對下肢肌骨系統解剖學模型的研究

武秋林

河南衛生干部學院，河南鄭州 450008

該文使用近景測量技術對人體的下肢肌肉進行測量，然后根據測量的數據建立直線性變換公式，求解人體下肢肌肉的三維空間坐標，最后連接坐標生成解剖學模型，根據獲得的模型推算人體合理的下肢肌肉起止點。筆者結合自己的工作經驗，并查閱大量的相關資料認為該問題可以從以下幾個方面出發。

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 主要儀器包括經緯儀、照相機、立體坐標測量儀、人體測量儀、三維坐標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 標本制備與肌肉附著點的標定

1.2.1 下肢肌肉攝影測量標本的制作 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定作為坐標起止點。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，木螺絲作為標記物需區別記好。保留下肢各個關節上的韌帶和關節囊，為后期的研究和模型建立做準備。

1.2.2 肌肉起止點位置的確定 選取實驗對象下肢一側的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，避免因區別問題帶來的模型誤差，可以根據肌肉的不同形狀制定不同的標記。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，我們對起止點標定的標準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個點進行穩定標記，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，先在肌肉的曲線轉彎處進行位置標記，以便于后期確認。

1.3 控制框架和標本固定夾具

根據以往建立模型的經驗，將這次實驗模型定位正四棱柱狀，按照柱狀節點均勻對稱的布置16個點，標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節各個節點，提高標本的穩定性，讓所建立的標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原始數據

1.4.1 控制點三維坐標數據的獲得 為了讓獲取的坐標更精準，我們使用經緯儀進行觀測，利用先前標好的位置將16個控制點連接起來，使用前方交會法和高程法進行數據測算，這樣推算出來的數據誤差基本小于零點一毫米。

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

1.4.3 肌肉起止點三維坐標原始數據的獲取 當上述操作完成后，根據經緯儀和拍攝好的相片將模型對象交角定位60°，如果有同規格、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。然后使用立體坐標量測儀對之前出現過的肌肉和控制點進行讀片測量，獲得二維坐標參數。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，然后利用方程求解下肢肌肉起止點的三維坐標。

1.5 坐標系的建立

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

2 結果與分析

2.1 結果

該次實驗依據人體下肢的肌肉結構建立了活動的起止點，首先在人體的環節骨上選擇了起止點作為坐標參數，該參數屬于自變量，當肌肉運動造成坐標系變動時參數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

解剖學數模型的建立涉及多方面知識內容，過程復雜且容易出錯，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擇優可能造成所推算的力臂大于實際拉力線的距離。對于髖關節產生的力臂實際上比脛骨產生的力臂更為精準。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節有較大影響，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記其中一個起止點需要分析更多現實因素，不能僅靠方程推演的結果設定坐標系數。

2.2.2 標本定位與人體測量參數的選擇 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標準進行的，唯一不同之處在于兩組長軸間的距離由標準的10 cm改為20 cm，這樣便于測算下肢側肌肉的起止點，通過計算發現當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節骨密不可分，當空間位置發生變化，相應的節骨形態也隨之變化。因此人體測量學參數的選擇不是唯一的，為了達到各參數的均勻，讓最后坐標系的聯系能生成相應的環節骨形狀，在推算某個坐標時要先設定好因變量，在回歸方程中把自變量和因變量相互區別，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 結語

綜上，簡單敘述了下肢肌骨系統解剖學模型的建立，通過設置起止點確定坐標，分析回歸方程最終形成坐標系，發現近景攝影測量技術能被廣泛用于人體形態參數的測量，如果控制得當能獲取更精準的數據和圖片信息。該實驗所測算的回歸方程僅為本文實驗服務，同時發現回歸方程的計算為活體肌肉起止點坐標的推算奠定科學的數據資料，所尋找的肌肉代起止點對推算下肢肌肉力臂具有現實意義，因此未來對下肢肌骨系統的模型的研究也必須要推廣肌肉代起止點的應用發展。

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