運動生物力學的概念模板(10篇)

導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇運動生物力學的概念，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

運動生物力學是研究體育運動技術力學規律的科學，它通過對學校體操各單項運動技術的生物力學分析，提出必要的理論數據，建立標準運動技術的模式，使教練員和運動員明確什么樣的動作是正確的運動技術，什么樣的動作是錯誤的運動技術。教練員明確了運動技術的原理，便可通過一定的手段對運動員進行技術診斷，找出技術改進措施，尋求最佳運動技術，以提高訓練的科學性。體操技術動作常常是在反正常姿態下完成的，有較強的時空感，完成動作的時間短，學生學習有一定的難度。對體操動作進行正確的技術分析，能幫助教師更深入地理解教材，合理地安排教材內容和運用教學方法，幫助學生正確地理解動作，建立準確的動作概念，加速動作技能的形成，提高學生分析和解決問題的能力，為今后從事教學工作打下良好的基礎。

根據運動學和動力學特征將體操動作分門別類，使教學安排科學化。人認知的遷移規律表明，學習者對一些新運動技能的掌握往往受到早先形成的運動技術定勢的影響。這種影響表現為正、負兩方面，正遷移能促進新技能的形成和發展，而負遷移干擾新技能的形成和發展。體操教師只有對技術動作力學分析，并歸納出各項體操動作力學特征的相同點和不同處，才能在教學中正確地運用遷移規律。筆者在體操教學中依據動作的力學特征，把教材分成幾個板塊進行教學。例如，技巧中的前滾翻、魚躍前滾翻，縱箱中的前滾翻，雙杠中的分腿坐前滾翻成分腿坐等等，均屬前滾翻類動作，作為一個動作板塊;雙杠中的掛臂撐屈伸上和杠端跳起經屈體懸垂擺動屈伸上，單杠中的經直角懸垂擺動屈伸上，動作特征相同，也歸為一個動作板塊，等等。這樣，按動作板塊安排教學，教師運用同結構教學法，能起到學生學一個會一串的作用，學生會產生學了前一個動作對后一個動作有躍躍一試的念頭和欲望，達到提高學生學習體操動作的興趣和主動性。同時，由于動作結構相同，學生也容易建立動作的時空感，掌握正確的用力時機，大大地縮短了學習動作的時間。總之，對體操技術動作進行生物力學分析，掌握其力學特征，都可為體操教師選擇教學方法、合理地安排教學內容提供科學的依據，有利于學生理解并掌握技術動作。

體操教師運用生物力學原理分析體操技術動作，能幫助學生區分正確動作與錯誤動作，明確動作完成程序，使動作規范化。在體操教學中，筆者常常發現學生自認為已掌握了動作，其實所完成的動作是錯誤的或已改變了動作性質。及時幫助學生分析錯誤動作的根源并糾正錯誤是掌握正確技術動作的關鍵。教師運用運動生物力學分析正確動作和錯誤動作的區別所在，能強化學生對正確動作的理解，明白動作為什么要這樣做，從而及時糾正自己錯誤動作。例如，技巧項目的頭手翻動作，人體重心位置的控制是決定該動作能否順利完成和動作質量高低的關鍵所在。不少學生往往對此技術關鍵沒引起充分的認識，因而練習過程不是重心沒有移出便開始伸髖，就是重心前移過多而完成不了動作。教師對人體重心未移出、移出適中和移出過多等3種情況所產生的運動力學結果進行分析，學生明白了道理，練習中就會有意識地控制自身重心位置。同時根據自己完成的情況，判斷自己錯誤動作所在，從而有效地糾正錯誤，建立正確的動作概念，并達到規范化。

提高學生保護與幫助的能力。教師對體操技術動作的生物力學分析，向學生講明動作動力學和運動學特征，學生領會了該動作的力學原理，對動作有了正確的認識，在此基礎上，再指導互相保護與幫助的方法，學生便很容易接受，就能對動作不同類型采用不同的方法，在最需要助力或阻力時給予施力;動作在何處最容易出危險，應站在何處進行保護與幫助。這樣，通過一定時間的練習，學生就能較熟練地掌握保護與幫助的方法，從而有效地提高學生保護與幫助的能力;提高學生分析和解決問題的能力。教師在指導分析技術動作的基礎上，選擇一些較簡單的動作讓學生獨立思考分析，掌握運用生物力學原理分析動作的方法，既學會了動作，又掌握了技術動作方法，從而達到提高分析問題、解決問題的能力。

總之，體操技術教學廣泛地運用生物力學原理對技術動作進行分析，能加速學生對技術動作的理解，加速技術動作的完成，提高學生的能力，使教學科學化。

參考文獻

［1］運動生物力學編寫組.運動生物學［M］.人民體育出版社，1979.

［2］運動生物力學.高等教育出版社，2000.

篇2

關鍵詞 動作技術原理 指導語 應用

一、前言

知識如何轉化成生產力，是當前我們十分關注的話題，在體育訓練中，即如何將體育科學知識應用于訓練當中，使很多教練員都在探索的問題。對教練員的訓練方法研究的很多，很少有文章對教練員的指導語作專門的研究，特別是將運動生物力學知識貫穿其中的研究少之又少。

本文首先提兩個概念界定，第一研究的是新疆地區的教練員的指導語；第二動作技術原理是指完成某項動作技術的基本規律，它適用于任何人，不考慮運動員的性別、體型、運動素質的發展水平和心理因素等個體差異，是具有共性特點的一般規律。

教練員在訓練中不能違背動作技術原理，研究各項動作技術確立，動作技術原理，建立動作技術模式來指導教學和訓練，在體育教學中，講清楚動作技術原理是非常重要的，要使學生懂得怎樣做和為什么這樣做，即不僅要知其然，還要知其所以然。對優秀運動員的動作技術進行生物力學研究，是以生物學和力學理論為基礎，通過對高水平的運動實踐的檢驗來總結先進的動作技術原理，建立運動技術模式。如何將動作技術原理轉化為教練員簡潔的指導語，使運動員在學習和訓練中能清晰的明白教練員的意圖，能迅速改進訓練中出現的錯誤，值得我們研究。

二、研究對象與方法

新疆第十、十一屆全運會的一線教練員和基層教師的指導語，參加運動會的運動員，田徑運動中的一些動作技術原理。

（一）訪談法

（二）文獻資料法

（三）舉例法

三、研究結果與分析

（一）教練員指導語中運用生物力學知識的基本情況

筆者調查了烏魯木齊市參加新疆第十、十一屆全運會的教練員與運動員，就教練員的指導語與運動員是否理解教練員的指導語等問題作了專門調查，運動員結果如下：

表1 您的運動技能知識是從教練或教師指導語中得來的嗎

由此表可見，運動員的運動技能知識主要從教練員與教師處獲得，若教練員與教師對運動技能理解有誤，則可能影響運動員的成績。

表2 對不同等級的運動員對教練員指導語持疑問的調查結果

通過表2可以看出，運動員的級別高，對教練員指導語持疑問的比例越高。這是因為隨著運動員的水平增加，對運動技能的理解加深，求知欲越旺，其主觀能動性越大，越渴望了解運動技術原理。若這時教練員沒有因勢利導，則運動員疑問增加。

對教練員運用指導語作了調查如下：

表3 您在指導語中有意識的運用運動生物力學知識嗎

通過對教練員的訪談以及他們對生物力學的知識的了解發現，教練員很少主動將生物力學知識結合指導語運用于訓練實踐中去，結果導致指導語含糊不清，目的性不強。調查運動員中發現，運動員對素質練習感覺教練員指導語的作用很大，在技術練習中對教練員的指導語理解不清，其實，這也反映出教練員運用生物力學知識到指導語中并不多，因為生物力學知識主要用于動作技術原理方面，教練員主要靠以往的經驗在教運動員。

通過對教練員的訪談，發現很少有教練員參加過運動生物力學知識的培訓，當然這也和我區這類培訓次數少、科研單位的從業人數少有關，這應引起重視。

（二）教練員指導語中動作技術原理在指導語中的舉例

1．在田徑運動中的應用舉例

田徑運動中跳高是一項對技術要求較高的項目，作為一名教練員，首先要明白跳高的共同規律與原理，然后將其轉化為自己的指導語。在起跳瞬間，運動員所受合力為：支撐力-重力=ma可見，支撐力若想變大，只有將a變大，而a是上臂和擺動腿與軀干的相對速度來衡量的，相對速度越快，a越大，因此，在起跳瞬間，指導語要強調上臂和擺動腿的快速上擺。運動力學中的相向運動原理告訴我們，物體在騰空狀態下身體某部分的轉動能引起身體另一部分向相反的方向轉動，這樣，在跳高過桿形成背弓階段，給隊員的指導語是努力仰頭，這樣，自然形成好的背弓。之后，指導語中要強調迅速將頭抬起，小腿自然就會快速上擺，以便順利過桿。

2．在體操中的應用舉例

根據轉動守恒定律和動量矩守恒定律可知，轉動慣量小則轉動速度快，而轉動慣量和轉動半徑有關，轉動半徑小則轉動慣量小。因此，在體操中的一些翻滾動作，如前滾翻、后滾翻、空翻等動作中，教練員給隊員的指導語是團身要緊，目的是減小轉動慣量，而不僅僅是強調速度。因為運動員自己也想提高速度，心里就會很著急，越是著急越做不好動作。因此，這時的指導語要起到點睛之筆，團身要緊隊員可以通過自己身體感受。

3．在短跑中的應用舉例

在短跑的加速跑階段，教練員都在強調速度，我們知道，這一階段，盡量要發揮地面支撐力的效用。因此，根據力的分解，要盡量的減小垂直方向上的力，增加水平方向的力。這一階段給運動員的指導語是不要過早地將身體抬起。在平時訓練中，仔細觀察，若發現運動員上下肢折疊不充分，在指導語中要強調折疊充分。因為上下肢折疊充分，也相當于減小轉動半徑，從而減小轉動慣量，達到增加轉動速度的效果。

