基于视频图像边缘检测的人体下肢运动步态*☆

背景:步态规律主要应用人体行走的运动学、动力学等参数进行描述.目前在运动医学、康复工程和仿生学等领域,步态分析可为确定疾病诊断、康复和治疗方案提供重要依据. 目的:应用基于人体运动图像的测量装置系统,采集人体在跑步机上行走的下肢运动步态视频,分析人体步态运动规律. 方法:采用基于双摄影机的人体运动图像捕捉系统,在人体的左右髋关节、膝关节、踝关节及脚板设置标识点,对人体在跑步机上行走的下肢运动步态视频进行采集.应用图像边缘检测的原理,对测量数据进行了图像处理和分析,得到人体正常步速行走时,左右大腿与竖直方向夹角、小腿与竖直方向夹角、脚板与竖直方向夹角及膝关节、踝关节标识点的关节角度变化规律. 结果与结论:基于视频图像边缘检测人体下肢的运动步态,成本相对低廉,数据误差较小,精度与进口设备较接近.应用该测量结果初步构建了人体步态行走数据库,为建立步态评定标准、异常步态判别以及进一步的康复治疗提供了依据.     

帕金森病患者步态测量与定量分析

摘要 目的：提取帕金森病患者步态运动学和时空参数,通过实验分析找到可以作为步态量化评估的特征参数,为医生提供康复评估的依据。 方法：本文采用基于刚体的虚拟标识点方法在受试者下肢解剖学关键点设置标识点获取其步态信息。受试者被分为开机组(DBS ON),关机组(DBS OFF)和对照组(Control),运动捕捉仪记录受试者多个步态周期的虚拟标识点三维坐标。提取包括关节角度、支撑相比率、双支撑相比率、步态周期时间、步频、步长和步速等在内的步态运动学及时空参数。对三组步态特征参数进行单因素一元方差分析。 结果：各组间下肢各关节角度变化范围、支撑相比率、双支撑相比率、步长和步速差异均有显著性(P<0.01),且随受试者症状的减轻,关节角度变化范围、步长和步速有显著递增趋势 (DBS OFFDBS ON>Control)。 结论：基于刚体的虚拟标识点可以准确测量人体步态。提取出的关节角度变化范围、支撑相比率、双支撑相比率,步长和步速均可作为帕金森病患者康复评估的依据。     

下肢假肢步态试验机的设计

实验于2008-03在上海理工大学生物力学与康复工程研究所完成。基于仿生学原理,将人体下肢简化为刚体结构,关节简化为单轴结构,设计出一套下肢假肢步态试验装置。整个步态试验机装置系统由模拟腿、动力和传动装置及测控系统组成,主要部件有躯干、大腿、小腿、脚板和髋关节、膝关节、跑步机以及驱动部分。采集健康青年人常速行走的运动步态参数,以其关节角度数据作为输入信号,以步进电机作为动力驱动实现模拟腿的运动,达到正常人行走步态的模拟。结果显示,对模拟后的输出信号进行采集并与输入信号相比,最大相对误差为5.6%,在工程误差允许范围之内。提示下肢假肢步态试验机能基本模拟人的正常步态。     

基于步态轮廓评分分析青年慢性非特异性腰痛患者的步态模式

目的 通过研究步态轮廓评分（GPS）和运动分析剖面图（MAP）来量化青年慢性非特异性腰痛（chronic nonspecific low back pain, CNLBP）患者和健康青年人步态周期中的运动学变化。 方法 采用3D光学运动捕捉系统（Qualisys,Gothenburg,Sweden）采集CNLBP组和健康组受试者各11例的步态运动学数据,将其导入索尔福德大学Richard Baker教授编写的Excel文件并计算出GPS和MAP分数,并进行统计学分析。 结果 右膝关节膝关节屈曲和伸展GVS值CNLBP组为（5.66±1.83）°,健康组为（3.64±1.13）°,组间比较,差异有统计学意义（P＜0.01）,2组受试者其余各项GVS变量和GPS组间比较,差异均无统计学意义（P>0.05）。 结论 青年CNLBP患者存在步态异常,GPS和MAP在青年CNLBP患者的步态评估中具有一定的适用性。     

运动平板训练对学龄期脑瘫患儿平衡功能与步态的影响

摘要 目的：探讨运动平板训练对痉挛型双瘫学龄期脑瘫患儿的平衡功能与步态的影响。 方法：将30例痉挛型双瘫学龄期脑瘫患儿采用电脑随机方法分为实验组和对照组。实验组和对照组各15例均接受隔天1次,每周3次的常规康复训练,实验组在常规训练基础上同时进行隔天1次,每周3次的运动平板训练,持续12周。分别于治疗前与治疗后对两组患者采用Berg平衡量表评定和步态分析。 结果：干预12周后,实验组Berg评分和步态时空参数（跨步长、步宽、步速）与对照组存在显著差异（P＜0.05）。 结论：运动平板训练对提高痉挛型双瘫学龄期脑瘫患儿的平衡功能与改善步态的效果显著。     

行走人体的多刚力学模型

行走人体的多刚力学模型上海交通大学林良明，陈大跃，孙志宏临床医学证实：步态分析已作为诊断下肢损伤、中枢神经和脑瘫等疾病的一种有效手段。然而目前先进的步态分析系统（如：美国ＣＯＤＡ－Ⅲ、英国ＶＩＣＯＮ等）都需用４～６台摄像机和坐标发生器来测量人体运动［...     

