摘要:

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摘要:运动生物力学主要研究体育运动中人体及器械机械运动规律，是竞技体育科学研究的重要支撑学科。本文回顾了近年来运动生物力学数据测量以及计算分析技术的进展。在此基础上，重点综述了2024年运动生物力学在提高运动表现，运动损伤的预防与康复，以及运动装备研发方面的研究成果，希望能为我国运动生物力学科研人员提供参考，拓展研究视野，推动该学科在竞技体育中的深入应用与发展。

摘要:人工智能（artificial intelligence，AI）技术在运动生物力学领域里越来越广泛的应用，为竞技体育科技助力运动员提高表现提供了更多更有效的科技支持。通过使用AI技术和方法获得运动员的生物力学数据，分析运动技术的生物力学特征，制定训练计划，调整战术方案和预防运动损伤已经成为高水平竞技体育的一部分。本文通过文献综述总结目前AI技术在运动生物力学中的应用，包括AI技术在运动技术分析提高运动表现中的应用，在战术分析中的应用和在预防运动损伤中的应用，为进一步促进AI技术在运动生物力学中的应用提供新的思路，为竞技体育科技助力提供新的方法和手段，也为AI技术本身的发展提供更多的可能性。

摘要:目的 联合熵权优劣解距离法和秩和比法对冰球头盔防护性能进行等级评价，明确等级评价的有效性及影响因素，以及防护性能与购买价格间的关系。方法 低、常温处理后的24个冰球头盔，通过碰撞试验机中的单轴加速度计采集下落冲击时的线性加速度数据，基于STAR模型联合熵权优劣解距离法和秩和比法对头盔防护性能进行等级评价。采用单因素方差分析或Kruskal-Wallis H法确定各组间的防护性能差异，通过Pearson相关系数分析各指标间的相关性。结果 综合防护性能分档等级，CCM TACKS 310、IBX、BAUD、WARRIORS COVERT RS PRO头盔为差，BAUER REAKT 150、HYPERLITE、REAKT 200头盔为优，其余为中。常温STAR(A)与Rowson’s STAR值，综合Ti与低温Ti、常温Ti值呈中或高度正相关（P<0.05），且综合Ti值满足方差齐性（P>0.05），组间存在差异（P<0.05）。低温指标不同组间存在差异（P<0.05），且权重大小位列各指标前3位，常温指标未受等级影响（P>0.05）。综合Ti值与购买价格呈低度正相关（P<0.05）。结论 基于吸能测试方案联合熵权优劣解距离法和秩和比法可对冰球头盔综合防护性能进行有效的等级评价，低温指标用于评价及等级分档的效果依次优于常温指标和价格。不建议消费者将价格作为评价冰球头盔综合防护性能的依据。

摘要:目的 通过水槽训练改进蛙泳运动员出发阶段的水下技术，评估其对提升竞技表现的有效性。方法 受试者为上海游泳队的14名短距离level 4级别男运动员，随机分为实验组（n=7）和对照组（n=7）。实验组进行水槽出发训练，对照组进行常规泳池出发训练，每周2次，为期16周。16周训练的开始和结束时，分别进行泳池15 m蛙泳出发测试。采用重复方差分析和配对t检验，比较两组组间和组内运动学指标（时间、距离、速度、关节角度）的变化。结果 经过16周的专项强化训练，实验组和对照组出发15 m表现(F(1,12)=6.52，P<0.05，η2= 0.39）具有交互作用，且实验组训练后成绩优于训练前对照组（P<0.05）。实验组长划臂时间（F(1,12)=10.28，P<0.01，η2=0.46）和第2次滑行时间（F(1,12)=4.81，P<0.05，η2=0.22）有所改善，长划臂距离（F(1,12)=4.71，P<0.05，η2=0.21）和第2次滑行距离（F(1,12)=4.90，P<0.05，η2=0.21）有所提高，长划臂速度（F(1,12)=4.77，P<0.05，η2=0.20）有显著提升，组内统计显示实验组出水速度显著提升（P<0.05），手部入水角度得到优化（P<0.05），其他关节角度变化不显著。结论 水槽训练减少了蛙泳出发的长划臂阶段和第2次滑行阶段的时间，有效阻止了水下滑行中的速度损失，为提升蛙泳运动员的出发成绩和优化训练方法提供了实验依据。

摘要:目的 通过对两名顶尖坐式越野滑雪运动员模拟比赛中运动表现和生理指标的分析，探讨不同地形下的运动强度与配速策略特点，为运动员体能分配和速度节奏优化提供科学依据。方法 采用差分全球定位系统和动量科技MT-Sports T2 对运动分级为locomotor winter 10（LW 10）的两名北京冬残奥中距离坐式越野滑雪冠、亚军运动员A、B进行测试。连续采集运动员5场15 km越野滑雪计时赛中的实时滑行速度和心率，并分析各路段用时、速度和心率变化。结果 在上坡和平地路段平均心率变异系数与总成绩显著相关。运动员在3种地形下滑行的平均速度和平均心率占最大心率（HRmax）百分比与总成绩显著相关。上坡和平地地形的平均用时与总成绩的相关性较下坡地形平均用时与总成绩的相关性强。两名运动员速度节奏均采用积加速性速度节奏。结论 上坡和平地用时是影响比赛成绩的关键因素。运动员在比赛中采用积加速型速度节奏，即前半程逐步提速，中后程保持稳定输出，最后1圈完成高速度滑行。运动员心率分布主要集中在70%~90%HRmax区间，通过合理分配心率，尤其是在上坡高强度输出和下坡恢复之间的调控，有助于优化整体体能消耗。

