劉 洋，王 航，曹新生

(空軍軍醫(yī)大學(xué)航空航天醫(yī)學(xué)系航空航天人機(jī)工效學(xué)教研室，陜西 西安710032)

生物力學(xué)是指應(yīng)用力學(xué)原理與方法對(duì)生命體中的力學(xué)問題定量研究的生物物理學(xué)分支。生物力學(xué)的基本任務(wù)是運(yùn)用物理力學(xué)的理論和方法來研究生物和人類在宏觀和微觀水平上的力學(xué)特性和活動(dòng)，通過剖析發(fā)生于人類生命活動(dòng)過程中的各類力學(xué)現(xiàn)象和過程，認(rèn)識(shí)人類生命過程的基本規(guī)律，從而回答有關(guān)生物技術(shù)和生命科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)問題[1]。作為生物力學(xué)仿真技術(shù)的多體動(dòng)力學(xué)仿真模型和有限元方法已經(jīng)全面應(yīng)用于生物力學(xué)研究[2-3]。生物力學(xué)仿真技術(shù)已成為臨床醫(yī)學(xué)、航空航天、汽車安全以及個(gè)體安全防護(hù)設(shè)備研究的一種重要手段。數(shù)值模擬方法有助于研究人員更好地理解軟組織中發(fā)生的應(yīng)力和應(yīng)變，已廣泛應(yīng)用于生物力學(xué)研究中[4-5]。

航空醫(yī)學(xué)關(guān)注的是在航空工作環(huán)境下所引發(fā)的心理、生理和醫(yī)學(xué)問題以及相應(yīng)的預(yù)防措施。航空特殊環(huán)境主要包括氣體環(huán)境、力學(xué)環(huán)境、溫度環(huán)境、噪聲環(huán)境、輻射環(huán)境等[6-7]。軍事飛行人員身體長年承受著復(fù)雜的力學(xué)環(huán)境的影響，復(fù)雜多變的力學(xué)環(huán)境(包括持續(xù)性加速度、沖擊性加速度、振動(dòng)以及微重力等)不僅會(huì)對(duì)人體各組織及器官產(chǎn)生影響，而且長時(shí)間處于復(fù)雜的力學(xué)環(huán)境下會(huì)威脅到人的生命健康。不同的力學(xué)環(huán)境和防護(hù)設(shè)計(jì)對(duì)于個(gè)體響應(yīng)也存在差異性。航空醫(yī)學(xué)研究典型力學(xué)大多難以通過實(shí)驗(yàn)復(fù)現(xiàn)，并且實(shí)驗(yàn)測(cè)量還具有一定的危險(xiǎn)性，例如彈射救生、高速氣流吹襲以及開傘沖擊等，這就為生物力學(xué)仿真技術(shù)研究航空醫(yī)學(xué)問題提供了條件，通過生物力學(xué)建模與仿真不僅可以從生物力學(xué)角度揭示飛行相關(guān)病變的機(jī)制，還有助于研發(fā)新型航空個(gè)體防護(hù)裝備，優(yōu)化航空裝備工效學(xué)，預(yù)測(cè)航空飛行相關(guān)疾病發(fā)展變化過程等[8]。因此，生物力學(xué)仿真研究在航空醫(yī)學(xué)領(lǐng)域越來越被研究者所重視。

1 軍事航空醫(yī)學(xué)研究中面臨的典型力學(xué)問題

軍事航空飛行和空降訓(xùn)練作戰(zhàn)中面臨復(fù)雜多變的力學(xué)環(huán)境，對(duì)飛行人員和傘降人員會(huì)產(chǎn)生諸多力學(xué)影響，例如高性能戰(zhàn)機(jī)的各種特技動(dòng)作和機(jī)動(dòng)飛行、飛機(jī)迫降或墜毀、彈射離機(jī)以及開傘或者著陸沖擊等，航空醫(yī)學(xué)研究中應(yīng)用生物力學(xué)仿真技術(shù)常通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件模擬飛行人員或者空降兵在不同作業(yè)環(huán)境下其關(guān)節(jié)力、肌肉力以及器官組織的受力，并利用仿真結(jié)果對(duì)個(gè)體防護(hù)裝備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.1 頸部損傷

