生物力學的研究方法精選(九篇)

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第1篇：生物力學的研究方法范文

關鍵詞：創新 創新教育 物理教學

隨著素質教育的全面推進和教育改革的不斷深化，如何培養學生的創新精神，提高創新能力，已成為廣大教育工作者關注的問題。我國著名的教育家陶行知先生曾指出：教師要創造性地教，學生要創造性地學?，F就物理教學中如何培養學生的創新能力談幾點看法。

一、培養學生的創新意識

隨著教學改革的不斷深入，教學中培養學生的創新能力越來越重要。培養學生的創新意識，就要改變傳統的教學模式，堅持創新教育思想，讓學生樹立創新觀念，對遇到的問題大膽質疑、大膽想象。正如愛因斯坦所說：“想象力比知識更重要，是推動知識進步的源泉”，逐步形成良好的創造性思維習慣，提高創新能力。

二、發揮課堂教學的主渠道作用

創新需要一定的基礎知識，一定的創新環境，一定的思維訓練，課堂教學是學生掌握基礎知識的重要場所，是落實創新能力培養的主渠道。

1.創建良好的創新環境

課堂教學中注意創建和諧、民主的課堂氛圍，引導學生積極參與教學的整個過程，敢于提問題，發表不同見解，尊重學生的好奇心和求知欲望，讓人人參與創新，并從中得到樂趣和滿足。

2.通過問題探討提高創新能力

教學中突出學生的主體地位，根據教材內容提出問題，展開討論，增強學生主動探求知識的動力。在老師和學生的共同努力下，從問題中掌握知識，進而發現新問題，有效地培養創新思維能力。對所選擇的問題要有啟發性、針對性，讓學生能努力解決，激發學生創新情感。

3.培養學生創造思維能力

對于知識的學習，注意引導學生開展發散思維和收斂思維訓練，先對一個問題從不同方向設想出解決方案，提出許多具有創造性的解決方法，再加以類比、歸納。例如，講授“改變內能的方法”時，向學生提出：可用哪些方法使一根鐵絲的溫度升高？學生答出多種方法：用火燒、太陽曬、在石頭上磨、用鐵錘打、反復扭曲、通電等。在此基礎上分析歸納，升溫的方法有兩類：一是外界傳給它熱量，一是外界對它做功，有效地培養了學生的綜合分析能力。

巧用逆向思維，尋求知識聯系，法拉第電磁感應定律的發現就是在奧斯特發現電能產生磁的現象后，展開思考：磁能否產生電？經過努力終于發現了電磁感應定律。提高學生的創新動力。

培養全思維的學習習慣，建立知識、方法、能力相結合的思維模式，開發非智力因素。美國教育心理學家布魯姆經過多年教學實踐后認為：90%以上的學生智力因素相差不大，學習成績有較大差異是非智力因素。可見，要想取得創新教育的豐碩成果，就要加強對學生思維能力的訓練，加強對動機、興趣、意志、情感等非智力因素的培養。

三、將創新教育貫穿于各個教學環節

1.精心備課

備課是教學實施的基礎，在分析教材和學生的基礎上，明確教學目的，讓學生掌握基礎知識的同時開發智力、培養能力，大力倡導啟發式教學方法，增加學生探求知識的活動量，讓學生自己去探索、去創新，為課堂教學充滿創新意識做好必要充分的準備。

2.精練習題

結合教材內容，靈活選擇習題，鼓勵學生用不同方法來分析，一題多解，一題多問，給予適當的思考時間使其得出結論，并展開廣泛聯想，進行創新思維訓練。通過練習，學生面對新問題會從容不迫，把有效的知識、方法、能力相結合，全面提高創新能力。

3.重視實驗和實踐

實驗是物理教學中的重要組成部分，不僅讓學生學會操作，還引導學生提高分析實驗能力，培養創新能力。開展豐富多彩的創造活動，有計劃地組織學生進行探索性實驗，使創新能力長期化，把實驗問題與實際問題結合起來。

四、自我創新

教師在教學活動中起主導作用，必須有創新思想，不斷學習，充實新知識，研究新方法。過去常講要給學生一杯水，教師要有一桶水，現在要給學生一杯水，教師要成流動的河，才能滿足創新教育的需要。樹立良好的師德形象，耐心聽取學生對問題的見解，決不能打擊學生的創造積極性，對學生進行辯證唯物主義和愛國主義教育，闡述我國現代科學研究的新成果，滿足學生的求知欲。

創新教育是實施素質教育的關鍵，課堂教學是創新教育的主渠道，完善各教學環節，以學生為主體，以創新為動力，全面培養創新能力，為學生全面的發展打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]王至正，張憲魁，王河.物理教育學[M].青島：青島海洋大學出版社.

第2篇：生物力學的研究方法范文

摘 要 斜坡跑是提高短跑速度的有效方法之一，被廣泛運用到提高短跑成績的訓練中，本文基于生物力學原理對斜坡跑訓練方法現有研究成果進行綜述和探討。研究表明：影響速度的因素很多，就斜坡跑訓練方法而言，對跑速產生影響的直接因素步長和步頻這兩個參數的變化上影響效果明顯，科學合理的運用斜坡跑訓練方法對提高短跑速度具有積極意義。

關鍵詞 斜坡跑 訓練方法 步長 步頻

一、前言

斜坡跑是提高短跑速度的有效方法之一，被廣泛運用到提高短跑成績的訓練中。國內外對斜坡跑進行廣泛的研究，有學者認為，斜坡跑對提高短跑速度有比較明顯的作用；斜坡跑除了能提高速度耐力、力量和心肌功能外，還能讓運動員體驗超過自己速度能力的動作感受，改善運動員的加速疾跑能力，從而增大步幅和縮短支撐階段時間，幫助運動員掌握加速跑的技術。

二、斜坡跑訓練方法的運動生物力學原理

斜坡跑包括上坡跑和下坡跑，上坡跑是一種抗阻力性速度力量練習，在阻力增加的情況下增加訓練強度，獲得無氧練習的效果，從而改善心血管的機能。上坡跑加強了股四頭肌、臀大肌等下肢肌群的力量，有利于提高步長。下坡跑是一種神經系統適應性訓練，下坡跑是人們有意識地利用自然的或人工的斜坡，根據勢能與動能轉換的原理進行訓練，有利于提高步頻。

影響步長的因素主要有：一是腿部的肌力，腿部的肌力越大，產生的后蹬反作用力相對越大，跑的步幅則越大；二是腿長和髖關節的靈活性與柔韌性，下肢越長、髖關節的靈活性與柔韌性越好，跑的步幅則越大；三是后瞪的角度與擺動腿擺動的方向，從理論上講，擺動腿與后蹬腿的角度與方向直接影響步幅越大小。對于跑的步頻而言，其影響因素有兩個：一是肌肉中快肌纖維百分比和肥大程度。二是神經過程的靈活性，大腦皮層運動中樞興奮與擬制的轉換速度是影響位移速度的重要因素。另外，跑動時兩腿擺動情況和騰空時與支撐時的相對時間（比值）對步長和步頻也有影響。

三、成果研究現狀

近年來大量文獻資料和研究報道表明，有關短跑技術和速度訓練方法的研究選題，多集中在短跑運動員步長、步頻訓練方法與運動員的中樞神經系統機能的改善及其專項肌肉力量的訓練手段方面。對于斜坡跑的原理和訓練方法雖然，前人曾做過一些表述和研究，但大多文獻報道僅限于對斜坡跑手段應用方式的定性分析與斜坡跑的坡度問題。盡管國內外大多學者均十分肯定斜坡跑訓練對提高絕對速度的作用，且認為斜坡跑對改進運動員的步頻與步長技術具有積極效果。其相關的論述與見解多散見于各類短跑和速度方面的文獻資料和研究報道之中。

