網(wǎng)球膝關(guān)節(jié)損傷特征及生物力學建模綜述研究

周靜秋，蔣宏偉，劉 君，蘇 陽，錢競光*

近年來，針對網(wǎng)球相關(guān)損傷的研究較多，有研究表明，網(wǎng)球運動下肢損傷率高于上肢（Pluim et al.，2006）。網(wǎng)球運動中扭轉(zhuǎn)和急停的動作對膝關(guān)節(jié)反復施加旋轉(zhuǎn)和剪切方向的載荷（Kibler et al.，2005），使膝關(guān)節(jié)和其周圍組織內(nèi)部應力增大（Colvin et al.，2016）。此外，膝關(guān)節(jié)復雜的解剖結(jié)構(gòu)也增加了其受損的風險（Majewski，et al.，2006）。研究表明，每5個網(wǎng)球損傷中就有1例發(fā)生在膝關(guān)節(jié)處（Renstr?m，1995），且以慢性損傷居多（Pluim et al.，2016），其中80%的慢性損傷沒有明確的發(fā)病機制（Hjelm et al.，2010）。

預防運動損傷的首要目標就是了解造成損傷的因素和機制（Van Mechelen et al.，1992）。由于目前對網(wǎng)球相關(guān)損傷的致病機理仍沒有準確地認識，因此，還沒有發(fā)現(xiàn)對此完全有效的預防方法（Pluim et al.，2006）。臨床上對網(wǎng)球膝關(guān)節(jié)損傷采用病理形態(tài)學的方法指導治療（Perkins et al.，2006），并沒有結(jié)合損傷機理，僅依照組織形態(tài)學中的病理特征進行治療，運動員在接受治療重返賽場后的損傷狀況尚不得知。針對損傷機理的研究，有學者認為，從流行病學研究中獲取的損傷特征信息對探尋損傷機制有一定幫助（Brooks et al.，2006；Nirschl，1988）。

從力學觀點出發(fā)，人體肌骨系統(tǒng)的損傷是由力的作用引起。網(wǎng)球相關(guān)的運動損傷有其發(fā)生的力學機制（Elliott，2006），引入生物力學模型研究網(wǎng)球膝關(guān)節(jié)損傷有助于探尋其致病機理（Aritan，2012）。

綜上所述，流行病學研究有助于了解損傷特征，生物力學模型有助于發(fā)現(xiàn)損傷的力學機制，為探尋損傷的致病機理以及防治與康復提供理論依據(jù)。本綜述將從網(wǎng)球膝關(guān)節(jié)損傷流行病學研究、生物力學建模研究兩方面進行研究分析。

1 網(wǎng)球膝關(guān)節(jié)損傷流行病學研究

1.1 膝關(guān)節(jié)損傷的患病率與發(fā)病率

相關(guān)文獻報道了膝關(guān)節(jié)損傷的患病率，Pluim等（2016）對73名青少年網(wǎng)球運動員進行了為期32周的跟蹤研究，結(jié)果顯示，膝關(guān)節(jié)損傷的患病率為0.90/1 000 h（表1），損傷數(shù)占比16.81%。Hjelm等（2010）對55名青少年運動員進行了為期2年的跟蹤研究，結(jié)果顯示，膝關(guān)節(jié)損傷的患病率為0.15/1 000 h，損傷數(shù)占比14.00%。此外，還有研究對膝關(guān)節(jié)損傷的發(fā)病率進行了報道，Sell等（2014）統(tǒng)計了16年的美國網(wǎng)球公開賽（以下簡稱“美網(wǎng)”）損傷數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示，膝關(guān)節(jié)損傷的發(fā)病率為6.55/1 000場比賽，損傷數(shù)占比13.62%。Winge等（1989）對89名運動員的損傷進行研究，發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)損傷的發(fā)病率為0.2/1 000 h，損傷數(shù)占比6.52%。在上述各項研究中，由于統(tǒng)計對象有所差別，因此所得數(shù)據(jù)不能進行直接對比，但各項研究結(jié)果均表明膝關(guān)節(jié)處損傷率較高。

表1 膝關(guān)節(jié)損傷的發(fā)病率與患病率Table 1 Incidence Rate and Prevalence Rate of Knee Joint Injury

