5.2.1 研究方法

在两项独立的着陆动作研究中，功效分析都表明，要想达到80%以上的统计功效，在α＝0.05的情况下，至少需要每组8名受试者。由于本文研究的参数涉及关节力和肌肉力，在此前的研究中较少涉及，故选取了10名受试者参加实验，其中6名女性，4名男性，年龄23.8±3.9岁，身高（165±5）cm，体重（57.8±8.5）kg。所有受试者均为右利腿。所有受试者身体健康，从未经历过外科手术，至少测试前6个月内下肢未受外伤和神经功能障碍。所有受试者身体素质较好，经常参加体育活动，每周至少3次，每次至少30分钟的体育锻炼。实验设计参考了此前的同类研究，确认不会对受试者造成伤害，所有受试者签署知情同意书。

受试者从高度为三种高度（32cm，52cm，72cm）的平台跳落，以半蹲式屈膝着陆于Bertec测力台（FP406008100，美国Beterc公司）。实验过程中状态次序保证随机性，以避免实验次序对结果造成的影响。三个方向的地面反力的数据在每一次模拟半蹲式跳伞着陆实验中以采样频率1000Hz采集。实验使用Optotrak Certus三维运动捕捉系统（加拿大北方数据公司，NDI）两台位移传感器以50Hz频率来对下肢粘贴的标志点进行跟踪捕捉。人体躯干、双侧下肢大腿、小腿和足节段模型都采用Visual3D默认模型，由固定4个标志点的刚体板和数字探针共同确定。刚体通过绷带固定在身体各节段的外侧，在运动时避免身体遮蔽，以方便系统的数据采集。

根据每名受试者的身体测量数据，在肌骨系统逆向动力学分析软件Any Body Modeling System中进行分析。本研究使用的肌骨系统模型是基于丹麦大学人体肌骨模型库建立的。该模型着重下肢建模（图5-2），包含骨盆位置以下，单侧共有55块肌肉分成159束建模。下肢单侧共7个关节自由度：髋关节三个方向的旋转；膝关节一个方向的旋转（屈/伸）；踝关节一个方向的旋转（跖屈/背屈）；距下关节一个方向的旋转（外翻/内翻）；股骨和髌骨之间一个方向的旋转。根据个体的不同，将实验前测量的受试者身体各节段长度参数输入模型，调整各个节段的长度、质量和脂肪比例。

图5-2 Any Body下肢肌骨系统模型

该模型库已经对肌肉力臂、关节强度等参数的研究进行了验证，并通过步态动作，从关节反应力、最大肌肉活动性和单个肌肉的活动性方面，进行了分析验证。模型运算主文件包含两个模型。第一个模型为运动和动力学模型，不包括肌肉，用来获得人体参数和运动学驱动数据。首先是模型参数的优化，确认包括人体各节段的长度以及标记点的位置，同时优化过程还能得到运动学数据。其次是运动优化，使用以上优化的人体参数数据，进行多步骤的运动数据优化，最终得到随时间变化的下肢关节角度值。第二个模型即逆向动力学分析模型。首先，模型会加载优化后的人体参数以及关节运动轨迹，为逆向动力学的分析提供输入数据。其次，模型会根据加载数据优化肌肉连接的起止点位置以及肌肉强度等参数，最后进行逆向动力学的分析，计算得到关节、肌肉受力等结果。

将软件计算得到的相同肌群的多个肌肉束结果合并分析，可得到各块肌肉或肌群的受力。根据分析得到的各个肌肉受力情况，将模拟中受力都特别小的肌肉排除。对结果进行单因素方差分析，评价跳落高度对下肢运动生物力学的影响。统计分析置信区间为95%，统计分析通过数据分析系统Vassar Stats进行。