電子技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)以及復(fù)合材料的快速發(fā)展及其在飛機(jī)的設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用，使得飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性能大幅提升，可以完成多種形式的超機(jī)動(dòng)動(dòng)作(如普加喬夫眼鏡蛇、落葉飄以及庫爾彼特筋斗等)，在飛機(jī)完成超機(jī)動(dòng)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的特殊力學(xué)環(huán)境對(duì)操控飛機(jī)的飛行人員的生理功能將產(chǎn)生重要影響[9]。此外，在完成超機(jī)動(dòng)飛行過程中，飛行人員在承受飛機(jī)姿態(tài)不斷變化引起的過載作用的同時(shí)，還需要通過不斷改變頭部位置以便密切關(guān)注飛機(jī)的飛行姿態(tài)、周圍的飛行環(huán)境，多種力學(xué)因素的疊加可能導(dǎo)致飛行人員頸部的超負(fù)荷損傷[10]。

飛行頭盔的質(zhì)量不斷增加、頭盔質(zhì)心變化、遠(yuǎn)距離飛行等也是引起飛行人員頸部損傷的重要原因。現(xiàn)代飛行員頭盔集成度大幅提高，尤其是新一代頭盔不僅具有飛行信息顯示功能，而且還具有目標(biāo)跟蹤的功能，導(dǎo)致頭盔的質(zhì)量不斷增加[11]。如美國空軍從F-15，F(xiàn)-16配備的聯(lián)合頭盔安裝提示系統(tǒng)到F-35配備的頭盔顯示系統(tǒng)，頭盔的質(zhì)量從1.95 kg增加到2.30 kg，頭盔質(zhì)量增加了0.35 kg，這也增加了飛行人員頸部損傷的風(fēng)險(xiǎn)[12]。美國海軍航空兵和空軍中50%～75%的高性能戰(zhàn)機(jī)飛行員曾出現(xiàn)過頸部疼痛，戰(zhàn)斗機(jī)飛行員在長時(shí)間反復(fù)暴露于+Gz載荷后的頸部損傷發(fā)生率高達(dá)89%[13]。

飛行人員頸部損傷主要類型包括：頸部軟組織損傷、椎骨骨折、椎間盤退變及椎間盤突出等[14]。通過生物力學(xué)仿真技術(shù)可模擬不同力學(xué)條件和不同質(zhì)量頭盔對(duì)頸部肌肉損傷的影響，進(jìn)而能夠優(yōu)化飛行操作動(dòng)作和飛行頭盔的工效學(xué)設(shè)計(jì)。

1.2 脊柱胸腰段損傷

現(xiàn)役三代和四代戰(zhàn)機(jī)相比原二代機(jī)的機(jī)動(dòng)性能有了大幅的提升，高風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練增加了飛機(jī)出現(xiàn)特情的概率，彈射離機(jī)成為飛行人員逃生的最后選擇。但在此過程中，飛行人員將會(huì)受到?jīng)_擊性過載為主的多種力學(xué)作用，其中彈射瞬間產(chǎn)生的以+Gz為主要方向的沖擊性過載是主要致傷因素之一。因此在飛機(jī)座艙以及彈射系統(tǒng)設(shè)計(jì)中+Gz方向過載對(duì)脊柱生物力學(xué)的響應(yīng)是最重要的考慮因素。HMLINEN[15]對(duì)320名飛行員和283名對(duì)照者進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)脊柱損傷與彈射時(shí)過載值密切相關(guān)。國內(nèi)的研究也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)過載為17.8～20.7g時(shí)，脊柱無損傷，而過載達(dá)到23.8～26.2g時(shí)，發(fā)生骨折的概率為60%。通過對(duì)法國空軍在2000—2008年間的彈射數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，42%的飛行員發(fā)生了脊柱骨折、椎間盤及韌帶損傷，其中發(fā)生骨折的飛行員術(shù)后6個(gè)月才能恢復(fù)執(zhí)行飛行任務(wù)[16]。飛行事故統(tǒng)計(jì)分析，在實(shí)施彈射救生的飛行員中29.4%的飛行人員發(fā)生脊柱骨折，64.2%發(fā)生于T10～L2節(jié)段[17]。

