基于AnyBodyTM技术的人体运动建模方法

人体运动的建模与仿真是当今运动生物力学研究的一个热点.利用数值模型研究人体的运动规律,是人体运动研究的一个重要手段和有效工具.其关键技术在于应用逆向运动学方法求解人体运动,并获取人体运动中各个肌肉力学上技术参数.文中主要探讨基于AnyBodyTM System软件人体运动仿真的建模方法来研究人体运动力学规律,结合The AnyBodyTM system对人体运动具体应用,说明The AnyBodyTM system技术在人体运动仿真领域的优势.     

人体运动轴模型的制作

在人体解剖学中,为了说明人体各部结构的位置关系和各环节的运动,人们假定设置了三个基本面(矢状面、冠状面、水平面)和三个基本轴(矢状轴、冠状轴、垂直轴). 运动轴的概念在体育运动实践中被广泛地应用着.比如,武术中的旋子;花样滑冰中的旋转;体操、跳水中的前、后翻腾,转体;以及体育技术动作中各关节的运动,都是人体或关节围绕单轴、双轴和三轴做转动动作的.人们之所     

人──板系统最佳蹬伸动作的控制模型及数值分析

本文基于Hanavan模型和人体测量学参数,以人体各环节间的相对运动作为控制量,建立了人-板系统中起跳蹬伸动作的数学模型,给出了模型的数值计算方法,在此基础上给出了实现最佳蹬伸用力过程的计算实验途径与运动技术诊断方法。     

蒙特卡罗方法和三维数字人体模型在放疗计划质量保证中的应用

放射治疗的质量保证是保证放射治疗成功的有力方法。对于放疗计划的验证和评估有CT模拟机、仿体等方法,这些方法各有优缺点。文章提出了一种用人体图像数据构造仿真模型的方法,并用蒙特卡罗软件和美国“可视人项目”的数据集计算该模型在接受放射治疗时体内剂量的三维分布。由于采用人体的真实图像数据,以及蒙特卡罗方法计算粒子输运时的准确性,该方法能够得到真实的三维剂量分布。     

三维人体虚拟内窥的发展与理论研究

虚拟内窥镜是用计算机处理CT或MRI获取三维医学数据,以获得类似用标准内窥镜观察病人内部器官过程观察效果的一种诊断的新方法.对它的起源、优点、原理作了一个较全面的综述.介绍了虚拟内窥镜的技术组成,分析了研究开发虚拟内窥镜技术的难点.对三维人体虚拟内窥系统进行了深入的理论分析和研究,建立了虚拟摄像机几何模型和定位方法.根据人体的三维影像数据,以不同分辨率对虚拟人体进行不同角度的观察.然后实现虚拟内窥结果的可视化,研制出基于微机的虚拟内窥系统和对三维人体影像数据虚拟内窥的结果.对虚拟内窥镜的发展、应用和前景做了展望,虚拟内窥是实现医学虚拟诊断、虚拟治疗和虚拟教学的很有前途的手段之一.     

细胞打印技术及应用

细胞打印技术是一种在体外构造具有生物活性的三维多细胞体系的先进技术。近年来,有关细胞打印技术的研究引起广泛的关注,其原因在于该领域具有明显的学科交叉与渗透融合的特点,它处于生命科学与快速成型技术、生物制造技术、生物科学和材料科学的交汇点。更加值得关注的是它为组织工程学突破二维研究的局限性,在三维尺度上精确控制与人体组织或器官相似的三维构造体方面的研究提供了一种新的思路。基于这一技术不仅在三维组织工程,还对细胞生物学、高通量药物筛选及细胞传感器等方面的前沿问题均有广阔的研究应用前景,介绍了近年来开发用于细胞打印的技术及其潜在的应用。     

“中国力学虚拟人”研究及应用

该课题利用"中国可视化人"项目研究成果和志愿者的相关数据,建立了人体全身和部分细分部位的骨肌系统生物力学仿真模型。模型可以按真实对象进行改造,并可植入人工关节等植入物。在所建实验平台中,通过运动捕捉系统测得的或人为设计的运动数据,模型可以仿真人体各种行为运动,进行动力学分析,计算关节力、关节力矩和肌肉力。成果集成在所开发的软件CMVHuman1.0中,完成软件注册登记,并建立了产业化服务体系。成果已在临床医学和植入物设计中获得广泛应用,并扩大到体育科学、人体工程学、航空、航天和虚拟士兵等领域。     

