仰紅慧，戚雅茜

由中國體育科學學會運動生物力學分會、河北體育學院聯合舉辦的第十九屆全國運動生物力學學術交流大會于2017年10月13日—16日在石家莊召開，來自中國大陸、港澳臺地區(qū)及海外的200多名專家、學者參加了本次會議。大會共收錄論文212篇，評選了“洪友廉”青年學者獎、“健樂”新人獎，并評出多篇優(yōu)秀論文[1]。大會集中展示了近年來運動生物力學領域取得的最新科研成果，為運動生物力學同仁搭建了良好的交流平臺[2,3]，展現出我國運動生物力學的蓬勃發(fā)展勢頭。

1 大會主題報告介紹

大會主題報告會邀請了11名國內外學者作了精彩的報告。寧波大學大健康研究院的李建設在本次大會上做作了關于健康中國背景下的“體醫(yī)融合”的報告，他生動地向大家介紹了寧波大學大健康學院的建設及發(fā)展的歷程。中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院的張西正教授介紹了我國生物力學研究的現狀及基金重點項目指南的變化，針對申請國家重點課題項目與與會人員進行交流。澳大利亞的Bruce Mason博士介紹了游泳出發(fā)、轉身及接力分析系統(tǒng)的開發(fā)與應用案例、動態(tài)阻力測試反饋系統(tǒng)的開發(fā)設計以及利用平滑質點流體力學方法進行游泳動作的數值模擬分析，對蝶泳腿的渦流測試分析以及對自由泳的劃手軌跡和速度等進行了分析。而德國Contemplas公司的Christoph則結合其產品對游泳技術動作的生物力學分析方法進行了介紹。德國和澳大利亞的學者關于游泳項目的科技服務的方法介紹和先進儀器設備的介紹，為研究游泳出發(fā)、轉身技術，水下游進動作的運動學、動力學研究提供了新的手段。國家體育總局體育科學研究所的王澤峰和肖丹丹根據自身在競技體育一線的工作經歷，充分地展示了運動生物力學的理論和方法在解決運動實踐中的問題的作用。王澤峰分別對棒球、躲避球和標槍等投球動作的上肢關節(jié)動作及負荷進行了分析，為與會學者進行上肢運動分析及研究方法的選擇提供了寶貴的經驗。肖丹丹重點對乒乓球項目中的技戰(zhàn)術視頻快速分析反饋與診斷方法進行了詳細介紹，其研究團隊的科研工作為我國乒乓球運動員提高比賽技術及臨場比賽發(fā)揮都提供了強有力的科技支持[4]。北京體育大學的李翰君則對肌骨建模仿真研究的常見問題及對策與在座的學者進行了充分交流。

2 專題內容介紹

本次會議的專題報告包含步態(tài)與神經肌肉控制分析、運動技戰(zhàn)術分析、運動生物力學教學理論與方法、運動損傷及康復生物力學、新科技和儀器的應用與研制方面等。從數量上看步態(tài)與神經肌肉控制分析和運動技戰(zhàn)術分析相關的研究文章較多，分別占所有總數量的26.89%和30.19%，運動損傷和康復的生物力學及新儀器開發(fā)類相關文章所占比例為18.40%和12.74%，另有6%左右的文章對鞋類的運動生物力學進行了研究，而運動生物力學教學與理論相關的最少，僅占5.66%。從所有文章的研究內容可以看出，本屆生物力學大會的研究對象較前幾年相比以老年人和兒童為研究對象的文章比例增加。在校大學生仍然充當了重要的實驗研究對象。隨著各種新式儀器的開發(fā)及利用，運動生物力學的研究方法除了傳統(tǒng)的運動學、動力學和肌電外，多學科交叉以及多種研究方法的聯合運用也是目前運動生物力學的變化趨勢。本次大會涉及的研究中融合了工程仿生學、材料學、人體發(fā)育學等多學科的理論和研究方法。運動生物力學的研究結果在指導工業(yè)設計特別是與運動相關的產品的設計與研發(fā)中發(fā)揮著重要作用，為各類產品的研發(fā)及優(yōu)化提供了新靈感。