1.2 膝關(guān)節(jié)損傷的人口特征

1.2.1 運動等級

相關(guān)領(lǐng)域少有研究者將運動員的運動等級與運動損傷相互關(guān)聯(lián)，Abrams等（2012）在英文類文獻中僅發(fā)現(xiàn)1項研究將網(wǎng)球相關(guān)損傷與運動等級相關(guān)聯(lián)。該項研究表明，在業(yè)余網(wǎng)球運動員中運動等級與運動損傷之間不存在顯著聯(lián)系（Jayanthi，2005）。流行病學研究中對不同運動等級運動員的損傷統(tǒng)計結(jié)果表明，職業(yè)運動員的下肢損傷以膝關(guān)節(jié)處最為普遍（Jayanthi，2005；Mccurdie et al.，2017），青少年精英運動員的慢性損傷多發(fā)生于膝關(guān)節(jié)處（Pluim et al.，2016）。

在其他運動項目中，運動等級與運動損傷之間的關(guān)系亦不明確（Tandogan et al.，2004；Tran et al.，2016）。不同運動等級的運動員在體能和技術(shù)方面存在差異，這可能會影響膝關(guān)節(jié)損傷的發(fā)生。在體能方面，職業(yè)網(wǎng)球運動員長期進行綜合體能訓練，包括肌肉阻力訓練、平衡能力訓練、本體感覺訓練等（Chandler，1995；Reid et al.，2008）。這些訓練有助于提升職業(yè)運動員神經(jīng)肌肉的控制能力（Aagaard et al.，2002；Holm et al.，2004；Zech et al.，2010），他們對身體的控制比青少年運動員和業(yè)余愛好者更為精確（Rampinini et al.，2009）。因而職業(yè)運動員在日常訓練中幾乎不會做出超越自己身體能力極限的動作，發(fā)生急性損傷的概率較低，而在重大賽事上為了贏得勝利才有可能會做出超越身體能力的動作。有研究顯示，在美網(wǎng)期間急性膝關(guān)節(jié)損傷的發(fā)生率高于慢性損傷（Sell et al.，2014）。在技術(shù)方面，職業(yè)運動員的技術(shù)動作與業(yè)余愛好者相比有較大差異（Dellal et al.，2011；Ibá?ez et al.，2009），這種差異會給人體組織帶來不同的力學效應，從而對損傷產(chǎn)生影響。借助生物力學設(shè)備三維紅外動作捕捉系統(tǒng)（Bailey et al.，2012）可以精確捕捉到技術(shù)動作的時空參數(shù)，用于分析研究不同技術(shù)動作對損傷的影響。

1.2.2 性別

有學者研究了性別因素與膝關(guān)節(jié)損傷之間的關(guān)系，如Sallis等（2001）對美國大學校隊進行了損傷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)性別與膝關(guān)節(jié)損傷之間不存在顯著關(guān)聯(lián)。Hjelm等（2010）對青少年運動員進行了為期2年的跟蹤研究，得出了相同的結(jié)論。此外，McCurdie等（2017）通過統(tǒng)計連續(xù)10年的溫布爾頓網(wǎng)球公開賽（以下簡稱“溫網(wǎng)”）損傷數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，女性運動員膝關(guān)節(jié)處的損傷率最高，為12%；男性運動員損傷率最高的部位是肩關(guān)節(jié)，損傷率為14%，而膝關(guān)節(jié)的損傷率略低于肩關(guān)節(jié)，為13%。其他研究同樣發(fā)現(xiàn)，膝關(guān)節(jié)處的損傷在不同性別中均較為普遍（Gescheit et al.，2017；Sell et al.，2014）。上述研究雖然表明，網(wǎng)球膝關(guān)節(jié)損傷與性別因素不存在顯著相關(guān)性，但男性與女性在生理結(jié)構(gòu)與體能方面的確存在差異，這些差異可能會給膝關(guān)節(jié)損傷帶來影響：1）體能差異。女性的基本體能素質(zhì)低于男性，研究發(fā)現(xiàn)，沒有達到某一體能水平的運動員受傷風險會增大（Hutch-inson et al.，1995）。網(wǎng)球運動對運動員的爆發(fā)力、耐力要求都很高（Chandler，1995），所以女性可能比男性更容易受傷；2）解剖結(jié)構(gòu)差異。與男性相比，女性生理組織較為松弛（Hutchinson et al.，1995），松弛的韌帶可能導致女性運動員髕骨半脫位和韌帶扭傷的概率增大（Powers，1979）。有研究證實，女性運動員確實比男性運動員有更多的髕股關(guān)節(jié)問題（Hutchinson et al.，1995）。此外，女性前交叉韌帶的尺寸比男性小，承受前向位移力的能力較差，增大了受損的風險（Zillmer et al.，1992）。

