专利名称：模拟并强化下肢双关节肌肉功能的运动鞋裤系统的制作方法
技术领域：
本发明属于体育运动器械领域，涉及能模拟并强化人体下肢双关节肌肉功 能的辅助运动器械。
背景技术：
下肢双关节肌肉包括大腿后群的胭绳肌和小腿后面的腓肠肌。胭绳肌由股 二头肌和半腱半膜肌组成，股二头肌和半腱半膜肌均起自坐骨结节，跨越髋、 膝两个关节，根据解剖学解释，胭绳肌的作用是可以曲膝关节、伸髋关节。屈 膝时股二头肌可以使小腿旋外，而半腱肌和半膜肌使小腿旋内。
腓肠肌位于小腿后部浅层，有内、外侧两个头，呈梭形。腓肠肌内、外侧 头分别起自股骨内、外上髁，止于跟结节。作用是屈踝关节和屈膝关节，在站 立时固定踝关节和膝关节，以防身体向前倾斜。
由上面的解剖学解释可以看出，在膝关节处，无论胭绳肌还是腓肠肌都为 膝关节屈肌，但是肌肉的功能，特別是双关节肌肉的功能不应仅仅依据解剖学 位置来解释，它与人体动作本身和运动时的约束条件有关。
单关节肌肉对关节屈或伸的作用效果，不受动作本身和约束条件的影响， 但其作用的大小会随着动作和条件的不同而改变。例如单关节肌-比目鱼肌
(Soleus)虽只跨过踝关节并在该处产生力矩，但它对膝关节和髋关节同样产生
作用(产生加速度)，在有些特定的条件下，它对膝关节的作用可以比对踝关节 的作用还大。
但是对双关节肌肉而言，无论是对关节屈或伸的作用效果还是作用大小， 都与动作本身和约束条件有关，它可以在一个关节处产生与其力矩方向相反的
作用效果，即与解剖学相矛盾的现象。例如双关节肌-膶绳肌(Hamstrings), 跨过膝关节和髋关节后方，解剖学中称其为膝关节屈肌和髋关节伸肌，但是， 在多肢体运动中，双关节肌肉的功能经常会出现与解剖学解释相矛盾的现象， 即屈肌产生伸关节的作用，而伸肌产生屈关节的作用，最明显的例子是腿后肌 群经常参与伸膝的运动，这就是双关节肌所谓的"Paradox (似非而是)"现 象。最早观察到这一现象并对其研究的学者是Lombard (1903)，因此双关节肌 肉这一 "似非而是"的现象又被称作Lombard' s Paradox (Lombard矛盾现 象)。
当双关节肌肉附着的肢体其中一端不被约束，则它的功能也同样与解剖学 解释相一致，但是如果肢体的两端都被约束，则双关节肌肉可在一个关节处产 生与其力矩方向相反的作用。例如膶绳肌(Hamstrings)可以使髋关节伸的 同时使膝关节同样产生伸的作用，这就是上面提到的矛盾现象(Paradox)。
请参阅图l，为Wiemann (1990)设计的下肢肌肉骨骼模型示意图，由图可
以看出双关节肌肉胭绳肌l跨过髋关节和膝关节，腓肠肌2跨过踝关节和膝关节， 在股四头肌3的配合下，这两块肌肉不但具有伸髋(胭绳肌)和伸踝(腓肠肌) 的作用，它们也同时具有伸膝的作用。
在生物力学教科书中可以见到下列模型(请参阅图2、图3)来说明胭绳肌 和腓肠肌的这一作用。图2显示了腓肠肌作用于股骨之拉力2，胭绳肌作用于 小腿之拉力l，其中，力12与力22分别为其水平分力，由图3所示的模型可以看 出，力12和力22的合力3可以使膝关节伸展并使身体上移,产生一个举力4。
Zajac等人(1989， 1993)建立了下肢多关节系统运动的动力学方程(Dynamic Equation of Motion),通过动力学正过程(Forward Dynamics)模型从理论上证 实了上述现象的可能性并得出下列结论
1. 单关节肌肉可以在它不跨过的关节处产生作用(产生角加速度)使其屈或伸。
2. 双关节肌肉可以在它跨过的一个关节处产生与其力矩方向相反的作用(角加
速度)。
石i究也显示，上述双关节肌肉作为下肢伸肌的作用很显著，是提高跑、跳 等运动成绩的关键。以胭绳肌为例，它有着既长且肌肉横断面又小的特点，而 在跑、跳运动时，着地后支撑腿要承受强大的地面反作用力冲击(外力)，且支
撑时间很短(O. 12秒左右)，速度很快，所以胭绳肌的这一功能使得它承受的负 荷非常大，出现损伤的机率也很高，因此胭绳肌在此阶段很容易受伤。
当然，在训练时，教练员可以有意识的让运动员作强化腿后肌的力量训练， 并注意保护避免受伤，可是对于运动员成绩的提高和运动损伤的防治，这个方 法显然不能一劳永逸。
总而言之，腿后肌如果肌力不足，在运动过程中很容易受伤，是制约运动 成绩的重要因素。此外，腓肠肌连结跟腱(Achilles Tendon),止于跟骨 (Calcaneus),跟腱又是人体中最强的肌腱，在人体落地时起到了缓冲地面反作 用力及避震的作用。本发明的目标就是从外部结构强化这两块肌肉的功能，起到 了预防损伤和提高运动成绩的作用。
