張雪玲，任武△，王淑婷，常金龍，李佳，胡彬彬

(1. 新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 河南省神經(jīng)傳感與控制工程技術(shù)研究中心 新鄉(xiāng)市智能康復(fù)設(shè)備工程技術(shù)研究中心， 新鄉(xiāng) 453003；2. 上海邑成測試設(shè)備有限公司， 上海 200433)

1 引 言

人們運(yùn)動離不開肌肉和骨骼的相互作用，骨骼間通過關(guān)節(jié)連接，并由強(qiáng)韌的肌肉和韌帶提供支撐和保護(hù)，使人體可以進(jìn)行穩(wěn)定而協(xié)調(diào)的運(yùn)動。下肢骨骼系統(tǒng)主要由股骨、脛骨、腓骨以及連接它們的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)組成[1]。下肢骨骼系統(tǒng)中關(guān)節(jié)易受到?jīng)_擊，造成骨折、炎癥和老化等現(xiàn)象，導(dǎo)致功能衰退，整體運(yùn)動能力下降[2]。

近年來，人們下肢相關(guān)疾病的發(fā)病率日漸增長，由于各個關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)和病理?xiàng)l件復(fù)雜，給臨床上下肢骨肌系統(tǒng)疾病的預(yù)防、治療和康復(fù)帶來很多困難。人體下肢生物力學(xué)研究能夠獲得組織在一定的力學(xué)環(huán)境中的病理及生理特征，探究外界及內(nèi)部力學(xué)因素在人體下肢的運(yùn)動、損傷和康復(fù)中的作用。結(jié)合有限元仿真技術(shù)和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行下肢的生物力學(xué)研究是未來發(fā)展的一個重要趨勢。通過測量材料屬性、分析力學(xué)信號及仿真分析等方法，可以得到人體下肢病理生理變化中的力學(xué)機(jī)制[3]。

本綜述總結(jié)并且重點(diǎn)闡述下肢關(guān)節(jié)生物力學(xué)仿真和實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展，展望其發(fā)展趨勢，為相關(guān)疾病的預(yù)防、臨床治療和康復(fù)提供理論參考。

2 生物力學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀

生物力學(xué)的概念在20世紀(jì)60年代中期開始發(fā)展，通過對生物力學(xué)的研究，可以充分認(rèn)識生命體的運(yùn)作規(guī)律，有效解決生命體在運(yùn)作過程中產(chǎn)生的各類健康問題。20世紀(jì)70年代末，我國的生物力學(xué)研究在馮元楨教授的積極推動下起步，成為一門新興的交叉學(xué)科，同時培養(yǎng)出了我國最早的生物力學(xué)研究隊伍[4]。在生物力學(xué)學(xué)科研究的初始階段，國內(nèi)外學(xué)者的研究領(lǐng)域主要集中在口腔生物力學(xué)[5]、眼科生物力學(xué)[6]、骨科生物力學(xué)[7]和血液動力學(xué)[8-9]等方面。2000年以后，國內(nèi)外生物力學(xué)相關(guān)研究領(lǐng)域主要集中在生物力學(xué)的建模仿真分析及其應(yīng)用等方面[10-11]，建模仿真技術(shù)是研究生物力學(xué)的一種有效手段。

按照研究對象的不同，生物力學(xué)可以分為生物固體力學(xué)、生物流體力學(xué)和運(yùn)動生物力學(xué)等三大類。近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，建模仿真技術(shù)更加完善，越來越多的學(xué)者投入到生物力學(xué)的研究中，其研究隊伍不斷壯大，生物力學(xué)學(xué)科地不斷地發(fā)展和完善。

3 人體下肢生物力學(xué)

人們的運(yùn)動和生活離不開肌肉和骨骼的相互作用，人體下肢骨骼系統(tǒng)主要由髖關(guān)節(jié)、股骨、膝關(guān)節(jié)、脛骨、腓骨、踝關(guān)節(jié)和跖骨組成，見圖1。骨和骨之間通過軟骨或者結(jié)締組織形成關(guān)節(jié)，其中髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)對人體下肢運(yùn)動起至關(guān)重要的作用，也是人們在運(yùn)動和生活中非常容易遭到損壞的結(jié)構(gòu)[12]?，F(xiàn)分別討論髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)以及踝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)研究現(xiàn)狀，分析人體下肢關(guān)節(jié)在運(yùn)動、損傷和康復(fù)中的生物力學(xué)特性變化。

