第一章++人体运动学总论.ppt

第1章人体运动学概述，第1节运动学概念，第2节人体运动形式和原理，第3节人体运动动力学，第4节人体运动静力学，第5节人体旋转动力学，第1节运动学概念，学习目标，1。掌握人体运动学、功能解剖学、生物力学、运动生物力学、粒子、刚体、轨迹、位移和距离的定义；线性运动和曲线运动、人体运动的速度和加速度、平移、旋转和复合运动等基本概念。熟悉时间历程、速度、角加速度、角位移等概念。理解速度和速度的区别以及运动量的特点。2.掌握运动的相对性原理，人体运动的三面三轴，以及康复医学中人体运动的起始姿势。熟悉两个参考系的定义和自由的概念。3.了解人类运动学发展的简史。4.熟悉人体运动学的内容和方法，以及与康复治疗的关系和意义。运动学是理论力学的一个分支，它用几何方法研究物体的运动，主要研究粒子和刚体的运动规律。运动学为动力学和机械原理(力学)提供了理论基础，还包含许多学科如自然科学和工程技术所必需的基本知识，包括物体运动的空间和时间差异。人体运动学的概念是人类活动科学的领域。它通过位置、速度、加速度等物理量来描述和研究人体和仪器的位置随时间或运动过程中经过的轨迹的变化规律，而不考虑人体和仪器运动状态变化的原因。本书中的人体运动学主要指人体的功能解剖学、生物力学和一些运动生物力学。研究运动器官结构如何适应其生理功能的学科是功能解剖学。生物力学是研究生学习物体的机械运动规律和力与运动的关系、生物的生理和病理的学科。运动生物力学是研究人体运动力学规律和运动器材的学科。对人体运动的研究是以牛顿的力学理论为基础的。在运动生物力学中，人体被简化为粒子、粒子系统、刚体和多刚体系统等力学模型，极大地简化了研究问题。然而，人体是一个活体，所以在研究人体运动时，为了正确地研究人体运动，必须尽可能地考虑人的生命特征。运动学的基本概念，只有大小而没有方向的物理量叫做标量。比如温度和时间。它的运算是一个简单的代数运算。具有大小和方向的物理量称为矢量。力学中的大多数物理量，如力、位移和速度都是矢量。它的计算有自己的规则。向量的合成遵循平行四边形法则。向量的乘积是点积和差积的乘积：点积的结果是标量，数值等于两个向量乘以它们夹角的余弦的乘积，即ab=u a b cos。差积的结果是一个向量，其大小等于两个向量乘以其夹角正弦的乘积：a u a u b u sin，方向由右手定则确定。因此，向量的差积也称为向量的向量积。运动的独立性。如果运动同时参与几个子运动，每个子运动都不会受到其他子运动的影响。物体的运动是由不同的运动叠加而成的。人体运动合成和分解的理论基础是运动的独立性原则。人体运动学中变量的特征：瞬时性、矢量、相对性和独立性。描述人体运动时间的物理量。时间是人体位置的时间尺度。它用于运动过程中许多重要阶段的开始、结束和瞬间。时间是人体运动持续时间的量度，指的是从一个时刻到另一个时刻的时间间隔直线运动可分为匀速直线运动和变速直线运动，后者在运动中更为常见。曲线的运动方向总是随着矢量而变化。弯曲运动通常分为圆周运动和斜抛运动：斜抛作为一种粒子，在运动中形成的轨迹是抛物线。刚体是由许多粒子组成的连续体，这些粒子之间的距离保持不变。它有一定的形状，在空间中占据一定的位置。它是从实际物体中抽象出来的简化机械模型。在运动生物力学中，人体被视为一个多刚体系统。(1)平移：指身体上任意两点之间的连接，在运动过程中，两点的长度始终相等且平行。它的运动轨迹是直线或曲线。当人体平移时，人体上每个点的位移、速度和加速度是一致的，可以简化为粒子处理。旋转是指身体上所有点在运动过程中围绕同一条直线(即轴)的圆周运动。旋转时，人体各点到轴的距离不同，所以其线速度也不同，只能简化为刚体来处理。(3)复合运动：人体的大多数运动包括平移和旋转，两者的组合运动称为复合运动。例如，当骑自行车时，躯干可以近似地视为平移运动，并且下肢的每个关节围绕关节轴多级旋转。在研究中，通常将复合运动分解为平移和旋转，这大大简化了问题。人体的机械运动是在一定的空间和时间内进行的。空间物理量与人体平移轨迹：粒子运动路径。