生物力学测试案例分享丨儿童背包，get“轻松”童年

有一个动作，不管你颜值再高，衣品再好，一做就气质崩塌。不信你试试：头往前伸，背往后弯。

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其实很多人做这个动作时并不会感到不适，因为大家已经对「含胸驼背」习以为常了。

当我们含胸驼背时，脖子和背部的肌肉会处于紧张状态，时间一长，就会「腰酸背痛脖子疼」。不只是肌肉，此时的脊柱就像一根被强行压弯的弹簧，时间长了就可能出现退变。

尤其是脊柱还在发育的青少年，没成熟的脊柱骨化不完全，硬度和支撑性都还不完善，很可能因为承受不了过大的压力出现歪斜，这时候影响的可不**是体态了，还可能影响正常的生长发育。

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现在的孩子课业压力大，很多孩子的书包甚至都超过了 10 斤。有研究表明，当书包的重量超过孩子体重的 10%～15% 时，为了把书包背起来，孩子们就会下意识地前倾、低头，出现含胸驼背的姿势。

左图：升级版书包；右图：普通版书包

书包背负位置为中位背负方式（书包下缘在受试者腰部）

实验设备
数据采集系统

Qualisys红外三维运动捕捉系统（Qualisys motion capture system，SE），和8台Miqus M5型号的摄像头，分辨率为4MP，本次实验采样频率设为180Hz，以及2台Miqus M5 Video摄像头，采样频率设为25Hz。利用数据采集软件QTM运动捕捉与分析软件（Qualisys Track Manager）对信号进行实时监控和采集。系统配套的追踪点为直径16mm的反光标记点。

Qualisys红外三维运动捕捉系统

数据分析处理系统

Visual 3D—用于分析源于运动捕捉系统，三维步态/体态（运动学和动力学）分析软件，Visual 3D在科研与临床应用中获得巨大的成功，他提供了对三维运动捕捉系统从模型建立、分析到报告生成的总体解决方案。

Visual 3D 数据分析处理系统

本次实验利用生物力学的概念、处理手段和已知的人体解剖学、生理学知识，借助Qualisys动作捕捉系统与三维步态分析软件Visual 3D，对儿童背负不同书包行走与静态站立动作下走的动作下儿童上肢身体姿态分析研究。

标记点位置示意图

静态测试待受试者调整好姿势，目视前方，手臂自然下垂放于身体两侧，正常站立保持20s，采集3次有效数据。

步行测试要求受试者以正常步态的走过测试区域。要求受试者从起点地标开始沿着给定的运动方向以进行步行测试，直到穿过终点，整个过程要求受试者自然行走。采集3次有效数据。

每名受试者记录30组数据，共计60组数据

步行动作实验结果

左图：步行过程中一个步态周期内各上肢角度平均值

右图：步行过程中一个步态周期内上肢角度变化图

·在步行过程中，头部前倾角度（角度越小，表明头部越前倾），在重书包与轻书包两种状态下，升级版书包比普通书包分别减小了1.58°和1.85°头部前倾角度。

·在步行过程中，肩关节前倾角度（角度越大，表明肩关节越前倾），在重书包与轻书包两种状态下，升级版书包比普通书包分别减小了1.74°和2.91°肩关节前倾角度。

·在步行过程中，躯干前倾角度（角度越小，表明躯干越前倾），在重书包与轻书包两种状态下，升级版书包比普通书包分别减小了2.4°和3.12°躯干前倾角度。

静态站立时各上肢角度平均值

·在静态站立过程中，头部前倾角度（角度越小，表明头部越前倾），在重书包与轻书包两种状态下，升级版书包比普通书包分别减小了3.10°和1.16°头部前倾角度。

·在静态站立过程中，肩关节前倾角度（角度越大，表明肩关节越前倾），在重书包与轻书包两种状态下，升级版书包比普通书包分别减小了2.27°和2.15°肩关节前倾角度。

·在静态站立过程中，躯干前倾角度（角度越小，表明躯干越前倾），在重书包与轻书包两种状态下，升级版书包比普通书包分别减小了1.87°和2.80°躯干前倾角度。

在步行与静态站立过程中，升级款书包相比普通书包能够减小1-3°的儿童头部前倾程度，减小颈椎的弯曲程度以及颈部肌肉的拉伸力，儿童的头部倾斜和颈部弯曲变化幅度越大，长此以往势必会导致儿童 MSD 病症（ myelodysplastic 综合征，骨髓增生异常综合症） 的发生，甚至会导致肩颈关节的损伤和脊柱侧弯。

在步行与静态站立过程中，升级款书包相比普通书包能够减小2°左右的儿童肩关节前倾（