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摘要:生物力学学科同生命健康和临床医学密切相关，是由力学与生物学、医学等多个学科交叉融合而形成的，是力学学科中重要的二级分支学科。对国家自然科学基金委员会数理科学部2012~2016年度生物力学学科青年科学基金项目和面上项目的申请和资助情况进行介绍，重点分析生物力学的研究方向、研究队伍等情况，并给出促进我国生物力学学科发展的建议。

摘要:随着老龄化加剧，康复辅具的作用和意义凸显。近来，国务院发布了发展中国康复辅具产业的若干意见，对康复辅具创新提出了新的要求。无论是运动康复训练系统、矫形器、假肢、还是助行器等康复辅具，都与生物力学有密切的关系。本期专刊收录了数篇与康复、康复辅具研发密切相关的生物力学论文，为康复工程、康复辅具研发提供参考。

摘要:目的 研究利用大腿残肢肌电信号进行下肢运动模式识别的方法 ，探讨肌电信号控制下肢假肢的可能性。方法 采集15名大腿截肢者残肢侧股直肌、股外侧肌、阔筋膜张肌、股二头肌、半腱肌、臀大肌6块肌肉的表面肌电信号，提取肌电信号的6种时域、频域特征，利用支持向量机对平地行走、上楼梯、下楼梯、坐下、起立5种下肢运动模式进行识别。结果 利用残肢肌电信号可以实现5种下肢运动模式的在线识别，对同一受试者同次测试数据识别率为94%，同一受试者的多次混合数据识别率为85%，对不同受试者混合数据识别率为74%。通过特征优化，仅利用3块肌肉的2个特征，对同一受试者的同次测试数据识别率仍可达92%。对平地行走、上楼梯、下楼梯3种动作的识别，同一受试者同次测试数据识别率为100%，同一受试者的多次混合数据识别率为98.33%，对不同受试者混合数据识别率为93.33%。结论 仅仅利用残肢肌电信号能够实现运动意图的在线识别，通过对同一患者使用前的多次数据训练，有望达到较高的识别率。研究结果 为肌电运动识别用于下肢假肢控制奠定了基础。

摘要:目的 为探究踝关节易内翻扭伤的机制，设计一款适用于人体踝关节非对称生理结构、可有效防护内翻的踝护具。 方法 分析导致踝关节内翻的解剖学因素，基于踝关节解剖的非对称结构，构思一种非对称结构踝护具。运用Kinect系统及Geomagic Studio软件，对成年男子踝关节进行三维扫描并数字建模，通过3D打印技术建立踝关节模型。以EVA膜、硅胶膜和裹边紫铜网为原材料，采用立体裁剪及复合材料加工技术，制备两种非对称结构的踝护具。对踝护具的塑形性能、拉伸性能、疲劳性能、外衬面料透气性和摩擦性等进行表征。结果 非对称结构踝护具的外侧具有良好的塑形性能，拉伸弹性回复率低。在小应力长时间作用下，EVA复合材料和硅胶膜复合材料均能保持较好的弹性回复，可有效承受内翻外力。外衬面料的透气性和摩擦性试验结果 表明，针织涤纶面料较适合作为外衬材料。 结论 所设计制备的非对称结构踝护具的力学性能可满足踝关节内翻防护要求。外覆面料可提高踝护具的吸湿透气性能，摩擦性能较好。

摘要:目的 研究不同结构和不同材料硬度的矫形鞋垫对扁平足的矫正效果。方法 利用Infoot设备扫描扁平足负重位和非负重位的外形轮廓。通过鞋垫式足底压力测试系统，比较3种矫形鞋垫内侧纵弓高度（类型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）和3种材料硬度（30°、35°、42°）对扁平足的作用效果。结果 类型Ⅰ鞋垫对提高舟骨高度有效，且在硬度为35°时分散了足底压力集中的区域和增大了内侧足弓的承载面积。结论 合适的鞋垫对改善扁平足畸形有良好的矫正作用，研究结果 为个性化矫形鞋垫的设计应用提供理论基础。

摘要:目的 比较不同的多刚体模型在模拟老年女性步行过程中的仿真精度，并在最优模型的基础上探索行走速度对膝关节负荷的影响。方法 在人体运动仿真软件ADAMS/LifeMOD中分别建立19个环节（M1）、16个环节（M2）和12个环节（M3）的个性化人体模型和地面，并依次进行步态的仿真研究。结果 综合比较3种模型仿真得到的垂直地面反作用力、步行时间和下肢关节角度，M2模型最适用于重现步态的实际情况。当老年女性加快步行速度时，垂直地面反作用力峰值、膝关节力矩和功率峰值都得到明显提高。结论 建议老年女性多加强股四头肌的力量锻炼，以改善其步行行为。同时，研究结果 在临床上也可为膝骨关节炎患者的康复治疗提供参考依据。