4．在體育常識中的應用舉例

體育教師給學生解答疑問時，若在講解中加入運動生物力學知識，便可做到有根有據，讓學生不僅知其然，還可知其所以然。筆者用一例以饗讀者，曾經遇到學生問為什么蹲式起跑比站立式起跑要好。在給學生講解指導中運用生物力學知識，講明在起跑瞬間，下肢給地面以作用力，地面反作用于下肢的力是推動人體向前跑的力，這個力可以分解為垂直方向的力和水平方向的力，蹬地角越小水平方向力越大，對速度貢獻越大，而蹲踞式起跑正是蹬地角比站立式要小。

（三）教練員指導語的重要性

通過對運動員和學生的訪談發現，認為指導語對其作用很大的所占的百分比分別是：非常重要占12.3%；重要62.7%；一般14.7%；說不清11.3%。可見大多數運動員認為指導語重要，并認為指導語對主要對自己理解技術動作原理很重要，認為指導語對提高教學訓練和比賽成績很有用。通過對比不同水平運動員對指導語的理解水平，發現，運動水平越高的運動員理解指導語的能力越強，但也出現了有趣的現象，即疑問率很高，這從一個側面反映出其教練沒有將生物力學知識很好的運用到指導語中去，與前面的調查相吻合。

四、結論與建議

（一）新疆地區教練員在指導語中運用生物力學知識的不多。有兩個方面的原因，一是教練員本身對生物力學知識掌握不足，第二是教練員沒有意識到將生物力學知識用在指導語中去。解決這兩方面不足的方法是：迅速補習生物力學知識，因為教練員本身有大量的實踐經驗，只是把這些經驗不能很好的表達出來，通過學習，明白其中的動作技術原理，便能達到實踐與理論的相互促進。

（二）生物力學知識若能與指導語結合，對訓練能起到事半功倍的效果。因為其主要是講解動作技術原理的一門學科，教練員掌握了運動技術原理，便可針對運動員在某一技術環節中的錯誤，專門進行指導，提高訓練效率。結合的方法是通過學習，有意識的將生物力學知識貫穿于訓練中去，通過實踐檢驗理論，通過理論指導實踐，互相促進。

（三）運動員普遍感覺教練員在指導語中加入生物力學知識，對自己訓練幫助很大，其運動知識主要來源于教練員，教練員掌握科學訓練知識隊隊員形成正確的技術動作至關重要。并且，教練員要利用運動員的求知欲，將正確的知識傳授給他們，對培養運動員今后的體育興趣及良好的體育觀念有所幫助。

（四）新疆地區應多舉行一些生物力學和訓練相關的培訓，采用請進來、送出去的方式。如邀請內地有經驗的專家講學，以及將本地相關人員送出去培訓。

參考文獻：

篇3

【關鍵詞】 手法　力學　教學

手法是推拿和骨傷治療疾病的主要手段，《推拿手法學》是針灸推拿專業和骨傷專業學生學習的主干課程和必修課程之一，學生對手法學習、理解和掌握程度的好壞，將直接對本學科的臨床治療效果產生決定性的影響，也將直接影響到學生整體專業素質的高低。因此，手法教學是推拿和骨傷人才培養的重要環節之一。長期以來，我們在手法的教學和臨床帶教過程中，深切地感到傳統手法的教學模式只是一種純粹“繼承”式的學習，所培養的學生根本無法將手法醫術發揚光大，換言之，傳統手法的教學模式所培養的學生不具有創造性和創新性能力，打不開思路，找不到“將手法醫術發揚光大”的方法，問題的根本不在于學生思維的愚笨，而是整個教學模式根本就沒有培養學生創造性思維的環節，沒有給學生必需的啟發和提示。我們經過多年來的探索，發現在手法教學過程中全面引入現代物理學中的力學概念，將把手法的教學工作提升到一個新的層次。

1 傳統手法教學存在的誤區

在我國中醫藥院校的手法課教學里，內容上都是要求學生學習掌握一指禪推、按、揉、扌袞、扳、拔伸、推等教學計劃所要求的傳統經典手法，主要是掌握手法的術式結構和臨床運用，熟悉這些基本手法所派生的其他手法，輔助學習端、提、接、劈等其他各家各派的手法，教學的方式也都是沿襲老師先講授手法的動作要領、再進行示范動作表演、同學再在課堂上進行手法練習的教學模式，老師講完、學生練完，手法也就學完了。這只是一種“就手法而學習手法”的傳統“經驗式”的手法教學模式，只是一種“動作模仿式”的學習，毫無創造性可言！如果不從根本上改變目前的這種教學狀況，流傳了幾千年的祖國傳統手法醫學將永遠停滯不前，一代復一代的繼承，不會也不可能向前發展。雖然有部分老師在教學過程中也深感這種傳統教學內容和教學模式的刻板、機械和陳腐，做出過各種努力試圖去改變目前這種現狀，比如把教學地點放在臨床上或手法實驗室里，或采用互動式的教學方法等，但其本質并未能跳出傳統的教學方式，問題的關鍵在于教學觀念沒有質的改變，我們不能夠只是教授給學生“經驗式”的知識，不能夠只是要求學生能夠像“工匠”式的操作就行了，我們必須要求學生明白和理解手法的作用原理和作用效應，才能讓學生對手法的學習提高到一個深的層次。

手法教學要突破幾千年來的教學模式，使手法教學質量有一個質的飛躍，就必須從根本上跳出“就手法而學習手法”的傳統“經驗式”的手法教學模式，運用現代的思維方式來剖析其作用原理和生物力學效應，運用現代其他學科如物理學、生物力學和解剖學等學科的原理、方法和手段對古老的中醫傳統手法進行分析和研究，才能夠讓這門古老的祖國醫術煥發出新的生命和活力，并與世界手法醫學接軌。

2 對突破傳統手法教學模式的思考

要使手法傳統醫術與現代科學完美結合，就必須在整個手法教學過程中尋找一個最佳切入點。根據近年來醫學界對手法醫學的最新研究成果，結合西方醫學對手法的認識觀念，我們認為手法的最大特點在于“手法作用于人體，以力為作用特征［1］”。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。力學，橫跨于手法醫學和現代科學之間，力學概念的全面引入，可能為我們研究手法醫學開辟了一條光明之路。

推拿界有一句至理名言，曰“其療法的獨特性在世界醫學中獨樹一幟［2］”，但多年來，我們對其“獨樹一幟”的理解好像緊緊停留在一種感覺和模糊的認識上，對其“獨特之處”并沒有十分明確和清醒的認識，幾乎所有的手法醫學工作者都明顯感覺到了其治療方式的與眾不同之處，但都不能明確指出它為什么與眾不同，其“獨特之處”到底在哪兒？綜觀整個醫學體系，不同學科治療疾病的手段各不相同，內科醫生用藥，外科醫生用刀，針灸醫生用針，心理醫生用語言，就是手法醫學是以“力”為手段來治療疾病的，手法的運用過程就是一個“力”的運用過程，手法的治療原理其實就是力學效應。當然，這種效應不應該僅僅單純地理解為現代物理學上的力學效應，它還應該包括生物力學效應。

力作用于人體可以產生各種反應或效應，這已是不爭的事實，它包括血液循環的改變、各種神經反射的出現、肌肉的運動和變形、骨關節位移、胃腸道的蠕動、內分泌的平衡以及精神心理活動的改變等各個方面。現代力學研究對象是物體，將其研究方法運用于生物體研究，在某些環節可能有不盡合理之處，但這并不妨礙力學概念在手法教學時的引入，因為這畢竟是一條手法醫學與現代科學接軌的必由之路，不足之處僅在于現代物理學的研究方法和手段不能夠完全詮釋手法醫學的精妙之處，原因和錯誤不是現代物理學的笨拙和膚淺，而是各自的研究對象不同，人與物體畢竟是不可完全劃等號的兩件事物，人有精神和心理，而物體則沒有［3］。

3 力在手法量效關系研究中的作用

手法的量效關系歷來都是手法醫學界爭論的焦點話題，至今也沒有一個統一的觀點。手法量效關系的研究在相當長的一段時間內都將是手法醫學界面臨的重要課題之一，也是基本性問題，但具有相當的復雜性，因為至今仍有許多基本理論和技術上的問題亟待解決，要了解手法的量效關系，其難度可想而知。但手法的量效關系又是手法醫學工作者不能回避的問題，手法醫學要現代化，就必須認真對其加以分析和研究。量效關系的研究是現代科學的研究方法和思維方式，長期以來對手法量效關系的研究之所以沒有取得實質性突破，其根本原因在于多年來我們沒有找到一個好的研究手段來對手法醫學進行研究。力學概念的引入，將為手法量效關系的研究提供很多有益的幫助和啟示。

手法教學歷來都十分注重和強調力、能和信息的滲透性，但多年來對其滲透性并沒有明確的衡量標準，絕大多數時候都是依靠醫生和病人的一種感覺，這不符合現代中醫醫學的發展趨勢。自古以來，中醫自外向內都有皮毛、絡脈、筋肉、經脈、骨骼和臟腑之分，手法的作用效應到了人體的什么位置層次，應有一個明確的界限劃分和衡量標準，只有如此，我們才有可能對手法的操作規程進行客觀量化，是正確運用手法和產生療效的關鍵所在。現代物理學中的力學正好可以完美地解決這些問題，不失為解決手法作用層次的突破口。