2.1 步態(tài)與神經肌肉控制分析

跑步和行走是人類重要的基本動作技能，步態(tài)分析成為重要的研究內容，也是本次大會的研究熱點。步態(tài)的研究對象包含多個年齡段，涉及兒童、成年人及老年人。北京師范大學的學者趙盼超、邵雪、徐杰重點關注了兒童成長過程的3～6歲階段，并對此階段兒童的側滑步、前滑步、跑步等動作進行了深入研究。陳皆波則利用高速攝像機完成了幼兒跑步動作發(fā)展特征的量化研究。沈陽體育學院的王歡則對幼兒立定跳的運動學特征進行了研究。北京體育大學的朱豐儀對跑臺與地面狀態(tài)下步態(tài)差異的研究進展進行了綜述。

北京體育大學的衛(wèi)青漫對行走時使用手機這一日常雙任務導致的步態(tài)特征變化進行了研究，研究發(fā)現使用手機行走時人們會選擇一種小心謹慎的行走策略，雖然行走過程中使用手機對步態(tài)并不完全是消極的，但出于安全考慮不建議行走時使用手機。倒走在各種流行的健身方式中被認為能對人體產生積極的影響。因此，蘇州大學的蘇晶對青年女性正走與倒走步態(tài)運動學參數進行了分析，研究發(fā)現倒走與正走兩種行走模式的運動學特點有很大的差異，且增大步長能達到更佳的下肢肌肉鍛煉效果。

平衡控制能力及肌肉活動特征是神經肌肉控制研究方面的主要研究內容。良好的平衡能力是運動員發(fā)揮訓練水平、完成技術動作的根本要求。武漢大學的黃強對不同專項學生靜態(tài)平衡能力進行了實驗研究，發(fā)現長期從事體育鍛煉的學生，身體的靜態(tài)平衡能力較好，腳掌及腳跟為人體平衡的主要著力點，踝關節(jié)的肌力對平衡有明顯的影響。隨著社會老齡化程度的加深，老年人的跌倒與平衡是近年來社會共同關注的問題。合肥師范大學的游永豪對老年人“踝關節(jié)模式”動態(tài)平衡能力測試的信度進行了分析，認為基于動態(tài)姿勢圖測試法，老年人“踝關節(jié)模式”動態(tài)平衡能力測試的信度很高。北京師范大學的張子華則對人體步態(tài)中平衡性的力學機制進行了研究，發(fā)現老年跌倒病人會采取減少向前移動的質心速度來防止跌倒，表明其對動量的控制能力下降。其研究也發(fā)現，身體總質心、基礎支撐和壓力中心等物理參數可以用于分析老年人步態(tài)中平衡性的力學機制。

形式多樣的鍛煉方式被用來進行改善人體平衡能力及提高肌肉控制能力，但對于各種訓練方法的效果及其作用原理還需要進一步研究。安徽池州學院的劉崇對太極拳改善女性老年人靜態(tài)平衡能力的生物力學進行了分析，為太極拳運動改善老年人平衡能力提供理論基礎。 河北省體育科學研究所的徐起麟通過核心力量訓練提高跳水運動員平衡能力。山東理工大學的張慶來則對不同方式貼扎肌內效貼對靜平衡能力的影響進行了研究，研究發(fā)現小腿左右橫向貼扎對站立平衡能力的影響不顯著，而后側縱向貼扎則能明顯改善平衡能力，在軟性支撐面或支撐面積小時，能有效提升人體平衡能力。河北體育學院的何海燕則通過實驗證明經過射擊訓練，青少年的動態(tài)平衡能力明顯提高。此外，也有學者通過對競技體育項目如馬拉松、足球、武術、跆拳道等項目中運動員的平衡能力變化進行研究，從多種運動形式角度出發(fā)尋找有效提高人體平衡控制能力的訓練方法。