摘要:目的 分析优秀男子速度攀岩运动员Tomoa skip技术肌电特征，为专项力量训练方法和手段的确定提供理论依据。方法 招募 10 名1级及以上级别男子速度攀岩运动员，采集其攀爬国际标准赛道的Tomoa skip技术运动学和表面肌电数据。结果 Tomoa skip 技术中肌肉贡献率大小排序依次为肱二头肌、肱三头肌长头、指浅屈肌、背阔肌、胫骨前肌、股外侧肌、臀大肌、腓肠肌内侧头。左侧所有肌肉贡献率之和、肱二头肌和肱三头肌长头贡献率显著低于右侧（P＜0.05），左侧腓肠肌内侧头的贡献率显著高于右侧（P＜0.05）；左侧肱二头肌的激活程度显著低于右侧（P＜0.05）。左侧肘关节和踝关节、右侧肘关节和踝关节共收缩指数分别为 0.93 ± 0.21、1.33 ± 0.14、0.72 ± 0.10、2.08 ± 0.59，左侧肘关节和踝关节的共收缩程度显著高于右侧（P＜0.05）。结论 Tomoa skip 技术中男子运动员表现出明显的肌电特征，左右侧上肢肌肉和背阔肌的贡献率均高于下肢肌肉，肘关节和踝关节分别是以肱二头肌和胫骨前肌为主导的激活模式；同时肌电特征也存在显著的左右侧肢体间差异，上肢肌肉贡献率和激活程度的左右侧肢体间差异大于下肢。

摘要:目的 检验弹振式俯卧撑（ballistic push up, BPU）测试的重测信度，并建立青年男性上肢力量和爆发力的预测模型。方法 71名男性大学生分别进行上肢卧推最大力量（1 repetition maximum, 1RM）、卧推爆发力和2次BPU测试，测试间隔48 h。通过三维测力台、红外动作捕捉系统记录BPU测试数据并计算向心峰值力（peak force, PF）、平均速度（mean velocity, MV）等指标。使用组内相关系数（intraclass correlation coef?cient, ICC）检验BPU测试的重测信度，Pearson相关系数评价BPU测试指标与上肢力量和爆发力的相关性，采用逐步回归建立上肢力量和爆发力的预测方程。结果 BPU测试指标重测信度良好（ICC=0.764~0.935）。PF、MV与体重（body weight, BW）可预测青年男性卧推1RM：卧推1RM=0.109PF-16.772[R2=0.790, 估计标准误差（standard error of the estimate, SEE）=8.17kg]；卧推1RM=1.511BW+87.15MV-110.136（R2=0.767, SEE=8.60kg）。PF与BW可建立青年男性卧推爆发力的预测方程：卧推爆发力=2.755BW+0.287PF–17.351（R2=0.620，SEE=46.1 W）。结论 BPU测试重测信度良好，BPU测试PF与MV可用于预测青年男性上肢力量与爆发力。

摘要:目的 探讨经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）结合抗阻训练对大学生完成引体向上成绩的影响作用，并从神经肌肉活动控制角度，探讨训练干预产生作用的潜在机制。方法25名男性大学生志愿者随机分为tDCS结合抗阻训练组（试验组）和单纯抗阻训练组（对照组），12名对照组受试者接受持续8周、每周3次、每次4组、每组12次动作重复的高位下拉力量训练干预，13名试验组受试者在对照组所采用的训练基础上，在每次训练前进行20 min的tDCS干预。在训练干预前后分别对受试者进行高位下拉静态自主最大收缩力（maximal voluntary contraction，MVC）、80%一次最大重复（one repetition maximum，1RM）负荷高位下拉最大重复次数和常规引体向上动作测试。在引体向上动作测试过程中记录上肢主要用力肌肉的表面肌电信号。结果 训练干预后，试验组和对照组引体向上完成次数分别提高了1.74倍和1.42倍，两组受试者MVC和80%1RM负荷高位下拉最大重复次数也都显著提升，但两组受试者上述指标差异皆无统计学意义。训练后两组受试者主动肌肱桡肌、三角肌后束、胸大肌的激活水平皆显著下降。此外，试验组受试者在训练后拮抗肌肱三头肌的共激活水平由0.50 ± 0.22显著下降到0.37 ± 0.09，而对照组在干预前后无显著变化。结论 持续8周的tDCS结合抗阻训练和单纯抗阻训练显著提升大学生引体向上成绩，可能与两种训练皆可以显著提升主动的肌肉收缩能力有关。tDCS结合抗阻训练可以更有效地降低引体向上动作过程中肱三头肌的共激活水平，提高肘关节肌肉的收缩效率。

