脊柱运动康复生物力学实验操作
本项目名称为“脊柱运动康复生物力学虚拟仿真实验教学”。
通过本项目的学习，可帮助学生（1）全面认知脊柱相关的解剖学和生物力学原理；（2）系统掌握脊柱形态和功能的评估过程；（3）深入理解脊柱相关疾病的损伤原理和康复方法。
本项目为学生提供了虚拟的脊柱运动康复生物力学实验室，以及脊柱形态评估、力学分析和运动康复的相关仪器设备，学生可以通过以下软硬件环境进入实验学习。
项目包括脊柱认知、脊柱筛查、力学分析和运动康复4个环节。主要面向已具备一定解剖学、生物力学和康复医学基础的学员，同时，在学习前学员还可依据知识角的相关内容对脊柱运动康复生物力学的相关知识进行深入了解。
本项目通过虚拟现实、人机交互、数据库和网络通信技术，构建脊柱模型和对象，帮助学员进行认知，并重现脊柱在形态评估、力学分析和运动康复的情景，利用文字、图片、音频、视频和虚拟交互等方式帮助学生理解实验操作的原理和流程。（实验流程。）本项目中使用到的微格实验教学法在康复知识的分解教学上解决了知识量大、知识面广的问题，模型法的应用很好地解决了学生在脊柱模型搭建中的熟练程度，加深学生对脊柱的认知，控制变量法很好地解决椎间盘力学分析中的蠕变问题，筛查法对脊柱侧弯人群的遴选起了决定作用。
登入项目界面后，学生可首先通过点击实验简介了解本实验的背景、目的和流程。
并通过功能下拉菜单选择进入到某一环节的具体步骤进行学习。
脊柱认知环节主要包括脊柱的结构和功能认知，通过虚拟情景下展现出颈椎、胸椎、腰椎不同脊柱节段的结构，同时为了解学生对于脊柱基本结构的掌握情况，本项目场景还设计了脊柱整体和脊柱功能单位的拼接试验。在功能认知中，可使学生掌握脊柱在不同方向运动时各个椎间关节的活动范围。
进入到脊柱筛查环节后，首先通过3D光谱对脊柱形态进行静态筛查。学生需要在筛查对象上身体表面设定6个marker标志点，通过Diers测定的数据分析筛查对象是否存在脊柱形态问题。随后进入功能筛查，在此过程中学生可通过操作Spinal Mouse对颈椎、胸椎和腰椎进行前后、侧向和旋转的动态测试，获得脊柱各节段运动范围。
如果在脊柱形态筛查中发现筛查对象颈椎存在问题，则学生在进入到脊柱力学分析环节中，需首先通过计算获得颈椎在不同前倾角度下所受重力矩作用。如果脊柱形态筛查发现胸椎问题，则力学分析环节学生需通过胸椎X光片进行计算Cobb角度，判别患者脊柱侧弯的情况。如果脊柱形态筛查发现腰椎存在异常，则力学分析环节学生需通过操作isomed2000等动测试系统对患者脊柱的屈伸和旋转肌力进行检查，并分析可能存在的肌力问题。同时，在力学分析环节中，学生还要针对椎间盘进行压缩载荷和蠕变测试，了解椎间盘的力学性能。并分析不同加载率条件下，椎间盘的应力变化，以及不同应力条件下，椎间盘应变随时间的改变。
通过脊柱筛查和力学分析两个环节所分析得到的脊柱各节段可能存在的问题，学生进入到运动康复环节，针对颈椎段变直、胸椎段侧弯和腰椎间盘突出三个脊柱问题选择适宜运动康复方案。例如，针对颈椎问题，学生需选择适宜的枕头材料和睡姿完成合理的康复方案设定。
在完成所有环节学习、测试和分析后，学生的考核将以实验报告的形式呈现。实验报告以机器评价的方式，通过对各环节操作步骤、行为规范和答题的评分，以及对整体实验的总结，综合判断学生对脊柱运动康复生物力学理论和实践的掌握情况，并完成本次虚拟仿真实验教学。
该项目主要是针对脊柱进行运动康复生物力学虚拟仿真教学，学生通过综合性、设计性实验的学习，通过素质教育、创新能力与实践能力的培养，最终将立德树人融入实验教学的环节中，为从事体育教育和运动康复的专业人才适应未来社会发展奠定基础。
方法/步骤
1.系统平台
（1）学生通过平台进入系统主界面，主界面上方功能菜单显示实验简介及该项目的四个环节。
方法/步骤
1.系统平台
（2）学生点击实验简介可初步了解实验背景、实验目的和实验流程
方法/步骤
2.脊柱认知
（1）学生首先点击功能菜单中的脊柱认知进入脊柱结构认知的虚拟场景中。该场景会呈现一条完整脊柱的构成，学生可通过旋转、放大和缩小的方式全方位、多角度观察脊柱的形态结构。通过点击不同脊柱节段，在画面左侧出现相应椎体的理论知识。
