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基于模拟退火算法的冗余肌力优化求解
肌肉力的预测是个冗余问题,需通过优化方法进行求解.本文以小肌肉应力平方和为优化目标,在满足人体下肢动力学约束的情况下,采用基于模拟退火算法的约束优化方法对跑步运动缓冲阶段和蹬伸阶段各肌力的分布进行了计算.其优化结果从数值上定量地显示了该过程中各组肌力的变化规律,表明模拟退火算法是一种通用、健壮、可行的优化算法,为求解冗余肌力优化问题提供了一种新途径.
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表面肌电技术在风湿系统疾病康复评估与训练中的应用
肌电信号(electmmyography,EMG)是产生肌肉力的电信号根源,它是肌肉中许多运动单元动作电位在时间和空间上的叠加,反映了神经、肌肉的功能状态,在基础医学研究、临床诊断和康复工程中有广泛的应用.
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一种用于站起训练的起坐机构设计
随着老年人年龄的增长,大部分老年人往往有行走能力而没有站起能力,许多有走动能力的老年人因为缺乏站起能力而被困在椅子上,需要进行康复训练和护理,提供正常站起所需要的肌肉力或辅助力,以满足患者的日常生活需要,并使受损肌肉维持必要的生理活性,才能够保证肢体的康复,以免因肌肉长期缺乏运动导致肌肉萎缩或坏死[1-3].康复设备的服务对象不仅是残疾人,还包括老年人、各类术后患者、慢性病患者,其研究和应用有着广阔的前景.
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多发性肌炎、皮肌炎诊断治疗中的几个问题
多发性肌炎(polymyositis,PM)、皮肌炎(dermatomyositis,DM)是一组免疫性炎性肌病,其共同表现为对称性四肢近端肌肉及延髓支配肌肉力弱,血清肌酸激酶(CK)升高,肌电图呈肌源性改变,肌肉病理表现为肌纤维坏死、再生和炎性细胞浸润.近年来已经对其临床表现多样性的认识,发病机制的了解,以及治疗取得了一些进展,但是对发病机制尚未完全阐明,对各项诊断技术的评价尚未标准化,对治疗规律缺乏精确了解,对繁杂的治疗方法尚需规范.因此,有必要对一些问题进行深入的研究、讨论.
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周期性麻痹诊断治疗中的几个问题
周期性麻痹为一组发作性肌肉力弱疾病,大部分与血钾水平的改变有关,临床十分常见,近年来随着对离子通道结构和功能认识的进步,以及分子生物学、遗传学、生理学研究的进展,对周期性麻痹的发病机制、诊断、分类及治疗方法有了新认识,由于周期性麻痹为可治性疾病,不同类型间治疗原则不同,因此有必要进一步深入了解和开展研究,提高诊断治疗水平.
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基于运动单元的肌肉力估计新方法
目的 从肌肉运动单元角度探索肌肉力与表面肌电信号(surface electromyoram,sEMG)的规律.方法 首先利用梯度卷积核补偿算法(gradient convolution kernel compensation,GCKC)对实验采集得到的sEMG信号进行分解,然后采用棘波触发技术(spike triggered averaging,STA)提取运动单元MU波形,后基于MU波形,运用小二乘法拟合肌肉力,建立肌肉力与sEMG之间的关系.结果 肌肉运动单元募集数目与幅值和基本上随肌肉力增大而增大,运动单元平均发放频率随肌肉力增大规律不明显.结论 本文为肌肉力的估计提供了一种新思路,从肌肉运动单元幅值之和来估计肌肉力基本可行.
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基于肌电和优化方法的关节肌力分布模型
目的:建立基于肌电信号的关节肌力分布模型来得到运动过程中膝关节的肌肉力.方法:测试9名运动员的急停起跳和变向动作,得到了人体下肢运动学、动力学数据以及膝关节周围7块肌肉的肌电.采用急停起跳动作得到肌肉佳长度,代入交向动作中计算膝关节力矩.结果:在急停起跳动作中模拟的肌肉力矩与逆动力学得到的关节净力矩相似度很高.采用急停起跳得到肌肉佳长度预测变向动作的肌肉力矩,精度仅轻微下降.结论:本建模方法可以估算活体运动时的肌肉力.
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耐力训练引起骨骼肌变化的分子机制
体育运动或训练主要有两种方式:一种是长时间持续性的耐力训练,比如长跑,其主要目标为提高肌肉有氧代谢的能力,增强心肺功能,使身体适应长时间的有氧运动;另一种是着重于肌肉对抗或克服外加重力或阻力的力量训练,如举重,旨在增加肌肉力量和强度,增大肌肉纤维.
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胸腰椎运动节段有限元模型屈伸过程中肌肉力的模拟
目的 研究胸腰椎运动节段(T12-L1-L2)前屈、后伸时竖脊肌力和椎间盘内压力的变化.方法 建立T12-L1-L2节段三维非线性有限元模型,通过离体实验以验证模型有效性.T12-L1-L2节段在后伸10°、5°,直立0°,前屈5°、10°、15°、20°时,模拟上身重力(260 N)和节段间局部肌肉力(0、100、200N)作用,观察竖脊肌力及椎间盘内压力变化.结果 竖脊肌力随T12-L1-L2节段屈曲角度的增大而逐渐增大,维持T12-L1-L2节段后伸10°、直立0°、屈曲20°姿势的竖脊肌力分别需要0、150和410 N.节段间局部肌肉力可以相应减小竖脊肌力,但会使椎间盘内压力增高.如果忽略所有肌肉力作用,椎间盘压力会发生显著变化.结论 脊柱生物力学研究不能忽视肌肉力的作用,节段间局部肌肉力对椎间盘内压力变化有明显影响.