摘要:目的 建立足-举重鞋耦合模型，探讨中底材料变化对抓举发力阶段的足部生物力学影响，优化举重鞋关键参数设置，降低运动员足踝损伤风险。方法 使用有限元方法构建足-举重鞋有限元模型并进行仿真计算，使用运动生物力学方法获取抓举动作运动学和动力学数据，使用统计方法验证模型有效性，对比抓举发力阶段举重鞋不同中底材料对运动员足底应力分布、骨骼应力、软组织应力及中底应变的影响。结果 中底热塑性聚氨酯（thermoplastic polyurethane，TPU）弹性模量20 MPa时，运动员足底应力峰值达到最小，随后中底TPU弹性模量增大，足底应力峰值也随之增大；足部骨骼应力集中分布在足前掌第三、四和五跖骨处，第四跖骨出现应力峰值；随着中底弹性模量增大，跖骨区应力峰值逐渐降低，软组织应力峰值逐渐增大，中底应变降低。结论 中等硬度中底材料弹性模量20~25 MPa在减小足底压力和预防足踝骨骼损伤方面具有优势。

摘要:目的 探讨竞技跆拳道运动员在得分状态下前横踢动作进攻腿的运动协调特征,为教练员制定分阶段、分环节的精准训练策略,从而提升运动员动作效率与成功率提供理论依据。 方法 采集 15 名优秀跆拳道运动员前横踢不同运动阶段的运动学和表面肌电信号等相关数据,采用连续相对相位法( continuous relative phase,CRP)计算关节协调性及其变异性(variability of continuous relative phase,VCRP),采用非负矩阵分解法和 k-means 聚类分析肌肉协同特征。 结果 启动阶段耦合以冠状轴膝-踝耦合和矢状轴髋-踝耦合为主;踢击阶段耦合以冠状轴髋-膝和髋-踝耦合和垂直轴膝-踝耦合为主;回收阶段耦合以冠状轴髋-膝和髋-踝耦合和矢状轴上膝-踝耦合为主,均相对稳定在 0 rad 附近。 近 80. 0% VCRP 在各阶段总体稳定,仅在阶段切换时刻出现少许波动。 启动、踢击、回收阶段分别形成 4、5、4 个聚类;各阶段之间间隙均值差异显著(P<0. 001),稀疏性均值差异无统计学意义(P>0. 05)。 部分肌肉协同簇每个阶段通用,部分肌肉协同簇不同阶段肌肉协同模式不同。 结论 关节协调在各阶段有 1~ 3 个主要的关节协调模式,阶段内部稳定,切换灵活;肌肉协同全程动态调整,通用型肌肉协同模式跨阶段发挥类似功能,分化型肌肉协同模式实现相应阶段特定功能。 训练中应将注意力重点放至启动和踢击阶段,且需加强对关键点的控制能力训练。

摘要:目的 评估学龄期先天性肌性斜颈（congenital muscular torticollis，CMT）儿童的运动功能，并分析其步行运动的时空参数和躯干及下肢的运动学参数，探讨CMT对儿童生长发育可能产生的远期影响。方法 采用三维步态分析技术，对CMT儿童步态进行详细评估并与正常儿童进行比较，分析躯干、骨盆及髋、膝、踝关节运动角度及范围，时空参数。纳入31名6~12岁CMT儿童为斜颈组，31名6~12岁正常儿童为对照组，并将斜颈组数据根据斜颈的患病侧分为健侧和患侧，3组间进行统计分析，计算运动学和时空参数的差异。结果 与同年龄段正常组儿童相比，斜颈组患侧、健侧的步长、步速、支撑相时间百分比、摆动相踝平均内翻角度、支撑相踝平均内翻角度、支撑相足偏角均值、足相对胫骨内旋平均角度、支撑相膝外翻角度均值、肩关节上下均值、着地肩关节冠状面角度，3组间存在显著差异。其中，斜颈组健患侧步长、步速、踝内翻角度、膝外翻角度、足外偏角度均显著低于正常组，支撑相时间百分比、足相对胫骨内旋角度高于正常组。结论 CMT儿童的整体运动发育异常在学龄期仍有残余表现，且对非受累侧同样产生影响，发生高低肩的风险较高，整体步行效率较同年龄段正常儿童减低，存在踝关节稳定性不足等下肢运动异常表现。

摘要:目的 应用表面肌电分析膝骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）患者在运动状态下的肌肉激活强度，探究运动恐惧程度对KOA患者下肢肌肉功能的影响。方法 选择30名KOA患者作为试验组，基于判别性问题（Q9;TSK-17量表评分）分为高恐惧组（n = 16)和低恐惧组（n = 14），同时选取14名健康受试者作为对照组。采用无线表面肌电测试系统收集受试者不同肌肉表面肌电信号。测试任务包括常速行走、上楼、下楼。通过计算肌电信号的均方根值，将肌肉激活信号归一化至最大自主收缩，以比较不同条件下的肌肉激活水平。同时，利用相关性分析计算变量与TSK-17量表评分之间关系。结果 在常速行走时，高恐惧组健侧与患侧相比，股直肌（P=0.02）、股内侧肌（P＜0.01）、股外侧肌（P＜0.01）的激活增强；在上楼时，高恐惧组健侧与患侧相比，股直肌（P=0.03）、股内侧肌（P＜0.01）、股外侧肌（P=0.01）的激活增强；在下楼时，高恐惧组健侧与患侧相比，股直肌（P＜0.01）、股内侧肌（P＜0.01）、股外侧肌（P＜0.01）的激活也显著增强；在常速行走时，高恐惧组与低恐惧组、对照组患侧相比，股直肌（P＜0.01）的激活明显增强，健侧相比时股直肌（P＜0.01）的激活明显增强；在上楼时，高恐惧组与低恐惧组、对照组的健侧相比，股直肌（P＜0.05）的激活增强，健侧相比时股直肌（P＜0.05）。下楼时TSK-17量表得分与健侧股直肌的激活程度的正相关性最为显著（r=0.952，P＜0.01）。结论 运动恐惧可以明显影响患者不同运动状态下的肌肉激活情况，特别是对功能要求较高的下楼。因此，在治疗KOA的同时一定注意心理因素的干预，以全面改善患者的运动功能和生活质量。

