肌肉的生物力學(xué)特性

前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇肌肉的生物力學(xué)特性范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。

肌肉的生物力學(xué)特性范文第1篇

關(guān)鍵詞：屈光性近視；軸性近視；生物力學(xué)機制

近20年來，我國近視眼患病率在急劇的增加，全國近視患者已超過3億，在世界排名僅次于“近視第一大國”——日本。近視已成為倍受人們關(guān)注的公共健康問題，認(rèn)知近視眼的發(fā)病機制正是解決該問題的關(guān)鍵所在。從近30年來近視眼研究來看，科學(xué)家們進行了大量的近視動物模型實驗，對近視的發(fā)生、發(fā)展有了進一步了解。特別在形覺剝奪性近視、遺傳基因定位及近視眼生物化學(xué)物質(zhì)改變等方面有較深入的研究。也有學(xué)者嘗試了生物力學(xué)視角的研究，但是目前還沒有生物力學(xué)模型能解釋所有眼的調(diào)節(jié)機制。因此需要對人眼調(diào)節(jié)機制進行有關(guān)生物力學(xué)的基礎(chǔ)研究，建立人眼調(diào)節(jié)機制的生物力學(xué)模型，為屈光的研究提供一種新的技術(shù)方法。

1.屈光性近視的力學(xué)機制

目前，解釋調(diào)節(jié)機制的經(jīng)典松弛理論[1]認(rèn)為：調(diào)節(jié)時睫狀肌的環(huán)形纖維收縮、懸韌帶松弛、晶狀體變凸出、屈光力增強、睫狀突和晶狀體赤道部接近。調(diào)節(jié)緊張理論[2]認(rèn)為：調(diào)節(jié)是由晶狀體赤道部受到張力牽引而產(chǎn)生，至少一部分晶狀體懸韌帶處于緊張狀態(tài)、晶體中央變凸出周邊變平、屈光力增加，并從物理數(shù)學(xué)模型、尸眼解剖、臨床觀察等方面進行論證。盡管兩種理論存在一定的差別，但是兩種理論都認(rèn)可人眼的調(diào)節(jié)過程通過三部分眼內(nèi)組織完成。睫狀肌的收縮，睫狀肌的收縮使附著在睫狀突上的懸韌帶張力發(fā)生改變，懸韌帶張力的變化使晶體的形狀發(fā)生變化，晶體形狀的變化使人眼的屈光力發(fā)生變化，完成調(diào)節(jié)過程。

晶狀體的調(diào)節(jié)主要由睫狀肌、懸韌帶以及晶狀體三部分來實現(xiàn)，其生物力學(xué)調(diào)節(jié)機制的研究基本上從這三方面來展開。“調(diào)節(jié)本身不僅是傳統(tǒng)意義上的睫狀肌收縮和晶狀體變凸出，同時還伴有晶狀體的相對前移調(diào)節(jié)，對眼的幾乎所有屈光構(gòu)成因素有著顯著的影響，視近活動的累積效應(yīng)是兒童近視眼發(fā)生的主要原因”[3]。“懸韌帶具有一定的張力，懸韌帶在拉斷之前平均能被拉長4.48±1.78mm，隨著年齡的增長，懸韌帶的張力隨年齡的增加而減少”[4]。不同屈光狀態(tài)對睫狀肌的動力學(xué)影響，睫狀肌遠點肌肉張力在不同眼屈光狀態(tài)為一穩(wěn)定值，且隨眼靜態(tài)屈光度的增加而降低。

由以上的理論研究，我們看以看到睫狀肌與晶狀體的調(diào)節(jié)密切相關(guān)。對于涉及到的肌肉的運動，我們可以嘗試從力學(xué)的視角來對屈光不正來進行解讀，從而推測屈光性近視產(chǎn)生的原因。筆者認(rèn)為，屈光不正主要是由于晶狀體變凸出，光線聚焦在了視網(wǎng)膜的前方，形成屈光性近視。其生物力學(xué)機制可解釋為：長時間的近距離作業(yè)造成了睫狀肌痙攣，并長期處于緊張狀態(tài)，從而使懸韌帶長期處于松弛狀態(tài)，晶狀體不能變凹，也就形成了屈光性近視。

2.軸性近視的力學(xué)機制

基于理性分析，認(rèn)為鞏膜強度減弱、眼外肌壓迫眼球使眼內(nèi)壓增高等是造成高度近視的原因。但后來的臨床及實驗研究未能找出相應(yīng)的證據(jù)。對眼球進行了生物力學(xué)理論分析，認(rèn)為“在后部鞏膜的應(yīng)力分布不均，由于上、下斜肌的附著點接近視神經(jīng)，在調(diào)節(jié)輻揍時對后部鞏膜產(chǎn)生剪切作用，造成后部鞏膜延長”[5]。“眼外肌的強直性收縮引起玻璃體內(nèi)壓力升高，在近視的形成中也具有明顯作用”[6]。由此，我們不難看出，人們在生物力學(xué)的領(lǐng)域已經(jīng)展開了對近視眼形成機制的研究，研究的重心在于力學(xué)的作用點—鞏膜。只有對鞏膜形變及異化的機制研究清楚，才能為近視眼的矯正奠定基礎(chǔ)。

“軸性近視直接與鞏膜形變密切相關(guān)，因此鞏膜、角膜的生長及異化只能表現(xiàn)為眼球壁的不斷增厚，不能促成眼軸的延長”[7]。因此眼球的生長必須依賴于眼內(nèi)壓對球壁組織張力，才能形成膨脹性生長。“在同等應(yīng)力的作用下，前部鞏膜的變形最小，赤道部的次之，后部鞏膜最大，且高度近視患者的后鞏膜承受應(yīng)力較常人脆弱”[8]。后鞏膜加固術(shù)能加強薄弱的后鞏膜，從而達到抑制軸性近視發(fā)展的效果。近視眼鞏膜的組織病理學(xué)改變早于生物力學(xué)特性的改變，并且實驗性近視眼的鞏膜彈性差，易發(fā)生變形，具有較低的承載能力。這些觀點都從某一視角對鞏膜做了研究，還需要有待進一步的研究。

另外，實驗性近視眼后極部鞏膜變薄，膠原纖維發(fā)生退行性變化即異化（鞏膜重塑），而這也是近視眼鞏膜彈性差、容易發(fā)生變形、具有較低的承載能力的病理基礎(chǔ)。“鞏膜成纖維細胞胞外基質(zhì)的代謝、細胞因子的表達及自身生物力學(xué)性質(zhì)等決定鞏膜的生物學(xué)和生物力學(xué)性質(zhì)。在近視的發(fā)生及治療過程中，伴隨有鞏膜及鞏膜成纖維細胞的力學(xué)——生物學(xué)特性的變化”[9]。這些理論都為鞏膜重塑的生物力學(xué)機制提供了充分的理論依據(jù)。

筆者認(rèn)為，軸性近視的形成是建立在屈光性近視的基礎(chǔ)之上，當(dāng)晶狀體的不能正常調(diào)節(jié)已經(jīng)不足以適應(yīng)長期的近距離作業(yè)的刺激時，眼球就會發(fā)生新的變化，及鞏膜的異化，從而導(dǎo)致眼球的形變，這種形變與眼外肌有密切的關(guān)系。由于長期的近距離作業(yè)，眼外肌的分作用力會破壞眼內(nèi)壓平衡，最終促進眼軸變長，形成軸性近視。