一个人体运动的数学模型

本文采用L-E法和铰分解法研究了人体运动的数学模型问题,给出了一种人体运动的规范建模方法。该方法适用于多种拓扑结构形式的人体运动（如空翻、步行、滑行等）,所得方程具有适合于计算机程式求解的特点。     

使用电子断层技术对IgG1抗体逐个分子的三维重构与结构分析

抗体(antibody)又称免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig),是人体免疫反应的重要参与者.了解抗体的结构和结构动态特征,是理解人体免疫作用机理、修复或提高免疫能力、定向设计抗体以治疗各种疾病的基础.本文以人体IgG1抗体为对象,综述了使用透射电子显微学方法研究IgG1抗体结构方向的最新进展.详细介绍了使用逐个分子的电子断层三维重构技术(individual-particle electron tomography,IPET)对抗体进行结构研究的方法,包括样品制备、图像处理和数据分析等.并描述了利用该技术,在研究抗体结合肽分子后的结构形变和通过收集不同构象来研究抗体动态结构特征方面所取得的阶段性成果.最后,对尚待解决的关键问题与该技术未来的发展方向进行了讨论与展望.     

浅析羽毛球上手反手高远球技术教学

羽毛球运动手法技术细腻繁多,以持拍手肩关节为纵轴线划分可以划分为正手技术和反手技术,以持拍手肩关节为横轴线可以划分为上手技术和下手技术。由于关节构造以及人体结构特征等的限制,上手反手高远球技术成为羽毛球技术提升的瓶颈。本文从关节构造、身体特征、发力原理、动作路线等方面对羽毛球上手反手高远球易犯错误进行研究分析,找出提高羽毛球上手反手高远球技术的训练方法,为日常教学训练提供参考。     

人体无支撑运动的数学模型

基于Hanavan[1]人体模型,本文建立了人体空中运动的一般数学模型,并利用微分方程数值解法对某些实际运动进行了模拟．结果表明该模型能用于反映人体空中无支撑运动的运动过程,并可应用于宇航、体操、技巧、跳水、舞蹈等等运动的研究．     

服装设计中人体动作适应性实验方法的研究─官能评价、脑波、唾液浓度的测定─

对于服装设计过程中,测量人体动作适应性的尺寸并掌握其变化规律是非常重要的。目前传统的实验方法都是基于静态下的人体动作而服装设计的,并不适合于动态下的人体动作适应性。为了更好的探索和设计出一种动作适应性的实验方法,而进行了基于人体动作适应性的相关研究。因此这种实验方法在服装设计中把握人体动作适应性方面,具有较好的实用性,对于服装设计能够提供有效的支持。     

头部组织三维核磁共振电阻抗成像算法的仿真研究

文章给出了一种基于核磁共振技术的三维阻抗成像（电导率分布）重构算法,并将该方法应用于人体头部组织电导率分布重构上。该代数重构方法是利用高分辨率的核磁共振成像系统对成像物体进行三维构建和不同组织的边界区分,根据核磁共振系统中测量得到的磁感应强度Bx和By分量并结合有限元数值计算得到的电流密度分布J组成非线性矩阵,通过迭代求解此非线性矩阵,来解决三维电导率分布的重构问题。在三层球头模型（包括头皮、颅骨和大脑）上分别进行的仿真实验结果表明,该算法具有较强的抗噪声能力和较好的收敛性,重构的头部电导率分布图像具有较高的精确性。     

肠道菌群:运动健康促进的新靶点

肠道菌群与人体通过广泛信息交流形成互惠共生关系。肠道菌群结构稳定性、菌种多样性和微生态平衡性使其成为人体更易接触和调控的"生理中心",深刻影响人体健康。适宜运动可通过优化肠道菌群,促进宿主肠道微生态健康。以肠道菌群为靶点的运动健康促进研究,为运动与人体健康和疾病研究呈现出新领域。基于宏基因组学、宏转录组学等微生态研究技术,揭示与人体疾病相关的肠道菌群失调,鉴定出疾病相关的特定菌群种类及功能,使得以肠道菌群为靶点的运动精准干预人体健康成为可能。     