摘要:目的 建立颈椎后凸在轴向牵引载荷和横向侧推载荷的作用下的生物力学模型，为颈椎曲度异常的治疗提供理论依据，从而为患者制定最合适的治疗方案。方法 以患者CT扫描数据为基础，提取颈椎中轴线数据，拟合出颈椎弯曲曲线，根据Timoshenko梁原理，使用颈椎康复训练系统，建立颈椎后凸生物力学模型，对其进行分析研究，获得载荷作用下颈椎恢复曲线以及治愈颈椎后凸所需要的总载荷，并验证其合理性。结果 建立了颈椎后凸生物力学模型，在轴向牵引载荷与横向侧推载荷作用下，颈椎向正常生理性弯曲方向有效发展，轴向载荷与横向载荷的总作用力分别为353、5 649 N，且总轴向载荷的大小随着牵引角度的增大而增大，总横向载荷的治疗力矩随着Bordon值的增大而减小，轴向载荷的治疗力矩在正常Bordon值范围内，小于横向载荷的治疗力矩，验证了载荷的合理性。结论 所建立颈椎后凸生物力学模型能够正确模拟颈椎的生物力学特性,分析结果具有有效性，为患者的治疗方案设计提供力学理论依据。

摘要:目的 研究规律性的太极拳训练对老年人双足站立平衡控制能力及其大脑皮层电活动的影响。方法 招募39名老年人为研究对象，其中18名老年人有1~3年规律性太极拳训练（太极拳组），21名老年人无任何形式的规律性运动训练（对照组），要求两组受试者分别进行60 s睁眼、闭眼的双腿站立平衡，采集平衡过程中身体压力中心和脑电信号。对身体压力中心（center of pressure，COP）进行样本熵计算，并计算不同脑区脑电δ、θ、α和β频段功率，对COP样本熵和脑电功率进行相关性分析。结果 太极拳组受试者双腿睁、闭眼站立平衡任务中，COPY样本熵显著小于对照组受试者（P＜0.05）。睁眼站立平衡任务中，太极拳组受试者额-中央-顶区δ波和额叶-中央区β波功率显著高于对照组受试者（P＜0.05）；在闭眼站立平衡任务中，太极拳组受试者额-中央-顶区δ、θ、α、β波功率显著高于对照组（P＜0.05）。在睁眼站立平衡任务中，太极拳组受试者额叶（r=0.529）、中央-额叶（r=0.478）、中央（r=0.484）、中央-顶叶（r=0.488）α波功率与COPLen样本熵呈正相关（P＜0.05）；在闭眼站立平衡任务中，中央-顶叶（r=-0.484）、顶叶（r=-0.491）α波功率与COPLen样本熵呈负相关（P＜0.05）。结论 长期规律性太极拳训练能够激发老年人更多皮层参与到姿势控制中，且能更好调节大脑皮层α波的节律和活动，优化皮质控制能力，以更好地维持身体平衡。

摘要:目的 探究16周太极拳锻炼对不同年龄段老年人的肌肉力量、足底皮肤触觉、本体感觉运动觉和姿势控制的效果。方法 将39名老年人按照年龄分为60~75岁组（n=24）和76~90岁组（n=15），两组均接受16周太极拳锻炼。在锻炼前后分别测量了肌肉力量、足底皮肤触觉、本体感觉运动觉和压力中心均方根（CoP-RMS）。结果 16周太极拳锻炼后，76~90岁组的第五跖骨头皮肤触觉、踝关节背屈/跖屈本体感觉运动觉阈值显著降低，而60~75岁组无显著性变化。60~75岁组和76~90岁组在内外方向的CoP-RMS均显著降低。结论 经过16周太极拳锻炼，老年人的肌肉力量、足底皮肤触觉、本体感觉运动觉和姿势控制显著提高。尤其是对于75岁以上老年人，太极拳锻炼能更大程度提高其足底皮肤触觉、本体感觉运动觉和姿势控制。太极拳锻炼为75岁以上老年人提供了一种合适且有效的锻炼方式。

摘要:目的 通过将我国青年男性足型进行分类，提取出足型的特征指标，构建足型常模数据库。 方法 采集1 483名青年健康男性的足型数据，通过谱聚类算法进行足型类别划分，采用深度神经网络（deep neural network，DNN）进行分类模型的训练，结合逐层相关传播（layer-wise relevance propagation，LRP）和相关系数法完成足型特征的提取，对比不同足型特征差异。结果 通过谱聚类得到4种足型分类，其中足型1表现为翘拇指、内收小趾、高足跟宽足；足型2表现为拇指外翻的窄足；足型3表现为拇指外翻的低弓足；足型4表现为翘拇指的高弓足。结合可解释神经网络和相关系数法，从27个足型指标中提取出踵心到足底长、拇指高、足舟骨高、足跟外缘高、拇外翻角度、小趾角度、足背围、后跟角度、纵弓角度9个指标，所提取指标构建的分类模型总判别准确率达93.67%，高于线性判别分析的86.91%。结论 我国青年男性分可为4种常规足型，在后足、中足和前足3个部分，可提取包含长度、高度、围度和角度共9个足型特征指标，为构建符合我国青年男性足型常模数据和足踝生物力学研究提供理论和数据支持。