当人体被转化为一个粒子来描述其运动时，连接由代表人体或仪器的粒子在一定时间内的坐标值所确定的位置点就是人体或仪器的一个粒子的运动轨迹。距离：指物体从一个位置移动到另一个位置时实际运动路径的长度，也是粒子运动轨迹的全长。距离是标量，只有数值大小，没有方向。位移：大小等于从粒子运动的起点到终点的线性距离，方向从起点指向终点。位移是一个向量，表示运动的长度和方向。位移通常小于距离。人体的机械运动由人体的一部分相对于另一部分的空间和时间位移来表示。整个人体相对于外部环境的空间和时间位移；仪器的空间位移是由人体的局部位移引起的。人体平移运动的时空物理量，速度指的是距离和通过这个距离所需时间的比值。速度是指位移与通过这个位移的时间之比，是一个向量。瞬时速度是指物体在某一时刻或通过其轨迹上某一点的速度。加速度是描述速度时间变化率的物理量。它是一个有大小和方向的向量。可以是正数、负数和0。加速度也有平均加速度和瞬时加速度。位移、速度和加速度可以合成和分解，并遵循平行四边形法则。人体旋转的空间物理量，角位移：整个身体或连杆绕某一轴旋转的角度称为角位移。这是一个矢量，其大小是旋转角度的大小，方向由物理学中的“右手法则”决定。通常规定逆时针旋转的角位移为正，顺时针旋转的角位移为负。角位移的单位用弧度表示。人体旋转的时空物理量、角速度、线速度和角加速度如下。第二，人体运动的相对性、坐标系和起始姿势。宇宙中的一切都处于永恒的运动状态。从哲学的角度来看，运动是绝对的。机械运动是物体之间相对位置的变化。来描述当描述人体某一部分的运动时，应选择人体总重心的一个以上部分或其相邻部分作为参考框架。根据所选择的参考系，可以定性地描述物体的运动。惯性参考系统有两种类型：相对于地球静止的物体或相对于地球匀速直线运动的物体称为惯性参考系统。非惯性参考系统：使用相对于地球以可变速度运动的物体作为参考标准的参考系统称为非惯性参考系统。在描述人体运动的局部肢体的运动状态时，经常需要这种参考系统。人体的表面和轴，人体的运动有三个表面：水平面：平行于地面的表面，把人体分成上下两部分；正面：平行于身体前部或后部的表面，将身体分为前部和后部；矢状面：平行于身体侧面的平面，将身体分成左右两部分。人体的运动有三个轴：水平轴(平行于地面和前平面的轴)、垂直轴(由前平面和矢状面相交形成的轴，从上到下穿过人体中心)、矢状轴(平行于地面和矢状面的轴，在水平方向上来回穿过人体)，在康复医学中， 这是人体运动的起始姿势，即身体直立，面向前方，眼睛向上看，双脚并立，脚趾向前，两个上肢下垂在身体一侧，手掌贴在身体一侧。 其中，手的姿势(也称为中性姿势)是指手掌贴在躯干的两侧，这是人体唯一不同于解剖学的基本姿势。应该注意它。起始姿势、自由度以及关节面的形状和结构决定了可能的关节运动的轴。自由度与关节运动的轴有关。当关节轴有几个运动方向时，它有几个自由度。例如，髋关节可以在屈曲和伸展、内收和外展、内旋和外旋三个轴上运动，有三个自由度。所有具有两个以上自由度的关节都可以产生环绕运动。四肢通常围绕关节轴旋转。关节轴(即活动轴)可以反映肢体运动的范围和模式。(3)发展简史古人通过观察地面物体和天体的运动，逐渐形成了物体在空间和时间上位置变化的概念。在战国时期，中国已经有了墨经的运动和时间顺序的描述。公元前200年，被称为“人类运动学之父”的亚里士多德首次描述了肌肉的功能，分析了行走的复杂过程，以及重心的作用、运动规律和杠杆原理，为运动学的发展奠定了基础。后来，阿基米德和盖伦在重力、杠杆原理和肌肉收缩领域取得了进一步的成就。列奥纳多达芬奇研究了与运动有关的人体结构、重心和平衡与阻力中心之间的关系，并阐述了人体在站立、上下斜坡、从座位上升和跳跃时的力学原理。他是第一个记录人类步态科学数据的人。伽利略建立了加速度的概念和运动/速度合成的平行四边形法则，为粒子的运动学奠定了基础。惠更斯在钟摆运动的研究和牛顿对天体运动的研究中独立地提出了离心力的概念，从而发现向心加速度与速度的平方成正比，与半径成反比的规律。