基于一维统计参数映射分析跑者跑步地面反作用力差异

目的通过一维统计参数映射(statistical parametric mapping,SPM)对比分析男、女性跑者及左右侧地面反作用力(ground reaction force,GRF)差异。方法 30名男、女性跑者在测力跑台上以12 km/h速度进行跑步测试,记录连续5个支撑期GRF,采用一维统计参数映射独立样本t检验与配对样本t检验分别对比男、女性跑者及左右侧GRF差异。结果男、女性跑者的垂直平均负荷加载率(vertical average loading rate,VALR)左右侧均存在不对称,且男性跑者左侧VALR显著高于女性,而右侧无显著差异;男女性跑者右侧垂直GRF在蹬离期及横向GRF在落地期存在差异,男、女性跑者左侧横向GRF在落地期及支撑中期存在差异;男性跑者左右侧前后GRF在蹬离期、垂直GRF在落地和蹬离期及横向GRF在落地期均在存在差异;女性跑者左右侧GRF仅在垂直方向的落地期和蹬离期存在差异。结论介绍SPM在GRF数据分析中的应用,阐释相关步骤及原理,对比SPM连续值检验与特征值检验的差异,并讨论参数性SPM与非参数性SPM的差异与特征,为该方法在运动生物力学研究中的应用提供参考。通过对男、女性跑者间及左右侧GRF对比分析发现在落地期、支撑中期及蹬离期等阶段的性别差异及左右侧对称性差异,相关结果为后续进一步探究跑步相关损伤原理及防治措施铺垫基础。     

Evans手术对跟骰关节压力影响的生物力学研究

目的　研究Evans手术矫正平足畸形对跟骰关节压力的影响以及该术式的足外侧柱最佳撑开宽度,为临床提供借鉴与参考。 方法　6例正常成人新鲜足标本,根据不同工况分为正常对照组、平足模型组、Evans手术外侧柱延长的LCL*4 mm、LCL*6 mm、LCL*8 mm、LCL*10 mm及LCL*12 mm组。实验标本逐级加载至350 N,利用K-ScanTM骨关节接触面测量系统的K-Scan6900#压敏片分别测量7组跟骰关节压力变化。 结果　在350 N垂直载荷下跟骰关节的峰值压强分别为（kg/cm2）：对照组(9.21±　1.60)、平足组(24.90±2.45)、LCL*4 mm组(21.68±2.21)、LCL*6 mm组(15.95±2.59)、LCL*8 mm组(11.04±　1.15)、LCL*10 mm组(15.20±2.35)、LCL*12 mm组(21.55±2.03)。平足组跟骰关节峰值压强较对照组显著增高（P＜0.05）;Evans术后的所有组跟骰关节峰值压强较平足组有明显降低（P＜0.05）;LCL*8 mm组与正常对照组跟骰关节峰值压强接近（P=0.143）;LCL*8mm组跟骰关节峰值压强较其他外侧柱延长组小（P＜0.05）。 结论　 Evans手术治疗获得性平足,其术后对跟骰关节压力在一定范围内较平足术前有所减小,呈先减小后增大的趋势;而撑开长度在8 mm时跟骰关节压力最小,且最接近正常状态。     

基于深度相机和神经网络的下肢关节力矩估计

目的 通过深度相机和神经网络估计人在直线行走时髋、膝和踝关节的屈伸力矩。方法 利用光学运动捕捉系统、测力板和Azure Kinect深度相机采集20个人的步态信息,受试者被要求以其偏好的步行速度直线行走,同时踏在测力板上。并利用Visual 3D仿真得到关节力矩作为参考值,分别训练人工神经网络（artificial neural network,ANN）模型与长短期记忆（long short-term memory,LSTM）模型进行关节力矩估计。结果 ANN模型估计髋、膝和踝关节的关节力矩的相对均方根误差（relative root mean square error,rRMSE）分别为15.87%~17.32%、18.36%~25.34%和14.11%~16.82%,相关系数分别为0.81~0.85、0.69~0.74和0.76~0.82。LSTM模型具有更好的估计效果,rRMSE分别为8.53%~12.18%、14.32%~18.78%和6.51%~11.83%,相关系数分别达到了0.89~0.95、0.85~0.91和0.90~0.97。结论 本文证实了利用深度相机和神经网络无接触估计人体下肢关节力矩方案的可行性,其中LSTM模型具有更佳的表现。关节力矩估计结果与现有研究相比具有更好的精度,潜在应用场景包含远程医疗、个性化康复方案制定以及矫形器辅助设计等。     