摘要:目的 提出一种基于多目标优化的适用于不同骨缺损程度的Voronoi仿生多孔支架设计方法。方法 首先研究支架设计参数对力学和生物学性能的影响。然后建立支架设计参数分别与支架性能指标（比表面积、弹性模量、屈服强度和渗透率）的响应面模型。最后以边长15 mm立方体支架为例（假设骨缺损尺寸为边长15 mm立方体），将骨组织弹性模量和渗透率范围作为性能约束，通过非支配遗传算法-Ⅱ对支架进行多目标优化。结果 Voronoi支架的各向异性程度受种子点数的影响，支架尺寸和缩放因子均只影响其杆径和杆长；通过本研究的设计方法，得到特定缺损尺寸下同时满足力学和生物学性能的最优支架；通过调整屈服强度权重因子来改变乌托邦点，得到不同强度需求下的最优支架。结论 提出了一种基于多目标优化的Voronoi多孔支架设计方法，可适用于不同程度的骨缺损，为骨组织工程支架的个性化设计提供新的思路。

摘要:目的 探索在不同边界条件下受载骨单元内液体流动的特性。方法 利用COMSOL Multiphysics软件建立具有不同边界条件的三维骨单元有限元模型，并分析骨单元在不同内壁脉动血压和外壁弹性约束条件下的孔隙压力和流速的变化规律。结果 随着骨单元内部脉动血压从0 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）增加至 300 mmHg，骨单元内的峰值孔隙压力相应地从26 kPa增大至 68 k Pa；随着骨单元外壁的弹性约束从完全弹性增强至完全约束，骨单元内峰值孔隙压力从15 kPa增大至26 kPa，峰值流速从0.04 μm/s增大至0.07 μm/s。结论 本研究明确了骨单元内壁脉动血压和外壁弹性约束等边界条件的变化对受载骨单元内液体流动特性的影响规律。这些发现有助于深入理解骨组织在生理及病理状态下的力学响应机制，为进一步研究骨力学信号传导提供了重要的理论依据。

摘要:目的 建立并验证一种基于生物力学中骨肌活动度的人体舒适度评价方法。方法 首先分析目前基于生物力学的舒适度评价方法的不足；其次提出基于骨肌活动度的人体舒适度评价方法，综合考虑肌肉、关节对舒适度的影响，得出舒适度指数；最后选取消防员卷水带作业进行验证。结果 改进后的基于骨肌活动度评价方法的舒适度指数为0.74，小于基于肌肉活动度舒适度情况下的舒适度指数0.82，验证结果与理论分析一致。通过对43名消防员的问卷调查，收集的主观感受与验证结果一致，进一步证明前者方法更加全面精确。结论 结合肌肉和骨骼情况的舒适度评价方法，更符合人体实际情况。相较于仅考虑肌肉的舒适性评价方法，更易揭示潜在的生物力学风险，具有更大的现实意义。

摘要:目的 结合动物造模和超声共振谱测量技术，探索坐骨神经离断对皮质骨细观力学特性的影响。方法 ?对5只新西兰大白兔进行单侧坐骨神经离断手术，并于术后第4周分别获取了术侧和正常侧胫骨皮质骨样本；在横观各向同性条件下，采用非规则超声共振谱技术获取骨样本的多个弹性常数（C11、C12、C13、C33和C44）、工程力学参数和各向异性比，并采用配对t检验方法评估两侧皮质骨力学特性的差异。结果 与正常侧相比较，术侧皮质骨组织在不同方向上的弹性常数（C11、C12、C13和C33）均呈下降趋势，下降幅度为8.49%~32.23%，轴向弹性模量（E3）和泊松比（v31）分别减小5.85%和24.07%，但各向异性性质无明显变化。结论 采用坐骨神经离断方式进行皮质骨废用造模方法可行。该方法可以显著改变皮质骨的细观力学特性，弹性常数可以更全面反映皮质骨力学性质的变化。

摘要:目的 通过分析人体躯干在承载额外负重时膝关节六自由度（6 degrees of freedom, 6DOF）运动学的变化，探讨额外负重对膝关节运动模式的影响。方法 招募24名健康受试者，在自重与佩戴16 kg背心两种状态，以4种速度在跑步机上走/跑并进行步态分析。采用基于红外光学的便携式膝关节运动学分析系统，捕捉胫骨相对于股骨的6DOF运动轨迹。 结果 与自重状态相比，增加躯干额外负重时，3.6 km/h（1.4° ~2.1°）和5.4 km/h（2.2° ~2.7°）下膝外旋角度减小，10.8 km/h下膝内旋角度减小（2.1°~4.2°）；3.6 km/h（1.5°~1.8°）、9 km/h（1.6°~3.3°）和10.8 km/h（1.9°~3.1°）下膝屈曲角度均明显增加；5.4 km/h下膝外翻角度增加（0.5°~0.6°），10.8 km/h下膝外翻角度减小（0.9°~1.3°）；10.8 km/h下膝远向位移增加（0.2~0.4 mm）；10.8 km/h下膝外向位移（0.1 ~0.2 mm）和膝前向位移（0.2 ~ 0.3 mm）明显减小。结论 人体膝关节6DOF运动学受到额外躯干重量的影响，在不同速度下，其表现也有所不同。研究结果提示负重训练中可能存在的损伤隐患，为运动损伤的发生提供运动学依据。