3.結(jié)論

3.1作為現(xiàn)代文明的產(chǎn)物，近視眼的發(fā)生已呈現(xiàn)愈演愈烈的趨勢。對于近視形成機制，近30年來在形覺剝奪性近視、遺傳基因定位及近視眼生物化學(xué)物質(zhì)改變等方面有較深入的研究，生物力學(xué)方面的研究相對較淺。

3.2屈光性近視的力學(xué)研究集中于睫狀肌、懸韌帶以及晶狀體的力學(xué)參數(shù)變化，根據(jù)參數(shù)變化嘗試建立參數(shù)模型，從而糾正屈光性調(diào)節(jié)的理論機制。

3.3軸性近視的力學(xué)研究集中于力學(xué)的作用點—鞏膜。通過對鞏膜形變以及異化的研究，人們期望找到矯正軸性近視的突破口。

3.4從力的作用來源視角出發(fā)，眼外肌的研究必不可少，但是往往難以著手。眼外肌可以控制眼球的運動，外在的間接研究或許可以為我們研究其力學(xué)機制提供一個新的思路。（作者單位：云南師范大學(xué)體育學(xué)院）

參考文獻：

[1] 高磊.調(diào)節(jié)對兒童屈光構(gòu)成因素的影響[J].青島大學(xué)學(xué)報，2000：1—60.

[2] 梁厚成.眼球及屈光不正相關(guān)眼病發(fā)病機制的生物力學(xué)研究[D].，第四軍醫(yī)大學(xué)1997：1—88.

[3] 王超英.高度近視眼鞏膜生物力學(xué)特性初步研究[J].眼科研究，2003，21（2）：113—115.

[4] 馬代金.后鞏膜加固術(shù)作用機制的實驗研究[J].中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志，2005，14（10）：96—97.

[5] 周伊.眼球-眼外肌有限元模型的建立與力學(xué)分析[J]北京生物醫(yī)學(xué)工程，2006，25（3）：228—230.

[6] 張新.實驗性近視眼鞏膜病理學(xué)與生物力學(xué)特性的改變[J].眼科新進展，2012，32（11）：1017—1020.

[7] 張艷明.形覺剝奪性近視中鞏膜重塑機制的研究[J].眼科研究，2007，25（5）：390—392.

肌肉的生物力學(xué)特性范文第2篇

關(guān)鍵詞　腰椎間盤突出癥　斜扳法　相關(guān)性　生物力學(xué)　研究

腰椎斜扳法是推拿臨床治療腰椎間盤突出癥常用的手法，若動用得當(dāng)，有利于治療，否則有可能加重椎間盤損傷。本文試從生物力學(xué)角度分析腰椎扳手法對腰椎間盤的影響。

1　腰椎間盤的解剖學(xué)特點與生物力學(xué)特性椎間盤由軟骨終板、纖維環(huán)和髓核三部分構(gòu)成。其中軟骨終板與髓核均具有椎間盤和椎體均勻受力的作用。纖維環(huán)分為外、中、內(nèi)三層，相鄰兩層纖維與椎間盤平面的夾角為±30°[1]。纖維環(huán)的這種排列方向，使相鄰椎體可以有輕度活動，但脊椎旋轉(zhuǎn)運動時，部分纖維緊張，又起限制脊椎旋轉(zhuǎn)的作用。椎間盤突出的主要原因是纖維環(huán)損傷。而在引起椎間盤損傷的諸應(yīng)力中，扭轉(zhuǎn)是最主要的類型[2]。纖維環(huán)承受扭轉(zhuǎn)載荷的能力較弱。是由其解剖學(xué)特點決定的。纖維環(huán)的不同層次不同方向排列，在脊椎旋轉(zhuǎn)時，只有部分纖維環(huán)受到牽拉，而另一部分則松弛，這樣容易造成部分受牽拉纖維的損傷。若在腰椎間盤突出癥患者，其纖維環(huán)已經(jīng)發(fā)生了損傷，抗扭轉(zhuǎn)能力更為減弱。因此，椎間盤的解剖學(xué)特點與其生物力學(xué)特性決定了椎間盤在扭轉(zhuǎn)時容易受損傷。

2　腰椎斜扳手法的操作及其對椎間盤的影響腰椎斜扳手法的操作[3]：患者側(cè)臥位，醫(yī)生用一手抵住患者肩前部，另一手抵住臀部，或一手抵住患者肩后部，另一手抵住髂前上嵴部。把腰被動旋轉(zhuǎn)至最大限度后，兩手同時用力作相反方向扳動。扳法操作時動作必須果斷而迅速，用力要穩(wěn)，兩手動作配合要協(xié)調(diào)，扳動幅度一般不能超過各關(guān)節(jié)的生理活動范圍。以上述操作可以看出，斜扳手法的生物力學(xué)特點是使腰椎產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。由于椎體不易變形，故腰椎旋轉(zhuǎn)的應(yīng)力完全作用在椎間盤上，即斜扳手法操作瞬間，椎間盤的部分纖維環(huán)受到了牽拉。對于受損的纖維環(huán)來說，這種牽拉力是不容忽視的。因此，對本手法的操作在力量和活動范圍上作了一定的限制。如果操作用力過大，則必然對纖維產(chǎn)生新的損傷。

3　腰椎斜扳手法的注意事項腰椎斜扳手法操作前，應(yīng)囑患者保持舒適的。患者側(cè)臥位，下面的下肢伸直，上面屈膝屈髖。這種可較好地放松腰部肌肉。具體操作時，應(yīng)掌握手法的用力、角度、時間和次數(shù)等。手法用力的大小應(yīng)適宜，勿用猛力與暴力；雙手用力的方向應(yīng)前后相反；力的作用點最好集中在腰椎突出節(jié)段。腰椎的旋轉(zhuǎn)角度不宜超過其病理生理活動范圍，若旋轉(zhuǎn)角度過大，則極易損傷椎間盤及腰部軟組織。本手法在操作時要果斷而迅速，盡量在短時間內(nèi)完成；讓腰椎在旋轉(zhuǎn)位停留一段時間的做法是不可取的。此外，腰椎斜扳手法不宜頻繁動用。綜上所述，椎間盤的解剖結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)特性決定了椎間盤的抗扭轉(zhuǎn)能力較弱。而腰椎斜扳手法卻在腰椎旋轉(zhuǎn)位操作，因此，應(yīng)恰當(dāng)動用。本文反對暴力操作及對同一患者頻繁使用，以避免造成椎間盤新的損傷。

參考文獻

［1］　胡有谷主編.腰椎間盤突出癥.北京：人民衛(wèi)生出版社，第二版.1995，103

肌肉的生物力學(xué)特性范文第3篇

關(guān)鍵詞：有限元法；手部；建模；生物力學(xué)

1 有限元法的發(fā)展歷史及在人體生物力學(xué)中的運用

1.1有限元法的發(fā)展歷史 有限元法（finite elementsmethods，F(xiàn)EM）即有限元素法[1]，是一種在工程科學(xué)技術(shù)中廣泛應(yīng)用的數(shù)學(xué)物理方法，用于模擬并解決各種工程力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、生物力學(xué)等問題。其基本思想是把一個由無限個質(zhì)點和有無限個自由度構(gòu)成的連續(xù)體劃分為有限個小單元體組成的集合體，用離散化的有限單元模型代替原有物體。通過對每個單元的力學(xué)分析，獲得整個連續(xù)體的力學(xué)性質(zhì)。有限元法最早可上溯到20世紀(jì)40年代。現(xiàn)代有限法的第一個成功的嘗試是在 1956年，Turner、Clough等人在分析飛機結(jié)構(gòu)時成功應(yīng)用有限元法求解。1960年，Clough第一次提出了"有限元法"概念，使人們認(rèn)識到它的功效。我國河海大學(xué)教授徐芝綸院士首次將有限元法引入我國，對它的應(yīng)用起了很大的推動作用。