慢跑的速度对青年女性下肢关节及肌肉的影响

目的 探讨合理的慢跑速度对体形和步姿的影响,使人在慢跑健身的同时兼得柔美的体态。方法 根据相关测量选择5种慢跑速度。利用运动捕捉系统采集研究对象(15位青年女性志愿者)在慢跑速度下的运动学数据,同时对下肢8块主要肌肉的肌电信号进行采集。计算获得在不同慢跑速度下髋、膝及踝关节矢状面的关节角度变化的均值。选择数据最接近均值的对象作为研究对象并进行运动学分析。结果 计算获得了该研究对象在不同慢跑速度下髋、膝及踝关节矢状面的关节角度以及下肢8块主要肌肉的激活度曲线。运用打分的方法,本文给出了研究对象慢跑速度、慢跑阶段、肌肉激活度与关节角度之间的关系。结论 各关节角的变化范围和各肌肉最大激活度并不随慢跑速度的变化而单调变化。本文为青年女性健身时选择适合自己的慢跑速度提供了参考。     

衰弱状态和步行速度对老年人下肢关节运动学特征的影响

目的 研究衰弱状态和步行速度对老年人步行时下肢关节运动学特征的影响。 方法 招募 59 名 60 岁及以上老年人,根据衰弱指数清单将受试者分为非衰弱组、衰弱前组和衰弱组,采用 Xsens MVN 运动捕捉惯性传感器采集 3 组老年人慢速、习惯速度、快速行走时的运动学数据,应用双因素重复测量方差分析比较不同衰弱状态和步速下老年人行走时的下肢关节运动学特征差异。 结果 衰弱组老年人的年龄显著高于非衰弱组(P<0. 01),膝关节最大屈角、膝关节和踝关节活动范围(range of motion,ROM)显著低于非衰弱组和衰弱前组(P<0. 05);同时,衰弱组老年人踝关节最大跖屈角显著低于非衰弱组(P<0. 05);随着步速增加,衰弱组老年人的单支撑相时间显著增加(P<0. 05),3 组老年人髋关节矢状面最大角及其 ROM、膝关节最大屈角、踝关节最大跖屈角及其 ROM 显著增加(P<0.05),双支撑相时间、踝关节最大背屈角度和膝关节 ROM 显著减小(P<0. 05);所有关节角度中只有髋关节最大伸角及其 ROM、膝关节最大屈角在慢速与习惯速度之间出现显著差异(P<0. 05)。 相关性分析显示,衰弱前组和衰弱组老年人不同速度步行时髋、膝关节 ROM 均显著正相关(P<0. 01),衰弱组老年人在习惯速度和快速行走时膝、踝关节 ROM 显著正相关(P<0. 05)。 结论 随着衰弱程度的进展,老年人下肢关节矢状面角度持续降低,主要集中于膝、踝关节。 在行走时两个关节间同步性增强,自由度降低,但在提高步行速度时,衰弱状态基本不影响老年人的步行策略。 研究结果有助于对衰弱老年人群进行筛查及康复指导。     

不同负荷运动中下肢肌表面肌电图的变化

背景：尝试应用曲线拟合分析方法对表面肌电图进行分析和研究国内外尚处于起步阶段,将其应用于功率自行车运动至疲劳的研究鲜见报道。 目的：探讨功率自行车不同负荷运动中下肢肌中值频率值的变化特征和规律,分析肌肉疲劳拟合曲线的特点及其影响肌肉疲劳的相关因素。 方法：受试者为苏州大学体育学院8名男性青年,利用MONARK功率自行车,对受试者在不同负荷以及不同踏蹬频率下进行测试至疲劳,同时对股直肌、股外侧肌、股内侧肌、胫骨前肌、腓肠肌内侧头和腓肠肌外侧头进行表面肌电信号的采集与记录。分析中值频率指标的变化,并用minitab.15统计软件,按照在F检验的统计学差异有非常显著性意义(P < 0.001)的前提下,选取判定系数R2最大,偏差的平方和最小的原则,对实验结果进行曲线优度拟合。 结果与结论：①功率自行车150 W运动时,肌纤维的募集形式由运动初始快肌纤维募集数量逐渐增多向慢肌纤维募集比例增高转变。②功率自行车300 W运动时,肌纤维的募集形式从运动初期的快肌纤维募集为主逐渐向慢肌纤维募集比例增高转变。③功率自行车150 W运动时,肌肉疲劳的拟合曲线均为三次项曲线,提示影响肌肉疲劳的主要因素有3个。300 W运动时,肌肉疲劳的拟合曲线均为二次项曲线,提示影响肌肉疲劳的主要因素有2个。     