4 力學概念在教學中的運用

4.1 力學基本概念的學習 手法教學中力學概念的引入，首先應學習一些基本的物理學概念。這些概念包括剛體、力、力矩、張力、變形、平衡、位移、旋轉、自由度、笛卡爾坐標系等，還應該介紹力學的一些基本要術，比如力的大小和方向、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。這一章節的內容應在學習具體的手法之前作為基礎知識進行學習，只有在掌握了這些基本的力學概念后，才有可能進一步學習生物力學的知識。課時數以兩節課左右為宜，可以結合其他的物理學知識進行講解，以加深學生對這些概念的理解。如果在教學計劃中有安排手法的力學分析課，則需要在這一階段增加學習力學分析圖和力學計算公式的內容，為學生掌握手法的力學作用方式、有效力和無效力打下基礎，可以使學生更好地掌握手法的動作要領和用力技巧。

生物力學是研究力或能量作用于生物體、生物材料或生物系統時力的運動和形式的一門科學。在物理學概念基礎上，結合人體的生理解剖特點，學習一些生物力學的基本概念，比如動力型位移、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、拉伸力和壓縮力等等。而剛體生物力學主要分為靜力學和動力學這兩個部分，無論哪一個方面都是一門獨立的學科，有各自獨立的研究內容和評價標準體系。在生物力學中，移位、載荷、阻力和時間這四個要素相互關聯、相互作用、相互影響，這四個概念均可以用現代物理學方法對其研究和分析，但學生要了解其中的一項內容，就必須了解其他三項內容，其關系密不可分。這一部分可以結合疾病和臨床進行分析和講解，將增加學生對這一部分知識內容的興趣。在學習這些概念和關系的時候，最好是將其與人體的生理病理現象結合起來講解，比如，可以將位移與骨關節、位移與脊柱、變形與肌肉組織等相結合，既可以增加學生學習的興趣，也為臨床課的學習打下基礎。這一章節的內容也應在學習手法之前作為基礎知識進行學習，其課時數可以考慮安排二至四節為宜。

4.2 運用力學知識對手法進行分析，促進手法教學質的飛躍 物理學概念和生物力學概念的學習，僅僅是為分析手法作用于人體所產生的生物力學效應奠定基礎。在學習手法時，應重點講解手法的生物力學效應、手法的作用原理和實質。例如，各種外力造成的骨關節脫位、半脫位和錯位（錯縫），肌肉組織形態的變形、神經傳導的主阻滯、血液動力學的改變、內分泌平衡和胃腸道蠕動加強等方面。老師在講解每一個手法時，都應該畫出手法的力學分析圖譜，對手法的有效力、無效力進行分析，通過力學分析來剖析手法的作用實質，加強有效力的運用，剔除手法中的無效力，并通過這一途徑來幫助學生從現代科學的角度來認識中醫古老的手法，認識手法的合理性和非合理性，從而更合理、更高效地運用手法來解決臨床問題。

在手法教學中引入力學概念來對手法進行分析，并不是力學概念引入手法教學的終極目的。通過運用力學知識對手法進行分析，培養學生從力學角度來對古老手法進行改革，在此基礎上培養學生手法的創新能力，創造出新的手法，結合臨床培養學生手法的再組合能力，以及運用現代思維從不同角度對古老手法進行全新的認識和思考才是我們的終極目標，這將為培養高素質的手法醫學人才打下堅實的基礎，是培養創新型人才的關鍵環節和步驟，也為古老的手法醫學走向世界并與現代醫學接軌創造了有利條件。這一部分的知識內容應穿插在每一個具體的手法中進行講解，對每一個手法都應進行生物力學效應、手法的作用原理和實質分析，這將實質性地提高學生對手法的認知和理解能力。掌握手法的操作方法是進一步學習手法的基礎和前提，故這一部分的知識內容應在學生掌握手法操作的基礎上進行學習。傳統的手法教學內容是學習手法的概念、動作要領、注意事項、分類、功效及主治和臨床運用等幾個方面，根據以上分析，可以考慮增加手法的力學特性和生物力學效應這兩方面的內容。

綜上所述，我們對傳統手法教學模式的認識是：老師是將幾千年來積累下來的豐富經驗知識原封不動的傳授給學生，而學生則只能被動地“繼承”前輩們的經驗知識，在這種模式下培養出來的學生沒有手法創新能力，很難打破常規去產生和創造出具有臨床現實意義的新的手法，也不可能根據臨床的實際情況去重新設計和組合手法。解決這個問題的關鍵在于將現代物理學的力學概念引入到手法教學中，只要合理恰當地安排和設計好教學內容，這將對手法醫學的發展產生重大的影響。

參考文獻

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

[關鍵詞] 有限元法；生物力學；脊柱

[中圖分類號] R682.3 [文獻標識碼] 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脊柱畸形的晚期的常見表現，其在生活中主要表現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，使患者的生活質量嚴重下降，而治療這類患者的有效手段就是截骨矯形術[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體進行劃分，使其成為有限的具有力學特性的簡單單元，用簡化后的已知單元來近似原有的連續體，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、結果處理和評定（即后處理）[2]。通過有這種方法能夠進行數字重建并在該基礎上進行手術過程的模擬，使術者對整個手術過程有更加全面的了解，對術可能出現的問題及應注意的事項作全面的分析，對手術的方案具有指導意義[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構，此模型是由無數個分散的單元（即有限元素）組成的連續體，且其中這些單元易用數學語言表達，按照一定規律保證其連續性，將它們還原成可以用線性代數描述的真實的連續結構，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，FEM）。將單獨的彈性體進行離散化，使其成為由有限個單元所構成的連續體，而連續合體內的各個單元只能夠在有限個節點上進行交接，其中全部的節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。將微分方程的持續形式轉換成數學方程組，是其在數學意義上的表達。而有限元法亦是憑借位移法的思考方式，以能量轉換的原理為基礎，利用矩陣代數形式進行表達的一種數值方法。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中開始逐漸應用起源于20世紀70年代，而直到20世紀90年代，隨著電腦技術的不斷發展升級，計算機圖像處理技術和電腦軟件的聯系逐漸加深，從而才出現的數字醫學有限元分析（DM-FEM）技術。現在有限元分析早已成為探索骨科生物力學秘密的常用方法了[4-5]。現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、醫學等領域的有十分廣泛的應用。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的手段，且早已不是最初以觀察和驗證某些實驗的結果為目的而應用的了。

2 有限元模型在骨科應用中的優劣分析

2.1 有限元模型的優勢

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前與術后的對比，脊柱截骨術前后脊柱形狀的改變等；其次是在生物力學方面的研究，例如椎骨與椎間盤之間的生物力學變化，對它們內在的張力和應力進行有限元分析，對于尋找出骨適應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、厚度的設計、材料的選用進行分析，在新的脊柱器械仍在研發階段時對其進行評估；再次有限元模型能對損傷及退變、結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的影響。所以這種方法在進行脊柱運動學、脊柱動力學和脊椎及椎間盤內部的生物力學變化等各種研究方面擁有很大優勢。

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本的實驗研究：首先，要建立有限元模型，需要與實驗模型進行對比，而實驗模型往往是從已經做過的或者文獻中搜尋到的較為合適的，將兩者的結果進行對比，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。但是建立的數學模型能夠很好的表達實驗結果，可當其單獨的進行預測的時候，其作用有限；其次，有限元模型建立的完全取決于模型的構成，能否取得合理的數據，直接影響著模型建立的結果。而有限元模型的本身并不能直接得到數據，它取得數據的最主要渠道就是從實體標本模型中獲得，例如各種骨和軟組織的材料的特征數據，然而這些數據并不是完全正確的，這其中包含了許多原有的錯誤，且這些數據并不是都適用于數學模型，更重要的有些數據甚至根本無法取得，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：首先，與實體的標本和活體的實驗進行比較，數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特性作理想化的簡化假設，這樣能夠使得模型的有效性更為重要也更加難以實現。其次，椎體的完整形態與其相鄰的椎體的位置關系對預測脊柱椎體間的生物力學關系有很重大的意義，但這些數據都是在CT斷層片中獲取的，或是從實體標本中取得的相近值。要建立脊柱有限元模型中脊椎的幾何形態，首先應將其進行簡化，以相對簡單的構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并不準確。

3 有限元法在脊柱畸形研究中的應用

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該的加載的力學狀態，按照其所需要的類型進行挑選，在各個單元之間通過節點進行相連，使力在節點之間傳遞。而用單元節點量通過選定的函數關系插值可以求得單元內部的待求量[6]。

為了對脊柱側凸、后凸畸形矯形手術中，椎體在術前與術后中的的改變進行比較，應用數字成像技術，在脊柱畸形矯形手術中，定量分析矯形定位的椎體并對其旋轉和形矯形進行量化對比，Dumas等[7]運用此方法來評估脊柱側凸、后凸畸形的程度及觀察手術效果，所以掌握脊柱相關病變的病理性變化對于確診和制定手術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，這是治療這類疾病的有效手段。生物力學（Biomechanics）是一種將力學原理應用在生物體生命活動規律的一門學科，它把各個單一的學科整合在一起，使其相互疊加、共同作用形成了一門的新的將力學應用于生物學的新學科[8-10]。由于不同類型柔韌性評估方法根據其力學原理的異同，在各類脊柱側凸中，采用相同的力學加載，所得到的結果必然不同。這為在不同力學加載產生的脊柱側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[11]。利用生物力學的有限元方法，可以針對具體病例、具體矯形器械和矯形策略進行模擬，預測術后矯形結果，分析術中參數選擇對結果的影響權重，進而指導手術規劃。Lafage等[12]為了對CD系統的矯形策略進行探討，建立了以具體病例為依據的梁單元模型，這不僅僅讓人們對胸腰椎側凸矯形的上下端椎位置改變對術后矯形結果的原因有了深入的了解，更重要的是其引入了側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凸有限元模型，以加載方式為變量，初步討論了前路VDS系統的矯形策略。為了對支具、器械與生長調制等進行實驗研究，是Aubin等[14]利用從CT斷層片中取得的數據，建立起了人體胸腔和脊柱的數字模型，與實體標本中取得的數據進行比較，有較高的吻合度，從而建立起了相對完整的數字模型，并以該模型為基礎模擬出相應的各種用具。而通過器械治療胸腰椎側凸過程，是Poulin等[15]用ADAMS軟件模擬出的。模擬手術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，為此還引入側凸脊柱的剛度變化，但卻將脊柱的骨性結構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相符的力學變化，這明顯不能夠實現。Rohlmann等[16]利用數字模型比較了前、后路內固定器械的穩定性差別，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，但是已經展示了有限元方法在手術規劃領域的廣闊應用前景。