1.2有限元法運用于人體生物力學(xué)研究 1972年，Brekelmans[2]等首次報道將有限元分析方法應(yīng)用于生物力學(xué)方面研究。80年代后，應(yīng)用范圍逐步擴展到顱面骨、頜骨、股骨、牙齒、關(guān)節(jié)、頸椎、腰椎及其附屬結(jié)構(gòu)等生物力學(xué)研究中。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展、分析工具的完善以及實踐的增多，有限元方法顯示了極大的優(yōu)越性并已逐漸成為研究人體生物力學(xué)的重要手段。人體力學(xué)行為研究基本無法采用傳統(tǒng)的力學(xué)實驗方式來進行，因而有限元建模愈來愈成為深化人體認(rèn)識的有效措施。基于有限元軟件日益完善的建模功能及兼融其它計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）軟件特性，真實再現(xiàn)三維人體骨骼、肌肉、血管、器官等組織成為可能，并在虛擬現(xiàn)實實驗中，通過材料賦值、幾何約束、固定載荷等過程，對擠壓、拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、三點彎、抗疲勞等力學(xué)實驗進行模擬，能求解獲得給定實驗條件下模型任意部位變形、內(nèi)部能量變化、應(yīng)力/應(yīng)變分布、極限破壞等數(shù)據(jù)[3]。

1.3有限元法在人體生物力學(xué)研究中的建模思路 有限元建模即建立為數(shù)值計算提供原始數(shù)據(jù)的計算模型，需要通過建立幾何模型、材料賦值、網(wǎng)格劃分、施加約束與載荷，最后進行求解等步驟實現(xiàn)，是有限元法仿真試驗最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。摸型的幾何相擬性直接影響計算的結(jié)果，醫(yī)學(xué)有限元模型的建立首先需要獲得人體特定部位的幾何數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以從幾何參數(shù)設(shè)定、激光掃描、標(biāo)本切片和磨片以及醫(yī)學(xué)影像圖像獲得。其中醫(yī)學(xué)影像法最為以無創(chuàng)的方式提供了高精度的人體解剖結(jié)構(gòu)形態(tài)，基于醫(yī)學(xué)影像技術(shù)建模是目前人體有限元建模的主要手段，可以實現(xiàn)人體解剖結(jié)構(gòu)的可視化乃至生物力學(xué)仿真的有限元模型。包括X射線、超聲、CT、MRI等途徑，其中CT掃描是主流方式，CT結(jié)合MRI是新亮點。

通過X射線照片方式建模是指利用不同方位的多幅X射線照片獲得幾何數(shù)據(jù)重建三維模型，是一種經(jīng)濟、可行的方式。但因信息獲取不完整，建模過程復(fù)雜，對研究者經(jīng)驗要求較高，現(xiàn)行醫(yī)學(xué)有限元建模中應(yīng)用較少。還有研究者基于超聲影像技術(shù)建模，如趙婷婷[4]等基于超聲建立了乳腺有限元模型；張桂敏[5]等在研究二尖瓣狹窄患者二尖瓣下游湍流剪應(yīng)力變化方面，運用超聲影像圖像建立了二維有限元模型，為心瓣流體力學(xué)研究探索新的方法學(xué)途徑。目前基于超聲的有限元分析研究多集中在機械制造、土木工程等領(lǐng)域，并多采用二維有限元法分析，還沒有注意到與醫(yī)學(xué)相關(guān)的基本超聲影像技術(shù)的三維有限元研究相關(guān)報道。這或許是因為基于超聲影像技術(shù)的力學(xué)研究本就較少，三維、四維超聲的概念提出較晚，與重點應(yīng)用在工程技術(shù)方面的有限元法結(jié)合運用更是鮮有。相較X線與超聲而言，CT/MRI圖像法在醫(yī)學(xué)有限元建模中應(yīng)用更為普遍。MRI技術(shù)具有很高的組織對比分辨率、解析高以及無離子化輻射等特點，能清晰顯示人體結(jié)構(gòu)的組織學(xué)差異和生化變化。基于MRI圖像能獲得細致的幾何模型。但MRI偏向于對肌腱、韌帶等軟組織的分辨，對骨的分辨不如CT清晰。此外，目前國內(nèi)常用的核磁共振機掃描層厚和掃描間距一般都在2mm以上，無法獲得更詳細的幾何數(shù)據(jù)，影響到重建圖像的清晰度精確性。基于CT掃描獲得幾何數(shù)據(jù)的建模的方法目前應(yīng)用最為廣泛。CT根據(jù)密度不同來確定信號的強弱，可以通過調(diào)節(jié)掃描條件，使任何復(fù)雜形態(tài)和各種密度的組織都有較高的分辨率，適用于任何復(fù)雜形態(tài)和各種密度的三維結(jié)構(gòu)。可清晰顯示骨與軟組織的邊界，通過醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)能獲得骨骼比較準(zhǔn)確的幾何數(shù)據(jù)，其不足之處在于對軟組織的分辨率相對較低，無法從醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)獲得準(zhǔn)確的肌肉、韌帶、腔等組織幾何數(shù)據(jù)，須參考相關(guān)解剖資料。CT/MRI數(shù)據(jù)重建的三維模型，能夠真實的再現(xiàn)被掃描對象的表面特征及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，CT的空間分辨率高于MRI，CT對骨組織與軟組織邊界顯示更為清晰，而MRI的對比分辨率高于CT，特別是軟組織對比明顯優(yōu)于CT。通過CT結(jié)合MRI法將能融合二者優(yōu)勢，但對研究者圖像處理技術(shù)有更高的要求。通過文獻檢索發(fā)現(xiàn)，目前CT提取骨組織結(jié)合MRI提取軟組織方法的研究報道較少。徐志才[6]等基于CT影像數(shù)據(jù)構(gòu)建了包含股骨、脛骨和腓骨的實體模型，并基于MRI影像數(shù)據(jù)構(gòu)建了包含股骨軟骨、脛骨軟骨、內(nèi)外側(cè)半月板和內(nèi)外側(cè)副韌帶的三維實體模型。將CT和MRI影像數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)融合，獲得包含骨性和非骨性結(jié)構(gòu)的膝關(guān)節(jié)三維實體模型。

2 有限元建模的常用軟件

人體生物力學(xué)有限元模型的精確性對有限元分析結(jié)果的合理性有直接影響。三維重建技術(shù)與有限元方法及其他虛擬現(xiàn)實技術(shù)的結(jié)合是未來發(fā)展的方向，這有賴于這些集成強大圖像處理功能的有限元軟件的發(fā)展。常用的建模輔助軟件有：MIMlCS、MATLAB、CAD、Geomagic Studio等軟件。其中最常用的是MIMlCS軟件，它的FEA模塊可以將掃描輸入的數(shù)據(jù)進行快速處理建立3D模型，然后對表面進行網(wǎng)格劃分以應(yīng)用在有限元分析中。它還可基于掃描數(shù)據(jù)的亨氏單位對體網(wǎng)格進行材質(zhì)分配。MIMICS的網(wǎng)格重劃功能能方便地將不規(guī)則三角片轉(zhuǎn)化成趨近于等邊的三角片，顯著提高STL模型的質(zhì)量和處理速度，對輸入數(shù)據(jù)進行最大限度的優(yōu)化，目前版本已發(fā)展到MIMICS17.0。現(xiàn)常用有限元軟件有：Ansys、ABAQUS、NASTRAN、COSMOS等。其中最常用的是Ansys軟件，目前版本已發(fā)展到Ansys15.0。

