人體骨肌系統生物力學國內外研究現狀

常影 孟凡冬 鄭福建 朱帥飛

1、吉林農業科技學院機械與土木工程學院 2、中國電子科技集團第五十三研究所第六研究部

引言

運動是人體的主要機能，研究人體運動，也是生物力學研究的一部分。人體各種運動的基礎是骨肌系統，人體骨肌系統不僅支撐著人體器官和主要系統，同時也是人體各種運動的基礎，也是人體與外界的力作用的支撐。因此對于人體運動和康復醫學的研究來說，人體骨肌系統的生物力學研究有很好的研究價值[1]。在很早以前，人們就開始了人類骨肌系統的研究，在人體動力學的研究過程中，達芬奇、伽利略、牛頓等人均作出了一定的貢獻。隨后的很多年，人們開始逐漸對人體骨肌系統進行研究，并應用了計算機對人體進行生物力學仿真。

1 人體骨肌系統的國外研究現狀

1972年生物力學建模和關于網頁設計與制作方法及應用的探討已經非常流行，M.M.Ayoub闡述了生物力學分析并研究了人運動時活動的模型，記錄了整個身體或其部分的運動。1975年Arun Garg等人采用基于計算機的三維強度模型來預測坐姿操作員在38個不同位置的受力。1976年A.Morecki等人針對近8年來對骨骼肌主要靜態和動態特性的研究和建模結果進行分析，討論了生物體內肌肉相互作用的問題。通過研究，1976年A.Morecki等人提出了不同的肌肉流變和調節模型[2]。E.Asang研究了人脛骨在扭轉、彎曲和復合載荷作用下的生物力學的結果，建立了骨力學性能與年齡和線性參數的關系[3]。1981年，Hatze在肌肉力計算時第一次引入了人體骨肌系統，通過使用經典力學方法最終得到了肌肉力的計算。隨后，Zajac在生物力學的計算過程中，引入了Hill三元素模型，分析了人體骨肌系統的數學模型，也因此在生物力學求解肌肉力的過程做出了一定的貢獻。2006年，Amy在肌肉力的計算過程中引入了模糊優化算法。2010年，KMSteele、A Seth等人應用OpenSim軟件針對克勞奇步態搭建了骨肌模型，從生理上對該步態進行了分析。I-vancevic應用隨機理論結合Hamilton系統分析了人體骨肌系統。2013年，Majid等人應用上肢動力學分析了駕駛員腰部肌肉的勞損情況。Besier等人應用前項動力學和反向動力學得到了肌肉力的最佳預測值。

2 人體骨肌系統的國內研究現狀

1978年邢肇詡介紹了正常人體的髖關節和膝關節的生物力學；鄒繼豪研究了在投籃過程中，人體多種運動的生物力學的規律[4]。1981年全國第一屆生物力學會議在上海召開[5]。1982年，部分體育學院開始研究生物力學與運動之間的關系，主要研究踢球、推舉、單步運動過程中的生物力學。1988年郭向東、吳望一和楊桂通等人針對人體的脊柱，分析了人體脊柱的組成并研究了基于力學模型的人體脊柱的生物力學建模。2004年國內很多高校開始研究生物力學，不僅僅是體育和醫學，機械電子工程系專業的研究人員也開始研究生物力學，并應用三維軟件建立三維模型，然后應用ABAQUS有限元軟件進行了詳細的分析，顯示出了極大的優越性。2013年，桑春雷等人應用計算仿真軟件建立了生物力學模型，研究了人體駕駛汽車過程中的運動情況。研究表明，長時間的振動會引起駕駛員的坐骨神經痛和腰背痛。2015年孟祥杰等人利用OpenSim軟件仿真分析了駕駛員的腰椎。山東大學李文昊應用Anybody仿真軟件分析了駕駛員的腰椎。

3 總結

本文通過查找大量文獻，闡述了人體骨肌系統的生物力學的研究重要性和研究現狀，分析發展現狀，為以后的人體生物力學研究提供一定的基礎。