（一）關于斜坡跑與步長步頻的訓練問題

閆春華在《百米速度結構分析及有關技術訓練手段研究》（博士論文，2004）一文中提出：斜坡跑作為一種超速訓練的方法被廣泛使用，超速訓練的目的是通過強迫運動員完成超出自身能力水平的練習，來增加步頻和步長。在經過4-8周的超速訓練后，被試者的步頻和步長都得到了提高。這說明斜坡跑作為一種訓練方法對步頻、步長和短跑跑速的提高具有積極的作用。

下坡跑時，當運動員動作速率發揮到最高值時，控制并穩定速度是很困難的。這是由于下坡重力所產生的慣量。這種慣量隨距離的延長而增大，這種逼迫速率的加快運動現象，也正是下坡跑能提高頻率的所在。如果在練習中不對運動員的跑動動作提出任何技術要求，或讓運動員在一定距離范圍內堅持正確的動作要求，斜坡跑的練習效果會受到影響[2-4]。還有研究表明，下坡跑步頻沒有任何增加，只有步幅加大。步幅的增長意味著展髖的幅度加大和髖部轉動角速度加快，同時對髖部的伸髖速度和力量起積極作用；上坡跑對改善或提高運動員的快速力量、速度耐力和增大步長是非常有效的訓練手段（昆茲、考夫曼1997）。

（二）關于斜坡跑與神經―肌肉控制機理的研究

美國學者弗拉基米爾M?扎齊奧爾斯基在其主編的《運動生物力學》（2004）一書中指出：步長和步頻的可變性表明，中樞神經系統的靈活性（CNS）在控制這些參數方面起到了重要的作用。最高速度跑是人體調動各種能力，并使其充分發揮的集中體現，他對人體能量的消耗以及神經系統的興奮和擬制的轉換頻率的要求是很高的。因此，在最高速度之后，肌體實現第二次調節其重要性和必要性同第一次調節具有同等的意義[5]。有作者還提出，構成跑速的兩個主要因素――步長、步頻是互為影響和相互制約的。對于步長和步頻兩個變量的作用來說，提高或改進其中任何一個變量都可提高跑速，同時這兩個變量之間又呈現一定函數關系[6]。步長和步頻的可變性表明，中樞神經系統（CNS）在靈活控制這些參數方面必然起到了一定的作用[7]。伊托等人的研究（1983）表明，助力訓練能進一步發展神經肌肉系統對肌肉拉長――收縮周期運動的控制能力，提高短跑運動員支撐階段的動作效果，從而提高跑速。

有作者在《現代100米跑技術的生物力學分析及放松技術再探析》一文中認為，步頻的發展取決于大腦皮質運動中樞神經系統的支配，斜坡跑獲得的助力作用可以使運動員感受放松速跑的肌肉用力情況、體驗“放松快跑”的方法和好處。上坡跑要求運動員著力體會以髖為軸的大腿前擺和髖關節的積極前送與踝關節及腳的快速趴地，不要刻意后蹬，這種跑法既符合現今短跑技術的要求，又有利于下肢肌肉用力的放松與控制。通過上坡跑還能切實有效地實現短跑所需的“快速力量”訓練。就是說上坡跑不僅可以改進、掌握正確的跑的技術，還可以同時發展短跑所需的專門力量。由于步長和步頻相對獨立，表明步長和步頻受兩種不同的神經系統控制方式調節――步頻的頻數調節和步長的幅度調節（羅新建2003）。Bonnard和Pailhous（1993）認為，神經系統對步長和步頻控制的方式不同。步頻的改變與擺動階段下肢的整體剛性有關，與支撐階段無關。這表明改變擺動期間下肢肌肉的緊張性可以改變頻率。大部分或整個腿部肌肉緊張性的改變，都將改變下肢繞髖關節擺動的相對頻率。Bonnard和Pailhous進一步指出，步長的短暫變化與腿部肌肉的相位活動有關。Patla等（1989）研究表明，步長的短暫增加，實際上是一些肌肉的活動相位增加，而另一些肌肉的活動相位減少造成的。在無約束的走路或跑步時，雖然步長和步頻可相對固定，但如果需要的話，中樞神經系統有能力分離步長和步頻。Hogan（1984）提出了這種分離的生理機制。當關節周圍對抗肌同時活動時，凈關節力矩與對抗肌的肌力之間差異有關，關節的剛性則與所有肌力的總和有關。如果中樞神經系統積極調節對抗肌的協同作用，那么步長和步頻能在有限的范圍內各自獨立變化。

在各種提高跑速的訓練手段中，斜坡跑以其獨特的方法和顯著效用，引起了專業和非專業運動隊的普遍重視，斜坡跑正在被廣泛運用到提高短跑成績的訓練中。有學者對斜坡跑對短跑速度的影響進行廣泛的研究，這些作者共同認為：斜坡跑對提高短跑速度有比較明顯的作用；斜坡跑除了能提高速度耐力、力量和心肌功能外，還能幫助運動員掌握加速跑的技術動作，改善運動員的加速疾跑能力；斜坡跑能讓運動員體驗超過自己能力的速度，可以是步幅增大和縮短支撐階段時間[6-7]。斜坡跑包括上坡跑和下坡跑，上坡跑是一種抗阻力性速度力量練習，是跑動阻力增加的情況下獲得無氧效果，從而改善心血管的機能，增強下肢股四頭肌、臀大肌這兩塊重要的肌群，同時提高步長；下坡跑是一種神經系統適應性的訓練，就是有意識地設置自然的或人工的斜坡，根據勢能與動能轉換的原理進行訓練，同時提高步頻。

四、結論

（一）對于步長和步頻兩個變量的作用來說，步長和步頻的可變性表明，中樞神經系統（CNS）在靈活控制這些參數方面必然起到了一定的作用[7]。助力訓練能進一步發展神經肌肉系統對肌肉拉長――收縮周期運動的控制能力，提高短跑運動員支撐階段的動作效果，從而提高跑速。

（二）斜坡跑道的坡型對練習進行組合，以控制斜坡跑的練習強度和負荷，從而改善跑的步長和步頻。

基金項目：年陜西省教育廳專項科研計劃項目（編號：11JK0464）。

參考文獻：

[1] 羅尼?利多爾，約夫?麥克爾.王學鋒編譯.100M跑的生理學、技能發展和運動知識分析[J].田徑.2004.8：54-56.

[2] [美]弗拉基米爾，扎齊奧爾斯基.運動生物力學――運動成績的提高與運動損傷的預防[M].人民體育出版社.2004.

[3] 周志雄，黃德春.透析100米跑步長和步頻研究的誤區[J].田徑.2002：24-27.

[4] 張沛林.現代100米跑技術的發展特征及其技術分派[J].體育科學.1995（1）：27-29.

[5] 李佩清.坡度跑訓練對步頻、步長的影響[J].田徑科技信息.1995（50）：1-4.

第3篇：生物力學的研究方法范文

摘 要 運動生物力學的測試方法在競技體育研究領域主要應用于技術研究以及發力原理分析等方面，對于拳擊項目相關研究進行梳理，有助于辨析測試方法的應用范圍，對今后的相關研究開展起到有意義的參考作用。

關鍵詞 生物力學 方法 拳擊

生物力學研究，尤其是運動學、動力學、表面肌電等實驗技術逐步應用于拳擊科學研究中。運動學方法應用在技術改進和規范程度判斷等方面，起到很好的輔導作用。動力學研究對對抗性項目對抗時，力的大小、方向的變化及力作用的效果等進行定量分析，揭示發力原理及規律。表面肌電研究應用于判斷動作過程中，哪些肌肉參與收縮，收縮過程中肌纖維發力長短、順序等，這對科學合理化技術動作和確定不同力量訓練方法手段的科學性非常有意義。

李凌云[1]采用生物力學的測試儀器、方法，試圖尋找運動生物力學的一些原理和方法在武術領域中應用規律，從生物力學的原理應用在武術中的情況。我們可以將這些方法同樣應用于其他同場格斗類項目中，為其他同項群項目的生物力學研究提供理論參考和實踐指導。