飛行員彈射脊柱損傷主要類型包括：胸腰段脊柱的壓縮性骨折、腰部軟組織損傷、后縱韌帶變形、椎間盤椎間盤突出等。通過生物力學(xué)仿真技術(shù)可以分析脊柱內(nèi)部不同節(jié)段甚至單一椎骨的受力情況，從而提出更加科學(xué)的彈射姿勢(shì)并且對(duì)座椅進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.3 下肢損傷

空降兵較其他兵種，有著較強(qiáng)的作戰(zhàn)力和較高的軍事訓(xùn)練損傷率[18]。國內(nèi)外報(bào)道超過80%的空降兵跳傘損傷發(fā)生在著陸過程中，其中超過70%是由著陸姿勢(shì)不正確引起的。損傷以下肢為主，主要涉及踝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)[19-21]。EKELAND等[19，22]對(duì)空降兵跳傘損傷大規(guī)模流行病調(diào)查發(fā)現(xiàn)，膝關(guān)節(jié)損傷分別占約18.0%和21.0%。GUO等[23]對(duì)傘兵 59 932次跳傘調(diào)查發(fā)現(xiàn)，79.7%損傷為下肢損傷，膝關(guān)節(jié)損傷約占總損傷的19.0%。劉濤等[24]對(duì)空降兵膝關(guān)節(jié)損傷因素的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，較大的地面反作用力、著陸姿勢(shì)不正確是引起側(cè)副韌帶和前交叉韌帶損傷的重要因素。鄭超等[25]對(duì)空降兵的傘訓(xùn)傷調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，膝關(guān)節(jié)在離機(jī)跳傘和平臺(tái)訓(xùn)練中損傷率高達(dá)21.1%，以膝關(guān)節(jié)韌帶損傷多見。牛文鑫等[26]報(bào)道了模擬空降兵半蹲式著陸過程中不同的踝關(guān)節(jié)防護(hù)對(duì)下肢肌肉活性及踝關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)影響。研究發(fā)現(xiàn)，通過使用防護(hù)裝備可提高人體下肢關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，如使用護(hù)膝能夠有效預(yù)防膝前疼痛綜合征[26]，增強(qiáng)膝關(guān)節(jié)的本體感覺、協(xié)調(diào)肌力和穩(wěn)定膝關(guān)節(jié)[27]，通過生物力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)護(hù)膝能夠增大著陸過程中觸地時(shí)刻膝關(guān)節(jié)的屈曲角度，但對(duì)峰值膝關(guān)節(jié)屈曲及地面反作用力變化無明顯的影響[28-29]。

使用生物力學(xué)仿真技術(shù)可以全面模擬和分析著陸過程中膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)受力情況，進(jìn)而對(duì)傘兵傘降動(dòng)作進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估并提出改進(jìn)建議，并可對(duì)防護(hù)裝備如傘兵鞋、傘兵包進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 生物力學(xué)仿真技術(shù)在航空醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用