1.2.3 年齡

研究表明，膝關(guān)節(jié)損傷的發(fā)病率在不同年齡段中均較為普遍，Pluim等（2016）發(fā)現(xiàn)，11～14歲的青少年運動員膝關(guān)節(jié)損傷較多，Hjelm等（2010）對12～18歲的青少年進行了2年的跟蹤研究，得出了同樣的結(jié)論；Gescheit等（2017）、Sell等（2014）、McCurdie等（2017）分別統(tǒng)計了澳大利亞網(wǎng)球公開賽（以下簡稱“澳網(wǎng)”）、美網(wǎng)、溫網(wǎng)中成年運動員的損傷病例，結(jié)果均發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)損傷總數(shù)最高。

網(wǎng)球相關(guān)的膝關(guān)節(jié)損傷在各年齡段均較為普遍的原因可能與網(wǎng)球運動特征有關(guān)。網(wǎng)球運動需要運動員根據(jù)預判，高速奔跑到網(wǎng)球的落點位置，急停站穩(wěn)后再將球擊打給對方，從預判到揮拍結(jié)束大約持續(xù)1.5 s。這不僅讓網(wǎng)球運動員反復使用膝關(guān)節(jié)的屈伸功能，同時還伴有膝關(guān)節(jié)的扭轉(zhuǎn)，給起穩(wěn)固膝關(guān)節(jié)作用的肌腱和韌帶等組織造成特有的傷害（Colvin et al.，2016）。有研究表明，不同方向上的奔跑均會給膝關(guān)節(jié)及其周圍組織施加1.5～2.7倍個人體重的載荷（Kibler et al.，2000）。人體功能解剖研究的相關(guān)成果（Neumann，2014；Nordin et al.，2013），使研究者能夠更加準確地認識人體肌骨系統(tǒng)內(nèi)各種組織結(jié)構(gòu)的功能，有助于他們探尋網(wǎng)球運動對人體組織的影響，發(fā)現(xiàn)損傷機制。

1.3 膝關(guān)節(jié)損傷特征

1.3.1 損傷位置

不同研究對膝關(guān)節(jié)損傷位置的報道不一。有學者發(fā)現(xiàn)，髕股關(guān)節(jié)疼痛綜合征（Gecha et al.，1988）、髕腱炎（Gecha et al.，1988；Sell et al.，2014）、半月板損傷（Gecha et al.，1988；Majewski et al.，2006）、滑囊炎（Gecha et al.，1988；Sell et al.，2014）較為常見，膝關(guān)節(jié)周圍韌帶扭傷也較多（Hutchinson et al.，1995）。還有學者報道，奧斯古德-舒拉氏?。疵劰墙Y(jié)節(jié)骨骺炎）（Kujala et al.，1985）和髂脛束摩擦綜合征（Hjelm et al.，2010）在診斷結(jié)果中出現(xiàn)較多，其中奧斯古德-舒拉氏病多發(fā)生在青少年中（Colvin et al.，2016）。此外，有學者從膝關(guān)節(jié)形態(tài)結(jié)構(gòu)角度進行分析，認為網(wǎng)球運動員發(fā)生腓側(cè)副韌帶損傷的風險較高（Majewski et al.，2006）。

少有研究關(guān)注發(fā)生于膝關(guān)節(jié)處各種病癥的發(fā)生率。目前，筆者發(fā)現(xiàn)2篇文獻對損傷進行了詳細描述，Majewski等（2006）統(tǒng)計了129個病例，發(fā)現(xiàn)內(nèi)側(cè)半月板和前交叉韌帶處發(fā)生的損傷最多，其中發(fā)生內(nèi)側(cè)半月板損傷的人數(shù)超過了50%，發(fā)生前交叉韌帶損傷的人數(shù)超過了1/4；Hjelm等（2010）報道了14例膝關(guān)節(jié)損傷病癥：2例髕腱損傷、2例髂脛束摩擦綜合征、2例股四頭肌腱損傷、2例奧斯古德-舒拉氏病、1例髕股關(guān)節(jié)疼痛綜合征、2例因過度使用導致的非特異性膝關(guān)節(jié)疼痛、2例韌帶扭傷以及1例髕骨半脫位。