下肢不等长对步态影响的实验分析

目的采用正常人体单侧增高模拟下肢不等长,分析下肢不等长步态特征,研究下肢不等长对步态的影响,为下肢假肢穿戴者因下肢不等长引起的慢性疾病提供理论依据。方法通过单侧穿鞋增高人为制造下肢不等长,利用三维动态捕捉系统和地面反力采集设备采集受试者在正常步态和下肢不等长步态下的时空参数、地面反力和关节角度,并进行对比分析。结果下肢不等长步态与正常步态在步长、步长时间和单侧支撑期存在显著差异。下肢不等长步态左右腿足跟着地期垂直方向地面反力均大于正常步态,髋、膝、踝角度存在明显变化。结论下肢不等长是造成行走步态异常的重要原因,可能是下肢假肢穿戴者产生腿部关节疾病的原因。     

基于斜床减重式下肢康复训练的人体关节受力分析

基于斜床减重式下肢康复训练,对人体下肢屈伸运动过程的关节进行运动与受力分析,将人体简化为7刚体模型,采用Lagrange方法进行动力学建模与分析,并在Matlab中对数学模型仿真,获得人体在斜床不同倾角下训练时关节所受力矩。关节力矩随着斜床倾角的增大而增大;随着人体大、小腿之间夹角的减小而增大。在ADAMS中根据人体参数建立几何模型进行仿真分析,计算两种模型结果间的相关系数,结果显示两种方法获得的关节力矩组间相关系数接近于1,验证了Lagrange方法建立的数学模型的合理性。本研究结果对制定个性化下肢康复训练方案提供良好的参考依据,并对下肢训练康复器械的开发具有指导意义。     

太极拳白鹤亮翅对下肢肌电活动的影响

目的通过对比太极拳初学者和太极拳运动员白鹤亮翅动作关节角度活动变化、压力中心(center of pres-sure,COP)变化和肌肉活动特点,分析运动员是如何通过肌肉活动控制其白鹤亮翅的姿势平衡。方法太极拳运动员和初学者分两组各10人。记录太极白鹤亮翅动作时双下肢10块骨骼肌表面肌电图、双下肢3大关节的二维角运动和COP在侧方和前后的移位。每次试验8 s完成,重复5次。统计处理后,做肌电运动和平衡分析;其中肌电数据做标准化处理,并比较太极拳运动员和初学者的异同。结果运动员组支撑腿胫骨前肌、股二头肌、臀中肌)的肌电活动表现为显著高于初学者同侧腿骨骼肌的肌电活动;运动员组虚步腿的腓肠肌和股直肌的肌电活动显著高于初学组同侧同名肌。运动员组下肢3大关节最大平均活动角度比初学组大,支撑腿髋关节显著高于初学组同侧同关节。运动员组COP前后方向位移显著小于初学组。结论运动员可以通过肌肉活动的增强对抗COP的移位,保持姿势平衡稳定,而初学者COP前后移位失控时并没表现出积极的肌肉活动。初步解释了太极拳练习能提高人体下肢肌肉力量和平衡控制能力的原因。     

穿不同鞋与裸足对羽毛球蹬地动作下肢及跖趾关节运动协调特征的影响

目的探讨穿着不同鞋和裸足对羽毛球典型蹬跨步动作蹬地时腿下肢和跖趾关节运动协调的影响,为羽毛球运动的科学训练和专用鞋的选择及研发提供理论基础。方法选取优秀男子羽毛球运动员作为研究对象,穿着某品牌羽毛球成品鞋、某款羽毛球样品鞋和裸足作为不同鞋条件,并以羽毛球典型蹬跨步作为测试动作。利用Vicon运动捕捉系统和高速摄像仪同步采集下肢蹬地过程中髋、膝、踝和跖趾关节的运动学及协调特征。结果(1)在蹬地阶段,穿着两款羽毛球专项鞋时下肢各关节的运动学表现并无显著性差异,但相比裸足,两款鞋均在一定程度上增加踝、跖趾关节的角速度,并显著减低各关节角速度到达峰值的时间;(2)下肢运动协调特征方面,3种足鞋条件均表现为在相近时间内下肢髋、膝、踝和跖趾关节由近及远依次加速蹬伸。结论穿着运动鞋具备更好的蹬伸动力来源,能增加蹬伸的速度和效果,有利于提高运动表现;羽毛球蹬伸动作协调性的表现形式倾向于顺序性与同步性的合理组合,建议应针对性地加强踝、跖趾等末端关节的速度和力量训练。     