近些年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)、多體動(dòng)力學(xué)、有限元法等計(jì)算方法得到快速發(fā)展，并被廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域的各個(gè)方面，如車輛工程、航空航天、建筑設(shè)計(jì)以及臨床領(lǐng)域。生物力學(xué)仿真技術(shù)主要包括以下3種：①集中質(zhì)量模型。集中質(zhì)量模型是最為簡單的一種，通過將人體按照結(jié)構(gòu)分為幾個(gè)部分，各部分質(zhì)量加到某一點(diǎn)上，連接處根據(jù)各個(gè)關(guān)節(jié)的性質(zhì)采用剛性或者柔性連接方式，由于其簡單易用、計(jì)算速度快的特點(diǎn)，常用于生物力學(xué)的初步分析。②多剛體動(dòng)力學(xué)模型。多體動(dòng)力學(xué)是研究沖擊載荷下力學(xué)效應(yīng)最有效的方法之一。基于多剛體動(dòng)力學(xué)理論的多剛體模型可以簡單、快速地建立，并能精確地模擬身體部位的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)。因此，多剛體模型被廣泛用于頸椎、腰椎以及下肢動(dòng)力學(xué)分析[4，30]。其主要應(yīng)用于多自由度等復(fù)雜運(yùn)動(dòng)學(xué)問題，其主要分析軟件包括Adams、AnyBody和Opensim等。③有限元模型。有限元模型是基于有限元法建立的一種數(shù)字模型，將復(fù)雜的人體組織和器官離散成有限個(gè)點(diǎn)、線、面和體進(jìn)行計(jì)算分析。與多體動(dòng)力學(xué)模型相比，有限元模型可以提供更詳細(xì)的局部變形和應(yīng)力分布信息，因此，復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力和應(yīng)變，如脊柱骨骼和軟組織，可以更真實(shí)地研究。隨著技術(shù)的發(fā)展，基于CT圖像的具有顯式幾何形狀的更為復(fù)雜的三維有限元頸部模型已經(jīng)被開發(fā)出來，并廣泛應(yīng)用于損傷生物力學(xué)領(lǐng)域，包括不同方向的沖擊分析[31]。其具有計(jì)算精度高、可解決復(fù)雜非線性問題等優(yōu)點(diǎn)，近年來也逐漸成為生物力學(xué)研究中的主要技術(shù)手段[27]。在航空醫(yī)學(xué)研究中，生物力學(xué)仿真技術(shù)的應(yīng)用方式主要是通過構(gòu)建合適的數(shù)學(xué)模型和力學(xué)分析模型，針對(duì)性添加飛行員或者空降兵的外圍載荷環(huán)境和相關(guān)約束條件(如戰(zhàn)機(jī)座艙對(duì)飛行員、傘兵包對(duì)空降兵)，可以測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究中難以測(cè)定的參數(shù)，與實(shí)驗(yàn)研究形成互補(bǔ)作用，從而能夠較為準(zhǔn)確地模擬人體在航空飛行活動(dòng)中的真實(shí)運(yùn)動(dòng)變化及生物力學(xué)響應(yīng)。生物力學(xué)仿真技術(shù)在航空醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用主要包含如下。

2.1 航空飛行導(dǎo)致的頸部損傷方面的應(yīng)用

劉景龍等[32]通過多剛體動(dòng)力學(xué)模型分析彈射條件下頭頸部的生物力學(xué)響應(yīng)，結(jié)果表明夜視鏡和護(hù)目鏡的添加顯著增加了頸椎各節(jié)段的壓力和力矩，進(jìn)而增加頸部損傷風(fēng)險(xiǎn)。賈曉紅等[33]通過AnyBody軟件仿真頭盔質(zhì)量和質(zhì)心在不同加速度作用下對(duì)飛行員頸部肌力的影響，研究結(jié)果表明頭盔質(zhì)量增大，頸部肌群受力隨之線性增加，同時(shí)當(dāng)質(zhì)心左右偏移時(shí)會(huì)引起頸部側(cè)彎功能肌群激活。張朋等[34]通過生物力學(xué)仿真研究飛行員在彈射救生過程中高速氣流吹襲的損傷機(jī)制，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)增大人椅系統(tǒng)的迎角可以改善飛行員頸部受力情況。王家濤等[35]采用有限元方法針對(duì)典型機(jī)動(dòng)飛行動(dòng)作過程中飛行員頸椎動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行力學(xué)分析，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)機(jī)動(dòng)飛行過程中加速度過載造成飛行員直接損傷的可能性較小。包佳儀等[36]采用有限元模型、多剛體模型和協(xié)作算法對(duì)典型阻攔著艦過程中飛行員頸部損傷開展評(píng)估，結(jié)果表明飛行員保持肌肉緊張以減低頭部低頻振動(dòng)可以降低頸部肌肉和韌帶的損傷。