18世纪后期，欧拉研究了刚体的定轴旋转和定点运动，提出了欧拉角的概念，建立了刚体的欧拉运动学方程和有限旋转位移定理，以及刚体的瞬时旋转轴和瞬时角速度矢量的概念，揭示了刚体运动形式的特点，被称为刚体运动学的创始人。拉格朗日和哈密顿分别引入了广义坐标的概念运动学作为机构的理论基础，已经逐渐从动力学中分离出来，成为经典力学的一个独立分支。在20世纪，运动学在医学领域得到了广泛的发展，与医学相关的内容如关节力学、人体运动学和运动生理学都被纳入了运动学的范畴。人们根据人体的功能解剖和运动变化规律，将生物力学原理应用于康复治疗，形成了一套完整的康复运动学治疗理论。并进一步研究有效的运动疗法。生物医学工程技术人员还根据人体关节力学原理为截肢和功能障碍患者制作了合适的支架，从而大大提高了患者的生活质量。(1)内容人体运动学主要指人体的功能解剖学、生物力学和一些运动生物力学。功能解剖学是一门主要研究运动器官的结构如何适应其生理功能的学科。生物力学主要利用力学原理来分析骨骼、肌肉和关节运动中的力学现象，并分析力在人体各部位静态和动态中的作用。运动生物力学主要运用力学和生物学的基本理论和方法，研究运动过程中人体的生物学和力学规律，为运动疗法建立合理的训练方法和适当的操作提供依据。(2)方法运动学的研究方法很多，主要包括描述性方法和规定性方法。描述方法主要是基于人体运动的测量数据，利用运动方程、图像法和表格法来描述当时人体运动的状态。规定的方法是分析和总结测量数据。运动生物力学的研究方法包括实验方法和理论分析方法。前者主要利用CT测试结合计算机图像处理和分析系统来测量人体的惯性参数，利用三维测力平台和计算机数据处理系统、等速测力装置和肌电图来测量人体的力参数，利用高速摄像图像分析系统来测量人体的运动学参数，获得描述研究对象某一运动特征的各项指标，从而为运动提供必要的条件。后者采用人体系统仿真方法/多刚体系统动力学理论建立抽象的力学模型。用数学语言描述运动主体和运动过程，应用数学、力学理论和计算推导出各种人体运动的一般规律和内在机理。(3)人体运动学与康复治疗学的关系。康复治疗的对象是由损伤和疾病引起的功能障碍，尤其是运动功能和相关的功能损伤。康复治疗的目的是使患者的功能得到最大程度的恢复，能够照顾好自己，回归社会。康复治疗中药物和手术的使用相对较少，理疗、职业治疗、言语治疗、假肢矫形器装配、心理治疗等是主要的治疗方法，其中以运动疗法为中心的理疗是最重要的治疗方法之一。运动疗法是一种训练方法，通过使用器械、徒手操作或患者自身力量以及一些形式的锻炼，使患者能够恢复其全身或局部运动和感觉功能。为了维持人体正常的运动功能，需要骨骼肌系统、心肺血管系统和神经系统的配合。骨骼和肌肉是锻炼的基础。心肺血管系统提供运动能量并决定运动功能的能力。神经系统是运动的控制系统。当三大系统的疾病影响其正常功能时，人体的运动功能将受到损害，需要制定科学的康复治疗计划进行康复。在此类方案中，上述系统的功能通常通过各种体育/活动的培训得到加强，其体育功能和个人活动得到恢复，以便重新融入社会。人体运动学是康复治疗专业的一门基础课程。学习人体运动学，通过对人体结构和功能的力学研究和运动动作的生物力学分析，掌握常见运动器官的结构和功能之间的关系，可以帮助我们更深入地了解运动障碍的本质，掌握各种运动疗法的适应症/禁忌症、技巧和技巧，制定运动疗法方案，选择合适的训练方法，准确地实施运动疗法，以省力、安全、高效的方式进行训练。通过研究不同运动对人体某一部位施加的力负荷的特点，可以采取预防措施，防止在治疗过程中对患者造成误用综合症的可能性，防止治疗师在治疗过程中过度劳累/不适当导致的自伤的发生，也有利于选择适当的方法、强度、持续时间和损伤后康复训练的间隔时间。可见，人体运动学是康复治疗的一门必不可少的基础课程。人体运动学是一门基础科学，也是一门技术科学，是多种科学和工程的基础。运动学知识是正确诊断和治疗骨骼和关节疾病的基础。它也是设计和正确使用假体和支架的机械性能以恢复患者运动功能的重要依据。康复治疗师为病人选择合适的轮椅和支架，并训练他们学会熟练使用它们也是非常必