摘要:目的 研究高Gx载荷作用下主动肌响应对人体颈部力学响应与损伤的影响。方法 建立具有主动肌力响应的精细化头颈部有限元模型，并基于已有的后碰撞志愿者实验进行验证。利用该模型研究了不同G值载荷与各俯仰角度下，主动肌作用对颈部的运动学与生物力学响应的影响。结果 高Gx载荷作用下椎骨应力分布由C4~C7集中分布向整段椎骨分散，主动肌作用使应力变化幅度变小，在8 G加速度情况下效果显著，其在8、10 G工况时椎骨峰值应力分别降低了23.6%和11.6%，椎间盘峰值应力分别降低了42.3%和63.4%。后仰15°时主动肌作用使应力差值最大达到34.3 MPa。结论 高Gx载荷冲击作用时肌肉主动力作用使颈部表现出更好的稳定性。不同俯仰角度情况下，后仰姿态相比前倾和正坐姿态，主动肌作用更为明显，相同主动肌作用时后仰姿态迎接冲击更为安全。研究结果可为后续颈部损伤相关研究提供参考。

摘要:目的 探讨高、中、低3种足弓形态下足底压力分布与足骨应力，揭示足弓形态对足部生物力学性能的影响。方法 招募127名青年女性，通过三维足部扫描仪采集足部形态数据对足型进行分类，选取3种典型的足弓形态进行分析。通过CT扫描方法获得足骨几何模型，从而建立足部生物力学有限元模型。在模型上施加0.5倍人体体重的载荷来模拟人体双足站立时的状态。 结果 对比模型计算的足底接触面积与实验测量结果，其相对误差值均小于10%，证明了有限元模型的有效性。3种足弓形态下的足底压力峰值均位于后足区域，高弓足与低弓足后跟压力比正常弓有不同程度的升高。相比于正常足，高弓足表现为后足区域应力增加明显，其中软组织峰值高出299.45%，骨骼峰值高出93.19%。低弓足表现为足底接触面积增大13.28%，跟骨应力增加98.09%。高、中、低3种足型的足骨应力峰值均位于距骨处，分别为9.903、19.921、36.308 MPa。结论 研究结果支撑了异常足弓形态与足部疼痛和足部疾病之间的联系，并为异常足设计的矫形鞋垫、足弓支撑结构提供设计基础和方向。

摘要:目的 对在L4椎体中采用新型变径螺钉的改良皮质骨轨迹（modified cortical bone trajectory，MCBT）置钉技术与采用骨水泥强化椎弓根螺钉（cement-augmented pedicle screw,CAPS）的传统椎弓根置钉技术的力学特性进行对比分析。方法 通过获取骨质疏松症病人CT扫描数据建立完成L4椎体模型中CAPS与MCBT置钉。运用有限元方法比较，分析采用不同置钉技术在4种工况下（上、下、左、右方载荷）的稳定性、螺钉轴向抗拔出力与腰椎活动度。结果 MCBT组螺钉轴向抗拔出力比CAPS组提高25.3%（P<0.05）。相对于CAPS组，MCBT组螺钉载荷位移比在下、左、右工况下分别提升14.9%（P＞0.05）、23.2%（P＞0.05）、19.1%（P<0.05）；MCBT组螺钉载荷位移比在上工况比CAPS组略有降低，但差异无统计学意义（P＞0.05）。在前屈与后屈工况下，MCBT组腰椎活动度比CAPS组分别降低13.3%、2.5%；在左侧弯、右侧弯、轴向旋转工况，MCBT组腰椎活动度比CAPS组分别提升了69.1%、74.6%、118.1%，但差异均无统计学意义（P＞0.05）。结论 MCBT螺钉在轴向抗拔出力，以及下、左、右工况下椎体前屈稳定性略优于CAPS，在上、左侧弯、右侧弯、轴向旋转工况下稳定性略弱于CAPS。研究结果论证了MCBT螺钉相比CAPS有一定的优势，为MCBT置钉技术在骨质疏松症临床应用提供了前期基础。

摘要:目的 探究不同突出类型腰椎间盘突出症（lumbar disc herniation，LDH）的生物力学特征，为LDH的临床分型、诊断和治疗提供理论依据。方法 构建含有脊髓神经的正常腰椎和4种LDH模型（中央型、旁中央型/侧隐窝型、椎间孔型、极外型），分析中立位和6自由度工况下椎间盘和神经根的生物力学特征。结果 在中立位下，正常椎间盘的应力大于突出椎间盘的应力，且正常模型中纤维环和髓核的应力比值大于突出模型中纤维环和髓核的应力比值。在中立位下，椎间盘应力主要集中在突出部分与正常部分的切迹处，并在椎间盘外缘出现募集现象。在前屈后伸位下，突出椎间盘的应力向右侧偏移；突出椎间盘最大应力出现在右侧屈工况下，在该工况下，右侧神经根应力大于左侧；在右旋工况下，突出椎间盘的应力稍小于右侧屈工况下椎间盘应力，此时右侧神经根应力小于左侧。结论 椎间盘对维持腰椎动静态稳定和灵活性具有重要意义；不同体位对椎间盘的应力产生明显影响，对LDH患者而言，应该避免前屈、患侧屈曲和大幅度后伸动作，适当的患侧旋转动作有助于缓解神经根压迫症状。