圖1 人體下肢結(jié)構(gòu)圖[13]

3.1 髖關(guān)節(jié)

髖關(guān)節(jié)由股骨頭、骨盆髖臼、關(guān)節(jié)軟骨和強(qiáng)大的韌帶構(gòu)成，是一個多軸球窩關(guān)節(jié)。髖臼的凹面和股骨頭表面覆蓋著關(guān)節(jié)軟骨，關(guān)節(jié)軟骨將人體上段產(chǎn)生的重力傳遞到下肢，同時減小關(guān)節(jié)之間的摩擦力，減緩沖擊。

髖關(guān)節(jié)在矢狀面上有屈曲和伸展、在冠狀面上有內(nèi)收和外展、在橫斷面上有內(nèi)旋和外旋等六個自由度[14]。頸干角是股骨頸軸線和股骨干縱軸線之間的夾角，它決定髖關(guān)節(jié)在運(yùn)動中的自由度，嬰兒出生時頸干角一般為140°，成年后一般變化為125°左右。當(dāng)此角大于130°時容易產(chǎn)生髖外翻，小于120°時容易產(chǎn)生髖內(nèi)翻。人體處于雙足站立位時，髖關(guān)節(jié)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)足以維持身體的直立姿勢，此時計算關(guān)節(jié)反作用力時，不需要考慮肌肉收縮產(chǎn)生的力矩，即每側(cè)股骨頭所受力為人體上段重力的一半，即自身體重的1/3。Rydell[15]使用儀器測量單足站立位時，作用于髖關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)反作用力大約為體重的2.3～2.9倍，步行時的關(guān)節(jié)反作用力大約為體重的1.6～3.3倍。

髖關(guān)節(jié)具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，可保證人體運(yùn)動時的穩(wěn)定性，支持人體完成站立、行走、跑步和彈跳等動作[16]，因此，髖關(guān)節(jié)損傷將影響人們的正常生活。Constantinou等[17]檢測附著在受試者軀體上的43個標(biāo)記物的運(yùn)動軌跡，研究發(fā)現(xiàn)輕度至中度髖關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎患者的步行速度較慢，步長較短，髖關(guān)節(jié)的活動度較低。髖關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)囊韌帶通過圍繞股骨頭和股骨頸來抑制關(guān)節(jié)的活動度，Logishetty等[18]對8具尸體的髖關(guān)節(jié)分別進(jìn)行髖關(guān)節(jié)置換術(shù)(HRA)、雙活動度全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)(DM-THA)和常規(guī)THA，通過檢測術(shù)后的關(guān)節(jié)活動度，發(fā)現(xiàn)這三種髖關(guān)節(jié)置換術(shù)基本可以恢復(fù)髖關(guān)節(jié)功能。髖部骨折常見于老年人，由于老年人骨頭中無機(jī)物含量增加且容易跌倒，增加了骨折發(fā)生概率。其中股骨的粗隆間骨折在老年人中最為普遍，約占老年人髖部骨折的40%～50%[19]。預(yù)計到2050年，全世界發(fā)生髖部骨折人數(shù)將達(dá)到626萬，且超過一半病例將在亞洲[20]。由于髖部疾病臨床治療困難，致殘率和致死率極高，給病患家屬、醫(yī)生和社會增加很多負(fù)擔(dān)，充分了解髖關(guān)節(jié)相關(guān)生物力學(xué)知識有助于臨床醫(yī)生對髖關(guān)節(jié)疾病的診斷和治療。

綜上，國內(nèi)外學(xué)者對于人體髖關(guān)節(jié)生物力學(xué)已有深入研究，髖關(guān)節(jié)置換技術(shù)已較為成熟。但如何預(yù)防術(shù)后髖關(guān)節(jié)假體的脫位和不穩(wěn)定性成為當(dāng)下的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。此外，由于女性具有生育能力，其骨盆較寬，關(guān)于不同性別的髖關(guān)節(jié)生物力學(xué)的差異研究還不足。

