书包中携带过多的重量压力分布
来源:薄膜压力传感器压力分布 | 发布时间:2023/7/11 10:57:25 | 浏览次数：23

摘要在小学和中学，许多学生不得不在书包中携带过多的重量。每年都有成千上万的儿童因背包相关的伤害而接受治疗，在许多研究中，持续的应用劳损与慢性和特发性腰痛有关。本项目的目的是利用理论生物力学模型开发和模拟一种新的潜在背包设计，以分析应用外部支撑来缓解L4/L5和L5/S1椎间盘的压力的效率。利用CDC统计的16岁男女高中生的人体测量数据，利用3DSSPP仿真软件程序，配置模拟背包磨损的静态生物力学模型，基于第10、第50、第90百分位进行模拟。将新设计背包与现有背包模型的压缩力和剪切力进行了比较，结果显示压缩力和剪切力分别减少了44-67%和25-38%。通过招募12名高中生对原型进行进一步评估，发现新设计能够显着重新分配并减少腰椎上的压缩和剪切力，即使在非常重的车厢负载下。可以得出结论，新型原型背包设计的设计和工程元素有效地预防了高中生背包相关的慢性损伤和椎间盘突出症。提出了进一步提高新设计的适用性的研究方向。

关键词:生物力学，工效学，3DSSPP

1介绍
1.1背景介绍
研究表明，儿童和青少年时期背包负重的增加通常归因于椎体的压迫和脊柱的压力导致腰椎间盘的慢性退变，椎间盘高度随着时间的推移而降低[1,2]。当椎间盘因压迫而发展为脱垂和挤压时，髓核突破纤维环，导致椎间盘突出的最后阶段。此外，由于高载重的长期磨损，身体的许多部位都会受到影响，包括阑尾关节，每磅载重可以承受7磅的重量。此外，潜在的神经损伤可能发生，由于学生背包使用不当导致肢体麻木的报道越来越多[3-7]。由于身体的四种自然曲度被打乱，颈椎区域会紧张，后肩会变圆，从而影响身体的平衡和站立时的重量分布。因此，建立和执行合适的背包佩戴姿势是非常必要的[8-10]。

慢性下背部损伤是当今美国人最常见的健康问题之一。根据美国国立卫生研究院(National Institute of Health)的数据[11]，美国80%的成年人一生中都患有不同程度的腰痛(LBP)。据报道，在美国和欧洲，背部受伤占医疗索赔的10- 30%，背部受伤的比率比前几年有所增加。然而，尽管人们对这些统计数据的认识有所提高，并采取了保护成年劳动力的行动，美国疾病控制与预防中心(CDC)的报告显示，每年因背部受伤导致的医疗赔偿案件仍高达30%。此外，美国脊椎治疗协会估计，在美国有310万人患有腰痛，整个美国工作社区中有一半的人抱怨与他们的职业有关的腰痛。[12]在美国，每年与lbp相关的伤害的总成本可能超过900亿美元[13]。许多此类背痛问题的根本原因在于早期和青少年的生活习惯，研究表明，超过70%的青少年可能终生患有下背部疼痛，而无需治疗或预防性干预/纠正[14]。

导致腰痛的因素有很多，包括身体状况和健康状况、运动和日常持续活动，如举重和负重。在上述因素中，背着沉重的背包是最常见的因素之一[15]，因为它施加了恒定的负荷，必须由脊柱来抵消，加上重复的、动态的身体运动和不正确的身体姿势，如过度驼背和前凸，很容易导致长期劳伤，在老年时发展为腰痛和椎间盘突出。现在，高中生经常被发现在他们的背包里携带更多的东西和重量，部分站立时身体的重量分布也是如此。因此，建立和执行合适的背包佩戴姿势是非常必要的[8-10]。

慢性下背部损伤是当今美国人最常见的健康问题之一。根据美国国立卫生研究院(National Institute of Health)的数据[11]，美国80%的成年人一生中都患有不同程度的腰痛(LBP)。据报道，在美国和欧洲，背部受伤占医疗索赔的10- 30%，背部受伤的比率比前几年有所增加。然而，尽管人们对这些统计数据的认识有所提高，并采取了保护成年劳动力的行动，美国疾病控制与预防中心(CDC)的报告显示，每年因背部受伤导致的医疗赔偿案件仍高达30%。此外，美国脊椎治疗协会估计，在美国有310万人患有腰痛，整个美国工作社区中有一半的人抱怨与他们的职业有关的腰痛。[12]在美国，每年与lbp相关的伤害的总成本可能超过900亿美元[13]。许多此类背痛问题的根本原因在于早期和青少年的生活习惯，研究表明，超过70%的青少年可能终生患有下背部疼痛，而无需治疗或预防性干预/纠正[14]。

导致腰痛的因素有很多，包括身体状况和健康状况、运动和日常持续活动，如举重和负重。在上述因素中，背着沉重的背包是最常见的因素之一[15]，因为它施加了恒定的负荷，必须由脊柱来抵消，加上重复的、动态的身体运动和不正确的身体姿势，如过度驼背和前凸，很容易导致长期劳伤，在老年时发展为腰痛和椎间盘突出。现在，我们经常发现高中生书包里的物品和重量越来越多，部分原因是由于日常学校的学习和活动水平的提高，以及对负重超过可容忍阈值的漠视。与此同时，背部疼痛和肩部/颈部不适也成为高中生中更常见的问题。学生背包已被发现与背部疼痛直接相关，特别是腰椎L4/L5和L5/S1腰椎间盘:腰椎和骶骨交叉处的劳损和受力。长期暴露在如此沉重的压力下，可能会导致长期甚至永久性的背部问题和成年后的伤害。18岁以下的儿童背着沉重的背包患肌肉骨骼疾病的风险更高，因为他们仍处于生长发育阶段;他们的身体更容易受到后面沉重车厢的伤害。美国脊椎按摩协会建议，背包的重量不应超过儿童体重的10%;然而[16]，大多数高中生经常携带超过推荐负荷的背包。以上翻译结果来自有道神经网络翻译（YNMT）· 通用场景