對下肢肌骨系統(tǒng)解剖學(xué)模型的研究

武秋林

河南衛(wèi)生干部學(xué)院，河南鄭州 450008

該文使用近景測量技術(shù)對人體的下肢肌肉進(jìn)行測量，然后根據(jù)測量的數(shù)據(jù)建立直線性變換公式，求解人體下肢肌肉的三維空間坐標(biāo)，最后連接坐標(biāo)生成解剖學(xué)模型，根據(jù)獲得的模型推算人體合理的下肢肌肉起止點。筆者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗，并查閱大量的相關(guān)資料認(rèn)為該問題可以從以下幾個方面出發(fā)。

1 實驗材料及方法

1.1 主要儀器及實驗對象

1.1.1 主要儀器 主要儀器包括經(jīng)緯儀、照相機、立體坐標(biāo)測量儀、人體測量儀、三維坐標(biāo)量測控制框架及固定夾具、計算機等。

1.1.2 實驗對象 尸體五具，三男兩女，年齡范圍在27～48歲之間，身高在163～180 cm之間，實驗對象四肢健全，無明顯病理性疾病。

1.2 標(biāo)本制備與肌肉附著點的標(biāo)定

1.2.1 下肢肌肉攝影測量標(biāo)本的制作 將幾具實驗對象分別沿著第十二胸椎的下方平面橫切，該位置上部的身體放置不用，主要保留下肢各部，著重注意髖、膝蓋、腳踝三個點的肌肉，將這三部分的肌肉標(biāo)定作為坐標(biāo)起止點。將下肢平放，沿肌肉的紋理切除附著在骨骼表面的肌腱，完成后用木螺絲固定在起止點上，木螺絲作為標(biāo)記物需區(qū)別記好。保留下肢各個關(guān)節(jié)上的韌帶和關(guān)節(jié)囊，為后期的研究和模型建立做準(zhǔn)備。

1.2.2 肌肉起止點位置的確定 選取實驗對象下肢一側(cè)的38塊肌肉，鑒于每塊肌肉的紋理、形狀、大小差異均比較大，制定起止點時要做好記錄，避免因區(qū)別問題帶來的模型誤差，可以根據(jù)肌肉的不同形狀制定不同的標(biāo)記。按照人體下肢肌肉的大致形狀，我們將其分為四類：①體積較大的肌肉，這類肌肉的長寬面積比較大，起止點的確認(rèn)相對容易一些，因為不會影響模型肌拉力線的位置，所以可以把體積較大肌肉的起止點設(shè)置在骨面的中心。②具有寬大起止點的肌肉，這類肌肉是相對第一種體積較大的肌肉而言的，我們對起止點標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)在于會不會明顯影響肌肉的拉力線，具有寬大起止點的肌肉如果能影響拉力線則需要使用2～3個點進(jìn)行穩(wěn)定標(biāo)記，在不同的點上說明該處肌肉的不同功能和顯微組織。③窄小肌肉群組，這類肌肉的起止點容易被局限，受外界約束較大，所以對它的標(biāo)記主要集中在肌肉的幾何中心。④肌肉的運行范圍呈曲線，這類肌肉的標(biāo)定選擇代起止點的方式，即肌肉被切除之前，先在肌肉的曲線轉(zhuǎn)彎處進(jìn)行位置標(biāo)記，以便于后期確認(rèn)。

1.3 控制框架和標(biāo)本固定夾具

根據(jù)以往建立模型的經(jīng)驗，將這次實驗?zāi)Ｐ投ㄎ徽睦庵鶢?，按照柱狀?jié)點均勻?qū)ΨQ的布置16個點，標(biāo)本固定夾具與控制框架連為一體，組建控制框架的過程中注意調(diào)節(jié)各個節(jié)點，提高標(biāo)本的穩(wěn)定性，讓所建立的標(biāo)本處于攝影測量能清晰拍攝的位置。

1.4 攝影過程以及三維坐標(biāo)原始數(shù)據(jù)

1.4.1 控制點三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的獲得 為了讓獲取的坐標(biāo)更精準(zhǔn)，我們使用經(jīng)緯儀進(jìn)行觀測，利用先前標(biāo)好的位置將16個控制點連接起來，使用前方交會法和高程法進(jìn)行數(shù)據(jù)測算，這樣推算出來的數(shù)據(jù)誤差基本小于零點一毫米。

1.4.2 標(biāo)本定位法 ①將左右兩腿骼前上棘進(jìn)行平面調(diào)節(jié)，讓骼前上棘與模型平面垂直，同時左右骼前上棘和恥骨聯(lián)合上緣中點，讓這幾個節(jié)點同時處于一個狀面內(nèi)。②讓實驗對象的膝關(guān)節(jié)自然伸展開。③跟節(jié)點到跖骨的連線與雙腳平面投影相互平行，同時將之前設(shè)定的坐標(biāo)與雙腿前上棘的調(diào)節(jié)板連接起來。④恥骨角后緣在腳平面上的投影點是兩組長軸中的中點。⑤兩足的足底需調(diào)整至同一水平線上。