運動學研究和表面肌電技術在拳擊生物力學研究中應用較為廣泛。郭峰，張日輝[2]探討拳擊運動員后手直拳動作內部神經肌肉系統協同變化，研究認為后手直拳擊打，上肢拮抗肌發揮著重要作用。從肌肉激活順序判斷，動作符合鞭打動作原理，建議加強上肢拮抗肌訓練。劉海瑞[3]的實驗也得出了相似的結果，分析了拳擊出拳擊打拳速突然減速的成因。二者在突然降速的研究結果是一致的。拮抗肌放電信號較強也能夠在一定意義上解釋這一現象的出現，但二者結論中應該加強拮抗肌訓練值得商榷，拮抗肌與主動肌、協同肌的協調配合時準確、高效完成技術動作的基礎，應該從協調性訓練的角度分析更為準確。

王新坤[4]運用愛捷運動錄像測試分析系統，對參加2004年全國拳擊冠軍賽決賽的部分冠軍前手直拳作進行運動學特征的研究分析。結果顯示：運動員打擊瞬間拳速在擊中目標之前會突然增加，其研究結果前手直拳打擊瞬間是加速的，與劉海瑞，郭峰、張日輝等研究后手直拳擊打前速度突降結果相反，其原因有待進一步探討。岳東升、張翠[5]利用高速攝像與測力臺（Kistler）同步測試的方法，對拳擊運動員直拳技術動作進行測試，該研究是典型的以運動學研究技術路線，對運動員技術改進有一定意義。

有關動力學研究在拳擊中較為少見，相關理論研究中，谷曉紅[6]從擊打過程中的生物力學原理問題、打擊力與作用時間、快速移動與穩定性、鞭打技術與多環節協調運動四個方面對拳擊運動中的有關生物力學問題進行了探討，指出了現存的誤區及不足。蘇彥炬[7]對不同擊打技術的下肢發力特征進行了實驗研究，對拳擊下肢發力原理，影響擊打效果的因素等做了宏觀分析，對相關理論研究具有指導意義。

等速肌力測試關節力量從側面反映肌肉力量，但與動作速度不相符合，存在一定的局限。姜傳銀[8]等運用等速肌力測試的方法，對拳擊、跆拳道散打運動員進行比較研究，發現不同項目，不同肌群在速度力量方面的優勢環節。從側面也反映了不同項目因發力環節不同，不同部位的肌肉力量存在著明顯的項目特征。等速測試數據較為精確，但限于單關節測試，動作路線，幅度、速度存在差異，對于專項力量測試存在局限性。

從拳擊相關生物力學研究綜述可見，以往研究對技術運動學分析較多，主要技術為前、后手直拳，分析其原因，直拳的運動學分析可近似理解為直線運動，相對實驗控制和分析容易把握。而對表面肌電的研究可以對發力順序與肌肉貢獻率進行探討，研究結果顯示出的鮮明的個體化特征，從中提取共性及規律較難。表面肌電技術應用廣泛，尤其是對專項訓練手段和方法的檢測，具有很大發展空間，二者有效結合可以彌補簡單運動學分析帶來的誤差。等速肌力測試可以從側面反映關節力量，但與專項發力方式速度不同。以運動學結合動力學研究在力量訓練相關生物力學研究中是比較成熟的研究手段，對于拳擊速度耐力相關研究應該是今后研究的方向 。

參考文獻：

[1] 李凌云.運動生物力學原理在武術運動中的應用[D].山東師范大學大學.2002：56-58.

[2] 郭峰，張日輝.優秀女子拳擊運動員后手直拳技術動作上肢肌肉表面肌電分析[J].沈陽體育學院學報.2009.28（4）：65-68.

[3] 劉海瑞.上海市優秀男子拳擊運動員后手直拳出拳―擊打環節生物力學特征分析[D].上海體育學院.2010.

[4] 王新坤.我國部分優秀男子拳擊運動員前手直拳技術的運動學特征分析[J].沈陽體育學院學報.2009.28（4）：102-105.

[5] 岳東升，張翠，宋祺鵬等.山東省64公斤級男子拳擊運動員直拳技術動作的運動生物力學分析[J].山東體育科技.2011.33（1）： 14-17.

[6] 谷曉紅，于軍.拳擊運動中有關生物力學原理應用的若干問題[J].遼寧體育科技.2006.28（2）：30-31.

第4篇：生物力學的研究方法范文

廣州第一軍醫大學衛生處?。?10515）

關鍵詞　脊椎推拿　手法研究　生物力學　重要性

脊柱推拿是以各種力學，特別是生物力學為其理論和假說依據的。與脊柱源性致病的相關學說有很多，較為認同的有脊柱各節段的固定學說、椎體的偏歪學說和由于脊柱內外的平衡失調所致的神經傳導障礙學說等。雖然脊柱推拿可緩解患者脊柱的功能障礙，但脊柱推拿治療的治療機理仍不十分清楚。由于無法確定脊柱或椎體的位置異常與脊柱功能改變之間的關系，因此，將與之相關的臨床表現（現象）都統稱為"半脫位"（Subluxation）。

半脫位包含了"骨錯縫"，即脊柱的偏歪學說和"骨固定"，為脊柱的固定學說的兩種。脊柱的固定學說認為脊柱固定或僵硬可導致脊神經的功能障礙。這些半脫位概念是臨床上使用脊柱推拿手法的理論依據。脊柱是由骨骼、肌肉、血管和神經組成，具有許多機構力學和生物力學性質，其功能類似于船桁、發動機和液壓裝置等，許多臨床現象都證實有關脊柱關節半脫位的假說是成立的、合理的。這種將脊柱結構簡單化的描述對脊柱推拿者來講是很容易接受的。作為研究探索極度復雜脊柱功能和性質的一種有效方法，機械工程模型在生物體（包括人體）中的應用正在被廣泛地接受。這并不是說脊柱的結構和功能完成等同于簡單的結構，因為單一的脊柱結構或功能是無法完成脊柱復雜和精確的運動和負重等功能。

在推拿界一些人將脊柱病變只是簡單的分為靜力下移位和動力下的功能障礙，對此可采用各種脊柱推拿手法來治療，然而這種看法未免有些膚淺。臨床應用的各種脊柱推拿手法，如一些上頸段的推拿手法是根據脊柱移位的方向來設計的。臨床醫師根據患者頸椎的活動度將頸椎的功能障礙分為頸椎活動度增大或頸椎活動度減少。

根據推拿臨床和基礎研究所提供的資料，有關研究小組在對此進行深入研究后得出的結論是："目前，尚無法證明一些脊柱病變，如半脫位的確切病理機制和病變過程。"著名的生物力學專家white和Panjabi在對脊柱推拿的基礎研究進行綜合分析后于1978年發表了"脊柱推拿療法的研究狀況"一文。文章對脊柱推拿的核心問題如半脫位進行了評價，認為："目前，不同學科的專家尚無法定量或定性地重復出由推拿醫師所介紹的脊柱半脫位的征象，因此，僅就現有的資料無法使人信服推拿的治療機制。"

脊柱推拿的生物力學致力于研究脊柱推拿理論上不足，它是用科學的觀點和方法，客觀地研究脊柱內在的生物力學關系、脊柱整體的力學系統和基本的生物力學特性。運用生物力學的方法和觀點來闡述脊柱推拿的基本概念和作用機制，如半脫位的確切定義等。如何將脊柱移位的功能障礙的關系有機的結合在一起，將是脊柱基礎研究所面臨的難題之一。

通過科學的研究方法了解脊柱生物力學的性質，進而改進脊柱推拿手法的技巧，是脊柱推拿研究的目的之一。它是要將脊柱復雜的解剖結構、生物力學性質、功能以及脊柱在正常和異常狀態下的功能特點，介紹給脊柱推拿者。運用科學的定義來闡述脊柱關節"半脫位"，而不是簡單地將脊柱看成是機械裝置。