對普通人及運動員步態(tài)及神經肌肉控制研究還有很大的發(fā)展空間，研究深度將不斷加深，與競技體育中涉及平衡控制能力相關的研究內容也會越來越廣泛。除了研究兒童平衡及肌肉控制能力隨著生長發(fā)育增加的發(fā)展過程外，對于普通老年人平衡和神經肌肉控制將傾向于更有應用價值或可接受度高的運動項目，將有效的健身手段融于日常生活，有效提高老年人生活中的平衡能力，減緩其神經肌肉控制能力的衰退速度。

2.2 運動技戰(zhàn)術分析

運動技戰(zhàn)術分析是運動生物力學研究的主要內容[5,6]，運動生物力學在體育運動中的應用價值體現在對某些運動動作技術進行運動學、動力學等相關分析上。通過分析可以定性甚至定量地描述運動的關鍵技術動作特點，為科學訓練提供理論基礎，為技術診斷提供有效參考指標，不僅能為選擇適當的運動負荷及制定合理的訓練計劃提供理論依據，而且可以為運動員探究制約技術發(fā)展的成因、尋找解決方法，為高水平運動員減少失誤提高成績、尋找關鍵技術的改善技術提供支持。對專項技術的研究亦能提高運動員訓練效果并有利于減少因錯誤技術動作導致的損傷，為運動員專項訓練提供科學依據。此外，近年來運動生物力學的研究方法在人才選拔中也發(fā)揮著重要作用。

運動生物力學大會研究涉及的項目仍然主要為田徑、體操、游泳、跳水、乒乓球、網球等，隨著儀器設備技術進步，對這些項目的研究更加深入，對于高爾夫、太極拳、橄欖球、射箭、健美操、帆板、散打等其他項目的研究也已經開始。隨著近年來對冬季項目的研究力度增大，出現了較多與短道速滑項目相關的研究。

傳統(tǒng)的錄像解析方法仍然被應用于多種運動項目的動作解析研究工作中，特別是對比賽中的技術動作解析。本次大會中多位學者對乒乓球世界比賽的技術分析正是采用此方法，肖丹丹研究團隊的成員對2016年及2017年我國選手與世界頂級選手的比賽進行了細致的技術解析，通過對比分析，為我國乒乓球運動員的技術訓練提供科學依據。較多學者將紅外捕捉系統(tǒng)和測力臺聯合使用，同步完成了運動學和動力學分析研究，完成了排球、太極拳、跑步、散打等項目的下肢運動學研究。臨沂大學的周文龍利用紅外捕捉系統(tǒng)對高爾夫揮桿擊球時刻膝關節(jié)運動學進行了分析。武漢體育學院的劉志榮利用拉線傳感器對國家女子帆板運動員力量進行了測試分析。西安體育學院的李想則利用高速攝像和拉力傳感器對高水平男子游泳運動員50 m蝶泳途中游技術與推進力進行了研究。

運動生物力學在技戰(zhàn)術分析方面的研究在一定程度上受到項目運動特點及儀器設備發(fā)展水平的限制。高速紅外捕捉系統(tǒng)、測力臺、防水測試儀器的開發(fā)、利用，以及不斷出現的其它各種新式設備，為科學研究工作帶來了極大的便利，研究的精度也不斷提高。