1.3.2 損傷形成的時間

學者對損傷形成的時間有不同的分類方法，有的將損傷分為急性（acute）損傷和過度使用（overuse）損傷（Pluim et al.，2016；Winge et al.，1989），有的將損傷的分為急性（acute）損傷、慢性（chronic）損傷、復發(fā)性（recurrent）損傷（Mccurdie et al.，2017）。在使用術(shù)語方面也不盡相同，使用“acute”“chronic”的學者較為常見，但也有學者使用“acute-onset condition”“gradual-onset condition”來進行表述（Pluim et al.，2009）。然而，在急性與慢性損傷定義方面，學者意見較為統(tǒng)一，認為急性損傷可以和某次具體事件相互對應，而慢性損傷不能由某種單一的、可識別的事件來負責（Pluim et al.，2009，2016；Winge et al.，1989）。

有研究表明，膝關(guān)節(jié)處以慢性損傷為主。Pluim等（2016）發(fā)現(xiàn)，有84.2%的青少年有慢性膝關(guān)節(jié)損傷，且膝關(guān)節(jié)是全身中最易發(fā)生慢性損傷的部位。Hjelm等（2010）也發(fā)現(xiàn)，慢性膝關(guān)節(jié)損傷發(fā)生比例較高，損傷率為72.0%。還有學者統(tǒng)計了不同年齡段的損傷病例，發(fā)現(xiàn)慢性膝關(guān)節(jié)損傷比例為66.7%（Winge et al.，1989）。Andelman等（2016）的綜述研究報道了膝關(guān)節(jié)處慢性損傷的發(fā)生率為30%～72%。有關(guān)造成慢性膝關(guān)節(jié)損傷多發(fā)的原因，有學者認為是網(wǎng)球運動中不停地奔跑反復使用膝關(guān)節(jié)屈伸機制導致髕股關(guān)節(jié)長期負載造成的（Kibler et al.，2005）。此外，在急性損傷方面，以膝關(guān)節(jié)周圍韌帶扭傷居多（Bylak et al.，1998；Colvin et al.，2016；Pluim et al.，2016），髕骨骨折和半月板撕裂的情況也有發(fā)生（Kibler et al.，2005）。

1.3.3 損傷的程度

對于損傷程度的評價，學者使用的標準有所差異。有學者使用是否退賽來衡量損傷的程度（Jayanthi et al.，2009；Sell et al.，2014），有學者使用量表進行評價（Pluim et al.，2016），還有學者將缺席時間作為評價損傷的標準，將損傷程度分為6個等級，分別為：微小損傷（0天）、輕微損傷（1～3天）、輕度損傷（4～7天）、中度損傷（8～28天）、重度損傷（28天～6個月）以及長期損傷（大于6個月）（Pluim et al.，2009）。然而很多運動員都會帶傷進行比賽與訓練，有研究表明，幾乎1/8的青少年運動員每周都會帶傷訓練（Pluim et al.，2016）。如何對沒有缺席訓練與比賽的損傷進行程度評價是需要解決的問題，此外，如何評價慢性損傷的程度也需要進一步探究。

部分流行病學研究沒有提及網(wǎng)球膝關(guān)節(jié)損傷的程度，Hjelm等（2010）報道，在不同性別的運動員中膝關(guān)節(jié)損傷均較為嚴重，傷期超過了28天。損傷恢復后對關(guān)節(jié)是否存在長期的影響目前仍不清楚（Kibler et al.，2005），但有研究發(fā)現(xiàn)，包括網(wǎng)球在內(nèi)的負重運動使女性運動員患膝關(guān)節(jié)炎，尤其是骨質(zhì)增生的風險增加了2～3倍（Spector et al.，1996）。