目前尚無法確切地闡述脊柱推拿的作用機制，因而研究脊柱推拿，不僅僅是更準確地描述脊柱關節半脫位、脊柱病變時的神經功能障礙，而且也是為了更確切地闡述脊柱推拿的作用機制，完善和改進脊柱推拿手法。通過研究更進一步了解脊柱解剖結構的特點和生物力學性質。由于在推拿界對脊柱關節半脫位的描述多是基于抽象思維或是由理論上的推測而來，醫學界對脊柱推拿普遍存在著一定的偏見或有不同的看法，所以我們要用科學的方法和術語，如解剖學、生物力學和物理學等來定義和描述脊柱關節半脫位。

一般認為脊柱關節脫位多是由于脊柱力學結構的完整性受到破壞所致，所以對半脫位進行準確的定義必將有助于消除目前有關脊柱推拿中的某些模糊概念，對進一步理解和掌握脊柱的解剖結構和生物力學性質，提供可靠的、基本的理論依據。

對脊柱進行科學地研究，在于要運用科學的觀點來闡述脊柱關節半脫位，這樣可擴大，而不是限制脊柱生物力學的臨床運用。應當認識到脊柱并不是象計算機構筑的模型一樣，它是處于不斷地更新和變化著的，雖然這種變化很慢，但與所有活體一樣，脊柱的各個部分并不是一個靜止的部件，它是不在斷地變化著、更新著、修復著和生長著的，是生物體的一部分。正常脊柱的許多生理參數都不是恒定著的，而是不斷地變化著。根據一些理論和假說，有人認為椎體間只是簡單的聯結，并不復雜，而實際上，維系椎體內穩定的各種機制是相當復雜的。

雖然人體脊柱的整體輪廓和功能基本相同，但沒有兩個不同的個體間的脊柱會是完全相同的。由于脊柱的退行性改變和各種各樣的解剖學變異，使得我們對脊柱不同部位間的關系也不能簡單機械地推斷。我們所強調的是研究脊柱基本的生物學原理和特點，而不是僅研究脊柱運動節段的"半脫位"、"關節固定"或是僅探討脊神經的嵌壓等問題。

與機械結構不同的是，脊柱的功能是根據反饋機制調節的，主要是由負反饋控制的。一般來講，影響負反饋調節的單一因素容易被確定。一般認為人體內維持體內平衡的所有控制系統都是受負反饋調節機制調節的，這是人體很重要的生理功能之一。通過機體內相互聯系的反饋通道和正負反饋機制，許多因素可影響人體的反饋系統。脊柱的非線和脊柱內外平衡的統一表明，運用脊柱推拿手法來治療脊柱疾患，其機制是試圖將脊柱病變與影響脊柱功能改變的單一因素聯系在一起，如脊柱的對線失調、脊柱的僵硬固定等，由于將脊柱結構和功能過于簡單化，因而，對此有很大的爭議。所以在脊柱推拿的研究中應盡最大可能地了解和發現，影響復雜反饋過程的非正常干擾因素，以避免無效勞動和無謂的爭議。

現代醫學是根據疾病的病理狀況來說明和表達人體異常的解剖結構和功能的。如果將脊柱的各個部分看成是相互之間沒有聯系的部件，那必將把人體解剖結構和功能的病理性變化情況用純力學術語來定義和表達。由于機械應力有可能引起脊柱的病變，一些病變可能還會影響到脊柱結構的完整性，所以應當用力學的概念，特別是用生物力學的概念來描述脊柱的疾病狀況。

脊柱推拿中的許多內容，如推拿術語和操作是很自然地受到力學概念的影響。如對橫突和棘突推搬手法的運用以及對推拿手法的分析也是根據力學概念進行的。由于生物力學概念的應用與現代醫學的內涵密不可分，所以對脊柱推拿手法的評價進而轉向基本的生物力學，除此，還應包括物理學和工程學等內容，以尋求應用新的理論和方法，重新研究脊柱推拿。通過研究使我們能更進一步地了解脊柱推拿的作用機制、創新脊柱推拿手法、淘汰繁瑣和不合理的脊柱推拿手法。

第5篇：生物力學的研究方法范文

1  資料與方法

1.1  一般資料  從國人新鮮尸體中獲取20例不成對的膝關節(男10例,女10例),冷凍在-20℃,直到試驗日為止。膝關節均在供者死亡后12h內冷凍。冷凍時間1~12個月不等。死者排除以下情況:(1)年齡>50歲;(2)骨骼未發育完全者(女性<16歲,男性<19歲);(3)有膝關節手術史;(4)有膝關節炎病史。在取髕腱標本之前,先將膝關節在室溫中解凍。將髕腱連同全部髕骨和脛骨的一部分(包含有脛骨結節)從膝關節中分割出來。脛骨部分修整成楔形,取髕腱的中央部分(平均5mm寬),用手術刀沿著腱束的長軸將腱的內外側修理成直的平面。小心操作以避免將腱束橫行切斷。用游標卡尺在不同截面測量髕腱的寬和厚,取其均值,并測量髕腱的長,用以計算髕腱的體積。

1.2  使用儀器  將樣本安裝在DCS-25T電子萬能試驗機(日本島津)上,進行單軸拉伸試驗,拉伸速度為30mm/min。以3033型X-Y函數記錄儀(四川儀表制造廠)記錄載荷―變形曲線,并進行分析,得出最大載荷、衰竭應變及彈性模量。

1.3  計算樣本密度  力學測試完畢后將樣本的腱性部分從骨的附著點上分離出來,稱重。根據前面算出的體積計算出每個樣本的密度。

1.4  統計學方法  采集所有數據,應用t檢驗來比較不同性別來源的髕腱的力學性質,進行相關性分析來判斷髕腱密度與生物力學性質間的關系。將樣本根據密度排列,再隨機選擇其中一個密度作為標準,將其上、下兩組樣本的生物力學指標用t檢驗分析,重復這個過程,檢驗是否存在一個密度值,比這個密度值大的樣本與比這個密度值小的樣本相比,其生物力學強度要高。

2  結果

樣本的平均截面積是19.47mm2(SD 8.72),髕腱的平均長度是47.83mm(SD 3.78),男性髕腱平均長49.22mm(SD 3.42),比女性髕腱[平均46.44mm(SD 3.76)]稍長一些(P=0.05)。髕腱組織混合在一起的平均密度是1.61g/cm3(SD 0.47)。男性髕腱的密度(1.68g/cm3)和女性髕腱的密度(1.54g/cm3)之間差異無顯著性(P=0.23),所測得密度范圍為0.81~2.57g/cm3。

髕腱的力學性質不依賴于供體的年齡和性別。在最大抗張強度(P=0.62,)、最大應變(P=0.61)、彈性模量(P=0.57)方面基于性別上的差異均無顯著性。因為性別和年齡對髕腱力學性質沒有任何影響,所以將樣本混合起來做密度的相關分析。樣本的最大抗張強度與其密度相關(r=0.57, P<0.02)。髕腱的彈性模量也與其密度呈正相關,盡管其相關性較弱,但亦有統計學意義(r=0.44,P<0.05)。衰竭應變與其密度無相關性(r=-0.25,P>0.1)。連續采用t檢驗分析顯示密度>1.68g/cm3(n=8)的髕腱的最大抗張強度比質量密度<1.68g/cm3(n=12)者明顯要高。

3  討論

本研究中,組織密度被作為變量進行相關性分析,通過測量其密度,就去除了組織大小對相關性分析的影響。我們發現在髕腱的生物力學性質與密度之間高度相關。較大的組織密度可能意味著較多的膠原堆積在組織中,產生較大的生物力學強度。Woo SL[1]發現經?；顒拥呢i的伸趾肌腱質量和膠原含量增加,其最大抗張強度顯著增加。但其未做肌腱生物力學和其質量的相關性研究。我們發現了髕腱組織的一個密度值(1.68g/cm3),大于這個密度的髕腱群體,其生物力學強度顯著要高。因為高于或低于這個髕腱密度值的供者的平均年齡非常接近,所以年齡不會導致髕腱的生物力學的差異。這與Flahiff[2]報道的結果一致。

