進行教學實踐探索，學生在繼承學習傳統經典推拿知識的同時，運用現代力學的原理對這些知識進行新的認識和思考，以及在教學過程中探索新的人才培養模式，培養大量高層次的人才，這對本學科的發展具有不可低估的深遠意義。

2　理論準備

在探索將傳統推拿經驗醫學知識進行現代詮釋的理論準備過程中，我們尋找過很多的方法和路徑，比如動物實驗、臨床醫技手段和解剖學原理等，但這些路徑和方法，要么對本學科問題的解決顯得點點滴滴不夠全面，要么不能切中要害解決不了根本問題。手法的最大特點在于“手法作用于人體，以力為作用特征[1]”，手法的運用過程其實質就是一個力的運用過程，傳統手法醫術要與現代科學相結合，從力的研究入手是一個最佳切入點。因此，可以把“力”的概念作為運用現代科學思維方式研究手法醫學的橋梁和紐帶。

3　《推拿力學》的教材構建

教材的主要知識內容是運用借鑒現代物理學中力學的研究方法，通過對手法、功法和治療的力學分析，剖析手法對人體的作用方式和作用實質，介紹手法的力學基礎、力學特性、力學作用原理、動力學效應、生物力學效應等，現將主要內容介紹如下。

緒論部分主要闡述推拿力學的基本概念、源流、編寫目的、意義、學習方法、臨床運用價值、學科研究發展方向等。

在手法的力學基礎章節里，闡述與手法醫學密切相關的力學概念，例如剛體、力、力矩、笛卡爾坐標系、平衡、平移、位移、旋轉、自由度、運動學、載荷、阻力和時間等，并結合本學科的特點，介紹這些概念的臨床應用及意義。力學分析的一些基本要術，比如力的大小、方向、作用點、時間、長度等，與之相關的還有向量、質量、速度、加速度、頻率和固有頻率等等；動力型位移、靜力型位移、張力型位移、生理性載荷、病理性載荷、功能性載荷、組織結構力學、剪切力、拉伸力和壓縮力；定義舉例；耦合運動；三維空間上的螺旋軸；物理力學分析方法、力學計算公式，與本學科相結合的臨床應用及其意義。

在手法的力學和生物力學特性章節里，運用借鑒現代物理學對力學的研究方法，來分析主要手法的力學特性，畫出主要手法的力學分析圖[2、3]，給出力臂、力矩、作用點、動力等力學作用因素，對某些手法(如一指禪推法、按法等)給出其力學計算公式，從物理學角度來量化手法的作用量(治療量)，為合理科學的手法操作打下基礎。結合人體的生物力學特性，描述和預測在手法外力作用時，人體靜態和動態力學結構的發生、發展和變化，以及皮膚、皮下組織、血管、神經、肌肉、韌帶、淋巴等組織結構所產生的收縮、舒張、酸、脹、麻、熱等生物學效應。

在推拿力學的研究方法章節中，主要介紹以下幾種研究方法，一是離體研究方法，二是在體研究方法，三是數學模型研究方法，四是骨性模型研究方法。基本的實驗手段，編寫三種，分別是強度實驗、穩定實驗和疲勞實驗。推拿力學主要實驗指標。

手法的力學作用原理和動力學效應。通過對手法力學特性的分析，運用力學理論來闡明手法對人體的作用方式和作用途經，分析手法中的主要作用因素、次要作用因素和無效作用因素，為提高手法的操作效率打下基礎。從物理學角度，結合手法的作用點、力的大小、方向、幅度和頻率等因素，闡明各個手法作用力作用于物體時所產生的動力學效應，例如：沖量效應、熱效益、動量效應、位移效應等。本部分分為三個章節編寫，一是手法的動作結構、運動學和運動學規律；二是六大類24個基本手法的力學結構、力學原理，畫出力學變化圖，探討手法的合理性；三是手法運動生物力學實驗，包括手法運動生物力學的研究方法、實驗儀器及其應用、手法力學信息測錄系統和信息計算機處理系統。

在功法力學部分，主要研究了易經筋十二個功法和少林內功中站襠勢、馬襠勢、弓箭襠勢、跨襠勢、并襠勢、大襠勢、懸襠勢、坐襠勢、低襠勢、磨襠勢、亮襠勢、前推八匹馬、倒拉九頭牛、霸王舉鼎、風擺荷葉的力學模型及其基本結構，重點描述每一個動作結構的力學原理，對人體整體結構的影響，對人體局部肌肉、骨骼和關節的影響，從力學角度分析探討動作原理、力學根據，對重點鍛煉部位畫出力學分析圖，給出力學計算公式，探討功法鍛煉的合理性。

在治療學部分，主要從手法的力學效應上進行編寫，選擇了頸椎病和腰椎間盤突出癥兩個疾病，根據每個疾病的生理特性和病理改變，與手法的力學原理相結合，遵照循證醫學的觀點，有理有據地分析手法運用的根據，從力學原理提出疾病的治療處方，提出每個疾病手法治療的作用點、力的大小、力的方向、力的作用時間、頻率高低和振幅大小等因素的參考值。

在附篇部分還介紹了手法治療與臨床應用研究，主要探討手法對局部組織器官和人體系統的作用。

4　教學實踐

教學實踐的目標是通過《推拿力學》的教學活動，使學生從根本上擺脫沿襲了幾千年的“就手法而學習手法”模仿式學習，打破“經驗教學”的舊框架，培養學生運用現代科學的研究手段和思維方式來對古老的手法醫學做出全新的認識和理解。教學實踐的目的是對教材內容進行實踐檢驗，探索其科學性、正確性和有效性，為進一步修正提高打下基礎。教學實踐活動分以下步驟進行。

在編寫教學計劃和實施方案的基礎上，選擇我校2004級針灸推拿專業五年制和七年制兩個班進行教學實踐，以王國才主編的“十一五”國家級規劃教材《推拿手法學》為主干教材，在學習該教材的同時，講授《推拿力學》的相關知識內容，總共54學時。在教學過程中，我們邀請了本校和外校各兩名專家共聽取了8學時的課，課后專家均以書面評價形式對本教材和教學過程予以了較高評價，并對進一步完善和修改提出了寶貴意見。設計了學生問卷調查表，以“A、該教材很有價值對教學具有積極的促進作用”、“B、該教材價值一般對教學促進作用不太大”和“c、該教材使用價值不大對教學沒有促進作用”三個問題供學生以不記名方式自由選擇，兩個班共211人，回收211份調查表，選擇“A”的學生206名，占總數的97．6％，選擇“B”的學生5名，占總數的2．4％，無選擇“C”的學生。

5　認識與體會

力學貫穿了整個推拿醫學的始終，雖然本教材還不夠成熟，甚至有很多錯漏之處，但這畢竟是一種學科的創新之舉，是一種有益的嘗試，特別是對本學科的現代化提供了一種啟迪和思路，應該代表了本學科的發展方向。就目前而言，臨床上手法操作十分混亂，各施各法，沒有統一的規范和標準，手法的量效關系也一直不能夠確定和量化，本教材的編寫和完善，將為解決長期制約本學科向前發展的根本性問題帶來希望。

參考文獻

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