3 手部三維有限元的運用進展

手部因其解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運動靈活精細、力學(xué)分析困難的周圍組織對手部力學(xué)因素有重要影響等方面原因，研究較人體其它部位明顯偏少。在工程領(lǐng)域方面，楊德偉[7]等基于CT掃描數(shù)據(jù)結(jié)合ABAQUS軟件建立了手抓握模型。幾何模型通過人手CT掃描后簡化處理得到，建立的手模型簡化為以皮膚、肌肉、神經(jīng)、血管等軟組織為整體的軟組織模型和手部骨骼模型兩部分，手部復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)未曾細化。抓握功能通過參數(shù)約束、程序運動規(guī)劃控制下實現(xiàn)，而并非基于神經(jīng)肌電活動模擬，也非通過骨、肌肉施加荷載得到，本模型在工程領(lǐng)域有一定實用價值，但遠不能滿足醫(yī)學(xué)研究的需要；陳志翔[8]等在研究機器人虛擬手過程中，通過參考手部解剖結(jié)構(gòu)，建立手部肌肉模型，并以程序設(shè)計約束指間運動關(guān)系，通過控制肌肉收縮量來實現(xiàn)手指運動，較好的擬真了手指運動機理。但模型基于數(shù)學(xué)方程人為控制，而非通過人手實際解剖結(jié)構(gòu)獲得。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域方面，Carrigan等[9]通過CT掃描，最先建立了包括韌帶、軟骨、8塊骨骼在內(nèi)的手腕關(guān)節(jié)復(fù)合模型；國外的Ko等和國內(nèi)的郭欣等[10]都建立了腕管的三維有限元模型，為進一步探討腕部結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為提供了一個可操作的平臺；Anderson等[11]最早通過腕關(guān)節(jié)三維有限元模型模擬了創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎病理改變；Bajuri MN[12]等通過CT掃描，參照診斷標(biāo)準(zhǔn)，建立了首例類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者腕關(guān)節(jié)三維有限元模型。國內(nèi)其它學(xué)者也以解決臨床問題為出發(fā)點，對手的部分結(jié)構(gòu)三維有限元模型的建立進行了積極的探索，如孟立民[13]建立了第一、二掌骨和大多角骨三維有限元模型，并模擬Bennett骨折和微型外固定器外固定及克氏針內(nèi)固定治療情形，研究兩種治療方法優(yōu)劣問題；董謝平等[14]以中國力學(xué)可視人原始資料為依據(jù)，構(gòu)建帶軟組織的正常手腕和佩帶腕保護器手腕的三維有限元模型，驗證了腕保護器防護腕部骨折的有效性；顏冰珊等[15]建立了正常下尺橈關(guān)節(jié)三維有限元模型研究了前臂橈骨骨折的臨床問題；張浩[16]等基于現(xiàn)有個人電腦平臺，建立了腕關(guān)節(jié)有限元模型，進一步證明利用醫(yī)學(xué)圖像處理軟件和三維重建軟件準(zhǔn)確、快捷地構(gòu)建腕關(guān)節(jié)的三維有限元模型有可行性。

4 小結(jié)

手部建模是虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域研究的熱點之一，在工程領(lǐng)域主要是機器人手的擬真研究，尤重抓握功能，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域更多涉及腕關(guān)節(jié)這一部分結(jié)構(gòu)，囊括手部骨骼、關(guān)節(jié)、肌肉、韌帶、筋膜、血管、神經(jīng)、皮膚等組織結(jié)構(gòu)較完整的手部有限元模型尚未見諸報道。手部的骨骼、關(guān)節(jié)數(shù)目較多、相互關(guān)聯(lián)較復(fù)雜，是一個復(fù)合性的機械結(jié)構(gòu)，在建模時要同時考慮到骨骼、關(guān)節(jié)面、韌帶、肌腱及其它周圍組織在生物力學(xué)中的作用。目前，手部有限元建模研究較人體其它部位少，還沒有形成較完整、成熟的模型，更沒有統(tǒng)一的建模標(biāo)準(zhǔn)。如何將三維可視化手建成物理手的有限元模型是現(xiàn)階段研究難點，也是實現(xiàn)虛擬生理手模型建立的必然階段，相信隨著計算機技術(shù)的進步及多學(xué)科更好的融合，手部有限元模型研究將有更為廣闊的前景。

參考文獻：

[1]江見鯨，何放龍.有限元法及其應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006：1.

[2]Brekelmans Wam，Rybicki EF，Burdeaux BD.A new method to analyze the mechanical behavior of skeletal parts[J].ACTa Ortho Scand，1972，43：301-305.

[3]Ibarz E， Herrera A，Mas Y， et al.Development and kinematic verification of a finite element model for the lumbar Spine：application to disc degeneration[J].Biomed Res Int，2013，7（5）：185.

[4]趙婷婷，嚴(yán)碧歌.有限元仿真分析超聲彈性成像[J].生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，2011，28（1）：138-141.

[5]張桂敏，石應(yīng)康.與多譜勒相結(jié)合的人體二尖瓣狹窄下游湍流剪應(yīng)力二維有限元分析[J].醫(yī)用生物力學(xué)，2001，16（4）：203-209.

[6]徐志才，胡廣洪.脛骨模型對膝關(guān)節(jié)有限元分析結(jié)果影響的探討[J].數(shù)字醫(yī)學(xué)研究與應(yīng)用，2014，4（9）：69-72.

[7]楊德偉.基于ABAQUS的三維有限元抓握手模型的建立與研究[J].機械設(shè)計與制造工程，2013，42（11）：18-21.

[8]陳志翔.虛擬人食指肌肉控制及運動約束研究[J].計算機科學(xué)與探索，2013，11：1040-1047.

[9]Carrigan SD， Whiteside RA.Development of a three-dimensional finite element model for carpal load transmission in a static neutral posture[J].Ann Biomed Eng，2003，31（6）：718-725.

[10]郭欣，樊瑜波，李宗明.掌向拉伸力作用下腕管的三維有限元分析[J].中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報，2007，26（4）：561-566.

[11]Anderson DD，Deshpande BR，Daniel TE，et al.A three-dimensional finite element model of the radiocarpal joint：distal radius fraCTure step-off and stress transfer[J].Iowa Orthop J，2005，25：108-117.

[12]Bajuri MN，Kadir MR，Amin IM，Ochsner A. Biomechanical analysis of rheumatoid arthritis of the wrist joint [J].Proc Inst Mech Eng H，2012，226（7）：510-20.

[13]孟立民，蘇嘯天，張銀光.微型外固定支架和克氏針治療Bennett骨折的三維有限元分析[J].中國組織工程研究，2012，16（9）：1626-1630.

[14]董謝平，王冬梅，何劍穎.腕保護器抗沖擊載荷的有限元分析[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù)，2011，15（30）：5531-5534.