在以前的研究中,諸如樣本大小、組織儲藏方法、組織的測試條件、樣本的截面積和力學測試方法等因素都被認為是很重要的因素,并且各實驗間各不相同[3],因此,難以 做具體數據上的比較。文獻報道[3],測試過程中對樣本進行鹽水浴,讓液體從腱組織滲出,能產生更大的強度和硬度。一些研究人員觀察了髕腱生物力學的差異,猜測可能有某些內在或外在的因素與此差異性有關。例如,Flahiff[2]認為重量、活動量、健康及飲食能影響髕腱的力學性能,雖然Beynnon[4]陳述軟組織內在的未知生物學因素能導致肌腱力學性能的差異?；谖覀兊难芯?髕腱的密度似乎是這種差異的一個原因。

第6篇：生物力學的研究方法范文

自1969年Hamdi首次報道L2漿細胞瘤和轉移性腺癌行椎體腫瘤切除、假體替代以來，經過近四十年的發展，人工椎體作為一類有效的椎體替代物在臨床上得到廣泛應用，目前報道的人工椎體模型，經過一系列生物力學測試和臨床應用發現，對不同脊柱節段的椎體骨折、不同類型的人工椎體的選擇、術中放置人工椎置的差異〔1〕，乃至輔加不同類型的內固定物，均可對脊柱重建術后的穩定性產生不同的影響。因此本文對近年來生物力學應用在人工椎體上的研究進行如下的綜述。

1 生物力學在人工椎體置換術評價中的應用

1.1 人工椎體置換術的應用

人工椎體目前運用最廣泛的是脊柱轉移性腫瘤病灶切除后的重建，童元等認為椎體腫瘤的手術適應證應該綜合考慮患者全身的情況、手術能否解決主要問題以及病程發展的快慢等因素。王新偉等〔2〕運用可調式中空人工椎體治療脊柱嚴重粉碎性骨折（附9例報告），認為對嚴重粉碎的椎體骨折，無法行自體骨重建者，人工椎體不失為一種選擇，但應嚴格掌握適應證。近來，王群波等〔3〕運用納米羥基磷灰石／聚酰胺66復合人工椎體治療胸腰椎椎體腫瘤14例，結果顯示復合人工椎體具有良好的生物相容性，植入融合率高，牢固可靠，是理想的骨移植替代材料。

1.2 人工椎體置換的生物學設計要求

脊柱椎體次全切除術至少破壞2個脊柱功能單元的完整性，起支撐、承載及緩沖功能的前柱連續性中斷，同樣導致后柱結構不穩，極易造成損傷。因而，行椎體切除術后無一例外的都要進行重建前柱的結構及生物力學的穩定性。故人工椎體的生物學設計是否合理對術后融合有著重要的影響，楊明亮等〔4〕從外科技術角度評價內鎖式人工頸椎間體，認為其設計符合頸椎的解剖學特點，生物力學上能有效穩定頸椎。特別適合陳舊的屈曲壓縮骨折及頸椎后突畸形矯形。楊瑞甫等〔5〕采用六鋁四釩鈦合金（Ti6Al4V）為材料，設計一種中空可調式、自固定式的人工椎體，用于治療脊柱腫瘤和椎體爆裂性骨折，實驗證明該人工椎體具有良好的即時穩定性和遠期穩定性，且勿需聯合使用前路或后路內固定器。綜上述，生物力學設計必須考慮以下幾個方面：（1）術后即刻穩定性與脊柱生理曲度的恢復程度;（2）與椎體遠期融合率;（3）有良好的生物相容性;（4）植入方便。

2 人工椎體生物力學測試的方法

2.1 屈服強度試驗

采用軸向壓縮荷載或屈曲壓縮荷載，加載至失穩，目的在于研究人工椎體在某種載荷下的承載強度，強度試驗需要加載直至材料破壞為止，通過荷載-位移曲線獲得生物力學參數。

2.2 內置椎體疲勞試驗

對內置人工椎體施加周期性的荷載（cyclic loading），觀察其疲勞強度，以失敗的周期數定義疲勞強度。

2.3 內固定物穩定性試驗

與前面兩種破壞性試驗不同，穩定性試驗是非破壞性的。目的在于研究內置物在非破壞性的載荷下的內固定強度與各種生理載荷的相關關系。

3 生物力學測試實驗模型的選擇

3.1 生物模型

目前常用的生物模型有尸體標本、活體及犬、牛、豬、猴、羊等動物模型，這幾種生物模型各有其優缺點。人尸體標本廣泛運用于生物力學測試的離體研究，其優點是能直接、精確測量脊柱各節段的運動，缺點在于新鮮的尸體受數量的限制，且其離體標本的測試亦在一定程度上改變了生理狀態下脊柱的力學特點；人的活體研究主要運用于臨床脊柱功能檢測，還需考慮很多社會因素。目前對于在幾種動物模型，是否與人類脊柱具有共性尚需進一步探索，Kumar等〔6〕研究發現四足動物脊柱的解剖學和形態學與人相似，他認為從四足動物的標本上得出的結論可運用到人的標本上。Goel等利用有限元模型分析比較肯定了狗作為脊柱腰段生物力學研究模型的可靠性。牛椎體雖偏大，但因其與人椎體具有相同的運動學特征，故其運用較多〔7〕。

3.2 非生物模型

3.2.1 有限元模型

1974年Belytschko首先將有限元分析方法應用于脊柱力學研究，使脊柱有限元模型成為最早建立的脊柱非生物模型。通過對有限元法的生物力學研究與實體的生物力學實驗進行比較分析發現，其結果是可靠、有效的。具有能夠獲得實體實驗中無法得到的許多重要參數，能任意改變某一參數以觀察其產生的影響，能進行前瞻性研究并直接指導臨床實踐。隨著人們對組織力學特性的認識，有限元分析軟件在國內外不斷開發與應用，不但促進了有限元技術的發展，而且推動著脊柱生物力學更深入的發展。

3.2.2 數學相關模型

隨著Chu等將數學相關方法運用到力學研究中，近年來，數學相關模型已成為未來生物力學發展的一大方向〔8〕。其實質上是采用先進的圖像處理技術與設備，通過被測對象的原始圖像字灰度進行直接的數字處理，由計算機控制整個系統的工作和一些圖像處理運算，再把圖像信息轉變成電信號，實現物體變形場的測量。對采集對象、測量環境要求較低。具有自動、非接觸式的、運用范圍廣等優點。

4 穩定性實驗的設計及其測試方法

4.1 穩定性實驗的設計

主要要解決離體脊柱標本測試時的運動必須模擬脊柱的自然運動和任意脊柱結構平面負載的均衡性這兩個方面的問題。Panjabi提出的穩定性試驗模型是一種非損傷性生理載荷模式，通過加載夾具對試驗對象分別施加6對大小相等、方向相反、互為平行的“純力矩”，產生相應的前屈、后伸，左右側屈，左右旋轉6種運動方式。Niosi等〔9〕在此基礎上，測量時加用光電子照相技術，使結果更精確。

4.2 穩定性實驗的測試方法

4.2.1 光學測量法

光學測量法包括光干涉效應直接測量法、光學杠桿延伸擴大位移法和光學遙測法〔10〕。立體的光學系統由2個互成角度的平面光學測量系統構成的，利用動作分析系統記錄受試者運動時的皮表標記坐標，經過計算機重建三維運動，確定脊柱的空間坐標位置。其優點是立體重建、定位精確、可以非接觸多節段測量。Pflugmacher等〔11〕對成人尸體胸腰椎標本用4種可調節與不可調的人工椎體附加內固定后進行生物力學性能測試，利用的是光學系統，分別在T12和L2椎體上安裝非線性二極管，通過PCReflex運動分析系統，得出載荷-位移曲線，試驗顯示：可調節人工椎體與不可調節椎體在體外的力學性能方面沒有顯著差異，但聯合前后路內固定后，其強度和穩定性最大。