2.2 彈射中脊柱損傷方面的應(yīng)用

盡管近年來彈射座椅性能不斷改進(jìn)提高，但與脊柱損傷相關(guān)的彈射損傷發(fā)生率仍然居高不下。許多因素都能夠增加彈射損傷的風(fēng)險(xiǎn)，包括軸向加速的影響、肌肉耐力訓(xùn)練的頻率和飛行時(shí)長[37]?，F(xiàn)有研究多集中在沖擊載荷產(chǎn)生的脊柱損傷的機(jī)制或利用數(shù)值模擬設(shè)計(jì)保護(hù)裝置[38]。HESS等[39]創(chuàng)建了第一個(gè)連續(xù)脊柱模型。將整個(gè)脊柱簡化為各向同性，且一端自由，另一端具有一定加速度桿模型。20世紀(jì)70年代，俞夢(mèng)孫院士在國際上首次提出沖擊載荷下人體脊柱動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型，為探討彈射脊柱損傷提供了力學(xué)仿真研究工具[40]，該模型與損傷數(shù)據(jù)有著廣泛的聯(lián)系，為評(píng)估彈射中生物動(dòng)力學(xué)作用下安全性提供了有益的依據(jù)。為了更全面地研究彈射時(shí)脊柱損傷機(jī)制，還需要考慮軟組織如肌肉的變化。為此，SOECHTING等[41]建立了一個(gè)有限元模型來研究脊柱的彎曲反應(yīng)，增加了脊柱肌肉組織在彈射時(shí)的響應(yīng)變化。此外，由于以往研究中建立的全局剛體動(dòng)力學(xué)模型不能預(yù)測(cè)由于過載而產(chǎn)生的局部應(yīng)力，PRASAD等[42]進(jìn)一步建立了一個(gè)離散的人體脊柱模型來研究飛行員在彈射時(shí)脊柱受力。郭建嶠等[43]通過建立考慮腹腔內(nèi)壓產(chǎn)生機(jī)制的飛行員脊柱肌骨多柔體動(dòng)力學(xué)模型，探討離心機(jī)過載條件下抗荷呼吸對(duì)脊柱載荷的影響，研究結(jié)果表明正確的抗荷呼吸能夠提高脊柱肌骨系統(tǒng)抗過載能力。施斌斌等[44]應(yīng)用有限元分析法，建立腰椎三維有限元模型，分析腰椎受過載的影響，研究揭示脊柱病變對(duì)相應(yīng)椎體應(yīng)力變化的影響。最近的研究又增加了有約束狀態(tài)的仿真研究，SONG等[45]根據(jù)Life Mod建立了人體座椅動(dòng)力學(xué)模型，深入研究了不同彈射環(huán)境下頸椎損傷的機(jī)制。都承斐[46]在以往建立的研究模型中增加了約束條件，建立飛行員人-椅背帶約束系統(tǒng)模型，從而可以更準(zhǔn)確地分析飛行員的操作工效以及彈射救生時(shí)脊柱的生物力學(xué)響應(yīng)。

2.3 空降兵跳傘下肢生物力學(xué)分析方面的應(yīng)用

近年來對(duì)空降兵個(gè)人裝備如傘兵鞋和傘兵包不斷優(yōu)化，但是空降兵的下肢損傷發(fā)生率仍然高居不下。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1960—2012年，我軍空降兵跳傘訓(xùn)練傷中位發(fā)生率為13.90%，踝部、腿部、腰部損傷率位居前三。為此，航空醫(yī)學(xué)研究人員開展了一系列力學(xué)仿真研究試圖弄清楚傘降著陸過程中的力學(xué)變化及其對(duì)人體下肢各部位的影響。

