[摘 要] 目的:确定中国女性青年人体体段质心位置,为直接测算中国人体惯性参数提供基础数据。方法:采用CT-图像分析法,对50例中国女性样本人群(18~23岁)进行全身CT横断层扫描、影像分析和测算。结果:中国女性青年人体各体段相对质心数值较大,质心位置较低。CT-图像分析法的样本相对误差均方根值在1.34%以内。结论:中国青年女性人体四肢不够发达,四肢各体段中骨骼所占的比例较大,表现出四肢各体段密度较高的结构特点。CT-图像分析法的测算精度高,数据可信。
人体各体段的质心位置是人体最基本的惯性参数,与人体各体段的组织组成比例密切相关,是进行人体运动生物力学研究及人体形态学定量分析的基本依据。本文作者综合分析了国外各种有关研究方法[1],采用CT-图像分析仪测算法,在尸体样本研究[2]的基础上,对50例中国女性青年人体样本进行全身横断层扫描、影像分析和计算机编程测算,率先获得了中国女性青年人体各体段质心位置的准确数据,为建立中国女性青年人体惯性参数模型奠定基础。
1 材料与方法
1.1 选样与体段划分 根据文献中的选样指标[3],选取50名(18~23岁)女性大学生作为样本,检测其身高、体重等体态参数。参照Zatsiorsky等人采用的人体体段划分法[4],将样本中每一个体划分为16个体段。
1.2 CT扫描及图像测算 采用医用CT机,对样本各体段长度进行测量,然后进行全身等距离、等厚度的横断层扫描,用正胶片拍摄各断层影像并依次输入图像分析仪中,根据影像中各组织结构的灰度及密度值[5],采用有限元法计算出影像断面、断层块及各体段的惯量,最终合成各体段的质心位置数据[6]。
2 结果与讨论
2.1 中国女性青年人体体段质心位置 50例女性青年人体各体段质心位置的均值及其相对值数据见表1。表中的质心数据是指各体段的质心位置距该体段近侧端的距离;相对质心数据是指体段质心位置距该体段近侧端的距离与该体段长度之百分比。这些参数表明中国女性青年人体各体段质心相对值较大、质心位置较低。
2.2 CT-图像分析法的测算精度 目前,国际上还没有关于人体各体段惯性参数的活体直接测算法。各种测算方法之结果精度的检验方式是:将测算获得的样本各体段惯性数据合成为整体参数并与用测量法获得的整体参数相比较。本研究用这两种方法对50例样本整体惯性数据进行比较的结果是:整体质心位置的最大绝对误差为3.15 cm,平均绝对误差为1.21 cm;整体质心的最大相对误差为3.63%,平均相对误差为1.11%;样本相对误差均方根值均在1.34%以内(国际上,各种测算方法之整体质心的最大相对误差均在5%左右;平均相对误差均在3%左右),表明CT-图像分析法测算精度高,数据可信。
2.3 中国女性青年人体质心的分布特征 本法测算的中国女性青年人体各体段质心数据与国外学者公布的数据资料[7]相比,存在着明显的差异(见表2)。其特点是中国女性青年人体各体段相对质心数值较大,质心位置较低,尤其四肢体段更为显著,该结果与中国男性青年人体体段质心位置的研究结果具有相同特点[8],表明中国青年人体四肢不够发达,其四肢各体段中骨骼所占的比例较大,因而密度较高的结构特点和体型、体态特征,同时也反映出人体质量、质心分布上的种族差异,因此建立计算中国人人体惯性参数的几何模型十分必要。
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