激光全息-散斑干涉法是將激光全息干涉與散斑干涉結合在一起的一種三維位移測量技術，對人工椎體和椎間盤均能獲得高質量的全息干涉條紋圖和散斑條紋圖，通過圖像可計算出椎體和椎間盤的剛性位移和應變。Vahldiek等〔12〕對新鮮冰凍尸體脊柱（T12~L4）行T2椎體切除后，用碳纖維材料的人工椎體代替，并分別附加前路固定、后路固定及前后路聯合固定，加載不同的負荷，用一個帶有可發射非線性紅外線二極管的光電測量系統，記錄載荷-位移曲線，得出結果示椎體替代物植入后僅附加前路內固定與完整的椎體相比移動度較大，特別是軸向扭轉。

4.2.2 電應變法

電應變式傳感器可通過電子儀器直接轉化為位移〔13〕，Lowe等〔15〕運用MTS 809雙軸液壓隨動生物力學測試系統（biaxial servohydraulic biomechanical testing system）測量其可以承受的最大加載載荷大小，研究終板的抗壓縮強度。實驗表明:終板后外側抗壓縮強度最大，中間部分最小，抗中空植入物臨界壓縮強度明顯高于抗實體植入物的裝置。對臨床上人工椎體的類型及放置位置的選擇具有一定的指導意義。

4.2.3 影像學法

影像學檢測手段已經從早期簡單的靜態平片發展到雙平片及三維動態X線檢測。靜態片因其片子質量、標定不一等因素，誤差較大。Lee等〔16〕描述了一種用于腰椎三維運動實時測量旋轉式X線照相裝置。該系統通過整合獲得三維方向的角度率。所獲數據和實時展示通過與計算機相連的電子單元加工處理。能提供脊柱位置的實時信息，有利于及時做出臨床檢測和評價。Wang等〔16〕采用的Zebirs CMS 70P系統是一種運動分析脊柱的三維分析儀，利用了超聲反射定位的原理，測定脊柱的三維空間位置，具有無創性、立體性、可靠和可重復性等優點。

5 生物力學評價指標

5.1 載荷-位移曲線

反映了內固定結構的穩定性隨載荷變化的趨勢。Glazer等以6~8個樣本測量值進行統計學處理及相關分析；由載荷-位移曲線可以得到以下指標（參數）：

運動范圍（range of motion，ROM）：指在載荷最大時脊柱運動的節段間的角度變化和節段間的位移量。由于每個標本的生物力學性質不同，為了直接進行定量的比較，把各試驗組的運動范圍均與同一完整脊柱標本的運動范圍作比較，得出相對運動范圍（relative range of motion，RROM）。

硬度／穩定性和柔韌度／不穩定性：可用硬度系數／穩定性系數和柔韌系數／不穩定性系數表示，是所施加的載荷除以椎體間所產生的運動大小。

伸展-屈曲中性區（NZ）：為中性區到實際加載荷時的位移，伸展中性區用-NZ表示，屈曲中性區用+NZ表示。

伸展-屈曲彈性區：是彈性位移階段，從0載荷時的位移到最大載荷位移。伸展彈性區用-EZ表示，屈曲彈性區用+EZ表示。

5.2 載荷-圈數疲勞曲線

屈服強度和疲勞強度試驗樣本量小，常以個體值或中位數加以比較。Huang等〔17〕選擇幾個大小不同的載荷量重復實驗，獲得載荷-圈數疲勞曲線。

以上2個指標均適用于離體標本的測量使用。對于在體的人工椎體的生物力學評價指標，可運用運動測量方法，利用光學原理或者影像學方法，立體重建、定位精確，并結合神經功能恢復情況（Frankel分級），綜合得到人工椎體移位及重建節段骨融合情況。

6 生物力學評價促進了人工椎體在脊柱重建術中的應用及發展前景

一種新的脊柱內固定裝置在運用之前，除了要對器械本身的材料學測試外，大部分的器械還均以非破壞性試驗進行生物力學評價，生物力學研究的發展，大大縮短了內固定器械應用于臨床的周期，因而在近20年來，脊柱新器械包括人工椎體的發展速度空前提高。有很多學者認為目前的人工椎體置換既應具有術后的即刻穩定性，亦應注重其對脊柱生理曲度的恢復以及兼顧遠期的融合功能。王新偉等〔18〕應用萬能力學試驗機對牛胸腰椎進行力學測試，得出結果顯示任何內固定都不能替代人體骨骼本身行使脊柱的力學性能。從遠期效果看，人工椎體的作用是融合而不是支撐。因此生物力學的評價已經成為人工椎體置換術適應證及手術后效果評估不可或缺的一部分。

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第7篇：生物力學的研究方法范文

本文對中醫手法教學進行了回顧和探討，總結出教學質量沒有實質性突破的根本原因在于“就手法而學習手法”的傳統“經驗式”的教學模式。解決這個問題的關鍵是在教學中引入現代物理學中的力學概念。在手法教學過程中合理恰當地安排和設計好教學內容，這將為手法醫學的發展產生重大影響。

【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?，F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

1 嚴雋陶.推拿學.北京:中國中醫藥出版社，2003，66.

第8篇：生物力學的研究方法范文

種植義齒是口腔科領域中發展最快，最令人興奮的一個分支，已成為與高速渦輪牙機、全景X線機、高分子粘固材料并列的20世紀牙科發展的四項重大突破之一。一個成功的人工種植體應該和骨組織直接結合，形成良好的生物力學相容性，將咀嚼壓力均勻分布到周圍骨組織，應力過大或過小，都無益于種植牙周骨組織的重建，都將導致種植牙的失敗。據此，本文特將人工種植牙的生物力學研究進展作一概述。

1應力分布研究方法的發展

在20世紀70年代以前，生物力學研究和應力分布的檢測多采用電測法和光彈法，電測法和光彈法屬于實驗應力分析法。電測法是實驗應力分析方法中最基本的方法之一，它的靈敏度與精確度較高，可用于現場測定，用于各種復雜環境下測量多種力學參數，但電測法只能逐點測量物件表面的應變，且僅能獲得應變片所在位置的應變平均值，不能直觀得出構件應力分布的全貌，在環境條件惡劣時誤差較大。光彈應力分析法具有直觀性和全場性的優點，可用以分析各種形狀的復雜構件和表面應力，也是口腔生物力學常采用的研究方法，但光彈法不能把材料力學和彈性理論聯系起來，如不能計算出模型內任意處的應力值和位移值。自從1973年Theresher和Farah幾乎同時將有限元法（finiteelementmethod，FEM）應用于口腔醫學領域，FEM已成為一種有效的數學工具，在口腔生物力學研究中得到廣泛應用。FEM具有以下優點：可以準確地表達復雜的幾何形狀；可以在同一模型上對不同性質的材料進行力學分析；可以進行復雜載荷條件下的應力分析；模型的轉換較為簡便；對應力的內部狀態及其它力學性能定量測定的代表性好，同時FEM在應用中自身也不斷得到完善，其中從二維到三維是FEM發展的一個飛躍。1976年Weinstein等應用二維FEM分析了多孔圓柱種植體界面的應力分布，將FEM引入了口腔種植領域，從此，有關種植義齒生物力學的研究進入了一個新的階段。Meijer等［1］將二維有限元法和三維有限元法進行了比較，認為后者的模型相似性好，可客觀反映被分析受力結構的信息，但是有限元法的單元在大小、形狀、數目、載荷情況、假設條件與真實情況差異及邊界條件等均影響結果。因此，為使結果更加真實可信，有限元法的研究手段不斷完善，目前已從靜態研究發展到動態研究，并有向非線性發展的趨勢。