摘要:目的 探讨骨折块尺寸及固定方式对儿童胫骨远端骨骺损伤的生物力学稳定性的影响。方法 收集１名10岁志愿者下肢CT数据，建立不同尺寸骨折块（小、中、大）SH-II型骨骺损伤三维有限元模型，分别使用1~3枚螺钉（1S组、2S组、3S组）与克氏针（K组）装配得到骨-内固定装配体，模拟重力、后抽屉和外旋3种工况，比较骨块及内固定应力与位移变化情况。 结果 4组模型的最大位移均集中在骨折块远端。重力工况下小骨折块组（Small组）中1S组、2S组、3S组和K组模型的骨折块远端最大位移分别为5.69、5.57、5.56和0.11 mm，骨头应力分别为16.95、12.26、8.57、5.00 MPa。螺钉固定易在骺板与骨折线处形成高应力区，克氏针固定则形成在骺板边缘。结论 使用螺钉治疗儿童胫骨远端骨骺损伤时，增加螺钉的数量可以提高固定稳定性，分担局部骨骼应力，但骨折块与骺板连接区域不能过小。克氏针固定能够提供优于螺钉固定的生物力学效果。

摘要:目的 通过体外实验获取经胫骨隧道拉出法（transtibial pullout suture, TPS)、肌腱重建半月板后根（tendon reconstruction, TR)和肌腱重建半月板后跟加缝线加强缝合（tendon reconstruction with suture augmentation, TRS）的生物力学数据，测试肌腱重建法修复内侧半月板后根撕裂（medial meniscus posterior root tear, MMPRT）的生物力学效果。方法 18个猪膝关节模型分为TPS、TR和TRS 3组。TPS组：使用缝线固定半月板后根；TR组：肌腱穿过半月板后根处的切口；TRS组：在TR组的基础上对肌腱-半月板接触处进行加强缝合。缝线和肌腱被拉出骨隧道，并固定于胫骨前内侧。3组均进行失效载荷测试，并记录最大失效载荷、失效载荷下位移、临床失效下载荷、刚度以及样本的失效模式。结果 TPS组最大失效载荷显著高于TR组（P<0.05），但与TRS组无显著差异（P>0.05）。TRS组最大失效载荷显著高于TR组（P<0.05）。TR组和TRS组失效载荷位移显著低于TPS组（P<0.05），TR组和TRS组间失效载荷位移无显著差异（P>0.05）。各组临床失效载荷无显著性差异（P<0.05）。TRS组刚度明显优于TPS组（P<0.05），但TR组和TPS组以及TR组和TRS组之间无显著差异（P>0.05）。所有样本的失效都是因为缝线或肌腱切割半月板造成。结论 肌腱重建法在失效位移和刚度方面优于TPS法，TRS法进一步增强了修复的稳定性。研究结果具有重要的临床参考价值。

摘要:目的 建立人眼房水循环液压系统模型，探讨不同类型青光眼及相关手术条件下房水流动特性与眼内压力变化。方法 基于眼部结构参数，采用AMESim软件构建房水循环液压系统模型，模拟3种青光眼及其手术干预中的房水流体动力学。结果 小梁网阻塞、前房角收缩以及虹膜晶状体间隙缩小等病理变化显著升高眼内压；通过液压系统模拟小梁切除术、虹膜切除术和睫状体破坏术，能够有效降低房水流出阻力，控制眼压。结论 该液压系统模型成功模拟了青光眼病理状态以及手术干预下眼压变化的动态过程，精准反映了青光眼的生理特征。模型不仅能够用于预测治疗干预的效果，还为青光眼的诊断和优化治疗策略提供了可靠的仿真支持。

摘要:目的 基于个性化人眼的生物力学参数研究小切口晶状体摘除（small incision lenticule extraction，SMILE）术后角膜生物力学响应。方法 通过角膜基质弹性模量和生物力学参数的相关性分析结果，预测人眼角膜弹性模量并拟合材料参数。根据临床测量数据构建52只个性化近视人眼模型，分析SMILE手术后的角膜生物力学响应。结果 不同人眼的角膜生物力学响应各不相同，SMILE手术后角膜表面顶点位移和应力都存在增大或减小的情况。从平均水平上看，在278 μm≤残余基质厚度（residual stromal thickness, RST)≤332 μm、眼内压（intraocular pressure，IOP）=16~20 mmHg时，手术后角膜表面顶点位移和应力变化量比IOP=11~16 mmHg时更小。当RST＞332 μm、IOP=11~16 mmHg时，角膜生物力学较为稳定。此外，患者的矫正屈光度越大，手术后角膜表面越容易发生形变。结论 RST和IOP是角膜生物力学的重要影响因素。结合角膜生物力学参数，预测角膜组织的材料参数。构建个性化人眼有限元模型分析屈光手术后的手术效果，从而优化屈光手术切削模型和手术参数。