2.3 運動生物力學教學理論與方法

與運動生物力學教學理論與方法研究相關的文章在本次大會中所占比例較少，其研究大多以文獻綜述的形式呈現，相關的研究內容主要涉及基礎理論教學方法及運動生物力學基本原理。蘇州大學的譚親平對射箭技術的生物力學研究進展進行綜述。北京體育大學的焦怡然對關于距下關節(jié)的生物力學研究進展進行綜述，北京市體育科學研究所的孫科認為踝關節(jié)的杠桿性質是運動解剖學、生物力學中的基礎問題，過對踝關節(jié)在趾屈運動時為速度杠桿觀點進行了深入的理論分析和計算，研究結論認為在趾屈運動時踝關節(jié)為速度杠桿與前人認為踝關節(jié)在提踵時為省力杠桿的觀點不同。湖北大學的李樹屏則對流體壓強和壓強梯度變化對人體運動的影響進行了研究，計算了流體中運動特殊位置的壓強值，著重分析了壓強梯度對人體的影響，其研究認為合理的高壓和低壓（氧）訓練可以在一段時間內提高運動成績或消除疲勞，建議從深入上浮和從平原到高原訓練時需要控制壓強變化的梯度，以保證運動安全。

2.4 運動損傷及康復生物力學

隨著大眾健康的普及程度及關注度越來越高，普通人的運動損傷預防已然成為非常熱的研究方向，而競技體育運動訓練過程也是與損傷相伴而行，運動損傷的機制及其預防始終是運動生物力學研究的基本問題。無論運動員還是普通人，其損傷的發(fā)生通常伴隨著不正確的運動方式及不合適的運動強度，運動損傷主要涉及關節(jié)損傷和軟組織損傷。但受到研究方法和儀器的限制，對于損傷的研究中，對關節(jié)損傷的研究是主流。軟組織損傷相關的研究則以下肢肌肉和筋膜損傷研究為主，但其數量相對較少。廣東體育科學研究所的呂曉紅通過采用肌肉狀態(tài)診斷方法對股直肌一次性劇烈運動前后的狀態(tài)特征進行了研究，為預防訓練時因肌肉過度疲勞而導致損傷提供了有效的參考。

本次大會的研究中與競技體育相關的損傷研究仍然以下肢為主要研究對象，膝關節(jié)和踝關節(jié)屬于競技體育中非常常見的損傷部位[7]，多年來學者不斷地加深對于膝關節(jié)和踝關節(jié)損傷成因的分析研究。蘇州大學的趙瀅對跑步足著地方式和下肢損傷關系的研究認為，影響足著地方式的主要因素包括自身足的結構、速度、鞋具、地面材質等，與步長、步頻及其下肢的一些運動學、動力學指標有關，足著地方式是導致運動損傷的直接或間接原因之一。寧波大學的傅琳等利用三維運動捕捉系統(tǒng)和測力臺對專業(yè)和業(yè)余羽毛球運動員的蹬跨步動作進行了分析，通過運動學和動力學的差異比較羽毛球運動員膝關節(jié)和踝關節(jié)損傷的負荷差異，研究發(fā)現業(yè)余運動員踝關節(jié)的內旋、內翻顯著，而專業(yè)運動員膝關節(jié)在矢狀面及額狀面表現出更大的關節(jié)力矩，這些可能都與韌帶損傷有關。寧波大學的顧耀東利用三維有限元方法對前掌和后跟落地時跖骨應力分布的水平和應力增長率差異進行了研究，結果表明在前掌落地過程中跖骨的高應力水平會大大增加跖骨的損傷風險。河北體育學院的謝永對籃球運動員沖擊性落地時墊腳對踝關節(jié)和膝關節(jié)的影響進行了研究，研究認為墊腳會導致騰空落地時的沖擊和異常關節(jié)角度，容易引發(fā)膝關節(jié)和踝關節(jié)脫位、骨骼斷裂和韌帶撕裂、撕脫，建議籃球運動員在運動中要避免或杜絕墊腳行為。