2種植體材料對應力分布的影響

人工牙種植體的研究和應用已有30多年的歷史，但迄今為止，只有少數幾種材料的種植體為人們所接受，其中應用歷史最長、也最廣泛的是鈦質種植體，金屬鈦具有良好的生物相容性，與骨組織形成緊密、牢固的結合，而且其彈性模量與骨很接近，與骨結合所形成的界面是動態的，在適當負荷的刺激下，種植體與骨的接觸程度在一年后會從53％增加到74％［2］，所以說鈦是一種理想的種植材料。Mailath（1989）等［3］用有限元法對種植體材料進行了研究得出結論，種植體材料的彈性模量至少為110，000N／mm2（1．1×10MPa）。Clelland（1991）等［4］用三維有限元法研究了Screw－vent骨內種植體及支持組織應力分布情況，這種商業純鈦種植體最大應力區是在種植體的頸部，這些應力比商業純鈦的疲勞極限（259，90MPa）低18倍，骨內最大壓力值（19．57MPa）是在頸部的舌側區，而且Screw－vent種植體近遠中應力（最大為0．38MPa）比種植體頰、舌側低得多。這一點和以前放射照片研究的骨吸收發生在種植體的近遠中不同。為了更快的形成骨整合，人們還從種植體的表面涂層入手。尤其是羥基磷灰石噴涂（hydroxyapatite，HA）研究最多，但還是有很大爭議，生物活性材料的涂層，可以改善與骨的結合方式，從生化角度上看，對種植牙長期成功是有益的，但從生物力學角度是否有明顯的改善并不清楚［5］。Rieger（1989）進行了研究認為：骨結合界面與骨適應界面比較，從生物力學上看種植牙周圍骨內的應力分布比較并沒有明顯的改善，這還有待于進一步研究。最近Meijer（1997）等［6，7］使用柔韌高分子生物材料（polyactiv，PL）即聚丁烯對二苯酸鹽（酯）聚合物（polyethylene－oxidepolybutylene－terephthalate（PEO：PBT）copolymer）和硬性HA穿齦種植體進行動物（狗）實驗研究，從組織學上和臨床方面作一比較，PL設有三種（一種密集型，兩種多孔型）6個月加載，PL和HA種植體周圍骨組織在第6周有骨吸收（高度失去1mm），第12周可見重建，18周后恢復到原來的水平，結果PL比HA引起密度上較少的降低。這個結果顯示：柔韌種植材料更有利于應力向周圍骨組織傳導。臨床方面PEO：PBT和陶瓷、生物玻璃、鈦、和其他材料相比較，結果：PEO：PBT是一種柔韌材料，能降低穿齦種植體頸部應力峰值，致密型PL功能合適，運動性能與天然牙相近似，表現出最好的臨床功能，也能減少種植體周圍應力峰值。從組織學觀察得出結論：柔韌的骨結合，種植體更能較好地把應力傳導到周圍骨組織，因此它可能是硬性種植體有前途的替代物。

3種植體形態結構對應力分布的影響

成功的種植體不僅取決于種植體材料的生物學性質及手術技術，種植體的表面形態也十分重要。近年來，國外學者圍繞著種植體以什么樣的形態結構才具有最佳的生物力學相容性，作了大量的研究。關于口腔種植體宏觀形態基本上認為以單個旋轉對稱為最佳，所以新近出現的或改良的種植體系列極少看到過去傳統的錨狀或翼狀形態。對種植體表面微觀形態，自70年代以來也是人們研究的熱門，在這個問題上雖然還有不同看法，但有一點是比較一致的，即粗糙的種植體表面更利于新骨生長，形成更廣泛骨－種植體結合區。Mailath（1989）使用有限元法研究了骨內種植體形狀與應力分布的關系得出結論，圓柱形種植體比圓錐形種植體更可取，因為它降低了應力在骨皮質上的峰值。Rieger（1990）等［8］應用二維有限元法，對6種種植牙（Branemark，Core－Vent，Denar，Miter，Stryker和一種實驗用種植牙—RBT411）進行定量分析，結果表明：所有6種種植牙都有根尖沖擊應力的存在，Denar種植牙應力最大，Denar、Miter和Stryker種植牙可出現牙槽嵴部病理性骨吸收，Miter和實驗用RBT411種植牙應力分布最好。Hurson（1994）［9］對3．25mm和3．8mm螺紋種植體進行了工程力學分析，闡述了螺紋設計原則，材料的強度，力學疲勞分析，提出了螺紋設計的標準。Binon（1996）［10］評價了六角形種植體（hexagonalimplants）力學性質，與基臺相連的抗扭強度及適合的裝置，建議生產商應該提高種植體的耐受性、精確性、逼真性和堅固性。Arpinar（1996）等［11］用有限元法對兩種硬性種植體設計進行研究，結果為：中空螺旋種植體（ITI1）在頂點區域產生高和應力集中，而實心螺旋種植體（ITI2）應力的分散轉移要比中空好得多。1996年黃輝等［12］對螺紋頂角角度對柱狀螺旋根管內種植體應力分布進行了研究，結果表明：螺紋頂角角度的改變，可以導致種植體在支持組織的應力分布水平的變化，螺紋頂角為60度的種植體應力分布較合理，為種植體設計、應用提供理論依據。

4種植體的長度和直徑對應力分布的影響

對于種植體長度和直徑與種植體周圍骨面應力反應的關系，目前國外研究報告的觀點不一致。Mailath（1989）等［3］用有限元法對不同直徑的種植體進行生物力學研究，結果發現大直徑種植體產生有利的應力分布效果。Block（1990）［13］通過動物試驗證明，種植體從骨中拉出力與其長度關系極大，而與其直徑關系不大。Lum（1991）［14］發現骨界面應力主要集中于種植體頸部的牙槽嵴頂而非整個種植體周圍，并據此推論使用短種植體可能對骨界面應力集中值影響不大。Lum（1992）［15］用工程統計學方法，分析了軸向力和水平力作用下種植體力的傳導，結果發現，在軸向力作用下，僅僅長度為10mm，直徑為4mm的種植體，能傳導平均最大咬合力，支持骨受到張力在正常生理限度內。在水平力作用下長度大于12mm時，再增加長度對力的傳導無顯著差異。Meijer（1992）等［16］使用短種植體對其周圍的應力無太大影響。鄒敬才（1996）等[17］應用二維有限方法，對3mm，4mm，5mm三種不同直徑的螺旋型種植體進行對比分析，結果表明：螺旋型種植體直徑增加，對骨界面的總體應力分布規律影響不大，但隨著直徑的增加，對骨界面應力降低，種植體與骨界面的相對位移運動也相應減小，有利于骨界面的應力分布。提示臨床盡可能選擇直徑稍粗的一些種植體。Tuncelli（1997）［18］等應用有限元法，比較了ITI中空圓柱兩段式種植體不同直徑（3．5mm，4．5mm，6mm）應力分布。結果發現：相對較大的直徑種植體更有利于下頜后部區域（應力分布好）。張少鋒（1997）等［19］用有限元法研究了種植體長度和直徑對種植全口義齒應力的影響，得出結論：種植體周圍骨界面應力的大小與種植體長度密切相關，呈負相關關系。種植體直徑在臨床常用范圍內變化時，僅引起自身應力集中值的改變，而對種植全口義齒的其它結構和組織應力狀況影響不大。

5種植體上部結構的連接裝置對應力分布的影響

第9篇：生物力學的研究方法范文

【關鍵詞】人工種植體生物力學研究進展；種植材料；種植體形態結構；植體上連接裝置種植體長度和直徑；種對應力分布的影響

種植義齒是口腔科領域中最快，最令人興奮的一個分支，已成為與高速渦輪牙機、全景X線機、高分子粘固材料并列的20世紀牙科發展的四項重大突破之一。一個成功的人工種植體應該和骨組織直接結合，形成良好的生物力學相容性，將咀嚼壓力均勻分布到周圍骨組織，應力過大或過小，都無益于種植牙周骨組織的重建，都將導致種植牙的失敗。