2.脊柱认知
（2）在脊柱结构认知中，学生还可点击画面右侧脊柱拼接来搭建椎体，即将分散的椎体重新按照顺序进行排列，形成一条完整的脊柱。
2.脊柱认知
（3）同时，学生还要选择脊柱周围韧带（前纵韧带、后纵韧带、棘间韧带、棘上韧带）放在适宜的位置，以形成一个完整的脊柱基本功能单位。
方法/步骤
2.脊柱认知
（4）完成脊柱结构认知后，学生进入到功能认知。该场景下学生可通过拖拽画面下方滚动条了解脊柱在运动时，随着运动幅度的变化，各椎体间活动范围的改变，并可通过画面右侧前屈后伸、侧屈、水平旋转来切换脊柱在不同方向上的运动。
3.脊柱筛查
（1）完成脊柱认知的学习后，学生需要进一步学习脊柱的形态和功能的评估。点击画面上方功能菜单中的脊柱筛查，学生进入到3D光谱筛查的虚拟场景中。
3.脊柱筛查
（2）学生首先通过鼠标点击在筛查对象体表特定位置（两侧肩峰、第7颈椎、第7和第12胸椎、第4腰椎）固定标志点。
3.脊柱筛查
（3）学生点击Diers三维脊柱及身体姿态测评系统进行脊柱静态筛查。
3.脊柱筛查
（4）通过画面右侧测试得到的3D光谱筛查报告，学生针对报告结果进行分析后，判定筛查对象可能存在的脊柱问题。
3.脊柱筛查
（5）依据学生3D光谱筛查所确定的脊柱问题，进一步进入到功能筛查虚拟场景。通过SpineScan电子脊柱测量仪，学生可完成对筛查对象脊柱在侧向弯曲、前屈后伸和水平旋转三个方向上的动态功能评估。
3.脊柱筛查
（6）通过功能筛查可进一步确定筛查对象不同脊柱节段在三个运动方向上的活动度。
3.脊柱筛查
（7）如果学生对筛查对象所存在的脊柱问题评估正确，则可进入到脊柱力学分析的环节。
4.力学分析
（1）力学分析环节会根据脊柱筛查环节患者可能存在的不同问题，呈现出不同的虚拟场景。若患者存在颈椎问题，则在力学分析中学生需要进行颈椎力矩测量，即通过计算获得颈部在30°、45°和60°前倾角度下颈椎所受头部重力矩作用
4.力学分析
（2）若患者存在胸椎问题，则在力学分析环节中学生需要进行胸椎Cobb角测量，即在脊柱X光片上选取恰当的测算点，计算胸椎节段的Cobb角，评估脊柱侧弯的程度。
4.力学分析
（3）若患者存在腰椎问题，则在力学分析环节中学生需要进行腰背部等速肌力测量，即通过Isomed 2000等动测试系统对患者躯干肌力进行检查。首先完成屈伸肌力的检查。
4.力学分析
（4）操作完成后可获得屈伸肌力测试报告，学生需针对相应数据进行分析，并选择患者可能存在的肌力问题（屈肌薄弱/伸肌薄弱），一般而言屈伸肌力比为1:2。
4.力学分析
（5）之后完成旋转肌力的检查，并依据旋转肌力测试报告，进行数据分析，选择患者可能存在的肌力问题（左侧旋转肌薄弱/右侧旋转肌薄弱），一般而言左、右旋转肌力比为1:1。
4.力学分析
（6）在分别完成针对颈椎、胸椎和腰椎可能存在的问题进行力学分析后，进入到椎间盘受力分析虚拟场景。
4.力学分析
（7）在椎间盘受力分析中，学生需通过Instron材料试验机模拟椎间盘压缩载荷和蠕变测试。在椎间盘蠕变测试中，学生可选择不同载荷大小（50N、70N、90N），蠕变时间设定为6000s，仿真测试结果，观察其对椎间盘蠕变曲线的影响，并针对实验结论进行判断。
4.力学分析
（8）在椎间盘压缩载荷测试中，学生可选择不同的加载速度（10mm/min、20mm/min、30mm/min），仿真测试结果，观察其对椎间盘压缩载荷曲线的影响，并针对实验结论进行判断。
5.运动康复
（1）在完成力学分析环节后，学生进入到运动康复环节。该环节中，学生需针对不同脊柱疾病选择适宜的康复治疗方法。如果患者存在颈椎变直的问题，学生可以通过选择适宜的枕头和睡姿帮助患者进行康复。
5.运动康复
（2）如果患者存在胸椎段脊柱侧弯的问题，学生可以通过选择适宜的矫正训练方法帮助患者进行康复。
5.运动康复
（3）如果患者存在腰椎间盘突出的问题，学生可以通过选择适宜的肌力训练方式进行康复。
6.实验报告
通过脊柱认知、脊柱筛查、力学分析和运动康复4个环节中各个步骤的操作和作答，最终通过实验报告的方式向学生呈现其得分情况。
