人体骨肌系统生物力学国内外研究现状

常影 孟凡冬 郑福建 朱帅飞

1、吉林农业科技学院机械与土木工程学院 2、中国电子科技集团第五十三研究所第六研究部

引言

运动是人体的主要机能，研究人体运动，也是生物力学研究的一部分。人体各种运动的基础是骨肌系统，人体骨肌系统不仅支撑着人体器官和主要系统，同时也是人体各种运动的基础，也是人体与外界的力作用的支撑。因此对于人体运动和康复医学的研究来说，人体骨肌系统的生物力学研究有很好的研究价值[1]。在很早以前，人们就开始了人类骨肌系统的研究，在人体动力学的研究过程中，达芬奇、伽利略、牛顿等人均作出了一定的贡献。随后的很多年，人们开始逐渐对人体骨肌系统进行研究，并应用了计算机对人体进行生物力学仿真。

1 人体骨肌系统的国外研究现状

1972年生物力学建模和关于网页设计与制作方法及应用的探讨已经非常流行，M.M.Ayoub阐述了生物力学分析并研究了人运动时活动的模型，记录了整个身体或其部分的运动。1975年Arun Garg等人采用基于计算机的三维强度模型来预测坐姿操作员在38个不同位置的受力。1976年A.Morecki等人针对近8年来对骨骼肌主要静态和动态特性的研究和建模结果进行分析，讨论了生物体内肌肉相互作用的问题。通过研究，1976年A.Morecki等人提出了不同的肌肉流变和调节模型[2]。E.Asang研究了人胫骨在扭转、弯曲和复合载荷作用下的生物力学的结果，建立了骨力学性能与年龄和线性参数的关系[3]。1981年，Hatze在肌肉力计算时第一次引入了人体骨肌系统，通过使用经典力学方法最终得到了肌肉力的计算。随后，Zajac在生物力学的计算过程中，引入了Hill三元素模型，分析了人体骨肌系统的数学模型，也因此在生物力学求解肌肉力的过程做出了一定的贡献。2006年，Amy在肌肉力的计算过程中引入了模糊优化算法。2010年，KMSteele、A Seth等人应用OpenSim软件针对克劳奇步态搭建了骨肌模型，从生理上对该步态进行了分析。I-vancevic应用随机理论结合Hamilton系统分析了人体骨肌系统。2013年，Majid等人应用上肢动力学分析了驾驶员腰部肌肉的劳损情况。Besier等人应用前项动力学和反向动力学得到了肌肉力的最佳预测值。

2 人体骨肌系统的国内研究现状

1978年邢肇诩介绍了正常人体的髋关节和膝关节的生物力学；邹继豪研究了在投篮过程中，人体多种运动的生物力学的规律[4]。1981年全国第一届生物力学会议在上海召开[5]。1982年，部分体育学院开始研究生物力学与运动之间的关系，主要研究踢球、推举、单步运动过程中的生物力学。1988年郭向东、吴望一和杨桂通等人针对人体的脊柱，分析了人体脊柱的组成并研究了基于力学模型的人体脊柱的生物力学建模。2004年国内很多高校开始研究生物力学，不仅仅是体育和医学，机械电子工程系专业的研究人员也开始研究生物力学，并应用三维软件建立三维模型，然后应用ABAQUS有限元软件进行了详细的分析，显示出了极大的优越性。2013年，桑春雷等人应用计算仿真软件建立了生物力学模型，研究了人体驾驶汽车过程中的运动情况。研究表明，长时间的振动会引起驾驶员的坐骨神经痛和腰背痛。2015年孟祥杰等人利用OpenSim软件仿真分析了驾驶员的腰椎。山东大学李文昊应用Anybody仿真软件分析了驾驶员的腰椎。

3 总结

本文通过查找大量文献，阐述了人体骨肌系统的生物力学的研究重要性和研究现状，分析发展现状，为以后的人体生物力学研究提供一定的基础。