3.2 膝關(guān)節(jié)

膝關(guān)節(jié)由股骨下端、髕骨和脛骨上端構(gòu)成，是維持人體運(yùn)動最重要的關(guān)節(jié)之一，它不僅能協(xié)調(diào)人體運(yùn)動，同時將載荷從股骨傳遞到脛骨和腓骨。膝關(guān)節(jié)的主要運(yùn)動是屈曲和伸展，另外還伴有少量的內(nèi)收、外展、內(nèi)旋和外旋[21]，其基本功能主要由2個關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)，即脛股關(guān)節(jié)和髕股關(guān)節(jié)。

脛股關(guān)節(jié)由脛骨和股骨組成，股骨下端兩髁與脛骨平臺相配合形成脛股關(guān)節(jié)。股骨下端和脛骨平臺之間的匹配度較低，而半月板是位于脛骨平臺上的月牙形狀的纖維軟骨，其外側(cè)厚、內(nèi)測薄，可實(shí)現(xiàn)脛股關(guān)節(jié)之間更優(yōu)的匹配。半月板在膝關(guān)節(jié)內(nèi)起到承重的作用，股骨下端和脛骨平臺之間的接觸面積非常小，當(dāng)膝關(guān)節(jié)承重時，接觸面積越小，產(chǎn)生的應(yīng)力就越大，可能對膝關(guān)節(jié)造成損傷，而半月板結(jié)構(gòu)可增加脛股關(guān)節(jié)之間的接觸面積，降低接觸應(yīng)力[22]。當(dāng)關(guān)節(jié)應(yīng)力較大時，可能造成關(guān)節(jié)炎、骨折和骨塌陷等嚴(yán)重?fù)p傷，將導(dǎo)致關(guān)節(jié)疼痛和嚴(yán)重的關(guān)節(jié)功能障礙。Lau等[23]和Willinger等[24]研究發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)半月板切除術(shù)后的患者患骨關(guān)節(jié)炎的概率將增加。姚杰等[25]對不同高度下的跳傘著陸過程進(jìn)行模擬仿真，得出高速沖擊是造成膝關(guān)節(jié)損傷的重要原因，且外側(cè)半月板更容易遭到損壞。

髕股關(guān)節(jié)由髕骨和股骨組成，通過股骨和髕骨之間的匹配以及肌肉和相關(guān)韌帶的約束來實(shí)現(xiàn)髕股關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性。髕股關(guān)節(jié)的接觸面積隨著膝關(guān)節(jié)屈曲角度的變化而變化，且隨著承重的增加而增加[26]。Brechter等和Powers等[27-28]就不同狀態(tài)下的髕股關(guān)節(jié)力研究，發(fā)現(xiàn)步行時髕股關(guān)節(jié)力約為體重的0.6倍，上、下樓梯時達(dá)到體重的4倍。髕股骨性關(guān)節(jié)炎可能會導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)畸形，Otsuki等[29]基于85例膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎患者的斷層攝影圖像，提出膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻畸形與髕股骨性關(guān)節(jié)炎密切相關(guān)的結(jié)論，但該部位骨性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制尚不清楚。

綜上，研究者們深入探索了膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性，對膝關(guān)節(jié)半月板的重要性已有深刻認(rèn)識，但半月板切除術(shù)的術(shù)后康復(fù)問題仍值得重視。同時，膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制尚不明確，還具有巨大的研究潛力，針對膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的治療問題，目前只能緩解患者病癥、減輕患者痛苦，尚無有效的方式阻斷該疾病的發(fā)生。

3.3 踝關(guān)節(jié)

踝關(guān)節(jié)對人體日?；顒雍筒綉B(tài)具有重要作用。踝關(guān)節(jié)由距骨、脛骨遠(yuǎn)端和腓骨遠(yuǎn)端組成，是人體重要的承重關(guān)節(jié)，維持人體的平衡狀態(tài)。該關(guān)節(jié)在矢狀面上有跖屈和背屈、在冠狀面上有內(nèi)翻和外翻、在橫斷面上有內(nèi)收和外展等六個自由度，其中踝關(guān)節(jié)最主要的運(yùn)動是跖屈和背屈[30]，見圖2。踝關(guān)節(jié)的跖屈運(yùn)動是指足尖下垂，足背向前伸直，足尖遠(yuǎn)離踝部；背屈運(yùn)動是指足尖向上，足背靠近踝部。一些研究表明，在踝關(guān)節(jié)的正?；顒臃秶鷥?nèi)，跖屈角度可為40°～55°，背屈角度可為10°～20°[31-32]。