雖然下肢關節(jié)為運動損傷的主要研究對象，但損傷的研究并不局限于下肢關節(jié)，下肢的肌肉、筋膜、韌帶及軟骨等也隨著關節(jié)研究的開展而得到關注。肩關節(jié)、脊柱、腕關節(jié)等部位是普通群眾損傷發(fā)生較多的部位，隨著對普通人群損傷研究的加深，這些部位的損傷機制研究及損傷預防性科研工作也受到更多關注。北京體育大學的馬沐佳對橈骨莖突狹窄性腱鞘炎患者單手操作手機的斜方肌及拇指肌肉的肌電活動進行了研究。浙江師范大學喬福存對學生背書包存在的健康問題進行了探討，而常鵬飛則進一步對兒童不同負荷背包行走的足底壓力變化進行了研究。寧波大學的管培琪則對久坐姿態(tài)對人體健康影響的研究進行了分析。損傷的研究方法也不局限于運動學、動力學和肌電，數值模擬仿真技術為損傷機制研究建立了多種模型，通過模型的計算，在一定程度上解決了傳統(tǒng)生物力學研究手段所不能涉及的角度，為研究運動損傷的發(fā)生機制提供了更多值得參考的理論依據。利用這些理論相關學者進一步可以了解損傷發(fā)生的機制，以此為基礎將有利于制定更科學的損傷康復計劃及提出更好的預防損傷建議。

從運動損傷及康復力學方面的研究文章可以發(fā)現，運動生物力學方法在研究損傷及康復方面的應用已經達到了一定高度，不僅可以從運動學特征描述損傷發(fā)生的原因，更能深入分析導致損傷的內部機制，同時還能對損傷康復的效果及預防措施提供有價值的理論和實踐參考。期待未來出現更多相關的研究，不僅對多種競技項目和日常生活的典型損傷機制進行深入研究，還可以提出具有指導意義的康復手段。

2.5 運動鞋科技

運動生物力學在運動鞋領域的研究一直是近年來的熱點，本次大會關于鞋的運動生物力學研究文章數量并不多，但研究內容卻包含了很多方面，主要關于鞋底的減震功能、防滑功能以及穿著時的足底壓力情況研究，具體涉及鞋底軟硬度、鞋底形狀結構設計、鞋底材料、穿著時間、運動情況等多種影響因素的研究。

吉林大學的張銳以鴕鳥足墊為生物原型，將鴕鳥足墊特性應用于運動鞋中底前掌和后跟的結構和材料仿生設計，對鞋底進行沖擊工況下的數值模擬，完成仿生中底緩震性能的評估，并研制出一種具有優(yōu)良緩震特性的運動鞋中底。北京體育大學的王愛文在羽毛球鞋的前掌中底加入不同楔形結構，并用運動生物力學方法對其性能進行了評估。雖然其研究中未發(fā)現前掌楔形結構設計會影響運動表現，但為羽毛球運動員跖趾關節(jié)屈肌群的專項力量訓練鞋設計提供了靈感。河北體育學院的侯玉對公路自行車騎行鎖鞋的力量傳輸性、卡鎖兼容性、貼合性、舒服度、透氣性和耐用性進行了分析和綜述。屏東科技大學的林秀卿則對鞋帶松緊程度對運動表現的影響進行了研究。此外，關于鞋底硬度與阻力、壓力分布情況及穿著時長導致阻力壓強變化的研究也為跑步者選擇合適的跑鞋提供了有價值的理論參考。河北省體育科學研究所的李媛則比較了不同運動鞋前翹角度對人體行走過程中足底壓力的影響，研究認為前翹角度為7.7°的運動鞋適合各年齡段的大部分消費者，適合慢跑和運動穿著，并能在運動中有效地保護足部，而對于專業(yè)運動員則認為需要量身定做。這些對鞋底止滑性及耐久性的研究與改進在很大程度上對量產的推進和改善滑跌事故的發(fā)生以及提高鞋材料行業(yè)鞋底質量、新科技的研究、改善鞋底生產工藝均有重要的指導意義。梁華偉對中外運動鞋專利技術研發(fā)特征的對比分析則發(fā)現，國內企業(yè)在技術研發(fā)上缺乏核心技術，專利保護申請局限于國內，呼吁國內應當加大專利技術研發(fā)投入。