4 三維有限元的應用前景

利用生物力學的有限元方法，可以針對具體病例、具體矯形器械和矯形策略進行模擬，預測術后矯形結果，分析術中參數選擇對結果的影響權重，進而指導手術規劃。有限元分析的結果取決于不同因素對其產生的影響，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凸有限元模型，以加載方式為變量，初步討論了前路VDS系統的矯形策略。脊柱力學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，其能夠應用于任何的復雜結構，可在脊柱的力學特性方面，還有許多尚無法解釋的難點，例如頸椎有限元模型的建立，就仍需要繼續去驗證。所以要用數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提高，且對探索脊柱組織力學特性的需要逐漸深入，數字模型的建立將可以逐漸真實的對脊柱在各種狀態下的生物力學變化進行模擬，這對臨床病例上遇到的常見難題會有更加透徹的了解，從而可以給醫生在生物力學方面提供更好的參考。有限元方法是脊柱生物力學研究的有效方法，由于電子科技水平的持續性提高，且在生物力學領域的的探索的逐漸深入，這不僅使有限元軟件的技術水平得到了提高，還將對脊柱生物力學的探索引向更深入的層次。

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篇5

Research of experimental of medical's Finite Element Analysis（FEA） simulation

Niu Xiaodong， Lu Lirong

Shanxi Changzhi medical college， Changzhi， 046000， China

Abstract： It will solve many complex problems if apply FEA to medical research， and these problems are difficult to solve but need to be solved in the physics of medical applications. So that it can provides theoretical guidance and scientific foundation for medical research and clinical treatment. Have the experimental course of medical’s FEA simulation， medical colleges have a very important significance for student’s study， teacher’s teaching and research， cooperation of college and affiliated hospitals.

Key words： FEA； medical； experimental of simulation

有限元分析是一種廣泛應用于工程科學技術的數學物理方法，用于模擬并解決各種工程力學、熱學、電磁學等物理場問題。1956年Turner等人提出有限元（Finite Element，FE）的概念。有限元的核心思想是結構的離散化，就是將實際結構假想地離散為有限數目的規則單元組合體，實際結構的物理性能可以通過對離散體進行分析，得出滿足工程精度的近似結果替代對實際結構的分析，這樣可以解決很多實際工程需要解決而理論分析又無法解決的復雜問題。

隨著計算機技術的普及和計算速度的不斷提高，有限元分析在工程設計和分析中得到越來越廣泛的重視，已經成為解決復雜工程分析計算問題的有效途徑，現在從汽車到航天飛機大多數設計制造已離不開有限元分析計算，其在機械制造、材料加工、航空航天、汽車、土木建筑、電子電器、國防軍工、生物醫學研究等各個領域的廣泛應用已使設計水平發生了質的飛躍。

1 醫學有限元國內外研究現狀分析

有限元方法最早應用于骨科研究，開始于脊柱生物力學[1]。幾十年來其在解決生物力學問題上得到了廣泛應用，尤其近年來，隨著數字及計算機技術的不斷進步，有限元法本身已不再是相對獨立地研究生物力學性質，它越來越多地與各種動力學模型、參數優化選擇、臨床放射學與實物測量、有機化學、組織學與免疫組化等方法巧妙結合，使結果更加準確可靠，成為生物力學研究中的一種重要工具。有限元方法在醫學上的研究主要包括以下四個方面。

1.1 有限元模型的建立

有限元模型的建立，直接影響有限元仿真實驗結果的精度、計算機計算過程、計算時間的長短，且模型建立的優劣與建模人員的專業素質和有限元知識分不開。現有研究的模型包括：人眼[2]、牙齒及矯正器[3]、脊柱[4]、顱腦骨骼[5]、胃[6]等人體骨骼及器官的三維有限元模型。

1.2 力學實驗仿真

A.Pandolfi，F.Manganiello對所建立的人眼角膜模型進行了力學分析[7]。Tammy L HD等對建立的脛股關節三維有限元模型分析了骨骼變形對關節面接觸行為的影響以及約束關節運動對接觸應力的影響等[8]。

脊柱生物力學仿真是有限元法在生物力學中研究最早、分析最多、臨床上應用最廣泛的領域。杜東鵬等則對腰椎間盤膨隆的力學機制與腰椎疲勞骨折分別進行了探討[9]。

頭顱及顳下關節也是有限元在生物力學中研究的重點。呂長生等對建立的足部骨組織模型進行有限元分析，為運動損傷或運動鞋的評價等提供了依據[10]。王芳等建立并驗證中國人全頸椎有限元模型，用于揮鞭樣損傷分析[11]。米那瓦爾?阿不都熱依木采用有限元方法，對頜面外科手術術后的顏面軟組織形態變化進行預測[12]。

1.3 醫療器械的力學性能評價及優化設計

牙科是有限元法在臨床應用中的一大領域，相應的各種牙科固定器材得以研制開發，這些器材的力學性能又是研制過程中重點解決的問題。蔡玉惠等研究了RPA卡環在游離端義齒應用中支持組織的應力分布狀況，對RPA卡環的臨床應用具有力學上的指導作用[9]。

在內固定鋼板方面，張美超等從臨床應用出發，利用有限元法對頸前路蝶型鋼板進行生物力學模擬分析，得到了與其一致的易斷裂部位預測[9]。

在人工關節方面，Heegaard JH等建立了髕骨的計算模型，并且模擬了在人工膝關節中去掉股骨假體對髕骨活動的影響[13]。王永書等對患者胸腰椎爆裂性骨折節段（T12～L2）部位利用有限元進行手術模擬，均與標本模型及術后CT掃描基本相符[14]。

1.4 血流動力學CFD應用

Tarbell JM用FIDAP和Fluent軟件進行了血管壁中組織液流動的數值研究[15]。喬愛科等利用有限元分析方法得出冠狀動脈搭橋術中對稱雙路搭橋比單路搭橋具有更合理的血流動力學，可以避免動脈粥樣硬化的危險性血流動力學因素，從而減少手術再狹窄的發生[16]。楊金有應用CFD計算流體力學軟件進行人體主動脈內血流數值模擬分析，為闡明血管疾病的發病機理提供理論依據[17]。姚偉用計算流體力學軟件Fluent計算人體小腿骨間膜組織間隙中蛋白質非均勻分布情況下組織液流動[18]。

2 醫學有限元仿真實驗方法

通過上述醫學有限元研究可得醫學仿真實驗的方法主要分為四步：（1）通過螺旋CT技術，采集大量的樣本圖像。運用現有醫用物理實驗室計算機對樣本圖像進行建模處理，并進行相關的有限元分析。（2）通過查閱相關國內外資料，針對所需建立模型的生理、物理等參數特性，在幾種常用圖像處理軟件（Mimcs，Proe等）中選取較為合理準確的有限元建模軟件。（3）在常用有限元分析軟件（ANSYS，Fluent等）中選取較為合理準確的軟件對模型進行有限元分析。（4）將有限元分析結果與實際測量數據進行對比，分析有限元模型的準確性。

3 有限元法在醫學研究中的優勢

有限元法在醫學研究中具有四個方面的突出優勢：（1）可根據需要產生各種各樣的標本，對模型進行實驗條件仿真，模擬拉伸、彎曲、扭轉等各種力學實驗，可以在不同實驗條件下模擬任意部位變形、應力/應變分布、內部能量變化、極限破壞分析等情況。（2）標本也可以進行修正以模擬任何病理狀態。同一個標本在虛擬計算中可進行無數次加載或組合而不會被損壞。（3）其結果不受實驗條件的影響，也排除了實驗條件造成的誤差，而且可以重復計算，節約成本。（4）利用有限元法進行的模擬實驗具有實驗時間短、費用少、可模擬復雜條件、力學性能測試全面及可重復性好等優點。

4 醫學院校開展醫學有限元仿真實驗的意義

在醫學院校開展醫學有限元仿真實驗，可以使學生將相關醫學、物理、生物等課程的知識綜合應用于仿真實驗中，給生物醫學工程專業學生的畢業設計提供更為廣闊的范圍，使研究具有更高的水平；激發學生的創新思維和熱情，使學生在自主科研創新的基礎上，設計相關仿真實驗加以驗證、研究。同時，開展仿真實驗要求教師不僅需要對本專業知識做到“了如指掌”，而且需要教師具有仿真實驗相關的醫學、物理學、生物學等非本專業學科的專業知識，還要求教師必須掌握螺旋CT掃描技術，Mimics，ANSYS等建模、仿真軟件的計算機應用技術。這些知識對于教師實驗教學、科研水平的提高具有十分重要而深遠的意義。在開展醫學仿真實驗的基礎上，建設醫學仿真實驗室，不僅可以為學生提供畢業實習條件，加強實習基地建設，而且與醫院相關科室進行合作，可以在生物力學基礎上預測手術中、長期效果，對醫生手術具有較為科學的指導，加強了學校與醫院的合作。

5 結束語

建立醫學有限元實驗有兩個關鍵的問題：（1）醫用有限元模型快速準確的建立。模型的快速準確建立可以減少仿真實驗所需時間、降低費用、增加仿真的準確性和可信性。（2）建立通用的有限元模型庫，為進一步的實驗教學和科研打下堅實的基礎。因此需要在具體實驗實踐中逐步探索和積累。

