[發(fā)明專利]基于數(shù)值模擬的女子舉重運動員腰骶關節(jié)的生物力學分析方法

在審

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• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112489762A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設計）人: 宋雅偉;趙偉;吉彥廷
• 申請（專利權）人: 宋雅偉
• 主分類號: G16H20/30
• 分類號: G16H20/30;G16H50/20;G16H50/50;G06T17/20;A61B6/03;A63B21/06;A63B69/00
• 代理公司: 南京艾普利德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32297
• 代理人: 周海斌

本發(fā)明涉及一種基于數(shù)值模擬的女子舉重運動員腰骶關節(jié)的生物力學分析方法，包括：選擇若干女子舉重運動員作為待測運動員，根據(jù)脊柱形態(tài)數(shù)據(jù)篩選出目標運動員；在目標運動員舉重的整個過程中進行監(jiān)測，并建立舉重動作模型；對目標運動員進行靜態(tài)脊柱CT掃描，并以掃描結果建立腰骶關節(jié)的有限元模型，進行數(shù)值模擬分析，并獲得分析結果。本發(fā)明專門針對女子舉重運動員腰骶關節(jié)進行建模及數(shù)值模擬分析，獲得舉重運動過程中關節(jié)、肌肉、軟組織等解剖結構的應力變化情況，以期對女子舉重運動員的舉重動作進行結構優(yōu)化，提高競技能力，避免運動損傷，并對運動康復提出指導性意見。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于數(shù)值模擬的女子舉重運動員腰骶關節(jié)的生物力學分析方法，屬于生物醫(yī)學工程領域。

背景技術

據(jù)申請人了解，在舉重類競技項目中，不論是抓舉還是挺舉，運動員都以“腿部-腰部-上臂-前臂”為運動鏈，利用各肌群協(xié)同收縮向上提拉杠鈴。其中，腰骶關節(jié)作為舉重傳導力的核心部位，既是長期承受壓縮應力的支點，又是將載荷傳至骨盆以及下肢的緩沖結構。

在普通的日常活動中，脊柱通常支持500N-1000N垂直載荷，超過體重兩倍左右，并隨著搬抬重物最高可達5000N，接近最終破壞載荷的50％。然而在舉重訓練中，每日的訓練負荷在幾噸、甚至幾十噸上下，對脊柱尤其是腰骶關節(jié)周圍穩(wěn)定肌肉組織的損害極大?，F(xiàn)有研究表明，舉重運動員腰部損傷占所有損傷的80％以上，以腰椎(椎間盤)和骶棘肌部位的慢性損傷為主，占77.5％，損傷多發(fā)生于專項力量訓練前、后蹲動作，占40.0％。對于女子舉重運動員而言，由于女子運動員有著獨特的解剖形態(tài)和生理特點，表現(xiàn)為腰部肌肉力量為男性的2/3，肩窄骨盆寬，骨盆入口橫徑寬大，下口的各徑(矢狀徑和橫徑)寬大，負重時骶骨活動度大，對腰椎影響更劇烈。同時，女子運動員退役后面臨著成家生子的需求，不科學的專項訓練可能會對其未來生育有所影響。

在腰骶關節(jié)的研究方面，國內對于舉重影響腰椎、骨盆的研究集中于90年代，多運用X光片拍攝技術分析。有研究者比對女子舉重運動員與普通人腰椎、骨盆差異，發(fā)現(xiàn)兩類人群腰椎高度的增長速度是一致的，舉重訓練并沒有影響腰椎的增高。女子舉重運動員髂嵴間徑，入口橫徑、髂骨高等，均大于一般女子，舉重訓練不影響生理發(fā)育。有研究者對比舉重運動員和乒乓球運動員腰椎間盤特點，發(fā)現(xiàn)舉重隊隊員脊柱腰段前凸曲度大，椎間盤更厚，脊柱的承重和運動功能優(yōu)于乒乓球隊員。近年來，國外學者逐漸關注該領域，利用新型技術展開研究，有研究者比對優(yōu)秀運動員與普通人的上部、下部腰椎前凸、骶斜率、骨盆傾斜(PT)、腰椎指數(shù)、椎間盤角度后發(fā)現(xiàn)，與健康志愿者比較，優(yōu)秀舉重運動員腰椎前凸增加和骨盆傾斜下降，上部腰椎前凸與下部腰椎前凸的比值可用于預測腰椎變形。

在舉重運動的生物力學分析方面，運用運動生物力學測試手段研究舉重項目特點基本可以分為3個主要的領域：運動學、動力學和肌電學。國內外對于舉重的生物力學研究，大多在運動學的范疇，采用運動三維解析技術分析身體重心與杠鈴重心軌跡、偏移；杠鈴速度，尤其是豎直方向的速度變化以及發(fā)力末時的最大速度；動作結構(關節(jié)角度)，即膝關節(jié)角、髖關節(jié)角、踝關節(jié)角、軀干傾斜角在每個動作階段的變化。

在現(xiàn)有技術手段方面，可利用云紋照相技術和運動學仿真技術進行研究。

云紋照相技術利用兩光柵的重疊干涉原理，在志愿者背部表面產生等高線波紋，通過自動探測解剖標志(棘突、左右腰眼、脊柱中線、脊柱的旋轉)，計算脊柱臨床參數(shù)。該技術已在美國22個州的脊柱側彎普查中應用了近50年，近年來逐步在我國評價脊柱矯形療效、健康普查等方面得到推廣。

德國DIERS公司的formtric 4D云紋照相系統(tǒng)是世界范圍內光學三維脊柱應用最廣泛的系統(tǒng)，它不僅規(guī)避了X線照射的患病風險且相對于CT更為方便、快速。有研究者證實，formtric4D在預測非創(chuàng)傷性骨折上的具有較高的精度；formetric4D在評價青少年特發(fā)性脊柱側凸病人治療恢復情況中的具有較高的可信度。