摘要:目的 采用正常人体单侧增高模拟下肢不等长，分析下肢不等长步态特征，研究下肢不等长对步态的影响，为下肢假肢穿戴者因下肢不等长引起的慢性疾病提供理论依据。方法 通过单侧穿鞋增高人为制造下肢不等长，利用三维动态捕捉系统和地面反力采集设备采集受试者在正常步态和下肢不等长步态下的时空参数、地面反力和关节角度，并进行对比分析。结果 下肢不等长步态与正常步态在步长、步长时间和单侧支撑期存在显著差异。下肢不等长步态左右腿足跟着地期垂直方向地面反力均大于正常步态，髋、膝、踝角度存在明显变化。结论 下肢不等长是造成行走步态异常的重要原因，可能是下肢假肢穿戴者产生腿部关节疾病的原因。

摘要:目的 研究背向行走过程中足底压力的变化，从而探究其对人体步态平衡能力的影响。方法 使用足底压力测量系统（Pedar-X压力鞋垫）采集10名受试者在正向和背向两种行走模式下的足底压力数据。试验在跑步机上进行，以正向行走作为对照试验组。依据试验条件及预试验时受试者的直观感受，选取4个速度（2.0、2.5、3.0、3.5 km/h）分别进行两种行走模式下的试验，分析不同速度下足底压力中心轨迹、足底压力、足-地接触时间等参数的变化情况。结果 不同速度的两种行走模式下，人在行走过程中的足底压力有所不同。背向行走过程中，足底压力中心从足前部向足跟过渡，从内侧向外侧过渡。相比正向行走，背向行走时的足底压力显著减小，行走过程中的足-地接触时间有所增加。结论 研究背向行走的压力分布有助于更全面地理解人的动态平衡机制，并为行走稳定性的相关研究提供新视角。

摘要:目的 提出一种基于希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang transform，HHT）分析人步行状态髋关节角度信号的方法 ，并验证其可行性。方法 首先，利用加速度传感器与陀螺仪组成的髋关节角度测量平台，测量健康人步行状态髋关节角度。其次，对此信号进行集合经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition, EEMD），得到各本征模态函数（intrinsic mode functions, IMF），再对不同尺度的模态函数进行分析与组合。最后，对原信号进行Hilbert谱分析。结果 得到反映运动模式的特征信号以及髋关节旋转轨迹所表示的步态特征。Hilbert谱显示出主运动模式内的波内频率调制现象与步频特征。结论 此方法 适用于步态疾病患者的康复与治疗，可以有效地将髋关节角度信号不同频率尺度的特征信号进行分解，实现中心修正与滤波，达到自适应分析患者步态信号的目的 。

摘要:目的 针对假肢手接受腔挤压模块的功能需求，设计一种恒力输出的挤压机构。方法 根据正负弹簧刚度抵消获得恒力的工作原理，基于有限元分析软件ANSYS进行仿真拟合，测定弹簧片的弹性刚度系数，从而计算获得正刚度弹簧的弹性刚度系数，对加工组装后的恒力挤压机构进行压力测试。结果 恒力机构的仿真结果 与实验结果 一致，并且在3.5 mm行程范围内实现了2%的压力恒定性。结论 实验证实了挤压单元的恒力特性，为今后的假肢手接受腔分时分区控制奠定了基础。

摘要:目的 针对当前压力型尿失禁（stress urinary incontinence, SUI）疾病严重影响中老年女性患者身体健康和生活质量的问题，开展女性盆底尿路系统尿液动力学的数值研究。方法 依据尿液-盆底组织间相互作用的耦合特征，结合计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）技术，建立SUI疾病的尿液动力学模型，分析软组织结构的应变、应力和变形以及尿路系统中尿液流动的压力场、速度场分布。结果 尿路系统弹性结构的应力、应变和位移随时间呈波浪形变化，是SUI疾病形成的力学要素。结论 开展基于流固耦合模型的尿动力学研究不仅必要，而且可行，能为临床SUI疾病的手术治疗提供理论基础及技术分析手段。