將工程有限元分析同醫學結合開設實驗課，屬于多學科之間的交叉領域，不僅可以提高學生對所學專業知識的綜合運用能力，增強學生就業與學習深造的競爭力，而且可以加強多學科教師的教學和科研合作，提高教師的教學科研水平。同時提高相關實驗室的利用率，為學生自主開展創新實驗提供平臺，加強學校和附屬醫院的教學科研合作，為醫學院校提供更為廣闊的教學和科學研究領域。

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篇6

推拿屬于中醫外治法的范疇，它是通過手法作用于機體以達到預防、治療和保健功效的一門學科。推拿手法作為這一學科的核心內容，治療疾病的基本手段，其優秀與否直接關系到臨床治療效果。因此，手法的理論研究和臨床應用，也成為推拿學發展中的一個研究主體。基于此點，本文就手法柔和原則的生物力學基礎作一探討，不當之處望同道指正。

1　推拿手法的柔和原則在推拿學中的重要意義

1.1　歷代醫家對柔和的闡述推拿學的發展已有二千多年的歷史，早在《內經》中就已經確立了按摩在中醫治療學中的地位，并且記載了按、摩、推、拿、揉、切、彈、踩蹺8種手法。至明代，推拿手法更加豐富多彩，對小兒推拿手法也作出了詳盡的闡述。前輩們不斷研究和總結，發展至今，已有了二百多種手法記載，并且歸納了手法操作的基本要求--持久、有力、均勻、柔和、深透。這就指出，推拿手法絕不是簡單的技術，它是一種高級的運動形態。正如《醫宗金鑒?正骨心法要旨》云："法之所施，使患者不知疾苦也。"對手法操作提出了客觀的要求。而長期以來，似乎形成了一種傾向，認為推拿治病靠的是力氣，甚至認為力氣越大越好，明代的張介賓就曾對此作出了嚴肅批評，他說："今見按摩之流，不知利害，專用剛強手法，極力困人，開人關節，走人元氣，莫此為甚……，多見強者致弱，弱者不起，非惟不能去病，而適以增害……。"而近代推拿名家更是注重手法的柔剛有度。杜自明、劉壽山先生皆認為手法以柔和為貴，并提出了"筋喜柔，不喜剛"的觀點，已故著名推拿學家朱春*=老先生也經常提出："手法以柔和為貴，要柔中透剛"，他認為：" 人虛證虛，用柔和手法處理不待言，人虛證實，也應以柔和的手法為主，即使人實證實，也不能多用剛強的手法取快一時，如果一味蠻用剛強的手法對付實證，反而會造成氣動而成的病證，甚至無形中轉為痼疾，實證變為虛證。"前輩們的這些精辟論述，無論在推拿的理論研究上，還是在推拿的臨床應用中都成為后人立法之總綱。

1.2　柔和原則在推拿手法學中的具體應用柔和是指手法動作的穩柔靈活及力量的緩和，以使手法"輕而不浮，重而不滯"，在推拿手法學中，柔和原則對于歸納手法的性能分類，闡述手法技能的基本原則，概括手法操作的階段和規程均有重要的指導意義。《類經》十二卷第八注云："形證有柔剛，脈象有柔剛，氣味有柔剛，柔者屬陰，剛者屬陽，知柔剛之化者，知陰陽之妙用也，故必審而別之。"任何事物的內部都有柔剛相對屬性的相互作用和發展變化，這對于歸納手法的性能類屬有著具體的指導作用，曹錫珍先生就曾在《中醫按摩學》一書中把古代按摩八法分為陰型柔術四法和陽型剛術四法，但推拿手法的分類不單據手法動作形態及接觸面，手法作用力的性質的分解，而應在找出手法作用的共性基礎上加以研究，這里不作一一闡述。《易經?上》云："柔剛相推，而生變化。"在推拿手法的具體操作中，同樣也存在著柔剛的相互轉變，而特別注重"柔和為貴"、"柔剛相濟，柔中透剛"、"柔和當先，剛透其中"。這都是對手法力量調節的恰當概括，而"輕而不浮，重而不滯"更是闡明了單個手法具體操作時柔剛辨證運用。在使用柔和的手法時，并非用輕浮不實之力，即使施以剛強的手法，也絕非粗暴、死板之力。手法的運力應該是輕柔而扎實，剛強而靈巧。所以通俗言之，手法的柔和與否并非想當然的歸納為手法的用力大小，力量小的手法并非全是輕柔的手法，而力量大的手法也并非全是剛強、粗暴的手法，關鍵在于手法應用時的柔剛變化，即"柔中透剛，剛法柔使"。推拿科手法操作過程是手法基本技能的臨床應用，也是手法柔剛交替、結合、轉化和演變過程，在長期臨床手法應用中，由于因人、因病、因部位及流派手法的不同而復雜多端，但仍有其一定的規律性，即"柔-剛-柔"三個階段的操作規范，在手法操作的開始運用輕柔的手法，使患者之肌膚盡快適應手法的良性刺激，進而用較大刺激的手法，避免或減輕手法操作過程中產生的痛楚反應，給患者以舒適的感受，充分發揮手法的治療效果。

2　推拿手法柔和性的生物力學機制

2.1　關于"柔和"的現代物理學概念《辭海》上曰："柔者，柔軟，軟弱；和者，和順之意。"在現代物理學概念中，"柔和"可理解為"彈性模量"，它是指材料和物體在外力作用下產生變形的能力，若除去外力后，變形亦隨即消失，恢復原有的形狀和尺寸"(《辭海?物理學分冊》)。變形的能力越大，柔性也越高，反之則相反。物體在受到的力的作用后，在物體的內部也產生了相應的內力，物理學上把這種物體內部單位面積上產生的力稱為應力。手法的柔和性正與這種應力有關，因為手法歸根到底是以力的形式作用于機體，在機體內部產生相應的內力，即應力。應力的分布以及應力的速度變化快慢，直接影響手法的柔和性。當然，手法的柔和性還與手法力的大小有關，下文中我們具體探討。

2.2　柔和性與彈性變形機體在遭受暴力和扭轉力的作用，或者由于長期積累性的勞損而導致了軟組織的損傷，軟組織是由膠原組織(包括膠原纖維、彈性纖維和網狀纖維)構成的高粘彈性體，它們能抵抗變形，亦能產生形變。軟組織在損傷性外力的作用下，必定要發生形變，其內部亦相應的產生彈力，這是軟組織形變所產生的一種反抗力，軟組織產生形變后，由于機械力的作用，必然會導致組織液的滲出，繼而粘連，產生無菌性炎癥，筆者認為，這就是損傷的生物力學機制，而推拿手法的治療正是恢復這種形變，也即消除無菌性炎癥。軟組織遭受不同程度的損傷性外力作用，而產生不同程度的形變，軟組織內部也相應具備了方向與恢復軟組織原狀趨向一致的彈力，手法操作的力的大小正與這種彈力的大小有關。臨床上，我們會觀察到一些損傷輕微的病例，不經過任何的手法處理，或者經過1～2次的治療，就能痊愈，正是因為這種彈力的自行恢復趨勢。所以手法的柔和并不取決于刺激量的大小，前文中我們已經提出，輕浮無力并不是柔和，而刺激量大的手法也并非全是粗暴的手法，它是以獲取療效為前提的據癥而施法。上述我們只從力量的大小論述手法的柔和性原則，手法作用于機體后，患者必然會產生酸、脹、麻、痛等反應，但手法的柔和原則要求手法"輕而不浮，重而不滯"，在手法取得臨床療效的前提下既能達到恢復形變所需的作用力，又能盡量減少病人的痛楚，同樣力量的手法施于機體到底怎么樣才能使患者更舒適呢?我們從生物力學的角度來分析其機理：

2.2.1　應力的均勻分布：　在日常生活中，也許我們都有這樣一種體驗；當我們長時間坐在硬板凳上時，臀部會產生酸脹感，而坐在沙發上時則這種感覺相應會減輕，這是因為當人坐在板凳上時臀部與板凳只是左右坐骨結節為支點接觸，而人坐在沙發上時則會大大的增加接觸面積，使重力作用所產生的內應力均勻的分布，故而會減少痛楚。同樣，手法的作用也一樣，我們以滾法為例，當我們以指掌關節為支點進行滾動時，病人就會酸楚，甚至會產生疼痛，這是因為這種方法操作時，醫者的手與患者接觸的面積小，應力集中于某一點(或某一條線)上，這樣如果手法刺激量大，其相應的應力會更大，但人體各部分組織的塑變性是有一定限度的，所以應力再大，它使局部組織產生的形變也是有一定限度的，相反只會損傷局部組織，并且由于應力過大，患者會產生保護性的肌肉痙攣，更不利于手法的深透、形變的恢復。而當我們以小指指間關節為支點，進行腕關節的屈曲和前臂旋轉運動時，并用緊滾慢移，相應的會增加手法的接觸面積，而減少應力大小，并且使應力在患部均勻的分布，這樣不僅有利于患部形變的恢復，還會使患者有舒適感。

2.2.2　應力的變化速度快慢：我們知道，手法操作時，任何頂壓和跳動的動作都是錯誤的操作方法，患者也會產生生硬、不適宜的感覺，其自然稱不上為手法，更談不上柔和。為什么頂壓和跳動的手法會使患者產生不舒適的感覺呢?我們可以從應力的變化快慢來考慮，我們知道，軟組織的強度隨著載荷變化的速率增快而增強(這與骨組織相同)，當手法作用時，如應力(即載荷)變化的速度快，則軟組織會產生較強的強度，這樣容易使局部的軟組織緊張、痙攣，不利于形變的恢復，頂壓和跳動的動作都會使應力的變化速度加快，必定會產生上述情況。事實上，在臨床上我們也會常常發現用這種手法或用大刺激量但作用周期短的手法，患者會有疼痛的感覺，且有保護性痙攣出現，但是應力的變化速度也是相對的，它是相對于某一種手法的頻率而言，在這里我們不再闡述。