肌肉的生物力學(xué)特性范文第4篇

關(guān)鍵詞：生物力學(xué)；有限元分析；步態(tài)研究

中圖分類號：G804.01文獻標(biāo)識碼：B文章編號：1007-3612(2007)08-1080-03

有限元法(finite element method,FEM)是一種在工程科學(xué)技術(shù)中廣泛應(yīng)用的數(shù)學(xué)物理方法，用于模擬并解決各種工程力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等物理場問題。有限元法應(yīng)用于生命科學(xué)的定量研究,已取得了長足進展。在步態(tài)生物力學(xué)研究領(lǐng)域，盡管足底壓力測量、影像分析和表面肌電等技術(shù)被廣泛應(yīng)用，但足部骨骼、軟組織等結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力傳遞機理始終無法得到力學(xué)解釋。當(dāng)FEM應(yīng)用于足部生物力學(xué)研究時，復(fù)雜的骨胳幾何結(jié)構(gòu)、邊界條件和材料的不均勻性等問題便找到了可能的解決途徑。

1步態(tài)的數(shù)值建模幾何參數(shù)

1.1X光照片從不同方位的多幅X光照片獲得幾何數(shù)據(jù)重建足部的三維模型是一種方便、經(jīng)濟的方式。Jocob 和Patil［1,2］通過某健康者和某患有Hansen氏病的主體的X光照片獲得的足部幾何數(shù)據(jù)，進行了有限元對比分析。但是該方法所得到的模型相對粗糙, 只能給出足部的大致輪廓, 難以細致分辨足部各骨及其組織。

1.2 CT掃描圖像的三維重建CT主要為橫斷層成像，但帶有越來越多的圖像后處理系統(tǒng)，如多維斷層重建、三維圖像重建、掃描后再次放大、立體模型與幾何模型測量法等，可以清晰地反映出物體內(nèi)部的不同結(jié)構(gòu)和組織，對研究及建模帶來很大方便。Camacho等［3］分析了間隔為1mm 的人體足部CT斷層掃描照片(圖1)，為進行有限元分析建立了一套較精確的模型。

1.3MRI圖像重建MRI為核磁共振成像，該技術(shù)既具有成像清晰、解析度高的特點，又能清晰顯示人體結(jié)構(gòu)的組織學(xué)差圖1人體足部CT斷層掃描建立模型異和生化變化，在不改變的情況下，可直接獲取橫、矢、冠、斜4種斷層圖象。研究人員可以得到十分細致的足部幾何模型。Gefen 等［4］從MRI圖像中重建出正常人足部骨骼的幾何構(gòu)形。Zhang Ming等［5］通過Coronal MRI技術(shù)，間隔2 mm建立了糖尿病足的模型(圖2)。

圖2糖尿病足的模型通過上述醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)獲得的足部骨骼的幾何學(xué)數(shù)據(jù)是比較精確的，但對于韌帶、肌肉和足底腱膜等其它組織，則還需要從解剖學(xué)作更深入的研究，利用圖像后處理分析（由輸出的通用圖像數(shù)據(jù)文件，存儲在計算機中；采用直方圖修正法來改善圖像質(zhì)量，或高斯濾波進行圖像平滑以減少噪聲，Sobel梯度算子檢測邊緣）來獲得可靠的模型幾何數(shù)據(jù)。常用的影像分析軟件有mimics、3d-doctor等。通常方法是從上述軟件得到各組織的邊界數(shù)據(jù)，再從制圖軟件（solidwork、pro/e、ug等）建立實體模型，這樣才有利于有限元分析軟件（ansys、abaqus、femlab等）更好的處理。

2步態(tài)的數(shù)值建模材料力學(xué)參數(shù)

Huiskes［6］研究發(fā)現(xiàn)在準(zhǔn)靜態(tài)荷載下，骨和軟骨可視為各向同性的線彈性材料。但是，Clift［7］對關(guān)節(jié)軟骨做了有限元分析，證實關(guān)節(jié)軟骨的應(yīng)力―應(yīng)變關(guān)系隨時間的變化呈現(xiàn)出一定的非線性，故把關(guān)節(jié)軟骨看作一種非均質(zhì)、各向異性的材料更合理。Keyak［8］等把骨的應(yīng)變張量看成力學(xué)激勵，這樣，應(yīng)變張量中的各元素就是骨再造方程中的系數(shù)，然而，系數(shù)之多又給計算機模擬數(shù)值解造成了一定困難。Koosltra［9］等假設(shè)骨能夠根據(jù)其應(yīng)力―應(yīng)變狀態(tài)來調(diào)整小梁骨的方向性和內(nèi)部密度分布，用應(yīng)變能作為力學(xué)激勵，由于它是標(biāo)量，使方程的系數(shù)為常數(shù)，可以保證數(shù)值解的取得。因此，骨單元的劃分一般采用六面體塊單元或楔形單元。考慮到關(guān)節(jié)軟骨在足部運動中起的重要作用，如果把關(guān)節(jié)軟骨都簡化為線彈性材料，計算結(jié)果必將有很大誤差。因此，從模型的整體出發(fā)，在建模過程中一方面要注意把一些對足部運動影響不大的關(guān)節(jié)軟骨(如跗骨間關(guān)節(jié))加以簡化，以減小模型的復(fù)雜度；另一方面，為保證計算的精確性，對于一些大關(guān)節(jié)軟骨(如 距下關(guān)節(jié))則要考慮為非線性，最好結(jié)合影像分析，獲取其運動參數(shù)，以提供較為準(zhǔn)確的邊界條件。如何定義足部各關(guān)節(jié)的運動方式，并建立相應(yīng)的足部模型約束條件是足部有限元分析的難點。

韌帶，足底皮膚及肌肉等軟組織屬于非線性材料，所以可劃分為簧單元。Race and Amis［10］對正常人體下肢韌帶進行了單軸拉伸實驗，得出韌帶的材料參數(shù)可按下式取值：

3步態(tài)有限元分析的應(yīng)用

3.1醫(yī)學(xué)的臨床診斷應(yīng)用Jocob 和Patil利用三維有限元模型分析了Hansen氏病和糖尿病病人經(jīng)常發(fā)生足骨變形、肌肉麻痹和足底局部潰爛等病理現(xiàn)象的力學(xué)原因，為解釋和防治上述病情提供了大量有價值的信息。Gefen［12］模擬切斷跖腱膜，發(fā)現(xiàn)完全切斷后足弓廣泛變形，長韌帶承擔(dān)的張應(yīng)力顯著增加，超過正常均值的2倍，據(jù)此提出手術(shù)切斷跖腱膜必須慎重的觀點。研究還發(fā)現(xiàn)糖尿病足第一跖骨頭下軟組織的張應(yīng)力是正常足的4倍，第二跖骨頭下張應(yīng)力是正常足的8倍［13］。隨著組織硬化加重，接觸應(yīng)力的峰值分別增加38%和50%，表明糖尿病足的損傷很可能始于更深的組織層，即內(nèi)側(cè)跖骨突出部下方的組織最脆弱。吳立軍［14］等建立扁平足第二跖縱弓有限元模型，計算得出扁平足的第二跖骨動態(tài)應(yīng)力比正常足增加了8%～21%，增加了第二跖骨疲勞骨折的危險性。Zhang Ming等模擬糖尿病足軟組織硬度的增加，發(fā)現(xiàn)足部應(yīng)力集中于跟部和中間跖骨區(qū)，說明了這兩個部位潰爛的力學(xué)機理。Peter R.Cavanagh［15］等應(yīng)用逆向有限元分析，說明了糖尿病足跟部軟組織材料非線性建模的重要性，并且顯式計算了足跟與不同材料和厚度的鞋之間的接觸應(yīng)力，為緩解病人跟部疼痛的力學(xué)因素提供進一步信息。