跳傘著陸過程中膝關(guān)節(jié)力學(xué)變化是研究的熱點(diǎn)。2005年KASTURI等[47]建立了空降兵著陸的有限元模型分析著陸過程中損傷因素，發(fā)現(xiàn)高沖擊力是下肢關(guān)節(jié)損傷的主要因素，較小的足背屈角度可導(dǎo)致鄰近關(guān)節(jié)更高的沖擊力。2010年王旸等[48]通過AnyBody軟件建立空降兵半蹲式著陸的骨肌動(dòng)力學(xué)模型，并使用體表肌電測(cè)得肌肉激活度及肌力變化，發(fā)現(xiàn)在32 cm高度下著陸后0.2 s時(shí)刻各關(guān)節(jié)角度達(dá)到極值，垂直方向地面反作用力可達(dá)體質(zhì)量的3倍以上，是下肢關(guān)節(jié)損傷的主要原因。2013年MAKINEJAD等[49]利用有限元模型分析不同高度著陸時(shí)(25、50、75 cm)的膝關(guān)節(jié)受力變化，發(fā)現(xiàn)在膝關(guān)節(jié)近伸直位著陸時(shí)(低屈曲角度)，會(huì)導(dǎo)致半月板和軟骨的嚴(yán)重變形，若關(guān)節(jié)負(fù)荷超過閾值會(huì)顯著增加膝關(guān)節(jié)接觸力和軟骨的應(yīng)力分布，造成嚴(yán)重的膝關(guān)節(jié)損傷。2015年NICHOLAS[50]建立模擬跳躍著陸的AnyBody肌骨模型，研究著陸過程中前交叉韌帶損傷的危險(xiǎn)因素，發(fā)現(xiàn)著陸的垂直高度和水平距離增加非接觸前交叉韌帶損傷的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是單腿著陸風(fēng)險(xiǎn)更高；同時(shí)發(fā)現(xiàn)腘繩肌和腓腸肌能夠產(chǎn)生一個(gè)制衡股四頭肌引起脛骨前移的應(yīng)力，從而減少前交叉韌帶損傷風(fēng)險(xiǎn)。2016年ORSI等[51]建立了膝關(guān)節(jié)三維有限元模型，包括骨和軟組織等(主要韌帶、膝關(guān)節(jié)肌肉、關(guān)節(jié)軟骨和半月板)，發(fā)現(xiàn)著陸過程中，動(dòng)態(tài)的膝外翻崩潰機(jī)制是前交叉韌帶損傷的主要風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)關(guān)節(jié)軟骨的損傷出現(xiàn)在前交叉韌帶損傷之前。WU等[52]通過多體動(dòng)力學(xué)模型探討降落高度和護(hù)膝支架的使用對(duì)著落過程生理學(xué)的影響，研究結(jié)果表明支架可以有效地限制膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性。

跳傘著陸中的踝關(guān)節(jié)力學(xué)變化是另外一個(gè)研究重點(diǎn)。郭俊超等[53]對(duì)不同結(jié)構(gòu)護(hù)踝對(duì)傘兵踝關(guān)節(jié)的保護(hù)作用進(jìn)行了仿真研究，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)傘兵著陸到斜面時(shí)，護(hù)踝可以起到良好的保護(hù)作用。王鵬等[54]對(duì)不同高度半蹲式著陸與內(nèi)外踝關(guān)節(jié)應(yīng)力關(guān)系進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明，高度對(duì)內(nèi)踝最大應(yīng)力平均值大于外踝最大應(yīng)力平均值的現(xiàn)象無明顯影響。雙足內(nèi)踝最大應(yīng)力大于雙足外踝最大應(yīng)力是導(dǎo)致傘兵足過度內(nèi)翻，甚至造成踝關(guān)節(jié)損傷的主要生物力學(xué)機(jī)制。

3 總結(jié)與展望

生物力學(xué)仿真技術(shù)已經(jīng)成為研究航空醫(yī)學(xué)中人體損傷和防護(hù)的重要手段，本文綜述了生物力學(xué)仿真技術(shù)在典型航空醫(yī)學(xué)力學(xué)問題中的應(yīng)用及發(fā)展。主要包括多體動(dòng)力學(xué)模型和有限元模型兩種仿真方法。特別是有限元的應(yīng)用，有限元模型在分析飛行員進(jìn)行高機(jī)動(dòng)飛行、彈射救生以及空降兵著陸過程中對(duì)頸椎、脊柱、關(guān)節(jié)內(nèi)部應(yīng)力和應(yīng)變變化有明顯的優(yōu)勢(shì)，但是有限元模型的準(zhǔn)確性依賴于精確的實(shí)體模型以及各組織和器官材料賦予的賦值，未來應(yīng)提高模型的準(zhǔn)確性和實(shí)驗(yàn)對(duì)各組織材料屬性的測(cè)定，特別應(yīng)提高仿真時(shí)邊界條件各約束的設(shè)置和簡化，如空降過程中傘兵靴對(duì)踝關(guān)節(jié)的約束等；多剛體動(dòng)力學(xué)模型雖然可較好地分析上述過程中動(dòng)態(tài)關(guān)節(jié)力和關(guān)節(jié)力矩等動(dòng)力學(xué)參數(shù)，但是只能在一定程度上反映骨骼和肌肉的力學(xué)變化規(guī)律，未來應(yīng)優(yōu)化模型肌肉的冗余問題，同時(shí)提高運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)采集的精度，針對(duì)不同的個(gè)體建立有針對(duì)性的仿真模型。