3　小結推拿手法是推拿治病的關鍵之一，中醫推拿歷來重視手法在治療中的作用。《內經》曾云："手毒者，可使試按龜于器下，而按其上，五十日死。手甘者，復生如故也。"在二千多年中醫推拿的發展史中，古代醫家早就認識到推拿手法的二重性--柔和性和深透性，提出了推拿手法的五個基本要求。手法的柔和性原則在推拿手法學中具有重要的地位，它對于指導手法學的理論研究和臨床應用上都有重要的指導作用，對于歸納手法的性能屬性，闡述手法技能的基本準則，概括手法操作的階段和規程均有具體的指導作用。運用生物力學的理論研究手法，早在五十年代就有人對此作了大量的工作，并且對一些經典的手法作了專題研究，但是還少有對于手法普遍性原則的研究報道，本文從這個角度探討了柔和性原則的內在機制。我認為：手法的柔和性與軟組織的形變有密切的關系，它取決于手法的應力分布均勻性及應力變化的速度快慢。當然，本文只能運用生物力學的一些基本的原理和概念，但是運用生物力學的原理研究推拿手法及具推拿作用的基本原理等方面，以指導推拿學的發展，將存在著美好的前景。例如本文關于柔和與彈性形變，能否客觀化地表述損傷后的形變程度及狀況，以便更省力而又能提高手法運用的療效，這些都將需作進一步的研究。本文也是以此點出發，旨在使更多的推拿醫生從多種途徑研究、探討手法，使推拿學的研究出現新的局面。

參 考 文 獻

［1］　VICOR H.FRANKEL，等主編.黃慶森等譯.骨骼系統基本生物力學.天津：科技出版社.

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一、力量的概念

力量素質是指人體神經肌肉系統在工作時克服或對抗阻力的能力，是肌肉緊張或收縮時表現出來的一種能力。隨著體育運動科學的不斷發展進步，人們愈發認識到改善神經---肌肉系統的功能，增強肌肉收縮時產生的力量是提高運動成績最直接和有效的途徑，因此，幾乎所有的競技體育項目，無論是以力量為依托的體能類項目，還是以技術和靈巧為主的非體能類項目，以及那些以技、戰術配合為特點的集體項目的教練員，均加大了對力量訓練的重視程度。

二、力量素質的分類

力量素質的分類，根據不同的角度與標準，可以分為多種類型。依力量素質與運動專項的關系，力量素質可分為一般力量與專項力量。依據力量素質與運動員體重，可分為絕對力量和相對力量，依據完成不同體育活動所需力量素質的不同特點，可分為最大力量、快速力量和力量耐力等。

三、力量訓練的方法

力量訓練的方法，就是指為了提高肌肉工作的能力，而對人體的運動系統所實施的一系列的專門性生物改造的方法和手段。從眾多的研究中來看，在力量訓練方法的概念上是基本趨于一致的。

1.靜力性力量練習方法。當身體在固定情況下，許多肌肉在一定時間內，為了試圖克服相當大的阻力，表現出高度的肌緊張，而在用力過程中，肌纖維沒有縮短，肌肉在這種情況下進行收縮，稱之為等長收縮、也稱“靜力性工作”，采用這種方法來發展肌肉力量，即成為靜力性訓練法。

2.動力性力量練習方法。所謂動力性力量訓練方法，就是指在力量訓練時，肌肉經常改變拉力的強度和方向，同時改變著骨杠桿的位置，從而完成機械動作。在動力性的力量過程中，肌肉的長度因其收縮而發生變化，當肌肉克服阻力時，身體朝肌肉收縮的方向移動，肌肉做向心收縮運動。動力性力量訓練方法能有效地發展動力性的力量。能更好的發展神經、肌肉間的協調關系。可以有效的改變原動肌、協同肌和對抗肌之間的協調性。同時這種訓練方法有利于提高肌肉的收縮速度，訓練中能使訓練部位的肌肉工作達到最大幅度。動力性訓練方法最突出的一個優點是可根據不同專項的需要，采用不同結構的負荷去發展不同性質的力量，更利于對力量訓練的專項化控制。

四、力量訓練的注意事項

力量素質訓練不僅應該注意運動訓練學中一般的訓練原則，也應格外注意力量訓練中，運動生理學，運動生物力學等相關的科學原則。注意大小肌群的協調發展，主動肌與被動肌的協調發展等。

1.注意針對項目需求。要注意發展對本項目最有影響的肌群力量，這要求對具體得項目和動作進行分析，即項目需要什么樣的力量，就著重發展什么樣的力量。專項力量練習時，原動肌的定點和動點只有與專項一致，訓練獲得的力量在專項動作中才能發揮效力。

2.注意針對個體需求。要注意根據每個運動員的特點，有針對性地發展其弱肌群，即對于這個項目而言，該運動員缺少哪個肌群的力量，就注意發展什么肌群的力量；缺少什么類型的力量，就注意發展什么類型的力量。

3.教練員應對本項目進行認真的分析，即注意分析哪些動作動員哪些肌群，以及這些肌群的發力特點、發力方向、動作類型等，然后在實際進行力量練習時，注意按照這些特點進行訓練。同時，直接完成運動的肌肉群協調發展，肌肉發力的條件要一致。

4.注意一般力量與專項力量的銜接。專項力量訓練不能“單打一”的訓練。還要注意薄弱的肌肉群力量的發展，應在一般力量訓練的基礎上協調發展專項所需力量，避免造成局部運動量過大，引起肌肉損傷。

5.注意循序漸進，力量的發展是一個長期、緩慢的過程，千萬不可急于求成。按照力量發展的規律，緩慢增長的力量，將來到達的最大力量水平較高，而且保持的時間也較長。

6.注意處理好負荷與恢復的關系。在一個訓練階段中，負荷安排應大中小結合。在每組重復練習中，注意組間的休息。力量訓練后，要特別注意使肌肉放松。

五、結論與建議

結論：競技體育的目標是提高運動員的競技能力，獲取比賽優勝，提高運動員的力量素質，可以有效地提升運動員競技能力，提高競技水平，獲得比賽優勝。因此，力量訓練是實現競技目標必要而高效的途徑。進行科學的力量訓練，要充分了解運動訓練學、運動生理學和運動生物力學的相關科學知識，采用與本專項需求相符合的訓練方法。力量訓練的方法是實現力量訓練目標的載體，圍繞“專項力量”的力量訓練核心，貫徹運動訓練學的基本原則，采用科學合理的負荷和方式，提升運動員力量素質水平，進而配合技術、戰術和其他體能因素，提高整體的競技水平，創造更加優異的比賽運動成績。

建議：科學的力量訓練，應遵循運動訓練學的一般原則，符合人體生理學和生物力學的構造原理。緊密結合專項特點，采用科學和適宜的訓練方法，采用合理的負荷強度，循序漸進，提升運動員的力量素質能力。

參考文獻：

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[2]于紅妍，李敬勇，張春合，等.運動員體能訓練的新思路-

核心穩定性訓練[J].天津體育學院學報，2008，（2）：

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人出生后大約12―15個月就開始獨立行走。此后一生中，步行成為人體活動最基本的方式之一，人的步行姿態在一定程度上是與人體所處生物學因素及環境因素相互作用的體現。步態分析是對人體步行從運動學、動力學、肌肉工作特征及其運動控制等方面，進行系統的分析研究。研究者們通過對步行姿態（步態）的研究，對人的行走功能進行評定、對疾病的恢復效果進行評價、對不正常步態進行矯正、對行走輔助功能提供參考。步態研究已經成為生物力學及醫學界的一個重要課題，國內外學者們對此做了廣泛而深入的研究。本文通過對步態研究的方法、研究進展等方面作綜述，希望為以后步態問題的深入研究提供參考。

1.步態研究的方法的發展

隨著人類科技的進步，步態研究的方法在不斷更新。從原始的肉眼觀察、簡單工具測量到應用數碼攝像技術、計算機模擬，到目前最為先進的步態系統研究方法。方法的更新和進步使步態研究更加準確和豐富，為人類的健康作出了巨大的貢獻。

1.1肉眼觀察法

19世紀德國生理學家webers兄弟首先發表了對人體的基本位移形式―步行的研究。由于受到當時條件的限制，他們采用了觀察法，通過素描及繪畫的方法對步態進行了描述［1］。這也是較早對人體步態的研究之一。很顯然，這種方法的精確性差，而且僅能夠粗略地描述人體的步態。所以，這種方法隨著時代的發展已經不再為人們所采用。但是，他們的研究方法引發了人們對步態研究的無窮探索。

1.2走紙法［2］

走紙法是一種較為古老的步態研究方法。它是通過對測試者所走過的足跡進行測量，借助簡單的工具進行步態分析的方法。這種研究法所能得到的參數很少，而且測試的工作量較大，且因為測量工具問題誤差較大。至今，這種方法逐漸被淘汰。從研究方法學來說，這種方法是人類利用測量工具研究步態的開始。

1.3攝影攝像法

隨著科學技術的發展，人們開始利用性能較高的攝影攝像技術分析人體步態。使用兩到三臺互相垂直的攝像機對人體正常步行進行拍攝。然后利用計算機分析系統對步態參數進行測定。這種方法的精確度較高，參數分析的范圍比以往任何方法都要大。通過這種方法，我們可以得到步態的時間、空間、時間―空間參數，包括人體步行時的重心曲線，肢體各關節的運動曲線等。通過這些數據，我們可以對人體步行的穩定性、協調性、節奏性、對稱性進行評價，從而為疾病恢復、步態矯正、假肢研制等提供重要的參考。這種方法的缺點是反饋速度慢，以及對一些力學參數的測定無能為力等。所以目前研究者主要用攝影攝像法與三維測力臺配合使用，使研究更加全面，更加有說服力。