摘要:目的 使用基于物理信息神经网络（physics-informed neural network, PINN）的模型预测颅内动脉瘤血流动力学，解决传统计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）仿真耗时长、计算成本高的问题。方法 仅使用临床患者CFD数据中的计算域坐标和稀疏速度测量点训练PINN模型，并比较PINN模型预测的血流速度、压力和壁面剪切应力（wall shear stress, WSS）与CFD仿真结果的差异。结果 利用该方法在4个不同患者数据上进行测试与验证，模型在速度预测中的平均绝对误差（mean absolute error, MAE）、平均相对误差（mean relative error, MRE）、均方误差（mean squared error, MSE）分别为4.60%、6.61%、0.229%。对于WSS预测，平均MAE、MRE、MSE分别为5.54%、8.58%、0.510%。PINN模型在不同动脉瘤模型上有较好的泛化性，且能将血流动力学的计算时间从数小时压缩至数秒。结论 PINN模型能够在边界条件未知且测量数据稀疏的情况下，通过物理约束有效地补偿不完整的测量信息，快速并准确模拟颅内动脉瘤的血流动力学情况。本文方法有望在颅内动脉瘤临床风险预测中提供有效的辅助支持。

摘要:力在临床创面修复中的应用由来已久,但其内在原理仍未系统阐明。 近年来,随着生物力学和力学生物学的不断发展,力学因素对创面产生、变化、愈合等一系列过程的内在影响机制逐渐得到揭示。 在已有理论、技术研究与临床实践的基础上,提出“创面修复力医学”的概念,从创面生物力学、创面力学生物学、创面力治疗学 3 个方面系统梳理了相关研究报道,展望了其在未来的可能发展方向,以期为创面护理和瘢痕防治提供新思路。

摘要:心血管疾病具有极高的发病率,其发展与血管重建过程中的力学因素密切相关。 活性氧( reactive oxygenspecies,ROS)在生理水平下参与细胞信号传导,过量则引发氧化应激并对机体造成损伤。 本文总结了血管系统中机械应力的类型和血管 ROS 的来源,以及机械应力诱导的氧化应激在心血管疾病中对血管重建的作用与机制,有助于从细胞分子水平深入了解血管活动和疾病发生的本质,为心血管疾病的预防和治疗提供新的视角和潜在靶点。 此外,由于机械应力诱导氧化应激在心血管疾病中的机制研究还存在很多不足,本文还预测了机械应力诱导氧化应激在心血管系统中的潜在研究方向,以期为力学生物学发展起到一定程度的推动作用。

摘要:足扭转刚度是指足部在受到扭转力矩时抵抗变形的能力，该特性在运动损伤预防和运动鞋具设计中具有广泛的应用和重要意义。本文系统综述足扭转和鞋扭转的生物力学研究进展及多环节足模型在足、鞋扭转中的研究应用。结果显示，足扭转刚度对下肢运动学、动力学和运动表现具有显著影响，优化其刚度有助于改善应力传导，减少运动损伤，提高运动表现。未来研究应进一步探讨和优化测量方法，以提高其临床应用的可靠性和有效性，为运动损伤的预防和运动鞋具设计提供科学依据。

摘要:腰椎推拿手法在腰椎退行性疾病的非手术治疗法中占据重要地位。腰椎推拿手法是一种复合型手法，在操作瞬间包含着众多的力学元素和运动特征。将手法瞬态加载过程的参数进行量化、客观化，归纳操作的技术特点，深入探讨手法的生物力学机制，有利于推拿手法的教学考核和临床诊疗规范，使手法操作更加安全高效，进一步推动中医推拿手法的传承和发展。本文查阅整理近年来国内外关于腰椎推拿手法治疗腰椎退行性疾病的运动生物力学研究论著，从手法瞬态载荷下对腰椎及其附属结构的运动生物力学作用、技术参数的测量以及手法操作特征等方面进行综述。

摘要:水凝胶是近年来生物医学领域的重要方向，其生物相容性、生物降解性和生物力学特性使其成为皮肤创面临床治疗的理想材料，具有重要的研究和临床应用价值。作为一种拥有诸多独特生物力学形状的高含水量的三维网络结构高分子材料，水凝胶的诸多力学特性具备应用于皮肤创面的潜力，如弹性、黏弹性、动态刚度及黏附性，在人为调节后不仅可以保护创面，而且有助于模拟生物组织在愈合过程中的力学微环境，进而调控细胞的功能与行为，以达到促进细胞再生、强化组织修复与功能恢复的目的。同时，皮肤创面愈合的生物力学机制复杂，水凝胶用于皮肤创面的临床治疗还存在诸多挑战，未来的研究将进一步聚焦于生物力学性质在皮肤创面愈合中作用机制的研究。总之，以其独特的力学性质，水凝胶有望被更广泛地应用于皮肤创面的临床治疗中。本文总结了近年来关于水凝胶生物力学特性，包括调节机制及其应用于临床促皮肤创面修复的研究进展，强调研究这些特性对于组织工程支架材料设计的重要性，并对力学调节创面愈合的设计、使用和临床转化进行展望。