圖2 踝關(guān)節(jié)的跖屈/背屈、外翻/內(nèi)翻、外展/內(nèi)收

踝關(guān)節(jié)依靠周圍的肌肉組織和龐大的韌帶來維持踝部在各種運(yùn)動中的穩(wěn)定和安全。在雙足處于靜止站立位時，單側(cè)踝關(guān)節(jié)承受約1/2倍體重，Burdett[33]研究發(fā)現(xiàn)在正常行走時，踝關(guān)節(jié)承受力大約為體重的5倍，而跑步時關(guān)節(jié)承受力會高達(dá)體重的13倍。因此，踝部在復(fù)雜的地面環(huán)境和劇烈運(yùn)動中極易造成損傷。Song等[34]對退役足球運(yùn)動員進(jìn)行健康調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有踝關(guān)節(jié)損傷史的人群患踝部骨性關(guān)節(jié)炎的概率更高。大多數(shù)患有踝部關(guān)節(jié)炎的患者表現(xiàn)為后腳畸形，Knupp[35]提出踝部截骨術(shù)可降低踝關(guān)節(jié)的峰值壓力，減輕踝關(guān)節(jié)的骨性關(guān)節(jié)炎。但截骨術(shù)的手術(shù)方式要根據(jù)踝部的畸形程度、關(guān)節(jié)類型、固定方式以及醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)決定。賀毅等[36]探索保守治療和螺釘內(nèi)固定兩種方式治療踝部骨折后患者的足底壓力和踝關(guān)節(jié)功能差異，研究發(fā)現(xiàn)相比于保守治療，螺釘內(nèi)固定對于治療踝部骨折和維持踝關(guān)節(jié)對位具有更好的效果。

綜上，國內(nèi)外有關(guān)踝關(guān)節(jié)生物力學(xué)的研究較為豐富，踝部疾病的治療方式也較為成熟，未來可進(jìn)一步提高手術(shù)精確度，提升患者術(shù)后的康復(fù)效果，可采用機(jī)器人輔助方式和術(shù)中的精準(zhǔn)導(dǎo)航來實(shí)現(xiàn)手術(shù)的精確性以及獲得更好的預(yù)后。

4 下肢生物力學(xué)的有限元仿真研究

人體下肢的解剖結(jié)構(gòu)和組織微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜(見圖3)，其建模方法有許多種，例如多剛體模型法、角動量定理建模法、黑箱訓(xùn)練法和有限元仿真法等[12]。隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，有限元仿真法被廣泛應(yīng)用，使生物力學(xué)計算更加精確、快速和直觀。

有限元仿真法應(yīng)用有限元原理，將連續(xù)的整體離散化為有限個小單元，對小單元進(jìn)行模擬仿真，預(yù)測其應(yīng)力、位移等數(shù)據(jù)的變化趨勢，通過對局部小單元進(jìn)行分析進(jìn)而完成對整體的分析[37-38]。該方法早期被應(yīng)用于航天等領(lǐng)域，近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)、生物力學(xué)、醫(yī)學(xué)、數(shù)學(xué)和物理學(xué)等學(xué)科的不斷發(fā)展，有限元仿真技術(shù)被越來越多地運(yùn)用到口腔、骨科和醫(yī)療器械研發(fā)等領(lǐng)域[39-40]。主要從有限元仿真法來分析當(dāng)下的相關(guān)研究成果。