肝脏类器官芯片在生物医学中的研究进展

肝脏类器官芯片是一种基于三维培养并搭配微流控系统的特殊芯片。肝脏类器官可依托芯片技术，在体外构建出具有三维结构的人体肝脏生理微系统。该文概述了肝脏类器官芯片在生物医学领域的最新研究成果，归纳总结包括三维肝细胞芯片、肝血窦芯片和肝小叶芯片在内的不同类型的肝脏类器官芯片特点，分析肝脏类器官芯片领域发展面临的诸多机遇和挑战，展望了肝脏类器官芯片未来的发展方向。肝脏类器官芯片技术将为人类疾病和健康领域开创新的研究途径。     

仿真手术刀在虚拟外科手术系统中的应用与研究

目的 设计了一种基于手术刀的虚拟外科手术系统,培训外科实习医生熟悉并体验外科手术的过程.方法 符合外科医生实际操作习惯设计仿真外科手术系统专用的手术刀,完成各种结构设计、三维定位跟踪、力反馈选型,设计配套软件系统,使其提供逼真的三维虚拟场景.结果 在所建立的虚拟手术台上所做的虚拟切割实验表明,该虚拟外科手术系统使操作者体验到真实做手术的感觉,完全可用于外科医生的培训当中,使得受训者获得逼真的手术教学效果.结论 利用这种仿真手术刀进行虚拟外科手术系统的解决方案,并构建了一个虚拟手术台,为训练外科实习医生熟练使用手术刀提供了一个方便快捷的途径.     

儿童保健干预对婴幼儿早期生长、智力及运动发育的影响

为探究儿童保健干预对婴幼儿早期生长、智力和运动发育的影响,改善婴幼儿身心健康,本研究将收治出生的100例婴幼儿,随机平分为对照组和观察组。对照组采用常规儿童保健,观察组进行正规儿童保健干预形式,并对两组婴幼儿的生长、智力和运动发育情况进行比较统计分析。相对于对照组,儿童保健干预可明显增加婴幼儿的身高、体重、智力发育指数(intelligence development index, MDI)和心理运动发育指数(psychomotor development index, PDI)、大动作和精细动作能力,且儿童保健能明显降低婴幼儿的疾病患病率。本研究结果说明正确的保健干预可促进婴幼儿的早期生长、智力和运动发育,值得儿童临床推广和运用。     

体外冲击波碎石焦点区域声压分布的时域有限差分法仿真研究

目的:研究体外冲击波碎石(Extracorporeal shock wave lithotropisy,ESWL)治疗中不同厚度人体组织对ESWL焦点区域大小、位置和声压分布的影响,为ESWL治疗计划的制定提供理论依据.方法:以Reichenberger的ESWL水中实验为参照例,分别建立三维单一人体组织和多层复合人体组织仿真模型,用时域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)数值仿真法,数值仿真ESWL治疗中形成的焦点区域.结果:高强度聚焦超声波在人体脂肪、肌肉层中形成的实际焦点区域大小、位置和焦点区域声压分布随着人体脂肪、肌肉层厚度的变化而变化.结论:ESWL治疗过程中由于人体组织厚度的不同,高强度聚焦超声非线性传播而形成的焦距和最大声压不同,对于不同体态的患者在ESWL治疗时,应该采用不同的焦距设定方法.     

电子显微三维重构技术发展与前沿

本文对电子显微三维重构技术(也称电镜三维重构,electron microscopy 3D reconstruction)进行简要介绍,并在此基础上对该技术当前研究的发展和前沿进行综述,包括高分辨率电镜三维重构、仪器设备性能突破、自动化数据收集和处理、高性能计算技术应用、二/三维图像处理技术的发展和创新、基于三维重构图的模型计算等方面,最后对电子显微三维重构技术的未来进行了展望。     

小鼠海马锥体细胞树突棘形态的电镜三维重建

大多数神经元的复杂三维结构是很难直接观察的。激光扫描共聚焦显微镜技术结合染料标记技术可以重建神经元的三维形态,但精细结构的识别需要电子显微镜。利用透射电子显微镜技术,可以得到连续超薄组织切片的高分辨率图像,结合计算机支持的三维重建技术就可进一步获得神经细胞精细结构的三维信息。通过电镜三维重建技术对未成熟和成熟小鼠海马锥体细胞树突棘的形态进行了观察和分析,并对其关键步骤的操作技巧进行了重点说明。实验结果为进一步利用成像技术研究树突棘的结构、功能和可塑性提供了重要信息。