由此可以看出，運動生物力學在與鞋相關的研究中仍然起到了非常重要的作用，運動生物力學的研究方法和理論，對運動鞋的研發(fā)設計、功能評估等方面的研究進步起著推動作用[8]。

2.6 運動裝備、訓練器械、測試儀器等方面的應用與研制

現代競技體育運動成績的提高對先進儀器設備的依賴性越來越大，而運動生物力學在訓練儀器及比賽裝備的研發(fā)和性能提升中也發(fā)揮著至關重要的作用。傳統(tǒng)的運動生物力學的研究方法一直沿用至今，為了對運動動作進行精細的分析，對其精度及準確度的要求也越來越高。在不同運動項目研究中運用準確的標定方法，獲取準確的運動學參數對人體運動的研究發(fā)展有重要意義。北京體育大學的學者對此進行了一系列相關研究，史宇康對拍攝過程標定方法進行研究，對傳統(tǒng)的棋盤格標定法和傳統(tǒng)1 m板標定法的精度進行了研究。研究認為，在拍攝距離為3 m處，棋盤格相比于1 m傳統(tǒng)標定板作為標定物進行測量的精度更高，絕對誤差更小。在5～7 m處則傳統(tǒng)的標定板精度更高。為進行二維平面拍攝時根據拍攝距離的遠近恰當地選擇相應的比例尺，提供了科學的參考。而孫凱揚則對不同距離下棋盤格法標定三維空間的誤差進行了分析，發(fā)現利用平面棋盤格標定板標定測量的結果精度范圍在2.5 cm內，并且在7 m的拍攝距離下誤差最小。在7 m拍攝范圍內，測量結果的誤差隨著拍攝距離的增大而減少。楊辰提出了一種簡單易行的平面拍攝鏡頭畸變誤差校正方法，依據圖像中像素坐標與比例系數的關系建立回歸方程，通過預測不同像素坐標下的比例系數，進行了鏡頭畸變的校正，以此來提高體育運動中影像解析結果的準確性，減少鏡頭畸變造成的測量誤差。孟姝馨則對6個自由度模型和海倫海耶斯模型分別分析膝關節(jié)運動參數進行了對比并計算了兩種模型的可重復性，發(fā)現兩者具有高度的可重復性和較好的相似性，使得不同研究之間可以進行對比。

肌力測試及表面肌電圖技術在運動訓練及體育科研中都有著重要作用，西安體育學院的郭東雪對用表面肌電信號（sEMG）來直接評價肌肉發(fā)力情況的標準化進行了研究，研究發(fā)現不同收縮形式、收縮速度下，肌肉在最大用力的情況下肌力矩值與sEMG的變化趨勢呈高度相關，若進行不同人同一肌肉或同一人不同肌肉之間的sEMG的比較以最大隨意等長收縮作為標準最為合理。

流體力學在體育中一個重要的應用方面是為運動員運動技術的改進和完善提供科學的依據[9]。對器材流體性能的研究可以使運動員能夠熟悉并掌握器材的性能，更加高效地完成技術動作，從而獲取更加優(yōu)異的成績。武漢體育學院的雷曉珊對不同斷流模型下470出臺舵水動力性能進行了研究。而藺世杰對470級帆船船體對舵水動力性能影響進行了研究，這些研究結果為運動員、教練及科研人員了解運動器材的性能并更合理地利用它們提供了理論基礎。

3 結語

通過本次學術交流，學者們對當前運動生物力學界國內外關注的熱點問題與研究動向又有了新的認識和理解。對于未來運動生物力學的研究，以老年人和兒童為研究對象的研究將越來越多，研究成果的服務對象也將越來越廣。與競技體育相關的研究則向更高的深度推進，更多的高科技的研究手段也將被發(fā)現并采用。在運動損傷及康復領域的相關研究則為運動損傷康復的評價及治療提供了有價值的參考。運動生物力學在運動鞋的研制與開發(fā)中已經發(fā)揮著重要的作用，期待會有更多與鞋相關的運動生物力學研究成果出現。