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有限元分析肌肉力对腰椎内固定系统的影响
背景:内固定系统是治疗腰椎损伤的常用方法,而腰椎肌肉力的作用与矢状面进钉角度的选择是影响内固定手术成功率的主要因素,不能忽视.目的:研究不同姿势下肌肉力对不同矢状角度进钉的万向椎弓根内固定系统的影响.方法:选取健康成年男性L3和L4节段的MRI数据,建立腰椎L3和L4三维有限元模型,并与万向椎弓根螺钉内固定系统以不同矢状角度装配,并按照以下3种加载方案进行设计.方案1:不加载重力、随动载荷和竖脊肌力,模拟腰椎的前屈、后伸、侧弯3种姿势,研究腰椎内固定系统各部分的应力和位移分布.方案2:加载重力和随动载荷,不加载竖脊肌力,研究腰椎前屈、后伸和侧弯3种姿势下模型的应力和位移的分布.方案3:加载重力、随动载荷和竖脊肌力,在3种力共同作用时,研究腰椎在前屈、后伸和侧弯3种姿势下的应力和位移分布.对比在不同工况下,内固定系统各部分的应力和位移.结果与结论:①前屈姿势下,3种方案内固定系统的应力变化趋势相似;后伸姿势下,方案1,2应力趋势都是先上升后下降,方案3的应力值处于下降状态;侧弯姿势下,方案1的模型应力先上升后下降.方案2,3先下降后上升;②在不同姿势下,椎骨位移都是在0°-5°增加,之后随着角度的增加而减小;③3种加载方案下,方案1椎间盘位移量小;④结果提示,引入肌肉力会增加内固定系统在各个工况下的应力,椎间盘的应力也会增加,但是各部分的应力趋势与椎骨的姿势有关.在研究中需要根据进钉角度的不同综合考虑肌肉力的影响.
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颈部肌肉作用下颈椎牵引的生物力学特性
目的 建立C1 ～7全颈椎三维有限元模型,研究其在颈部肌肉作用下颈椎牵引的生物力学特性,为临床颈椎牵引的治疗提供参考.方法 建立正常颈椎的三维非线性有限元模型,在此基础上结合临床颈椎牵引的方法,利用生物力学分析软件进行建模仿真,在牵引重量一定的情况下,用后伸0°、10°、20°、30°、40°进行牵引,获得关节力和肌肉力,筛选合适的关节力和肌肉力对颈椎模型进行有限元分析.结果 颈椎后伸牵引过程中,在肌肉力的作用下,颈椎椎体、椎间盘、钩椎关节的平均大等效应力分别增加4.86、1.79、0.69 MPa,颈椎椎体的平均大相对位移在矢状轴、垂直轴方向上分别增加5.53、0.63 mm.颈椎后伸牵引的生物力学特性与文献中的有限元分析结果相近.结论 颈部肌肉对颈椎各椎体、椎间盘以及钩椎关节应力及位移的增加具有较大的促进作用.临床上行颈椎后伸牵引时,应考虑到颈部肌肉的作用,牵引角度不宜过大,推荐0°～ 20°是颈椎牵引初期相对安全的角度范围.
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基于骨肌模型的肌肉力计算方法及其面临的若干问题
肌肉力计算已经成为骨肌损伤防护、关节假体设计等研究的重要组成部分,目前基于骨肌系统模型的肌肉力计算方法 有:静态优化、动态优化以及基于力-肌电关系的肌肉力计算.本文分析了肌肉力计算方法 和骨肌系统建模的研究现状以及面临的若干问题.个性化建模、计算方法 的改进和计算结果 的实验验证将是今后的研究重点.
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有限元分析肌肉力对胸腰椎运动节段椎间盘压力的影响
目的 研究胸腰椎运动节段屈曲时躯干肌力的大小及其对椎间盘压力的影响.方法 建立T12-L1-L2运动节段三维有限元模型,通过离体实验验证模型的有效性.T12-L1-L2节段屈曲0°、5°、10°、15°、20°过程中,模拟上身重力(260N)、竖脊肌力和节段间局部肌肉力作用,观察竖脊肌力及椎间盘压力的变化.结果 竖脊肌力、椎间盘压力随胸腰椎屈曲角度增大而增大,节段间局部肌肉力可以相应减小竖脊肌力,但会使椎间盘压力增高.如果忽略所有肌肉力的作用,椎间盘压力会发生显著变化. 结论 脊柱生物力学研究不能忽视肌肉力的作用,节段间局部肌肉力对椎间盘内的压力变化有明显影响.
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基于优化和力-肌电关系的肌肉力混合计算方法
介绍了一种基于优化和力-肌电关系的肌肉力混合计算方法,用于计算上肢屈曲运动中的肌肉力,并与传统优化方法和基于力-肌电关系的方法进行了比较.传统优化方法不能计算对抗肌的肌力值,基于力-肌电关系的计算结果不能满足力学平衡关系,基于优化和力-肌电关系的肌肉力混合计算方法克服了这两个缺点,但计算结果波动剧烈.目前,混合方法只适用于肌肉等长收缩和等动收缩的肌肉力计算.
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聪明大脑能“锻炼”出来吗
如果科学家能够弄清大脑掌控智慧的原理是什么，哪怕对它的理解只有增强肌肉力量原理的一半那么多，那也是人类寻求改善大脑功能的突破点。