摘要:目的 建立符合解剖结构的人颅骨三维有限元模型，研究多种载荷作用下头部生物力学响应。方法 通过建立具有解剖结构的高精度头部有限元模型，颅骨采用能模拟骨折的弹塑性材料本构模型，结合已发表的正面冲击颅内压实验、动态颅骨骨折实验、头部跌落实验结果，仿真再现实验过程中头部受冲击载荷作用下的生物力学响应、颅骨骨折及头部不同速度下的跌落响应。结果 前碰撞表现出冲击与对冲侧正-负颅内压分布，相近载荷下枕骨变形比前额、顶骨严重，跌落中速度越快损伤越大。结论 建立精确解剖结构的头部有限元模型可以较好模拟头部在冲击、跌落等载荷下的头部生物力学响应。通过接触力、颅内压力等参数量化来评价损伤风险，为防护系统的设计提供科学依据。

摘要:目的 分析阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（obstructive sleep apnea hypopnea syndrome, OSAHS）患者自然睡眠时平静呼吸和呼吸暂停期不同压力边界条件和呼吸模式对气道内气体的流动和生理状态的影响。 方法 创建OSAHS患者仰卧位自然睡眠状态，并采集CT数据建立三维上气道有限元模型。临床测量患者睡眠期喉腔压力作为边界条件，考虑鼻吸鼻呼、鼻吸口呼、口吸鼻呼、口吸口呼4种典型呼吸模式进行流体力学仿真。 结果 睡眠期OSAHS患者的呼吸气流呈非稳定、有涡、双向流动，压力边界以及呼吸模式对气体流动的影响明显。用口呼吸与用鼻呼吸相比，气体的最大流速有所升高，压降主要集中在口腔，吸气时升高约30%，呼气时升高1倍。结论 采用OSAHS患者自然睡眠期CT数据建模并以临床喉腔压力作为边界条件进行有限元仿真具有意义，研究结果 有助于了解OSAHS患者真实自然睡眠状态下的上气道流场特性。

摘要:目的 比较分别使用新型锁定钢板固定和AO-PHILOS钢板固定肱骨近端四部分骨折的生物力学表现。方法 建立肩关节、肱骨近端四部分及骨折内固定三维有限元模型。通过有限元分析，比较两种骨折内固定模型在肩关节4种外展不同功能位置时应力、位移分布情况。结果 肩关节外展 0°、30°、60°、90°时，新型锁定钢板的最大位移分别为6.644、7.079、5.850、3.005 mm，而AO-PHILOS钢板的最大位移分别为6.293、6.826、5.774、3.023 mm。两种内固定的最大位移在变化中接近，表明在固定肱骨近端骨折中的稳定性无明显差别。肩关节外展0°、30°、60°、90°时，新型锁定钢板的最大Von Misses 应力分别为1 033.0、904.1、888.1、1 062.0 MPa，而AO-PHILOS钢板的最大Von Misses 应力分别为743.1、692.4、486.4、393.5 MPa。在不同肩关节外展位过程中，两者总体应力都在逐渐减小，但新型锁定钢板应力减小的范围较大，相对来说，应力分散传递明显。结论 新型锁定钢板和AO-PHILOS钢板内固定治疗肱骨近端四部分骨折时，应力分布差异不明显，都表现出稳定的固定效果。但对于有骨质疏松且同时合并大、小结节的肱骨近端骨折时，新型锁定钢板独特的解剖设计及固定效果更具有优势。

摘要:骨组织是人体重要的承重器官，具有力学适应性，在疲劳载荷作用下会出现疲劳损伤，常见于运动员长跑、新兵训练以及老年人的日常活动，主要表现为骨组织显微裂纹的萌生、扩展，力学性能下降甚至是应力性骨折，危害很大。骨组织的疲劳损伤存在于包括超显微结构、显微结构和组织宏观的各个层面，皮质骨中的抗疲劳结构（骨单元）及内部的细胞成分（主要为骨细胞）对抵抗疲劳损伤、识别显微裂纹以及诱导后续定向骨重建过程具有重要作用。总结相关研究结果与结论有助于系统了解骨组织疲劳损伤行为及相应识别修复过程，同时也为后续骨组织疲劳损伤预防及治疗等临床研究工作的开展提供参考和方向。

摘要:推拿手法是颈性眩晕常用的非手术治疗方法之一，具有良好的抗眩晕效应，但是影响疗效的关键因素——手法作用力（包括力的大小、时间、频率）缺乏客观的量化标准，抗眩晕效应的作用机制尚无统一说法。在总结前人研究的基础上，分析目前研究存在的不足，提出推拿手法抗眩晕效应的量化及作用机制的解决途径，探索推拿手法量化、规范化、标准化及中枢作用机制的问题。