1.4 流行病學研究存在的問題

流行病學研究中的損傷信息有助于研究者了解損傷特征，探尋損傷的發(fā)生機制。目前網(wǎng)球相關(guān)損傷流行病學研究多以統(tǒng)計全身各部位損傷率為主（Dakic et al.，2018；Gescheit et al.，2017；Hjelm et al.，2010；Hutchinson et al.，1995；Pluim et al.，2016；Powell et al.，1988；Winge et al.，1989），單獨針對膝關(guān)節(jié)損傷特征的研究鮮見報道。因此，從現(xiàn)有的研究中難以全面詳細地了解膝關(guān)節(jié)損傷信息，如膝關(guān)節(jié)損傷的具體位置、損傷的膝關(guān)節(jié)位于哪一側(cè)、損傷是急性的還是慢性的等。此外，網(wǎng)球膝關(guān)節(jié)損傷的發(fā)病率與患病率也沒有得出一致的結(jié)果。Pluim等（2006）認為，造成這一結(jié)果是由于損傷數(shù)據(jù)來源與分類系統(tǒng)不同。McCurdie等（2017）認為，完善的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)有助于分析傷病機制。

網(wǎng)球膝關(guān)節(jié)損傷在流行病學研究方面仍不完善，還有以下工作需要完成：1）建立統(tǒng)一的運動等級評價標準以確定研究對象的運動水平，進而得出不同等級運動員損傷的發(fā)病率與患病率；2）建立統(tǒng)一的損傷收集報告系統(tǒng)。不同研究者使用的數(shù)據(jù)來源不同，有的是賽事的官方記錄（Hutchinson et al.，1995；Mccurdie et al.，2017；Sell et al.，2014），有的是醫(yī)院或急救中心的記錄（Gaw et al.，2014；Majewski et al.，2006；Powell et al.，1988），還有的是研究者的記錄（Hjelm et al.，2010；Pluim et al.，2016；Winge et al.，1989）。這些數(shù)據(jù)獲得的場所與記錄的目不同，會造成對損傷的不同定義與分類。建立統(tǒng)一的損傷記錄系統(tǒng)可以使不同研究中的損傷信息進行對比，并且使損傷信息全面而完整；3）統(tǒng)一損傷的暴露時間。統(tǒng)計發(fā)病率或患病率時，有的學者依據(jù)運動時間計算（ Hjelm et al.，2010；Pluim et al.，2016；Winge et al.，1989），有的學者依據(jù)出場次數(shù)計算（Hutchinson et al.，1995；Sell et al.，2014），還有的學者依據(jù)比賽盤數(shù)計算（Mccurdie et al.，2017）。統(tǒng)一損傷的暴露時間，可以對比不同研究中的結(jié)果。綜上所述，在網(wǎng)球膝關(guān)節(jié)損傷流行病學研究中，需建立統(tǒng)一的信息收集系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要統(tǒng)一運動等級、記錄來源、暴露時間等信息。

2 網(wǎng)球膝關(guān)節(jié)損傷生物力學建模研究

2.1 肌肉動力學模型

體育活動會對肌肉骨骼系統(tǒng)施加高而重復的載荷（Dufek et al.，1991），各種研究試圖捕捉并描述這些載荷特征，但這些單獨的實驗只能提供運動過程中有限的運動學和動力學信息（Reinbolt et al.，2011）。盡管實驗技術(shù)和實驗方法不斷發(fā)展，但研究者直接測量出特定運動項目對人體各組織的載荷仍較為困難，這不利于分析運動中產(chǎn)生的損傷（Preatoni et al.，2015）。建立肌肉動力學模型是運動損傷生物力學研究中的熱點，可以解決大量的復雜問題，建立動力和運動之間的因果關(guān)系，洞察肌肉工作機制（Reinbolt et al.，2011）。目前肌肉動力學模型已經(jīng)在運動、醫(yī)學領(lǐng)域中運用，常用的建模軟件有LifeMOD、OpenSIM、AnyBody等。然而，通過肌肉動力學模型研究網(wǎng)球膝關(guān)節(jié)損傷肌肉工作機制的研究目前鮮見報道，下文對肌肉動力學模型的應用進行綜述。

肌肉動力學模型在運動技術(shù)診斷中已廣泛應用。Qian等（2012）利用LifeMOD軟件建立了鞍馬雙腿回環(huán)動作的肌肉動力學模型，并使用質(zhì)心位置、腳部位置、5塊肌肉的積分肌電值數(shù)據(jù)驗證了模型的有效性。該模型可幫助發(fā)現(xiàn)運動員在雙腿回環(huán)技術(shù)訓練過程中的缺點，輔助教練員進行動作技術(shù)診斷。Servet等（2010）在ADAMS及其插件lifeMOD中分別建立了賽艇和人體模型，模擬下部軀干旋轉(zhuǎn)運動對船速的影響。Langholz等（2016）分別使用OpenSIM、BoB、AnyBody 3種肌骨系統(tǒng)動力學軟件來模擬游泳運動技術(shù)，為促進游泳訓練提供幫助。還有學者建立并驗證了高爾夫揮桿動作的全身肌肉動力學模型（Betzler et al.，2006）。