1.4.3 肌肉起止點三維坐標(biāo)原始數(shù)據(jù)的獲取 當(dāng)上述操作完成后，根據(jù)經(jīng)緯儀和拍攝好的相片將模型對象交角定位60°，如果有同規(guī)格、同名的肌肉則需拍攝兩張底片，每個底片中有6個同名控制點作為坐標(biāo)。然后使用立體坐標(biāo)量測儀對之前出現(xiàn)過的肌肉和控制點進(jìn)行讀片測量，獲得二維坐標(biāo)參數(shù)。把已知條件輸入計算機中，使用DLP程序解析該模型的剩余參數(shù)，然后利用方程求解下肢肌肉起止點的三維坐標(biāo)。

1.5 坐標(biāo)系的建立

綜上所述，根據(jù)下肢肌肉的數(shù)量計算出99個起止點，將實驗對象的左右兩側(cè)分別定義為左坐標(biāo)系和右坐標(biāo)系，然后分別建立了骨盆坐標(biāo)系、股骨坐標(biāo)系、脛骨坐標(biāo)系、足坐標(biāo)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 結(jié)果

該次實驗依據(jù)人體下肢的肌肉結(jié)構(gòu)建立了活動的起止點，首先在人體的環(huán)節(jié)骨上選擇了起止點作為坐標(biāo)參數(shù)，該參數(shù)屬于自變量，當(dāng)肌肉運動造成坐標(biāo)系變動時參數(shù)會受因變量的印象概念股，所以需要借助方程式完成計算，該次實驗共使用了297個回歸方程。

2.2 分析

解剖學(xué)數(shù)模型的建立涉及多方面知識內(nèi)容，過程復(fù)雜且容易出錯，該次的模型建立也存在很多問題，對存在問題的反省和分析是為下一次實驗的奠基。

2.2.1 肌肉起止點 肌肉起止點的選擇不是單一的，首先要避免選擇中出現(xiàn)誤差，比如骨骼肌代起點與肌止點的拉力線，如果該處的起止選擇不當(dāng)擇優(yōu)可能造成所推算的力臂大于實際拉力線的距離。對于髖關(guān)節(jié)產(chǎn)生的力臂實際上比脛骨產(chǎn)生的力臂更為精準(zhǔn)。再比如，一條從脛骨前肌起點到前肌止點的直線，如果按照方程的推算，它的力臂是等量的，但是由于脛骨對踝關(guān)節(jié)有較大影響，所以比實際力臂比推算的力臂要大得多。這種情況下我們想標(biāo)記其中一個起止點需要分析更多現(xiàn)實因素，不能僅靠方程推演的結(jié)果設(shè)定坐標(biāo)系數(shù)。

2.2.2 標(biāo)本定位與人體測量參數(shù)的選擇 在模型建立的過程中由于下肢的肢體位置變化對力臂的推算有諸多影響，所以模型的建立是按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，唯一不同之處在于兩組長軸間的距離由標(biāo)準(zhǔn)的10 cm改為20 cm，這樣便于測算下肢側(cè)肌肉的起止點，通過計算發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩組長軸的距離增大，則兩腳的開合距離越小。肌肉起止點與各個環(huán)節(jié)骨密不可分，當(dāng)空間位置發(fā)生變化，相應(yīng)的節(jié)骨形態(tài)也隨之變化。因此人體測量學(xué)參數(shù)的選擇不是唯一的，為了達(dá)到各參數(shù)的均勻，讓最后坐標(biāo)系的聯(lián)系能生成相應(yīng)的環(huán)節(jié)骨形狀，在推算某個坐標(biāo)時要先設(shè)定好因變量，在回歸方程中把自變量和因變量相互區(qū)別，讓最終成型的模型能從不同角度反映活體肌肉的空間位置。

3 結(jié)語

綜上，簡單敘述了下肢肌骨系統(tǒng)解剖學(xué)模型的建立，通過設(shè)置起止點確定坐標(biāo)，分析回歸方程最終形成坐標(biāo)系，發(fā)現(xiàn)近景攝影測量技術(shù)能被廣泛用于人體形態(tài)參數(shù)的測量，如果控制得當(dāng)能獲取更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)和圖片信息。該實驗所測算的回歸方程僅為本文實驗服務(wù)，同時發(fā)現(xiàn)回歸方程的計算為活體肌肉起止點坐標(biāo)的推算奠定科學(xué)的數(shù)據(jù)資料，所尋找的肌肉代起止點對推算下肢肌肉力臂具有現(xiàn)實意義，因此未來對下肢肌骨系統(tǒng)的模型的研究也必須要推廣肌肉代起止點的應(yīng)用發(fā)展。

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