3．2輔助設(shè)計合理的鞋類、假肢和醫(yī)療器械應(yīng)用有限元分析改進足踝矯形器(Ankle-Foot orthosis,AFO)和假肢的設(shè)計是康復(fù)工程和生物力學(xué)研究的熱點。Abu-Hasaballah 等［16］用有限元法分析發(fā)現(xiàn)主要接觸壓力發(fā)生在AFO的穿夾部分，而最小壓力發(fā)生在小牛皮外殼部分, 因此建議用小牛皮作為原材料制作AFO，既可以減輕AFO重量，又可以提高其舒適度。Lemmon 等［17］對用于治療足部疾病的特殊鞋類的內(nèi)墊的效果做了有限元分析, 并且驗證了用準(zhǔn)靜態(tài)平面應(yīng)變有限元法研究跖骨前端的足鞋界面，可以得到對足底應(yīng)力分布的合理預(yù)測這一假設(shè)。此外，Shiang TY［18］研究了不同鞋跟墊材料對足底沖擊波的吸收能力，并且發(fā)現(xiàn)，只有用二階非線性應(yīng)力―應(yīng)變曲線才能正確地描述這些制鞋材料，肯定了FEM在設(shè)計具有特殊功能的鞋類中起到的關(guān)鍵作用。Gu yaodong等［19］應(yīng)用非線性材料特性，對青年女性高跟鞋狀態(tài)下足部應(yīng)力分布的研究，發(fā)現(xiàn)跖骨區(qū)應(yīng)力值為平底鞋狀態(tài)下的2～3倍，足底腱膜處為平底鞋狀態(tài)下的1.5倍，從力學(xué)角度說明了鞋跟高度給足部結(jié)構(gòu)應(yīng)力值帶來的變化和高跟鞋狀態(tài)引發(fā)的常見足病的成因。Syngellakis等［20］發(fā)現(xiàn)只要認(rèn)真設(shè)定模型的關(guān)鍵參數(shù)，有限元法是評估各種塑膠足踝矯形器的可靠方法,并且可用來滿足特殊患者的需要。Chen等［21］分析了2種完全接觸式鞋墊的足底壓力再分布情況，與平鞋墊相比，除了中足和趾區(qū)，完全接觸式鞋墊可減低足底其它部位的正常應(yīng)力峰值及平均值。Saunders等［22］建立了一個立體的加后跟墊的踝足模型，利用基于某截肢患者步態(tài)分析所得到的載荷條件加以分析，以了解假肢足跟部的粘彈性，旨在使假肢設(shè)計更加個性化。Xiao-Qun Dai［23］等對足、襪、鞋三者接觸的力學(xué)分析，以解釋由襪導(dǎo)致的不同足底摩擦系數(shù)，發(fā)現(xiàn)低摩擦系數(shù)的襪子明顯減少足、鞋之間的剪力，對減少足底水泡和潰瘍等癥狀有顯著效果。

4結(jié)論

足部結(jié)構(gòu)的特點在于其形狀的不規(guī)則性，其外形一般多為自由形狀的曲面，難以用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)解析方程進行描述。因此，對足部各種力學(xué)行為進行計算機仿真模擬有助于認(rèn)識和研究步態(tài)的內(nèi)在力學(xué)機理。步態(tài)生物力學(xué)有限元研究雖然已取得一定的成果，但仍有許多問題尚待探討。在模型的形態(tài)上，目前主要還是以骨骼為主，韌帶、肌肉、軟骨等結(jié)構(gòu)還缺乏精確的分析；在生物材料特性上，雖然清楚材料性能參數(shù)直接影響著研究結(jié)果，但生物材料性能測試還缺少辦法。

未來的研究主要圍繞著足部三維運動參數(shù)的獲取、三維有限元模型的完善以及足部運動狀態(tài)下壓力、剪切力的準(zhǔn)確測量。隨著計算機硬件的飛速發(fā)展與各類有限元應(yīng)用軟件的持續(xù)改進，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)對足部結(jié)構(gòu)分辨能力的提高和圖像識別技術(shù)的進步，在相當(dāng)細微的程度上構(gòu)建三維足模型成為了可能，同時，使FEM模擬仿真的精確度、準(zhǔn)確度與計算速度不斷提高。人們可以更方便地建立有針對性的有限元模型，用以模擬各種運動狀況，為研究復(fù)雜的足部功能、足疾病因、物理治療和康復(fù)器械提供更強的研究手段。

參考文獻：

［1］ Jacob S, PatilM K. Three dimensional foot modeling and analysis of stresses in normal and early stage hansen's disease with muscle paralysis［J］. J Rehabil Res Dev, 1999, 36∶252.

［2］ Jacob S, PatilM K. Stress analysis in three dimensional foot models of no rmal and diabetic neuropathy［J］.Front medbioleng,1999, 9∶211.

［3］ Camacho D, LedouxW, Ching R, et al. A three-dimensional, anatomically detailed foot model: A foundation for a finite element simulation and means of quantifying foot-bone position［J］. Journal of Rehabilitation Research and Development,2002,39(3):401-410.

［4］ Gefen A, M egido2Ravid M, Itzchak Y, et al. Biomechanical analysis of the three dimensional foot structure during Gait: a basic tool for clinical app lications［J］. J Biomech Eng, 2000; 122∶630.

［5］ MingZhang,Aaron Kam-Lun Leung,Yu-Bo Fan. Three-dimensional finite element analysis of the foot during standing―a material sensitivity study［J］. Journal of Biomechanics.2005,38:1045-1054.

［6］ Huiskes, R. On the Modeling of Long Bones in Structural Analyses［J］.J. Biomech.1982, 15: 65-69.

［7］Clift SE. Finite element analysis in cartilage biomechanics［J］. J Biomed Eng, 1992; 14∶217.

［8］ Keyak JH et al.Prediction of femoral fracture load using automated finite element modeliling［J］.Journal of biomechanics,1998,33:25-31.

［9］ Koolstra JH et al.Three-dimensional finite element analysis of the human lemporumandibular joint disc［J］.J Biomech 2000,33:307-316.

［10］ Race, A., and Amis, A., 1994, The Mechanical Properties of the Two Bundles of the Human Posterior Cruciate Ligament［J］. J. Biomech.,27:13-24.

［11］ Nakamura, S., Crowninshield, R. D., and Cooper, R. R., 1981, An Analysis of Soft Tissue Loading in the Foot: A Preliminary Report,Bull. Prosthet.Res., 18: 27-34.

［12］ Gefen.Stress analysis of the standing foot following surgical plantar fascia release［J］.Jbiomech,2002,35(5):629-637.

［13］ GefenA.Plantar soft tissue loading under the medial metatararsals in the standing diabetic foot［J］.MedEngPhys,2003,25(6):491-499.

［14］ 吳立軍,鐘世鎮(zhèn),李義凱,等.扁平足第二跖縱弓疲勞損傷的生物力學(xué)機制［J］.中華醫(yī)學(xué)雜志,2004,84(12):1000-1004.

［15］ Ahmet Erdemir,Meredith L. Viveirosb,Jan S. Ulbrecht,Peter R. Cavanagh, An inverse finite-element model of heel-pad indentation［J］.Journal of biomechanics,2005, 38(6):1213-1219.

［16］ A bu-Hasaballah KS, NowakMD, Cooper PD. Enhanced solid ankle foot orthosis design: real time contact pressures evaluation and finite element analysis. In: Bioengineering division advances in bioengineering p roceedings of the 1997 A SM E International mechanical engineering congress and exp sition, Dallas, U SA. , 1997∶285.

［17］ Lemmon D, Shiang TY, Hashm i A, et al. The effect of in so les in therapeutic footwear A finite element approach［J］. JBiomech, 1997; 30∶615.

［18］ Shiang TY. The nonlinear finite element analysis and plantar pressure measurement for shoe so les in heel region. Proc NatlSci Counc Repub China B, 1997; 21∶168.

［19］ Gu yaodong,Li jianshe,Lu yichen.Finite element analysis of first metatarsus arch of the foot in high-heel gait.In:International symposium on biomechanics in sports,Beijing,China,2005.