利用肌肉動力學模型研究運動損傷。Donnelly等（2012）研究了由運動中的側(cè)步動作所產(chǎn)生的非接觸性前交叉韌帶損傷，該研究通過openSIM軟件計算出膝關(guān)節(jié)外翻力矩，制定出預防前交叉韌帶損傷的運動學策略：側(cè)步動作中應將整個身體重心向中間移動，并朝向期望的行進方向。有學者研究了不同座高和不同車型的自行車對騎行者姿勢的影響，通過lifeMOD軟件對不同的騎姿進行了計算機模擬。該研究結(jié)果表明，自行車鞍座過高，比目魚肌肌力會增大；鞍座過低，股二頭肌肌力會增大；而鞍座與車把間的距離對肌力的影響很少；騎行時軀干彎曲角度增大會增加腰部、肩部和肘部關(guān)節(jié)的負荷（Liu et al.，2011）。建立騎行動作的肌肉動力學模型可以了解不同騎姿的肌肉工作機制，為預防騎行損傷提供參考。還有學者研究了體操運動員因著地動作導致的下肢損傷，該研究在lifeMOD軟件中模擬了人體著地動作，分別計算出在沖擊和平衡2個階段中踝、膝、髖關(guān)節(jié)間作用力的峰值，為避免運動員在下落過程中受傷提供技術(shù)指導意見（李旭鴻 等，2013）。

在醫(yī)學領(lǐng)域中研究者常使用肌肉動力學模型來分析病患的步態(tài)、設(shè)計醫(yī)學輔助器具等。Kwang等（2009）認為，久坐輪椅病患的腰背問題通常與輪椅設(shè)計有關(guān)，該研究使用LifeMOD軟件建立了一個完整的脊柱多體動力學模型，用以分析脊柱與輪椅之間的力，為防止長期使用輪椅的病患發(fā)生脊柱畸形提供輪椅設(shè)計方案。Dao等（2010）通過LifeMOD軟件模擬了脊髓灰質(zhì)炎留有麻痹患者的步態(tài)，將患者步態(tài)的關(guān)節(jié)角度、關(guān)節(jié)力矩、相關(guān)肌肉的肌力以及地面反作用力與正常步態(tài)的數(shù)據(jù)對比，以驗證矯形器的生物力學效用。還有學者通過模擬蹲式步態(tài)（Steele et al.，2010）、偏癱步態(tài)（束一銘 等，2017）的運動模式，用以發(fā)現(xiàn)病患動作的運動學特征和肌肉工作機制，為患者的康復制定治療方案。

雖然建立網(wǎng)球技術(shù)肌肉動力學模型的研究目前鮮見報道，但此類模型在運動與醫(yī)學領(lǐng)域的應用為將其引入到網(wǎng)球膝關(guān)節(jié)損傷的研究中奠定了理論和實踐基礎(chǔ)。

2.2 人體組織的有限元模型

有限元分析法（finite element analysis，F(xiàn)EA）發(fā)端于結(jié)構(gòu)力學，1943年由Courant等（1972）首次提出，現(xiàn)廣泛應用于工程力學、熱學、電磁學等領(lǐng)域。有限元分析法的求解思路是把需要求解的區(qū)域劃分成由節(jié)點連接的子單元，由于子單元的形狀和尺寸可以自由設(shè)定，所以有限元分析法可以解決復雜幾何體的形變問題（Brauer，1993），在醫(yī)學上可以使用有限元法計算人體組織的應力與應變。1972年，Brlelmans首次將有限元分析法應用于骨科生物力學的研究（曾機燦等，2008）。