Wen等[41]使用計算機(jī)軟件分別建立不同壞死區(qū)域和病變大小等五類股骨頭壞死的有限元模型，通過有限元仿真評估不同區(qū)域股骨頭壞死對股骨頭的生物力學(xué)影響。Wu等[42]為了減輕由高處著陸時造成的下肢損傷，提供了一種新的雙關(guān)節(jié)保護(hù)支架，并使用有限元仿真技術(shù)評估其保護(hù)性能，降低著陸時膝蓋和腳踝受傷的風(fēng)險。郭俊超等[43]設(shè)計了不同結(jié)構(gòu)的護(hù)踝，對設(shè)計的護(hù)踝進(jìn)行模擬仿真，研究傘兵著陸時其對人體踝部的防護(hù)性能。Tarnita等[44]建立膝關(guān)節(jié)的三維有限元模型，預(yù)測膝關(guān)節(jié)各個部位的應(yīng)力，研究表明軟骨的接觸面積決定了應(yīng)力的大小，應(yīng)力過大可能導(dǎo)致骨關(guān)節(jié)炎。Untaroiu等[45]建立汽車駕駛員的下肢有限元模型，能更準(zhǔn)確地認(rèn)識到交通事故中駕駛員的下肢損傷機(jī)制，為駕駛安全提供幫助。有限元仿真技術(shù)的優(yōu)勢在于：

(1)可設(shè)置不同的材料參數(shù)、受力位置和約束方式，進(jìn)行大量重復(fù)的仿真分析，成本低、效率高；

(2)可得到臨床醫(yī)生很難直接獲得的人體組織信息，例如生物組織中應(yīng)力、應(yīng)變的變化趨勢；

(3)對于患者疾病的治療，可在術(shù)前就不同的手術(shù)方式進(jìn)行模擬仿真，尋找出最佳手術(shù)方式，減輕患者痛苦。

圖3 人體關(guān)節(jié)、肌肉、韌帶結(jié)構(gòu)示意圖

綜上，判斷通過有限元方法得到的仿真數(shù)據(jù)是否與人體真實(shí)生理病理下的生物力學(xué)特性相符合，不僅需要準(zhǔn)確獲取組織的材料屬性、幾何參數(shù)、約束條件和外界載荷等數(shù)據(jù)，還需要與臨床結(jié)合進(jìn)行驗(yàn)證。此外，由于復(fù)雜的人體解剖結(jié)構(gòu)和組織微觀結(jié)構(gòu)，仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性必須由大量的預(yù)期實(shí)驗(yàn)和精確的人體影像數(shù)據(jù)來保證，這是未來有限元仿真研究發(fā)展的重點(diǎn)。

5 下肢生物力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和新型傳感技術(shù)的興起，傳感器被廣泛應(yīng)用于人體生物力學(xué)數(shù)據(jù)的定量測量。例如：薄膜壓力傳感器適用于足底壓力測量；拉/壓力傳感器適用于人體四肢的拉/壓力測量；傾角傳感器適用于組織結(jié)構(gòu)的角度變化測量；加速度傳感器適用于下肢的步態(tài)研究等。

結(jié)合有限元仿真技術(shù)和生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)來研究人體下肢生物力學(xué)是未來發(fā)展的重要趨勢，將更加全面、有效地計算人體生物力學(xué)以及評估康復(fù)器械的使用性能[46]。

Beccai等[47]研究和設(shè)計了一種硅基三軸力傳感器，在人體殘肢與假肢之間安裝微型傳感器，可檢測殘肢與假肢接觸面間的作用力。Bus[48]使用傳感器測量糖尿病足的足底壓力和溫度變化，研究發(fā)現(xiàn)足部潰瘍更可能發(fā)生在足底局部壓力大、溫度升高的部位，實(shí)時監(jiān)測可降低糖尿病足的足部潰瘍發(fā)生率。Tarni?[49]使用可穿戴傳感器監(jiān)測正常人和患者的步態(tài)差異，可穿戴傳感器重量輕、體積小，可監(jiān)測人體的步態(tài)障礙與平衡變化。Stetter等[50]將可穿戴傳感器與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，根據(jù)可穿戴傳感器獲得的數(shù)據(jù)估計運(yùn)動過程中產(chǎn)生的膝關(guān)節(jié)力，用來推斷膝關(guān)節(jié)受力的生物力學(xué)指標(biāo)。Hollis等[51]使用可穿戴傳感器測量在兩種不同地面和不同速度情況下受試者跑步的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)差異，結(jié)果表明，在高硬度地面以更快的速度跑步會導(dǎo)致更大的旋前偏移和旋前速度。