发明内容
本发明的主要目的在于提供模拟并强化下肢双关节肌肉功能的运动鞋裤系 统，帮助运动员或使用者在运动中保护肌肉不受损伤，并协助提高运动成绩。 为了达到上述目的，本发明解决的方案是
将裤子和鞋子作为一个整体，在裤子位于胭绳肌和腓肠肌的地方加置弹性 装置结构，以能模拟下肢双关节肌肉功能的方式来起到强化下肢双关节肌肉功 能的作用。
模拟并强化下肢双关节肌肉功能的运动鞋裤系统，包括相连的鞋子和裤子， 还包括模拟并强化胭绳肌的弹性结构，其通过固定装置设置于裤子上相对处于 人体胭绳肌的解剖位置。
裤子上的腰带可以作为第一固定带，而模拟并强化胭绳肌的弹性结构，其 近端(Proximal)搭接于第一固定带上；在裤子上膝关节的下方位置设置第二固 定带，胭绳肌弹性结构的远端(Distal)搭接于此。裤子上第一固定带的位置是
髂脊上方，近端搭接于第一固定带上的位置相对位于髂后上棘的解剖位置上； 该固定带绕腰一圈设置；所述第二固定带的位置相当于腓骨头的高度，该固定 带环腿一周设置。
此系统还包括模拟并强化腓肠肌的弹性结构，其通过固定装置设置于裤子 上相对处于人体腓肠肌的解剖位置。
在裤子上的膝关节上方的位置设置第三固定带，所述模拟并强化腓肠肌的 弹性结构的一端(近端)搭接于第三固定带上；另一端(远端)搭接于鞋子和 裤子连接处，搭接的位置处于相对跟骨粗隆的解剖位置上。第三固定带的位置 是指髌底上缘2-4厘米处，该固定带环腿一周设置。
模拟并强化下肢双关节肌肉功能的运动鞋裤系统，还包括另一辅助结构(第 四固定带)，其一端连接于第一固定带上，另一端连接于第三固定带上。起到辅 助固定和防止第三固定带滑脱的作用。
在第三固定带上还设置有辅助固定环，模拟并强化胭绳肌的弹性结构从中 穿过；在第二固定带上也设置有辅助固定环，模拟并强化腓肠肌的弹性结构从 中穿过。
所述弹性结构的两端是通过搭扣与固定带连接的。
所述模拟并强化胭绳肌的弹性结构的弹性系数可以选择100-1500牛顿/米。 所述模拟并强化腓肠肌的弹性结构的弹性系数可以选择100-1500牛顿/米。 所述固定带的宽度尺寸可以选择2-4厘米。 由于采用了上述方案，本发明具有以下优点
根据下肢双关节肌肉的起始位置加装体外弹性装置，用以模拟并强化下肢 双关节肌肉的功能。在跑、跳等运动中，或在有疾跑过程的运动(足球、橄榄球) 中能使用这种"运动鞋一裤系统"。它一方面能起到保护双关节肌肉的作用，避 免了双关节肌肉在剧烈运动中的损伤；另一方面也可以强化双关节肌肉的作用， 通过强化这种作用，以提高双关节肌肉的功能，使运动员的成绩得到提高。
图l是下肢双关节肌肉作用模型示意图2是胭绳肌和腓肠肌作用示意图3是胭绳肌和腓肠肌作用的力学模型示意图4使本发明安置于人腿模型上的一种实施示意图5是图4所示实施例的背面示意图。
具体实施例方式
请参阅图4、 5，本发明一种实施例，模拟并强化下肢双关节肌肉功能的运 动鞋裤系统，包括相连的鞋子1和裤子2，还包括模拟并强化胭绳肌的弹性结构 3，该实施例的图上显示该弹性结构3包括两条组成倒V型形状的弹性体；但在 其他实施例中，该弹性结构3也可只是一条独立的弹性体。
其通过固定装置，例如通过固定搭扣51设置于裤子2上，在腰(髂脊上方) 的位置设置，例如绕腰一圈的第一固定带5，该第一固定带5宽度尺寸为2-4cm，，
所述模拟并强化膶绳肌的弹性结构3的近端搭接于第一固定带5上，该第一固 定带5可以采用腰带形式，即不设置于裤子2上，而是直接以腰带替代。固定 搭扣51相对位于髂后上棘的解剖位置上。
在裤子上，膝关节下方，如相当于腓骨头高度的位置设置，例如环腿一周 的第二固定带6，该第二固定带6的宽度尺寸为2-4cm，所述模拟并强化膶绳肌 的弹性结构3的远端可通过固定搭扣61搭接于第二固定带6上；
进一步，还包括模拟并强化腓肠肌的弹性结构7，其通过固定装置设置于裤 子上。
在裤子上，膝关节上方，如髌底上缘2-4cm处的位置设置，例如环腿一周 第三固定带8，第三固定带8的宽度尺寸为2-4cm，所述模拟并强化腓肠肌的弹 性结构7的远端，通过固定搭扣81搭接于第三固定带8上；在鞋子和裤子连接 处，即在鞋后跟正上方的上缘位置设置一个固定搭扣11，所述模拟并强化腓肠 肌的弹性结构的另一端(远端)搭接于该固定搭扣11上。固定搭扣11处于相 对跟骨粗隆的解剖位置上。