目前，有限元模型在醫(yī)學領(lǐng)域已被廣泛應用。Qian等（2014，2016）使用有限元法對股骨頸骨折進行了系列研究，通過軟件利用醫(yī)學二維數(shù)字斷層圖像建立了髖關(guān)節(jié)三維有限元模型，在模型中加載不同的載荷，得出了不同健身動作下股骨頸的應力分布數(shù)據(jù)，借此設(shè)計用于預防股骨頸骨折的健身動作。Pen?等（2005）使用有限元模型分析比較了健康型、半月板撕裂型、半月板切除型3種脛股關(guān)節(jié)的情況，發(fā)現(xiàn)切除半月板后股骨的軸向壓縮載荷使軟骨的接觸應力大約增加了2倍，此結(jié)果解釋了切除半月板的患者常出現(xiàn)軟骨損傷與退化的情況。針對切除半月板后脛股關(guān)節(jié)的情況，Bendjaballah等（1995）也利用有限元模型做了與Pen?等相似的實驗，發(fā)現(xiàn)切除半月板后關(guān)節(jié)的耦合度減小，由于骨與骨之間的總接觸面積減少，因此增加了接觸應力。Gardiner等（2003）通過有限元法計算得出了脛側(cè)副韌帶在膝關(guān)節(jié)從內(nèi)翻到外翻工況下的應力與應變，結(jié)果顯示，脛側(cè)副韌帶上的應力分布隨膝關(guān)節(jié)屈曲角度的不同而變化，當外翻姿勢使脛側(cè)副韌帶完全拉伸時，其后方近關(guān)節(jié)線的區(qū)域易受到損傷。還有學者模擬了前交叉韌帶與股骨髁間切口撞擊的過程，希望能借此發(fā)現(xiàn)前交叉韌帶撞擊的潛在特征，闡明前交叉韌帶的損傷機制，用以研究更有效的治療方法。研究表明，當膝關(guān)節(jié)屈曲45°，旋外29.1°，外展10.0°時，前交叉韌帶會與髁間窩外側(cè)壁產(chǎn)生碰撞，韌帶的撞擊和非撞擊側(cè)分別受到接觸壓力和拉伸應力（Park et al.，2010）。

在運動領(lǐng)域中運用有限元分析法的研究尚不多見，Bratianu等（2004）研究分析了屈膝過程中膝關(guān)節(jié)表面應力的分布。使用有限元模型分析網(wǎng)球膝關(guān)節(jié)受損組織應力分布情況的研究鮮見報道。網(wǎng)球膝關(guān)節(jié)處的損傷病癥繁多，損傷的組織各不相同，建立有限元模型將有助于分析膝關(guān)節(jié)周圍組織損傷的力學機制，同時也為治療損傷帶來靶點優(yōu)勢。在網(wǎng)球運動中，膝關(guān)節(jié)處受力復雜（Kibler et al.，2000），如何在有限元模型中加入載荷是研究的難點。耦合建立人體組織器官的有限元模型和包含肌肉系統(tǒng)的人體運動動力學模型，是解決此類問題的方法。這種混合模型是探索人體運動對組織器官（膝關(guān)節(jié)）影響的新途徑，也是運動生物力學研究的前沿問題。

3 小結(jié)

網(wǎng)球膝關(guān)節(jié)處的損傷在不同性別與不同年齡段中都較為普遍，病癥種類繁多，且以慢性損傷為主，損傷程度尚不明確。損傷的發(fā)病率與患病率沒有得出一致的結(jié)果，損傷的情報系統(tǒng)還需要進一步完善。有關(guān)使用動力學模型分析肌肉工作機制的研究雖然已有報道，但將此種模型應用于網(wǎng)球損傷的研究仍鮮有報道。有限元模型在醫(yī)學領(lǐng)域中已廣泛使用，但其在運動領(lǐng)域中的應用仍不多見。

4 展望

探尋網(wǎng)球膝關(guān)節(jié)損傷的發(fā)病機理對損傷的防治有重要意義。引入生物力學模型可以從膝關(guān)節(jié)損傷的力學機制入手，發(fā)現(xiàn)損傷產(chǎn)生的機制。生物力學模型的發(fā)展方向是肌肉動力學模型耦合有限元模型，將這種混合模型引入運動損傷領(lǐng)域可以有效找出損傷發(fā)生的位置。例如，對網(wǎng)球膝關(guān)節(jié)半月板損傷進行深入研究，探索耦合建立人體動力學和膝關(guān)節(jié)有限元模型的方法，通過計算機模擬和仿真，可揭示網(wǎng)球運動員膝關(guān)節(jié)損傷的動力學機理。