骨骼肌力产生机理、仿生及应用

图书标准信息

• 作者 殷跃红
• 出版社 国防工业出版社
• 出版时间 2017-11
• 版次 1
• ISBN 9787118113990
• 定价 108.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 332页
• 字数 430千字

【内容简介】

在生物力学领域，骨骼肌收缩力的产生机理是拥有吸引力和挑战的研究课题之一。通过分析骨骼肌收缩力学，建立合理的骨骼肌力学模型，在肢体运动康复医学和人工肌肉等仿生领域中具有重要应用价值。从本质上来讲，骨骼肌的收缩行为源于肌球蛋白分子马达，它是一种纳米尺度的分子机器，分子马达通过水解三磷酸腺苷（atp）产生作用力推动细肌丝与粗肌丝相对运动，大量的分子马达集体做功使肌肉产生收缩。目前肌肉收缩的微观机理研究主要集中在分子马达循环过程的定描述上，很难对分子马达微观动态力学行为进行准确解析。另外，现有骨骼肌生物力学模型主要由hill的宏观能量模型与huxley的微观横桥模型发展而来。hill模型描述简单，并已广泛应用于生物医学工程领域，但属于准静态范畴，不够准确；huxley模型基于分子马达能态跃迁，能够给出肌小节的动态收缩力。然而，实际上肌肉是由大量肌小节串并联构成，其动力学特与单个肌小节存在显著差别。可见，现有生物力学模型在微观描述与宏观描述之间尚存在一个断层；更重要的是，这些模型大多集中于解释功能，由于其高度的复杂与大量非线参数，难以用于人体运动过程的在线准确预测，造成虽然各类模型一直经历着补充与修正，其理论完善与应用价值至今未出现本质上的突破。另一方面，骨骼肌收缩的调控机制与募集策略尚未揭示清楚。单根肌纤维的收缩是典型的非线闭环变频调控过程，影响因素包括频率实时变化的动作电位，以及肌梭与高尔夫腱器官等感受器的反馈电位。当前，学界对于肌肉的兴奋一收缩偶联（excitationeontractioncoupling，ecc）已有了大量研究，骨骼肌生物力学模型亦是针对前向的ecc过程，但大多未虑动态变化的激活量，也并未给出感受器的反馈对运动神经元放电行为的影响规律，即反馈环节的模型尚未建立。以往的研究大多集中于开环定描述，缺少有效的定量模型，相关研究一直进展缓慢，远未达成共识。在骨骼肌生物力学理论的工程应用中，肢体运动康复医学与人工肌肉仿生设计这两大领域亦取得了长足进步，并且拥有广阔的应用前景。熊林教授在老龄化趋势下中国城镇老年医疗保障的模式中指出，我国自1999年便开始逐步迈入老龄化阶段，而且老龄化的速度已经高居优选首位。随着老龄人的不断增加，慢疾病患者的数量也急剧增加。而与之相对的是，随着社会的不断进步和发展，人们对自身健康水和生活质量的要求越来越高。但是，医疗资源的增加远远无跟上对其需求的快速增长，因此很多患者无及时得到有效治疗，往往造成身体损伤等惨剧。熊教授在文中还指出，我国65岁及以上人群的慢病患病率高达64.5%，年住院率为15.3%，而其中应住院却由于资源有限而未住院的比例高达28%。更为严重的是，对于一些疾病，如果不能得到及时有效的治疗将会导致终身残疾甚至。其中，更为人们所熟知的疾病便是中风。目前对于中风及脊髓损伤患者的治疗，早期仅集中于药物治疗，同时对后期的功能训练也不够重视，从而延误了康复的号时机，致使部分患者丧失劳动能力和生活能力。究其原因，临床治疗过程中，以下两个问题尤其突出：①针对患者个体化需求的康复策略还有待完善。目前已有多种针对中风及脊髓损伤患者的运动治疗方，但是这些方单独治疗往往侧重于某一方面，效果不佳，需要针对不同患者的病情，制订合理的复合康复策略，提高康复疗效。②多功能康复机器人还有待进一步开发。通过康复机器人技术能够有效节省康复治疗过程中的人力投入，增强康复过程中的安全。但现有的下肢康复机器人功能单一，患者使用不方便，康复效果不佳，大多医院和康复中心的设备为进，价格昂贵，难以推广应用。

【目录】

第1章骨骼肌收缩的力产生机理

第2章骨骼肌收缩的生物力学建模

第3章基于SEMG信号的骨骼肌激活状态与收缩力估计

第4章基于骨骼肌生物力学模型的人机力交互接口及外骨骼机器人技术

第5章基于力控制的外骨骼机器人临床康复技术

第6章基于骨骼肌生物力学模型的仿生骨骼肌设计

参考文献