论文部分内容阅读
研究目的:本研究利用结合运动追踪技术和肌肉骨骼模型的OpenSim生物力学仿真方法,建立下肢肌肉-骨骼模型,并采用基于动态优化的方法来计算下肢肌肉的即时受力,对跟腱负荷和肌肉-跟腱单位的拉伸进行生物力学分析。实验并参考短跑运动员跟腱在相应着地缓冲蹬地时期的相应数据指标进行对比,研究分析跟腱组织的机械特性,分析可能引起跟腱损伤的机制。该研究可以为跨栏运动跟腱伤病的预防提供科学依据,为教练员改进训练方法提供理论依据,也为进一步的跟腱损伤研究奠定基础。研究方法:使用VICON红外高速摄影系统、KISTLER三维测力台和表面肌电仪对10名运动员在完成起跨攻栏时期的起跨腿腿和短跑运动中的同侧腿的着地缓冲蹬伸离地时期数据进行采集,运用Workstation和Bodybuilder软件进行建模和数据处理分析,使用Opensim软件进行跟腱数据仿真处理,主要数据分析指标包括关节角度(JOINT ANGLE)、关节力矩(JOINT MOMENT)、地面反作用力(GRF)、肌肉跟腱单位拉伸(MUSCLE-TENDON UNITE STRAIN),肌肉跟腱负荷(MUSCLE TEDONLOADING)和肌肉对身体重心加速度贡献率(MUSCLE CONTRIBUTION TOACCELERATION OF BODY CENTER),最后应用Excel2003对数据进行统计并作图。研究结果:1)仿真结果动作完整流畅与真实运动接近,运动学指标与表面肌电中肌肉动员程度等数据与基准数据高度无明显差异;2)跨栏与短跑起跨期踝关节、膝关节关节角度、力矩在在不同方向上的运动呈现不同程度的显著性差异,差异性体现了跨栏同短跑相比不同的关节活动顺序;3)肌肉-肌腱单位在跨栏运动时比短跑运动时产生更大的形变拉伸,峰值出现的时间上有差异.跨栏支撑后期跟腱受力达到峰值,承受巨大的负荷,跨栏腓肠肌和比目鱼肌在垂直方向上的贡献更多;4)与现有跟腱研究方法相比,Opensim力学仿真方法在建模和受力计算方面更加先进,仿真结果也比较准确。研究结论:1)利用Opensim软件进行的跨栏起跨腿跟腱的生物力学仿真结果的具有准确性;2)跨栏与短跑相比,在垂直方向上承受了更大的地面反作用力,因而对跟腱会产生更大的冲击力,存在较大的损伤风险;3)同短跑相比,跨栏跟腱更容易在蹬伸爆发用力时期发生损伤;4)利用Opensim软件的仿真研究,对受试者本身没有伤害隐患,在数据采集和处理方面更加方便,易行,Opensim的开源性也为接下来的研究提供了极大地便利;