1.4三維測力臺法

這種方法是讓測試者在測力臺上按測試要求正常步行，測力臺的內部的電阻受壓后，應變片因拉伸或壓縮而產生電阻的電信號變化，通過放大后進入連接的計算機處理［3］。通過這種方法，我們可以獲得步態的力學參數，如足底壓力分布、空間各方向的分力、與地面的支撐反作用力等。通過這些參數，我們可以對行走的穩定性、對稱性等進行評價。目前這一技術已經比較成熟，典型的有kistler測力臺和AMFI測力臺。測力臺所得力學參數與數碼影像分析所得的時空參數相結合，綜合人體相關生理知識，我們已經能夠對步態進行較為精確的描述。

1.5步態分析系統法

它由計算機、測力板和測角儀組成，利用隨身攜帶的單片機，記錄由測角儀測得的關節角度信號，并由與測力板以及安裝在步行道上的壓力開關相連的光電裝置，控制單片機和測力板的同步周期采樣，測試完畢后，用串行通訊方法將單片機的采樣信號輸入計算機處理，而整個步行采用無電線連接測試，并針對以往簡易步態測試裝置不能確定人置的不足，建立了能確定著地足位置的積分方程，再利用測角儀測得的關節角度信號和用多剛體力學建立的人體步行運動學、動力學程序，使得它像各種先進的紅外步態分析系統一樣，計算出步行的各種能量變化、人體行走位置、關節受力和肌肉力矩等。我國也開展了各種簡易步態分析系統的研究，較有代表性的工作有：微機化步態分析系統［4］和靴式步態分析系統［5］。

2.步態研究的進展及對人類健康所作的貢獻

2.1對不正常步態的研究及對人類健康的貢獻

所謂不正常步，即步態特征的變化超出正常范圍。whittle（1996）列出四點被視為不能正常行走的特點，一是兩腿不能交替支持人體重量，二是在單腿支撐時不能靜力性或動力性保持平衡，三是擺動腿不能前擺到一位置上從而變為支撐的作用，四是力量不足以令下肢移動的同時帶動上肢。異常步態有時很明顯僅憑肉眼觀察就可看出，而有時必須通過實驗儀器才可以得出步態異常。

近年來，以步態分析的方法來評估及治療肌肉骨骼和神經方面的研究發展迅速，并由此進一步推動了對不正常步態的深入研究。這方面的研究很多，如劉永斌［6］等人對三截一癱殘疾者進行步態測試，以反映人體行走姿態變化時間歷程的周期、時相及反映支撐反力的三維離曲線為基礎，用特征函數的基本概念進行歸類組合，提出5個相應的經驗公式，以此對三截一癱患者的行走功能進行評定。Rozendal［7］等通過三維步態分析系統提供三維平面的地面與反力的向量圖，繪出偏癱病人足―地接觸力的向量環，可以發現健側和患側下肢的力量環和形態明顯不同，借此可客觀評定步態異常機理。Granataetal.（2000）［8］通過步態分析，研究延長肌腱的治療方法對兒童腦癱病人的影響，等等。除此以外，臨床步態實驗室也在不斷增加。對于不正常步態的研究，可以幫助早期偏癱、腦癱等功能性疾病的診斷，還可以通過矯正促進疾病的恢復。醫學界正在越來越多地應用步態研究成果為人類健康服務。

2.2對正常步態的研究及應用

一個正常的步態周期，通常由腳跟著地開始，至同側腳跟再次著地為止，包括支撐和擺動階段［9］。對正常步態的研究主要是從步態的時間、空間、時―空、力學等參數入手研究各年齡段、各類不同職業的群體、不同形體特征的步態差異，對人類的步行規律及相關影響因素進行探討。

國內外研究主要集中于老年人、兒童等特殊人群的步態。而對于成年人特別是與步態與運動能力的關系的研究較少。如Hills and parker（1991）［10］研究表明身高與步幅顯著相關。Mann and hagg（1980）研究表明，正常兒童以自然步速行走，支撐時間是整個步行周期的62%，且支撐時間似乎并不隨年齡而變化。只有在步行節奏改變時，如跑或快速步行時變化才比較明顯，其他學者的研究也支持了這一點。另外，granata，abel，anddamiano（2000）［11］對下肢關節角度和關節角速度的變化做了研究，指出步行時關節角度的大小是與肌肉的活動和發力是相關的。北京體育大學趙芳、周興龍等（1996）［12］分析139名普通中老年人在正常步行下的步態，其目的是研究從中年到老年這一衰老過程步態指標的變化，希望能將步態指標作為中老年人體質衰老的評價標準。另外，一些學者對肥胖兒童、長期負重、高跟鞋等對步態的影響也做了一些研究。這些研究對于人體步態矯形，塑造人的形體美，以及利用人體步態參數為肢體殘疾者制作合適的假肢，促進青少年形體的健康發展等起到了巨大的作用。不足的是對健康成年人步態與身體功能、步態與人體運動功能關系的研究還較少，相信隨著研究手段的日益完善，這方面會取得較大的進步。

3.討論

3.1隨著科學技術的發展，對步態研究的方法也日益完善。從原始的觀察法、走紙法等發展到準確全面的影像技術、測力臺技術和步態測試系統。國內外很多學者仍然在努力嘗試研究更為科學的研究方法，并且陸續有報導。另外，因應醫學上對病態步態分析應用的要求，臨床步態實驗室不斷增加，并且朝向實用性、準確性、系統性、低成本方向發展。

3.2隨著研究方法的不斷進步，步態研究也在不斷深入，通過對正常步態從時間、空間、時間―空間、力學等參數的測定，對人體正常行走的規律及不同人群的步態特征的研究也取得了很大的成功。對一些特殊形體如肥胖、長期負重及等人群的步態也開始研究。這些研究對評價人體行走功能、矯正不正常步態等提供了科學的依據。病態步態方面的研究如“三截一癱”者步態，為科學診斷及恢復治療、恢復評定提供了重要參考。不足的是，對步態與運動功能的關系，健康成年人步態與身體功能的關系等的研究還較少，希望這方面能夠引起研究者的重視。

參考文獻：

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［3］張瀟等.運用三維測力臺系統對正常人步態的分析.醫用生物力學，1996.，4：211-215.

［4］徐乃明等.微機化步態分析系統的研制.中國生物醫學工程學報，1990，9，（1）：13-207.

［5］門洪學等.靴式步態分析系統的研制與應用.等.中國生物醫學工程學報，1991，10，（3）：142-148.

［6］劉永斌等.行走功能定量評定方法研究.中國康復理論與實踐，1996，4，154.

［7］Rozendal RH，et al.Arch Phys Med Rehabil，1987，68：763.

［8］Granata，K.p.，Abel，M.F，Damiano，DL.Joint angular velocity in spastic gait and the influence of muscle-tendon lengthening.Journal of Bone and Joint Surgery，2000，82，（2）.174-186.

［9］吳劍，等.人體行走時步態的生物力學研究進展.中國運動醫學雜志2002，3：305-309.

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1資料與方法

1.1一般資料①根據國人解剖學數值選取一個有代表性的健康成年男性志愿者，35歲,身高175cm，體重73kg；②General Electrics 64層螺旋CT機；③計算機工作站；④圖像處理軟件Mimics10.0(Materialise's interactive medicalimage control system 10.0)；⑤有限元分析軟件MSC.PATRAN 2005、ABAQUS。

1.2方法與步驟

1.2.1建立T12-L4椎體三維模型包括螺旋CT掃描、CT圖像處理及保存和胸腰段三維圖像的重建。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424244個四面體單元，6212個六面體單元，658個桿單元，總計共95191個結點。

1.2.2椎板切除及回植鈦板固定的幾何模型和有限元模型的建立在正常椎體模型的基礎上模擬臨床手術情況，分別建立L1-L2-L3椎板切除和回植鈦板固定的椎體實體模型，并在此基礎上建立有限元模型.

1.2.3賦予各結構材料學參數：其中各部位的彈性模量及泊松比選擇文獻公認的資料。

1.2.4模型的約束和加載計算采取固定L4腰椎底面所有結點平移自由度，終板和椎體骨之間采用tie約束，保證椎體骨和終板不分離，椎體骨的力通過終板和椎間盤傳遞，在T12胸椎上表面施加均勻分布的垂直向下的人體上身重力，約260N，模擬人體中立位時的工況，并在中立位的基礎上，施加10Nm的力矩，模擬椎體前屈、后伸、左彎、右旋運動，分析胸腰段椎骨骼的位移和應力傳導情況。

2結果

本文根據有限元計算結果首先提取了正常、L1-L2-L3椎板切除、椎板回植鈦板固定術后的胸腰段中立位、前屈、后伸、左彎、右旋的位移數據，作為術后椎體穩定性的對比分析，位移越小，表明術后椎體的剛度越大。另外對于各種固定器械及椎體的受力分布及最大應力同樣做對比分析，比較各種固定方式的應力傳導和應力遮擋情況，為臨床手術固定后效果的評定提供參考。

2.1椎體的位移分析不同固定方式的椎移分布見圖1，圖中椎體的顏色對用圖左上側的數值，顏色越偏向紅色一方，說明此處位移越大，相反，椎體顏色越偏向藍色一側，說明此處位移越小。各種固定方式的最大位移值見表1。

2.2統計分析方法獲取位移圖中位移較大區域即紅色區域中的10個單元的位移值，求其平均值，從結果可知，椎板切除后的椎體整體剛度最小，正常椎體的剛度最大，椎體回植后剛度處于他們之間，其中椎板切除后對于前屈、后伸以及旋轉動作的影響較大。

2.3應力分析 對椎板切除及回植固定后的椎體進行分析見圖2，圖3，圖中椎體的顏色對用圖左上側的數值，顏色越偏向紅色一方，說明此處應力值越大，相反，椎體顏色越偏向藍色一側，說明此處應力越小。