功能性电刺激同步踝足矫形器步态训练对脑卒中患者步行功能的影响

目的 观察功能性电刺激同步踝足矫形器步态训练对脑卒中后偏瘫患者下肢运动功能、步态时-空参数和关节角度参数的影响。 方法 将符合入选标准的脑卒中患者32例随机分为对照组（n=10）、支具组（n=10）和联合组（n=12）。3组患者均接受常规药物治疗和常规康复训练,对照组在此基础上增加步态训练,支具组则增加佩戴AFO行步态训练,联合组在常规药物和常规康复训练的基础上增加FES治疗,且在FES治疗的同时佩戴AFO行步态训练。3组患者均接受为期4周的治疗,并于治疗前和治疗4周后（治疗后）采用下肢Fugl-Meyer评定量表（FMA-LE）、下肢Brunnstrom运动恢复分期量表（BRL）、步行功能评定表（FAC）对其下肢运动功能和步行能力进行评估,同时使用三维步态分析仪获取3组患者步态参数,比较其治疗前、后偏瘫步态的变化。 结果 治疗4周后,3组患者的FMA-LE、FAC、BRL评分、时-空参数和各关节最大屈曲角度较组内治疗前均显著改善,差异均有统计学意义(P＜0.05）。治疗后,联合组患者的FMA-LE评分［（28.42±1.38）分］、FAC评分［（4.33±0.49）分］、BRL评分［（5.41±0.67）分］、步频［（79.58±19.08）步/min］、步速［（56.97±19.08）cm/s］、步幅［（77.33±15.20）cm］、步行周期［（1.42±0.29）s］、双支撑相［（34.00±5.39）%］以及髋、膝、踝关节最大屈曲角度均显著优于对照组和支具组治疗后,差异均有统计学意义（P＜0.05）。 结论 功能性电刺激的同时行踝足矫形器步态训练可显著改善脑卒中后偏瘫患者的下肢运动和步行功能,增加其关节活动度。     

基于惯性传感器的运动捕捉系统对儿童脑性瘫痪步态特征的分析研究

目的：采用基于惯性传感器的运动捕捉系统分析脑性瘫痪（简称脑瘫）患儿和正常儿童以自然步速在日常生活环境中行走时的步态特征。方法：2021年6—12月，在广州市妇女儿童医疗中心康复科招募20例6—12岁脑瘫患儿，面向社会招募同龄20例正常儿童。采集所有儿童的年龄及性别等基本资料后，利用基于惯性传感器的运动捕捉系统采集并分析其以自然步速在日常生活环境中（医院走廊，连续两次行走20m）行走时的步态时空、运动学参数和腰部活动角度。结果：与正常儿童相比，脑瘫患儿的步行周期变长（P<0.05），支撑相在整个周期的占比增大，摆动相的占比减少（P<0.05）；跨步长变短，步频加快（P<0.05）；髋屈曲、伸展角度受限，髋内旋角度增大，膝屈曲、踝跖屈角度受限，腰后伸、侧屈及右旋转角度增大（P<0.05）。结论：脑瘫患儿的步行周期、支撑相、跨步长、步频、下肢及腰部关节活动度有明显异常。基于惯性传感器的运动捕捉系统可有效识别脑瘫患儿在日常生活环境中行走时的步态特征。     

骨骼肌疼痛：肥胖人群中右手臂肱桡肌肌腱结合处隐性触发点的可能性发展

背景：有研究显示肥胖与骨骼肌疼痛存在一定的相关性,但具体因素尚未发现。目的：分析肥胖人群中隐性触发点的可能性发展。方法：选择暑期减肥夏令营中体脂率均大于30%,年龄在9-20岁自愿受试者57名（18岁以下营员由父母签订知情同意书）。用压力测痛仪测量受试者左右手臂肱桡肌肌腱结合处（C点）、隐性触发点处（B点）以及附着点处触发点（A点）的疼痛阈值。另外,随机选取其中19名受试者进行2周以羽毛球和乒乓球为主的运动锻炼,测量运动前后肱桡肌A、B、C 3点的疼痛阈值。结果与结论：1受试者B点的疼痛阈值最低,C点的疼痛阈值最高。2男女比较,A点疼痛阈值存在明显差异,且女性明显低于男性。3B点的疼痛阈值随体质量指数的增加而增加。4运动前后,3点疼痛阈值也不存在显著性差异。结果说明,人体9岁后可能在肱桡肌处产生隐性触发点,女性可能更易形成附着点处触发点,运动对肱桡肌处隐性触发点的活化或消除均没有影响。     

步态模式对人体髋膝踝关节运动协调关系的影响

摘要 目的：分析不同步态模式下髋膝踝关节的运动协调关系,为下肢智能假肢和助行外骨骼控制系统的运动规划提供依据。 方法：利用红外光点运动捕捉系统,采集10名20—35岁健康青年志愿者进行平地行走、上楼梯和下楼梯三种步态的运动轨迹,采用运动循环图对髋膝踝关节运动角度参数进行统计分析。 结果：不同步态模式的髋膝踝关节运动循环图存在显著的差异。 结论：步态模式对髋膝踝关节的运动协调关系有显著影响,下肢假肢和外骨骼可以借鉴相应的运动协调模式降低机械结构和控制系统的复杂性。