太极拳对脊柱及周围肌肉动力学参数影响分析 发布时间:2018-03-23

太极拳对脊柱康复的生物力学机制研究 发布时间:2019-03-23 点击此处>> 查看其余5篇临床医学硕士范文

2.2、研究结果与分析

第四篇临床医学硕士论文标题:太极拳对脊柱康复的生物力学机制研究

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运动学实验完成后将采集的运动参数以标准的C3D格式储存,C3D文件中包含了Xsens MVN system全身惯性动作捕捉系统采集的太极拳运动模型以及足底压力数据。依据受试者身体姿态信息建立能够读取C3D文件的Anybody肌骨模型,通过C3D中的三维运动轨迹驱动该模型,模拟陈氏太极拳运动过程。运行Anybody Modeling System's中逆向动力学程序(Inverse dynamics)计算并输出脊柱及周围肌肉的动力学数据。

中文摘要

本实验研究的脊柱及周围肌肉动力学参数主要有:①脊柱周围主要肌肉的激活度:多裂肌最大激活度(Multifidi Muscle Activity, MMA)、竖脊肌最大激活度(ErectorSpinae Muscle Activity, EMA)、腰大肌最大激活度(PsoasMajor Muscle Activity, PMA)、腰方肌最大激活度(QuadratusLumborum Muscle Activity, QMA)、棘肌最大激活度(SpinalisMuscle Activity, SMA)、半棘肌最大激活度(Semispinalis MuscleActivity, SSMA)、胸多裂肌最大激活度(ThoracicMultifidi MuscleActivity, TMMA)、腹横肌最大激活度(Transversus Muscle Activity,TMA );②脊柱关节力矩(Joint Moments):本研究主要分析脊柱腰段的关节力矩峰值(前后方向弯曲FlexionExtension、左右方向旋转Axial、左右方向弯曲Lateral);③脊柱关节间应力:包括寰枕关节、T12-S1椎间关节的左右方向应力(Medio Lateral Joint Reforce, MJR)、前后方向应力(Antero Posterior Joint Reforce, AJR)及垂直方向应力(ProximoDistal Joint Reforce, PJR);④脊柱关节间角度(Joint Angle):包括寰枕关节、T12-S1椎间关节在运动过程中人体前后方向发生弯曲、左右方向弯曲及左右方向旋转时的关节角度。

太极拳运动中的脊柱生物力学研究研究目的:太极拳是一种集强身健体、颐养性情、内外兼修等多种功能于一体的我国传统健身运动,现己传播到150多个国家和地区,全球练习者超过3亿。

本研究根据基础动作的不同将整套陈氏太极拳动作分解为23个动素单元(包含1个站立动素单元),这些动素单元分别代表弓步、马步、单足站立、踢腿、弯腰等多种太极拳动作。每个动素单元时长约为4-5秒,并对动素单元以每秒5帧进行分解,分别计算每一帧的脊柱及周围肌肉动力学参数。

在医疗领域,太极拳己被公认为一种有效的临床康复治疗及保健手段。研究表明,太极拳具有提高老年人本体感觉及平衡能力,锻炼下肢肌肉力量,改善心肺功能,预防帕金森症等康复效果。目前,国内外对太极拳康复及致损作用机制的研究主要是从生物力学角度探究太极拳运动中肢体骨骼与肌肉的力学特征,进而分析其临床意义。然而现有研究多针对足底、下肢关节及肌肉进行力学分析,缺乏对脊柱及周围肌肉的力学研究,且较少动态分析。因此,本研究重点关注太极拳运动的动态过程中脊柱骨性结构及椎旁肌肉的生物力学特点,分析太极拳运动对脊柱及周围结构锻炼康复或致损作用的具体力学机制,对探索太极拳运动的脊柱生物力学机制具有深远意义,为其他康复运动的生物力学研究提供新的思路。同时,研究结果有助于太极拳运动的改良优化,为制定规范的太极拳运动指南,提供个性化的太极拳康复动作,全面推广太极拳作为临床康复治疗手段打下基础。

2.2.1、脊柱周围肌肉激活度的仿真分析

研究方法:本研究选取一名女性陈氏太极拳练习者,采集该受试者基本信息及人体惯性参数(年龄、体重、身高、脚长、大腿长、小腿长、躯千长、上臂长、前臂长、手长等),录入F-Scan足底压力分析系统及Xsens MVN system全身惯性动作捕捉系统,建立运动采集模型。在校正运动模型后同步采集运动中的足底压力数据及捕获太极拳动作。在Anybody Modeling System中建立该受试者的肌肉骨骼模型,以标志点驱动方式对虚拟人进行驱动,输入与动作同步的足底压力数据。将整套太极拳动作分解为20个动素单元,以每秒S帧进行分解。

Anybody仿真后的肌肉模型中肌肉激活度是对运动过程中肌肉发力状态或受力情况的模拟。肌肉激活度数值可以反映某块肌肉或肌群在某种运动状态下的参与程度,并一定程度上代表相关肌肉的肌力大小。肌肉激活度的最大值为1,代表肌肉所能承受最大力时的状态,一般认为肌肉激活度大于0.O l时该肌肉具有形成或维持这种运动状态的意义。

使用计算机模拟和逆向动力学方程序计算太极拳运动中脊柱及周围肌肉的动力学参数进行分析研究,研究的参数包括:脊柱周围主要肌肉的激活度(Muscle Activity )、脊柱关节力矩(Joint Moments )、脊柱关节间应力(JointReforce )。

太极拳运动中脊柱周围主要肌肉激活度结果见附录1, 23个动素单元的肌肉激活度变化曲线如下:

研究结果:经逆向动力学方程序计算得出脊柱及周围肌肉的动力学参数。结果表明太极拳运动过程中脊柱周围肌肉的激活度在不同的动素单元内其变化呈现波动趋势,动素1, 10, 12. 15, 17, 19, 22中肌肉激活度明显升高,10对应的太极拳招式太极拳运动中竖脊肌、“右蹬一脚”动作中肌肉激活度曲线升高最显着。

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