對椎體和鈦板的應力進行分析，因椎體骨偏脆性材料，故采用工程常用的最大主應力進行分析，而鈦板為韌性材料，故采用Mises應力進行分析。從結果中可知，回植后椎體應力增加，而鈦板偏關節突關節處的部分比偏椎板的部分應力要大。

3討論

椎管內腫瘤約占神經系統腫瘤的10%~15%。脊柱脊髓外科手術治療不僅僅需要完整切除腫瘤，還要恢復脊柱的穩定性。為了充分暴露并達到腫瘤的完整切除，手術通常需要切除全椎板，切除韌帶，棘上韌帶及棘間韌帶，咬除兩側的椎板，有時還需要咬除部分關節突關節，因此傳統脊髓腫瘤切除后，必然留下較大的骨性結構的缺損。

由于腰椎在三維空間活動中，會產生相應節段的應變，位移，轉角或扭角。如果后部結構破壞較多，勢必導致相應節段力學指標的變化，增大了腰椎移位，使脊柱處于失穩狀態。由于腰椎后部結構的切除，使得腰椎前部結構只能繞髓核而運動，就象球軸承關節一樣發生隨意的傾斜，扭轉，椎體平滑剪切等，更進一步造成腰椎的不穩定，引發腰椎滑脫。因此大量破壞脊柱的后路結構，將導致脊柱出現過度或異常運動，術后脊柱穩定性將明顯下降。

但就臨床而言，行椎板切除是從后方顯露硬膜囊，切除椎管內腫瘤的必要條件。有報道椎板切除后脊柱不穩定的發生率成人20%，兒童更是高達45%。手術后遠期的“鵝頸畸形”，腰椎滑脫等更將導致脊髓神經的功能障礙。因此如何保持脊柱生物力學的穩定性，已經成為神經外科和骨科醫生關注的焦點。

有些學者考慮通過堅強的后路內固定，甚至前后聯合固定達到穩定脊柱，保護神經的目的。但是內固定后固定節段活動度下降，脊柱退變增加，后期并發癥也較多。因此為了即維持脊柱的穩定性，又保證脊柱的正常活動度，根據Denis的脊柱三柱理論概念，目前國內外均主張在切除腫瘤的同時，必須還納取下的椎板并進行恰當的植骨內固定。

McCormick PC等研究認為頸椎椎板切除術后椎板復位，用鈦板鈦釘固定的椎板成形術能有效增強脊柱的穩定性。由于關節、韌帶能很好的保留，椎板又復位，所以脊柱的穩定性得到維持，對后期脊柱的穩定性和脊柱功能保留較好。因此在頸椎椎管成形的手術中，國內外研究者較多采用鈦板鈦釘固定的椎板成形術，而且術后效果滿意。

對于腰椎椎管內腫瘤國內外多采用后路全椎板切除，然而術后出現椎管內疤痕增生對神經形成的再壓迫，并造成了二次手術的困難；術后出現脊柱不穩，脊柱畸形等并發癥。因此為了預防這些并發癥的發生，各種椎管成形術應運而生。尤其是其中受頸椎椎板成形術的啟發利用鈦板鈦釘固定椎板的椎板回植成形術得到了初步的應用，并且臨床隨訪發現該術式既保留了脊柱原有的后路結構和椎管的完整性，又避免了因疤痕增生而導致的醫源性椎管狹窄癥的發生，同時又能防止脊柱不穩和脊柱畸形的發生。

然而目前國內外研究者僅是通過臨床的隨訪來證實該術式的優點，但卻缺乏相應的生物力學測試。

本生物力學實驗結果表明，隨著全椎板的逐節切除，椎板切除越多，最大位移就越大，椎體所受最大主應力也越大，勢必引起腰椎失穩。同時實驗結果提示，采用椎板回植，鈦鋼板固定能使椎移，所受最大主應力部分恢復到正常標本生物力學性能水平，而且鈦板回植后發現鈦板偏關節突關節處的部分比偏椎板的部分應力要大。實驗證明，該椎板回植鈦板固定有助于提高脊柱的穩定性，有助于提高脊柱抗壓，抗彎，抗剪和抗旋轉能力，有助于臨床癥狀的改善和脊柱功能的恢復。

但本研究仍有待于進一步的理論分析，尤其是鈦板形態的再設計，有利于應力的進一步分散，避免內固定的斷裂失效。

參考文獻：

[1]Love JG:Laminectomy for the removal of spinal cord tumors[J].J Neurosurg,1966,25:116121.

[2]Wiedemayer H,Sandalcioglu IE,Aalders M,et al.Reconstruction of the laminar roof with miniplates for a posterior approach in intraspinal surgery: technical considerations and critical evaluation of follow-up results[J].Spine,2004,29:E333E342.

篇10

從有限元分析方法被列入口腔修復領域以來， 國外學者在尸體上建立了TMJ 的三維有限元模型， 并進行相應的應力分析， TMJ 三維影像重建技術應用于臨床。國內學者利用TMJ螺旋CT、三維影像重建技術與三維有限元分析相結合方法， 率先在活體基礎上建立了正常及病損的TMJ 的三維有限元模型，從而開展了下頜關節在各種情況下的生物力學行為分析和研究。

在髁突不同類型骨折后骨密度及力學性能變化、咀嚼肌酶組織化學特征變化的研究方面， 姚軍等得出以下結論: ①兩種髁突骨折(橫、縱折) 中， 縱折引起髁突骨密度及生物力學性能下降明顯; ②兩種骨折類型對咀嚼肌酶組織化學變化無明顯變化。此類研究對顳下頜關節紊亂綜合征(TMJDS) 的病因及診斷有重要價值。

馮海蘭等對下頜側方運動軌跡的研究提出新的理論， 認為以往采用的切點運動軌跡， 尚不足以反映下頜整體側移情況， 不能完全作為評價髁突運動狀態的方法。葉少波等的K52R 型下頜運動軌跡儀的聯機和軟件開發， 其功能和數據處理能力達國際先進水平， 具有較強的可維護性。

2 固定修復

目前， 國內口腔修復領域里固定修復比例在迅速增加， 能集中反映目前學術水平的主要有以下幾點:

2.1　樁-核-冠系列修復殘根、殘冠是近年來采用的一種修復手段。通過對樁、核的長短、形狀、直徑的變化對應力分布的影響， 以及樁核冠系列修復后牙體組織抗折力的研究等， 對保存牙齒， 提高修復質量提供了依據。

2.2　對全冠邊緣位置(止于齦上、平齊齦緣、止于齦下) 集中提出如下觀點: ①Gardner 認為， 選擇全冠邊緣位置時應考慮四個因素， 即牙周狀況、美觀、固位及邊緣應放在健康的牙體組織上。②邊緣的密合性比邊緣位置對牙齦健康的影響更大。③前牙冠的邊緣止于齦下是許可的。④后牙冠邊緣只要達到一定的質量要求， 邊緣的位置在任何部位均可。以上四種觀點各有優缺點， 其中以平齊齦緣為最好。因為平齊齦緣時， 既美觀， 固位力也好， 對牙周組織損傷很少。

2.3　在金屬烤瓷修復方面， 除對修復效果與質量的重視外， 更加注重修復美。如改良頸緣設計， 用測色儀進行科學比色、配色; 牙冠、牙列形狀的三維重建為修復體的CAD/CAM 提供了數學模型。另外， 通過對帶模整體鑄造固定橋與脫模鑄造的精度比較顯示， 帶模鑄造術的精度優于脫模鑄造術， 可免去焊接工序， 提高工作效率。

3 可摘局部義齒修復

在固定-活動聯合修復體研究方面， 張富強等對遠中牙合支托、近中牙合支托、套筒冠義齒三種設計對比作了分析， 指出了遠中牙合支托對基牙支持組織的健康不利，長期使用可致基牙牙周組織創傷， 基托下支持組織萎縮， 義齒翹動， 以致缺牙區鄰近天然牙再喪生; 近中牙合支托， 可減少游離端基托翹動， 保持基牙支持組織健康， 但仍不能充分分散牙合力。套筒冠義齒就位后與基牙密合， 形成整體， 可防翹， 且有利于缺牙區軟硬組織健康。

通過可摘局部義齒對口腔微生態的影響和細菌學分析發現， 戴義齒1周后， 卡環固位臂側的基牙菌斑中粘性放線菌、變形鏈球菌比例明顯升高。提示配戴可摘局部義齒者， 除注意口腔衛生外， 還應采取其它菌斑控制措施。但目前尚無控制基牙菌班的新型義齒清潔劑。

隱形義齒是目前在全國相繼開展的一項新技術。由新型彈性材料， 壓力灌注法一次成型的、薄而透明、無金屬卡環的彈性義齒， 舒適美觀， 尤其適用于前牙缺失。另外， 鑄鈦技術及鈦支架制作工藝， 在可摘局部義齒修復中具有巨大開發潛力和應用前景。

4　全口義齒修復

具有美學效果的全口義齒修復已成為目前口腔修復界的研究熱點。計算機輔助全口義齒設計， 應用電腦模擬系統(CA SSO S) 探討全口義齒修復中的側貌重建， 以及與垂直距離相關的顏面標志的計算機圖像分析系統的建立和應用， 有助于制作具有美學效果的全口義齒。

無牙頜齒槽嵴低平總義齒修復有三點值得關注:①應用中立區概念指導總義齒修復、長舌翼下頜總義齒、磁性固位覆蓋下頜總義齒等都能改善固位; ②通過使用硅橡膠印模熱凝重襯和Fittydent 義齒穩固劑增強固位; ③通過打破常規排牙法， 照顧下頜的功能尖與齒槽嵴的關系， 改善下頜總義齒固位。

光固化基托快速修復全口義齒具有操作簡便、省時、省力、符合口腔生理解剖要求、誤差少等優點， 但此方法適應癥范圍較少， 必須是正常頜關系， 頜弓長度、高度、寬度均正常， 齒槽嵴豐滿等。