人体下肢关节坐标系的一种简单定义方法

在对人体运动进行运动学或者动力学分析的时候,通常需要对各关节建立局部坐标系,而目前大部分人体关节坐标系定义方法都主要针对临床应用,需要具备专业的解剖学知识且可操作性差。本文首先描述了下肢的主要解剖学特征点,并通过这些特征点构建了髋关节、膝关节及踝关节坐标系,提出了定义人体关节坐标系的基本原则。通过利用运动捕捉系统对自愿者步态过程中的下肢运动轨迹进行采集,分析构建坐标系的特征点在运动过程中空间相对位置的不变性,说明了文章提出的下肢关节坐标系定义方法在一定范围内是合理的。     

电针对膝骨性关节炎患者登梯垂直地面反作用力及冲量对称性的影响

目的观察电针治疗对膝骨性关节炎患者登梯时下肢关节负荷的影响,探索电针的生物力学效应。方法膝骨性关节炎患者40例,随机分配至电针观察组及浅刺对照组各20例,最终各18例完成研究。观察组选取7个膝周穴位,连接电针仪;对照组取膝周非经非穴点浅刺后,连接电针仪但不通电。分别于治疗前后采用三维步态分析系统进行登梯生物力学测试,计算垂直地面反作用力峰值、冲量及其对称性。结果 3周治疗后,观察组垂直地反力上梯右足峰值、下梯左足峰值较治疗前增加(P 0.05);上梯左右足冲量、下梯右足冲量较治疗前降低(P0.05);峰值及冲量对称指数治疗前后比较差异无统计学意义(P0.05)。浅刺组仅上梯冲量对称指数较治疗前增加(P0.05)。两组各项指标治疗前后差值的组间比较均无统计学意义(P0.05)。结论电针能有效改善膝骨性关节炎患者登梯过程中的关节负荷能力,降低动态累积负荷,可能对减缓病程有帮助。     

髌股疼痛综合征下肢动作模式特征与康复治疗研究进展

髌股疼痛综合征(patellofemoral pain syndrome, PFPS)因其高发病率、低治愈率的现状已在康复治疗领域获得越来越多的关注。研究发现,PFPS患者解剖学异常、疼痛因素导致肌肉活动改变与肌力不足会引起下肢关节产生错误动作模式,这种错误的动作模式会导致病情加重,不利于患者康复。通过运动疗法、贴扎、神经肌肉训练以及关节矫形器可以改善髋、膝、踝动作模式,减轻PFPS的疼痛。对PFPS患者患病后动作模式特征以及相应康复治疗方法进行总结,为PFPS的康复提供参考。     

SSSEP提升下肢MI-BCI系统性能及其多维脑电特征分析

运动想象脑-机接口(MI-BCI)可解码用户运动意图,为无法自主运动患者提供-种额外交互控制通道,辅助或改善其生活方式.针对现有下肢MI-BCI分类性能较低等关键问题,引入了体感电刺激(ES)用于下肢MI-BCI构建混合范式(MI+ES),并与传统单一范式(MI)对比.共20名年轻健康右利手受试参与实验,5名参与最优诱...     

一种基于表面肌电信号映射人体下肢运动意图的方法

智能膝关节假肢是截肢患者恢复日常运动的重要辅具。对人体下肢运动意图的识别是实现下肢假肢控制的关键。该文针对此问题,提出了一种通过表面肌电信号预测膝关节角度的方法。对表面肌电提取时域特征,通过 BP 神经网络模型建立平地行走过程中表面肌电信号和膝关节角度的映射关系,预测膝关节角度。     