1應力分布研究的發展

在20世紀70年代以前，生物力學研究和應力分布的檢測多采用電測法和光彈法，電測法是實驗應力方法中最基本的方法之一，它的靈敏度與精確度較高，可用于現場測定，用于各種復雜環境下測量多種力學參數，但電測法只能逐點測量物件表面的應變，且僅能獲得應變片所在位置的應變平均值，不能直觀得出構件應力分布的全貌，在環境條件惡劣時誤差較大。光彈應力分析法具有直觀性和全場性的優點，可用以分析各種形狀的復雜構件和表面應力，也是口腔生物力學常采用的研究方法，但光彈法不能把材料力學和彈性聯系起來，如不能出模型內任意處的應力值和位移植。自從1973年resher和Farah幾乎同時將有限元法（finiteelementmethod,FEM)于口腔醫學領域，FEM已成為一種有效的數學工具，在口腔生物力學研究中得到廣泛應用。FEM具有以下優點：可以準確地表達復雜的幾何形狀；可以在同一模型上對不同性質的材料進行力學分析；可以進行復雜載荷條件下的應力分析；模型的轉換較為簡便；對應力的內部狀態及其它力學性能定量測定的代表性好，同時FEM在應用中自身也不斷得到完善，其中從二維到三維是FEM發展的一個飛躍。1976年Weinstein等應用二維FEM分析了多孔圓柱種植體界面的應力分布，將FEM引入了口腔種植領域，從此，有關種植義齒生物力學的研究進入了一個新的階段。

2種植體材料對應力分布的影響

人工牙種植體的研究和應用已有30多年的，但迄今為止，只有少數幾種材料的種植體為人們所接受，其中應用歷史最長、也最廣泛的是鈦質種植體，金屬鈦具有良好的生物相容性，與骨組織形成緊密、牢固的結合，而且其彈性模量與骨很接近，與骨結合所形成的界面是動態的，在適當負荷的刺激下，種植體與骨的接觸程度在一年后會從53%增加到74%，所以說鈦是一種理想的種植材料。用三維有限元法研究了Screw-vent骨內種植體及支持組織應力分布情況，這種商業純鈦種植體最大應力區是在種植體的頸部，這些應力比商業純鈦的疲勞極限（259，90MPa）低18倍，骨內最大壓力值（19.57MPa)是在頸部的舌側區，而且Screw-vent種植體近遠中應力（最大為0.38MPa）比種植體頰、舌側低得多。這一點和以前放射照片研究的骨吸收發生在種植體的近遠中不同。為了更快的形成骨整合，人們還從種植體的表面涂層入手。尤其是羥基磷灰石噴涂（hydroxyapatite,HA)研究最多，但還是有很大爭議，生物活性材料的涂層，可以改善與骨的結合方式，從生化角度上看，對種植牙長期成功是有益的，但從生物力學角度是否有明顯的改善并不清楚。最近Meijer(1997)等，使用柔韌高分子生物材料（polyactiv,PL)即聚丁烯對二苯酸鹽（酯）聚合物［polyethylene-oxidepolybutylene-terephthalate(PEO:PBT)copolymer］和硬性HA穿齦種植體進行動物（狗）實驗研究，從組織學上和臨床方面作一比較，PL設有三種（一種密集型，兩種多孔型）6個月加載，PL和HA種植體周圍骨組織在第6周有骨吸收（高度失去1mm)，第12周可見重建，18周后恢復到原來的水平，結果PL比HA引起密度上較少的降低。這個結果顯示：柔韌種植材料更有利于應力向周圍骨組織傳導。臨床方面PEO：PBT和陶瓷、生物玻璃、鈦、和其他材料相比較，結果：PEO：PBT是一種柔韌材料，能降低穿齦種植體頸部應力峰值，致密型PL功能合適，運動性能與天然牙相近似，表現出最好的臨床功能，也能減少種植體周圍應力峰值。從組織學觀察得出結論：柔韌的骨結合，種植體更能較好地把應力傳導到周圍骨組織，因此它可能是硬性種植體有前途的替代物。

3種植體形態結構對應力分布的影響

成功的種植體不僅取決于種植體材料的生物學性質及手術技術，種植體的表面形態也十分重要。近年來，國外學者圍繞著種植體以什么樣的形態結構才具有最佳的生物力學相容性，作了大量的研究。關于口腔種植體宏觀形態基本上認為以單個旋轉對稱為最佳，所以新近出現的或改良的種植體系列極少看到過去傳統的錨狀或翼狀形態。即粗糙的種植體表面更利于新骨生長，形成更廣泛骨-種植體結合區，Mailath(1989)使用有限元法研究了骨內種植體形狀與應力分布的關系得出結論，圓柱形種植體比圓錐形種植體更可取，因為它降低了應力在骨皮質上的峰值。Arpinar(1996)等，用有限元法對兩種硬性種植體設計進行研究，結果為：中空螺旋種植體（ITI1）在頂點區域產生高和應力集中，而實心螺旋種植體（ITI2）應力的分散轉移要比中空好得多。1996年黃輝等，對螺紋頂角角度對柱狀螺旋根管內種植體應力分布進行了研究，結果表明：螺紋頂角角度的改變，可以導致種植體在支持組織的應力分布水平的變化，螺紋頂角為60度的種植體應力分布較合理，為種植體設計、應用提供理論依據。

4種植體的長度和直徑對應力分布的

對于種植體長度和直徑與種植體周圍骨面應力反應的關系，國外報告的觀點不一致。Mailath(1989)等，用有限元法對不同直徑的種植體進行生物力學研究，結果發現大直徑種植體產生有利的應力分布效果。Block(1990)通過動物試驗證明，種植體從骨中拉出力與其長度關系極大，而與其直徑關系不大。Lum(1991）發現骨界面應力主要集中于種植體頸部的牙槽嵴頂而非整個種植體周圍，并據此推論使用短種植體可能對骨界面應力集中值影響不大。Lum（1992）用工程統計學，了軸向力和水平力作用下種植體力的傳導，結果發現，在軸向力作用下，僅僅長度為10mm，直徑為4mm的種植體，能傳導平均最大咬合力，支持骨受到張力在正常生理限度內。在水平力作用下長度大于12mm時，再增加長度對力的傳導無顯著差異。Meijer(1992)等，使用短種植體以其周圍的應力無太大影響。鄒敬才（1996）等，二維有限方法，對3mm，4mm，5mm三種不同直徑的螺旋形種植體進行對比分析，結果表明：螺旋形種植體直徑增加，對骨界面的總體應力分布影響不大，但隨著直徑的增加，對骨界面應力降低，種植體與骨界面的相對位移運動也相應減小，有利于骨界面的應力分布。提示臨床盡可能選擇直徑稍粗的一些種植體。Tuncelli(1997)，等應用有限元法，比較了ITI中空圓柱兩段式種植體不同直徑（3.5mm，4.5mm,6mm）應力分布。結果發現：相對較大的直徑種植體更有利于下頜后部區域（應力分布好）。張少鋒（1997）等，用有限元法研究了種植體長度和直徑對種植全口義齒應力的影響，得出結論：種植體周圍骨界面應力的大小與種植體長度密切相關，呈負相關關系。種植體直徑在臨床常用范圍內變化時，僅引起自身應力及種植的改變，而對種植全口義齒的其他結構和組織應力狀況影響不大。

5種植體上部結構的連接裝置對應力分布的影響

人們為了去模仿天然牙牙周膜的緩沖作用，一些學者用一些具有粘彈性的材料如聚甲醛制成內動部件，連接種植體和附著體。McClumphy(1989)在種植牙上用聚甲醛材料設計了一個具有彈性的內連接體，并用鈦制作一相同的內連接體作對照，用光彈應力分析法對兩者進行了應力分布的對比研究，結果：在骨界面上應力分布兩者差異沒有顯著性。Vanrossen(1990)等，通過二維有限元法，對不同彈性連接體彈性模量和不同外形的內連接體在單個種植體上進行分析，結果：內彈性連接體彈性模量的改變對周圍骨應力分布沒有影響。Chapman(1990)等，設計一種內部減震器（shockabsor-ber)，把種植體與義齒相連接，用鈦制作對比，結果：兩者差異有顯著性，可減少咬合力。elChkawihG(1990)在種植體上部結構下面使用一層彈性材料，種植體不動，而上部結構可動，結果發現這種改進使應力和位移分布和天然牙相類似。Kraut(1993)等，設計了一種彈性內動連接系統，結果表明這套系統能吸收應力，減少達到種植體和周圍骨的應力值。