还包括第四固定带9，其近端通过固定搭扣52连接于第一固定带上，远端 通过固定搭扣82连接于第三固定带8上。
在第三固定带8上还可以设置辅助固定环82、 83，模拟并强化胭绳肌的弹 性结构3可以从中穿过，该辅助固定环82能够约束模拟并强化胭绳肌的弹性结 构3左右滑动。
类似的，在第二固定带6上还可以设置辅助固定环62，模拟并强化腓肠肌 的弹性结构7可以从中穿过，该辅助固定环62能够约束模拟并强化腓肠肌的弹 性结构7左右滑动。
所述模拟并强化胭绳肌的弹性结构3的弹性系数可以选择100-1500牛顿/
米o
°所述模拟并强化腓肠肌的弹性结构7的弹性系数可以选择100-1500牛顿/
米o
°上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用 本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以很快地对这些实施例做出各种修改， 并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此， 本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明 做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、模拟并强化下肢双关节肌肉功能的运动鞋裤系统，包括相连的鞋子和裤子，其特征在于还包括模拟并强化胭绳肌的弹性结构，其通过固定装置设置于裤子上相对处于人体胭绳肌的解剖位置。
2、 根据权利要求1所述的模拟并强化下肢双关节肌肉功能的运动鞋裤 系统，其特征在于还包括模拟并强化腓肠肌的弹性结构，其通过固定装置 设置于裤子上相对处于人体腓肠肌的解剖位置。
3、 根据权利要求1所述的模拟并强化下肢双关节肌肉功能的运动鞋裤 系统，其特征在于在裤子上的腰的位置设置第一固定带，所述模拟并强化 胭绳肌的弹性结构的近端搭接于第一固定带上，搭接的位置相对位于髂后上 棘的解剖位置上；在裤子上的膝关节下方的位置设置第二固定带，所述模拟 并强化胭绳肌的弹性结构的远端搭接于第二固定带上。
4、 根据权利要求3所述的模拟并强化下肢双关节肌肉功能的运动鞋裤 系统，其特征在于所述的裤子上的腰的位置是髂脊上方，该第一固定带是 绕腰一圈设置；所述膝关节下方的位置是相当于腓骨头高度的位置，该第二 固定带是环腿一周设置。
5、 根据权利要求2所述的模拟并强化下肢双关节肌肉功能的运动鞋裤 系统，其特征在于在裤子上的膝关节上方位置设置第三固定带，所述模拟 并强化腓肠肌的弹性结构的近端搭接于第三固定带上；远端搭接于鞋子和裤 子连接处，搭接的位置处于相对跟骨粗隆的解剖位置上。
6、 根据权利要求5所述的模拟并强化下肢双关节肌肉功能的运动鞋裤 系统，其特征在于所述的膝关节上方的位置是指髌底上缘2-4厘米处，该 第三固定带环腿一周设置。
7、 根据权利要求1-6中任一所述的模拟并强化下肢双关节肌肉功能的运动鞋裤系统，其特征在于还包括第四固定带，其近端连接于第一固定带 上，远端连接于第三固定带上。
8、 根据权利要求1-6中任一所述的模拟并强化下肢双关节肌肉功能的运动鞋裤系统，其特征在于在第三固定带上还设置有辅助固定环，模拟并 强化胭绳肌的弹性结构从中穿过；在第二固定带上还设置有辅助固定环，模 拟并强化腓肠肌的弹性结构从中穿过。
9、 根据权利要求1-6中任一所述的模拟并强化下肢双关节肌肉功能的 运动鞋裤系统，其特征在于所述弹性结构的两端是通过搭扣与固定带连接 的。
全文摘要
模拟并强化下肢双关节肌肉功能的运动鞋裤系统，包括相连的鞋子和裤子，还包括模拟并强化胭绳肌的弹性结构，其通过固定装置设置于裤子上相对处于人体胭绳肌的解剖位置。还包括模拟并强化腓肠肌的弹性结构，其通过固定装置设置于裤子上相对处于人体腓肠肌的解剖位置。本发明一方面能起到保护双关节肌肉的作用，避免了双关节肌肉在剧烈运动中的损伤；另一方面，它也能强化双关节肌肉在跨过的一个关节处产生与其力矩方向相反的作用，通过强化这种作用，以提高双关节肌肉的肌肉功能，使运动员的成绩得到提高。
文档编号A41D1/08GK101194760SQ20061011923
公开日2008年6月11日 申请日期2006年12月6日 优先权日2006年12月6日
发明者宇 刘, 黄灵燕 申请人:上海体育学院