［20］ Syngellakis S,Arnold Ma,RassoulianH.Assessment of the nonlinear behaviour of plastic ankle foot orthoses by the finite element method［J］.Proc Inst Mech Eng,2000,214(5):527-539.

［21］ ChenWp,TangFT,JuCw.Stress distribution of the foot during midstance to push offin bare foot gait:a 3D finite element analysis［J］.ClinBiomech,2001,16(7):614-620.

［22］ SaundersMM,Schwentker EP,KayDB,etal.Finite element analysis as a tool for parametric prosthetic foot design and evaluation.Technique development in the solid ankle cushioned heel(SACH) foot［J］.Comput Methods Biomech Biomed Engin,2003,6(1):75-87.

肌肉的生物力學(xué)特性范文第5篇

[摘要]目的：研究頑固性肩周炎與肱二頭肌生物力學(xué)發(fā)病機理和臨床意義。方法：采用針刀松解肱二頭肌長頭、短頭，配合手法治療，一周治療一次，一般治療一次癥狀明顯減輕，治療二次病情明顯好轉(zhuǎn)。結(jié)果：經(jīng)采用針刀松解肱二頭肌長頭、短頭，配合“三維式”手法，病人獲得滿意效果，總有效率達98.64％。結(jié)論：通過臨床研究，探討頑固性肩周炎發(fā)病機理與肱二頭肌生物力學(xué)平衡失調(diào)有直接關(guān)系，和女性過早停經(jīng)，內(nèi)分泌失調(diào)有著重要意義。根據(jù)臨床病癥分為“三級標(biāo)準(zhǔn)”，為臨時床治療和研究提供了重要依據(jù)，是頑固性肩周炎的治療，達到“安全、無痛苦、無后遺癥”，深受中老年患者的歡迎。

[關(guān)鍵詞]肩關(guān)節(jié)周圍炎；肱二頭肌；生物力學(xué)；內(nèi)分泌失調(diào)；發(fā)病機理

肩周炎是肩關(guān)節(jié)周圍發(fā)生無菌性炎癥，是中老年人的常見病、多發(fā)病。多見于50歲左右的女性，故有人稱它為“五十肩”。本病是由于肩關(guān)節(jié)囊及其周圍韌帶、肌腱和滑膜囊發(fā)生了慢性非特異性炎癥所致，俗稱漏肩風(fēng)、凍結(jié)肩等，正式名稱應(yīng)為“肩關(guān)節(jié)周圍炎”。通過臨床觀察和研究，認(rèn)為肩周炎發(fā)病機理與肱二頭肌生物力學(xué)平衡失調(diào)有密切關(guān)系，和女性過早停經(jīng)及內(nèi)分泌失調(diào)有著重要意義。現(xiàn)就將我院近年來研究的病例，報告如下：

1　研究對象

1.1　對象：本組研究對象為住院病例33例，門診病例40例，共為73例，男性27例，女性46例；年齡最小38歲，最大63歲；其中單側(cè)左肩31例，右肩39例，雙肩3例6肩，共合76肩。病程最短6個月，最長者3年。

1.2　臨床表現(xiàn)：本組患者主要癥狀為肩關(guān)節(jié)疼痛、肌肉無力、活動障礙；肩關(guān)節(jié)為鈍痛、刀割樣痛31例，夜間疼痛加重67例，疼痛持續(xù)性肌肉痙攣34例，疼痛局限在肩關(guān)節(jié)67例，向上肢放射47例，有向后放射到肩胛骨71例，穿上衣聳肩困難70例，肩內(nèi)外旋時疼痛加重63例，梳頭洗臉困難59例，患側(cè)手摸背受限69例，出現(xiàn)檫屁股困難37例，病人不敢患側(cè)臥位71例。

1.3　臨床體征：患者均有不同程度肩關(guān)節(jié)疼痛，肩關(guān)節(jié)活動受限73例，上舉困難者69例，影響穿衣服70例，梳頭洗臉困難59例，后背檫屁股困難37例，肩峰下壓痛29例，肱二頭肌短頭壓痛73例，肱二頭肌長頭壓痛63例，“天宗”穴壓痛59例，放射到三角肌10例，崗上肌、崗下肌附著點壓痛37例。

1.4　影像學(xué)檢查：肩關(guān)節(jié)周圍炎是軟組織病變，所以X光檢查多為陰性，對直接診斷雖無幫助，但可以排除骨與關(guān)節(jié)病，對于中老年患者可以排除其它疾病，以防延誤診斷，病程久者可見關(guān)節(jié)間隙變窄，退行性改變，老年患者可見骨質(zhì)疏松，崗上肌腱鈣化等征象。

2　臨床分級標(biāo)準(zhǔn)

2.1　輕度：肩關(guān)節(jié)痛，活動后疼痛，活動度稍受限，①上舉＞150°，②外展＞60，③內(nèi)旋＞70°，④手指能摸到T12后棘突。

2.2　中度：肩關(guān)節(jié)痛較劇，白天疼痛，活動度受限，①上舉＞90°，②外展＞45°，③內(nèi)旋＞40°，④手指可摸到骶椎后棘突。

2.3　重度：肩關(guān)節(jié)痛劇烈，夜間劇，活動度明顯受限，①上舉＜60°，②外展＜45，③內(nèi)旋＜40°，④手指摸不到骶椎后棘突。

3　治療方法

3.1　定點：患者取側(cè)身臥位，患側(cè)朝上，健側(cè)在下，脫掉上衣，充分暴露患側(cè)肩部，患者全身放松，根據(jù)患者病情，用紫藥水棉簽，依次做好肱二頭肌長頭、短頭，肩峰，崗上肌、崗下肌定點定位，鋪巾，常規(guī)碘酒、酒精按外科無菌消毒。

3.2　針刀松解：術(shù)者帶無菌一次性手套，用0.5％利多卡因10ml局部侵潤麻醉，同時在肩胛上神經(jīng)注射，取一次性針刀4號或3號，按定點部位，采用針刀刺入四步規(guī)程，依次松解肱二頭肌長頭、短頭，剝離粘連、切開關(guān)節(jié)囊減壓，及崗上肌松解，肱二頭肌長頭、短頭是關(guān)鍵部位，只要方法正確，部位準(zhǔn)確，可達到立竿見影效果。

3.3　三維手法：在針刀松解粘連，切開減壓，達到“開口效應(yīng)”時，再配合“三維手法”，以右肩關(guān)節(jié)為例：①肩前旋轉(zhuǎn)法術(shù)者左手穩(wěn)住患者肩關(guān)節(jié)，右手握穩(wěn)肘關(guān)節(jié)，以肩關(guān)節(jié)為中心，前后擺動，循序漸進，當(dāng)自感肩關(guān)節(jié)活動開的瞬間，右肘上抬外旋，使患者不覺曉瞬間，肩前旋轉(zhuǎn)手法完成。②肩中旋轉(zhuǎn)法基本方法、要領(lǐng)同前，方向正中向上。③肩后旋轉(zhuǎn)法基本方法、要領(lǐng)同前，方向向后，上抬外旋，使患者不覺曉瞬間，肩后旋轉(zhuǎn)手法完成。使肩關(guān)節(jié)粘連充分松解，肩關(guān)節(jié)功能得到很快恢復(fù)。

4　康復(fù)功能訓(xùn)練(針刀術(shù)后6小時練功)