由于傳感技術(shù)的廣泛使用，國內(nèi)外陸陸續(xù)續(xù)出現(xiàn)了大量的電子測試儀器供應(yīng)商，形成測試儀器和軟件制造的巨大市場。在國外，美國的Tektronix公司是全球領(lǐng)先的電子測試儀器供應(yīng)商，從臺式頻譜分析儀到便攜式頻譜分析儀都具有多功能和高性能的特點(diǎn)，能滿足使用者廣泛的需求。德國Dantec Dynamics Gmbh公司的無損、非接觸式的缺陷檢測技術(shù)能夠檢測各種構(gòu)件和材料的內(nèi)部缺陷并進(jìn)行定量分析，激光電子與脈沖散斑技術(shù)能夠測試構(gòu)件和材料的力學(xué)性能，例如應(yīng)力、應(yīng)變和變形等。英國的Sonatest公司生產(chǎn)的超聲波無損檢測儀具有卓越的使用性能和儀器結(jié)構(gòu)，可在惡劣的環(huán)境中進(jìn)行檢測。在國內(nèi)，上海邑成測試設(shè)備有限公司現(xiàn)有動態(tài)應(yīng)變采集儀、各類傳感器等多種儀器，可用于測量動態(tài)應(yīng)變、加速度和位移等數(shù)據(jù)，產(chǎn)品價格低廉且具有高靈敏度。安泰測試設(shè)備公司致力于測試儀器的研發(fā)、維修和銷售，現(xiàn)有功率測試儀、信號發(fā)生器和功率放大器等，可用于實(shí)驗(yàn)室生物信號的測試。圖4為使用Dewesoft動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集儀和拉力傳感器測試手指拉力。

圖4 DeweSoft動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集儀手指拉力測試

綜上，動態(tài)信號測試裝置可滿足對所需信號進(jìn)行較為精準(zhǔn)測試的需求，但如何將實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)應(yīng)用到臨床實(shí)踐和指導(dǎo)仿真建模，還需要進(jìn)一步探索。目前已研發(fā)的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器多為體外使用，而在體實(shí)驗(yàn)研究困難。若要測量體內(nèi)組織的生物力學(xué)特性，一要考慮測量儀器的尺寸，尺寸必須足夠微小，實(shí)現(xiàn)被試者在測量過程中的舒適性；二要考慮測量儀器的材料性質(zhì)，必須滿足儀器材料和人體組織的生物相容性，實(shí)現(xiàn)被試者在測量過程中的安全性。未來，研究者們需克服在體實(shí)驗(yàn)的難題，同時建立一個完善的生物力學(xué)大數(shù)據(jù)庫，為更深入研究人體生物力學(xué)和臨床上疾病的治療提供幫助。

6 總結(jié)展望

本綜述回顧了生物力學(xué)學(xué)科的產(chǎn)生及發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)闡述人體下肢中髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了有限元仿真技術(shù)和生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究現(xiàn)狀，指出未來下肢生物力學(xué)的發(fā)展趨勢：

(1)目前對不同狀態(tài)下的下肢生物力學(xué)特性研究已較為豐富，但肌肉、韌帶對關(guān)節(jié)的作用力的研究仍有不足，值得進(jìn)一步探索；

(2)有限元仿真技術(shù)能夠模擬不同工況下組織內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變，但模擬得到的數(shù)據(jù)是否和人體內(nèi)最真實(shí)的力學(xué)變化相符合，還需要用生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；

(3)動態(tài)信號測試裝置能對研究信號進(jìn)行較為精準(zhǔn)的測試，如何將實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)應(yīng)用到臨床實(shí)踐和指導(dǎo)仿真建模，還需要進(jìn)一步發(fā)展；

(4)生物力學(xué)體外實(shí)驗(yàn)研究較豐富，但由于測量儀器的尺寸和材料問題，在體實(shí)驗(yàn)研究還較少，未來需解決在體實(shí)驗(yàn)的困難；

(5)增加研究樣本量，建立完善的生物力學(xué)大數(shù)據(jù)庫，為人類健康提供數(shù)據(jù)支持。