两种疲劳方案对落地时下肢运动学和冲击力时频特征的影响

目的比较两种疲劳方案对人体落地动作下肢关节运动学及冲击力时/频域特征的影响。方法选取15名优秀跑、跳类专项男性运动员,利用Vicon运动捕捉系统和Kistler三维测力台比较两种疲劳方案(恒速跑、折返跑+垂直纵跳)前后落地时矢、额状面运动学和地面反作用力(ground reaction force,GRF)时/频域特征。结果(1)两种疲劳方案均会造成髋、膝关节在矢状面上的角度减小、屈曲活动度增加,且采用跑+跳方案时踝关节屈曲活动度、膝关节最大屈曲角速度增加(P0.05),髋关节外展活动度以及髋、膝关节最大外展角速度增加(P0.05);(2)两种疲劳方案前后,冲击力时域特征均无显著差异;采用跑和跑+跳方案,分别在3.51、8.20 Hz及1.17、3.51、7.03 Hz下表现出GRF频谱振幅减小(P0.05)。结论两种疲劳方案均会导致下肢在受到落地冲击时更多采用屈曲着地方式,但跑+跳方案表现更明显且干预时间更短,从实验方法学角度更具优势。研究结果可为研究疲劳后的力特征提供进一步参考。     

着鞋类型和步速对膝关节载荷的影响

目的探讨着鞋类型(裸足、普通鞋、极简鞋)与步行速度(快步走、常速行走)对膝关节生物力学指标的影响,为科学健身提供理论参考。方法采用Vicon三维运动捕捉系统、Kisler三维测力台同步采集10名男性在裸足、穿着不同鞋常速行走与快步走时下肢运动生物力学指标。采用双因素(2种行走方式×3种着鞋类型)重复测量方差分析对各指标进行统计分析。结果相对于快步走,常速行走时足底压力中心(center of pressure,COP)向外偏移较大,额状面膝关节力臂、膝关节内收外力矩和第1峰值负载率均较小,但额状面膝关节冲量矩较大;相对于穿着普通跑鞋,裸足或穿着极简鞋时,步幅变小,COP向外偏移较大,额状面膝关节力臂、膝关节内收外力矩、第1峰值负载率和额状面膝关节冲量矩较小。结论为降低额状面膝关节冲量矩以及峰值负载率,建议着极简鞋采用小步幅进行快步走锻炼。     

基于 Kinect 探讨针刺结合康复训练对脑卒中患者上肢功能的影响

目的 用Kinect探讨针刺结合康复训练对脑卒中患者上肢功能的影响。方法 将脑卒中后上肢功能障碍患者随机分为对照组(康复训练)和治疗组(针刺+康复训练)各15例。比较两组患者治疗前后改良Barthel指数(modified Barthel index, MBI)、Fugl-Meyer运动功能评估(Fugl-Meyer assessment, FMA)及Wolf运动功能测试(Wolf motor function test, WMFT),用Kinect评估两组患者干预前后前臂放桌面、伸肘、喝水3个动作的运动时间(motor time, MT)、运动单位数量(motor unit number, MUN)、曲率指数(index of curvature, IC)、肘关节屈曲角度(elbow flexion angle, EFA)、肩关节屈曲角度(shoulder flexion angle, SFA)与肩关节内收角度(shoulder adduction angle, SAA)的变化。结果 经过6周治疗,治疗组患者MBI和FMA分数、WMFT总分数及伸肘分数均高于对照组(P<0.05...     

基于AnyBody仿真不同身体质量指数青年八段锦动作的下肢生物力学特征

目的 对比八段锦干预前后不同身体质量指数(body mass index,BMI)青年下肢生物力学特征,为不同BMI八段锦练习者进行科学锻炼及设定运动处方提供参考.方法 将不同BMI青年人群分为标准组、超重组、肥胖组,以BTS SMART 3D红外动作捕捉系统记录运动参数及肌电参数,KISTLER测力台记录动力参数,用...     

经颅直流电刺激对下肢耐力表现影响的系统综述

下肢疲劳是影响运动表现的重要因素之一,如何提升下肢在耐力运动过程中的抗疲劳能力是人体运动生物力学研究领域的重点。本文对经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation, tDCS)干预下肢耐力表现的相关文献进行系统综述,总结tDCS干预下肢耐力表现的效果,分析影响因素及潜在机制。结果发现：tDCS干预对下肢整体耐力表现有显著影响,对膝关节耐力表现的影响无统一定论,研究人员认为tDCS可提高初级运动皮层兴奋性从而降低辅助运动区激活,在耐力运动中产生更低的主观感觉疲劳分级,但却无法影响耐力运动中肌肉疼痛感知,且各研究中刺激方案不一,可能是部分原因。本研究可为探究tDCS提升耐力表现的中枢机制、针对不同人群制定康复和运动训练方案及开发新型刺激设备以增强人体抗疲劳能力提供理论依据。