①雙手掄拳：左右肩關(guān)節(jié)劃圈掄動15圈。②雙肩聳肩：雙手叉腰，上下前后縮頭聳肩，每次15下。③雙手揪耳：兩手交叉揪住耳廓，連揪15下。④雙手攀天：十指相挾，手心向上，舉過頭頂，上下前后搖動30下。⑤長鷹展翅：雙臂平抬成飛翔勢，上下扇動30下。⑥雙手托頭：兩手插入腦后，手心向上十指相挾，向上托頭20下。⑦雙手晃肘：兩臂同時抱肘，上下左右晃動30下。早晚各一次。

5　治療療程

一般治療一次，休息七天后，根據(jù)病情再選擇二次治療，兩次為一療程。大部分病人一次治愈，少部分病人需要二次治療，及少數(shù)病人需要治療三次。

5.1　療效標(biāo)準(zhǔn)。治愈：臨床治愈，肩關(guān)節(jié)疼痛和麻木等癥狀完全消失，肩關(guān)節(jié)功能活動正常，3個月以上無復(fù)發(fā)；好轉(zhuǎn)：顯效，癥狀、體征基本消失，長時間激烈活動后疼痛出現(xiàn)；有效：癥狀、體征減輕，負重或劇烈活動后疼痛加重；無效：癥狀、體征無改善。

5.2　治療結(jié)果：結(jié)果本組隨訪6個月至1年。6個月結(jié)果：其中治愈37例39肩，好轉(zhuǎn)19例21肩，有效5例5肩，有效率83.5％。1年結(jié)果：治愈7例8肩，好轉(zhuǎn)2例2肩，有效2例2肩，無效1例1肩，有效率15％。總效率達98.5％。無效一例經(jīng)全面檢查，肺部CT檢查，右上肺占位性病變，轉(zhuǎn)上級醫(yī)院手術(shù)治療。

6　討論

6.1　肩周炎的發(fā)病機理：肩周炎是發(fā)生于肩關(guān)節(jié)周圍軟組織退行性變和慢性無菌性炎癥。俗稱凍結(jié)肩、漏肩風(fēng)、五十肩，是常見和多發(fā)疾病，多為單側(cè)發(fā)病，右側(cè)較左側(cè)多見，少數(shù)可雙側(cè)同時發(fā)病。多發(fā)于中老年人，女性高于男性。肩周炎的早期變化是纖維性的關(guān)節(jié)囊收縮變小。肩關(guān)節(jié)造影可說明關(guān)節(jié)的容積減小。在病變的晚期除關(guān)節(jié)囊的嚴(yán)重收縮外，其他軟組織也都受到波及，呈普遍的膠原纖維的退行性變，受累的組織都呈進行性纖維化，有的血管分布增加，滑膜增厚，軟組織失去彈性、短縮與硬化。由于軟組織很脆，以致當(dāng)肱骨外展時即可造成撕裂。

女性患肩周炎人數(shù)是男性的5到10倍，這和女性的生理特點有關(guān)。女子在45歲到55歲之間處于更年期，身體處于內(nèi)分泌平衡失調(diào)期，其體內(nèi)雌性激素分泌量急劇減少。由于雌性激素減少，會導(dǎo)致高密度脂蛋白水平下降，而高密度脂蛋白是代謝體內(nèi)多余血脂的物質(zhì)，它的減少會導(dǎo)致體內(nèi)的血脂大量沉積在

血管內(nèi)壁，尤其容易沉積在受過炎癥的關(guān)節(jié)組織內(nèi)，造成關(guān)節(jié)組織的血管阻塞、氣血不通，加重炎性反應(yīng)，腫脹導(dǎo)致疼痛。女性發(fā)病年齡逐向年輕，本組一例月經(jīng)早停，38歲患上此病。

糖尿病也可引起肩周炎，具體機理還有待進一步行研究，多傾向于膠原蛋自理論，膠原蛋白是組成韌帶和腱鞘的主要成分，而韌帶則在關(guān)節(jié)腔內(nèi)把不同的骨骼相連接，當(dāng)膠原蛋白出現(xiàn)問題時則會影響關(guān)節(jié)功能，其中，葡萄糖分子會與膠原蛋白結(jié)合，使膠原蛋白功能變性。對于糖尿病患者，由于血糖升高，導(dǎo)致葡萄糖與膠原蛋白的結(jié)合物在肩部軟骨和腱鞘的不正常沉積，引起肩關(guān)節(jié)僵硬，活動受限。

6.2　肱二頭肌生物力學(xué)：肩關(guān)節(jié)退行性改變、過度運動，而致使肱二頭肌長頭肌生物力學(xué)平衡失調(diào)，在肩關(guān)節(jié)疾病中有著重要意義。過度運動肱二頭肌長頭肌腱，使組織學(xué)及生物力學(xué)特性發(fā)生了顯著的改變。過度運動后，肌腱某些部位膠原纖維發(fā)生變性，部分?jǐn)嗔眩w維細胞數(shù)量減少。細胞由梭型變?yōu)閳A形，部分向軟骨細胞分化，形成纖維軟骨樣結(jié)構(gòu)。生物力學(xué)實驗中發(fā)現(xiàn)肌腱所能承受的最大載荷和最大應(yīng)力均有顯著的降低。肌腱最易發(fā)生斷裂部位和肌腱發(fā)生變性部位一致。肩關(guān)節(jié)過度運動可以導(dǎo)致肱二頭肌腱變性、勞損，使肱二頭肌腱生物力學(xué)平衡失調(diào)，從而誘發(fā)肩周炎有著重要臨床意義。

6.3　針刀治療肩周炎臨床療效：肩周炎的形成認(rèn)識并不十分明確。但一般認(rèn)為是因肩部慢性勞損，退變或一次急劇的創(chuàng)傷，引起肩部軟組織急、慢性無菌性炎癥反應(yīng)有關(guān)。而由于解剖、病理、生化、免疫學(xué)及病因?qū)W知識的積累，以及影象診斷技術(shù)的進步，使更精確，更科學(xué)的診斷有了條件。傳統(tǒng)意義上肩周炎已被細分為“肱二頭肌長頭腱鞘炎”、“喙突炎”、“崗上肌腱炎”、“肩峰下滑囊炎”、“凍結(jié)肩”、“肩撞擊綜合癥”等具體定位定性疾病。患病后如果給予積極治療、認(rèn)真養(yǎng)護，會有不同程度的恢復(fù)，乃至完全康復(fù)。反之則加重病情，影響勞動及生活，甚至不能自理。

通過臨床系統(tǒng)觀察，總結(jié)研究，認(rèn)為本病發(fā)病機理與肱二頭肌生物力學(xué)平衡失調(diào)有密切關(guān)系，和女性過早停經(jīng)及內(nèi)分泌失調(diào)有著重要意義。治療頑固性肩周炎的效果，關(guān)鍵是通過針刀調(diào)節(jié)肱二頭肌生物力學(xué)，使其恢復(fù)肱二頭肌生物力學(xué)平衡，達到事半功倍之效，配合“三維手法”，為肩關(guān)節(jié)功能恢復(fù)起到重要作用。以及肩關(guān)節(jié)“康復(fù)功能訓(xùn)練”，為肱二頭肌生物力學(xué)平衡和肩關(guān)節(jié)功能恢復(fù)，均有著重要意義，有部分患者針刀治療后，效果立竿見影，甚至患肢立即舉起。為中老年的身體康復(fù)，是一種“安全、無后遺癥”的綠色療法；可向基層和社區(qū)推廣。

參考文獻

[1]孫樹椿，孫之鎬，中醫(yī)筋傷學(xué)[M]，北京；人民衛(wèi)生出版社，1990；6，122－132

[2]朱漢章，小針刀療法[M]，北京；中國中醫(yī)藥出版社，1992；6，227－251