基于人体骨盆运动轨迹的康复辅助机构设计

针对临床康复医师提出在下肢行走障碍患者康复训练过程中,患者身体重心缺乏在左右两脚之间的横向移动能力,从而影响行走甚至导致跌倒的问题,本文通过健康人步态行走过程的骨盆运动特征,对复杂的骨盆运动学和运动轨迹进行分析,提炼出骨盆侧向移动的轨迹和范围。根据人体工学分析,设计辅助骨盆侧向移动的机构,配合康复机器人应用在下肢行走训练,使得康复训练更接近健康人的自然状态,有利于训练过程中机械设备和人的相互作用。此方法获得医生和治疗师们的高度评价,并通过仿真试验做出了验证。     

虚拟现实同步减重训练脑梗死患者可改善下肢运动功能

背景:脑卒中患者多有步行功能障碍,虚拟现实同步减重训练开始运用于脑梗死患者的步态训练。目的:评估虚拟现实同步减重训练对亚急性期脑梗死患者下肢运动功能的影响。方法:20例起病3个月内的脑梗死患者随机分配至实验组(虚拟现实同步减重训练)和常规组(常规物理治疗)。在3周步态训练前后各做一次三维步态并进行下肢运动功能评估。对以下参数进行训练前后组内和组间对比:步行速度、步调、步行时间、单腿支撑时间(%)、双腿支撑时间(%)、摆动时间、步长、步幅、下肢各关节活动度、功能性步行分类、下肢Fugl-Meyer评分和Brunel平衡评分。结果与结论:训练前两组患者的性别、年龄、病程、偏瘫侧、步行速度、功能性步行分类、下肢Fugl-Meyer评分和Brunel平衡评分差异无显著性(P0.05)。训练后两组患者的下肢Fugl-Meyer评分和功能性步行分类均有改善(P0.05)。实验组在步行速度、步调、患侧步行时间、健侧步行时间、患侧单腿支撑时间、患侧摆动时间、健侧摆动时间、步幅、患侧步长和健侧步长的改善方面较常规组有优势。     

下肢康复训练减重支撑系统的研究现状

目的：下肢减重康复训练已成为下肢功能康复重要的治疗方法之一,因其在恢复步行能力、纠正步态、改善平衡、减轻肌肉痉挛、减少心肺负荷等方面具有优势,故下肢减重康复训练越来越受到众多学者的关注。然而,下肢康复训练减重支撑系统是下肢减重康复训练必不可少的一部分,因为合理舒适的减重支撑系统对于减重康复训练的效果具有较大的影响。因此随着科技的发展下肢康复训练减重支撑系统也在一步步改进以满足患者的需求。本文对下肢康复训练减重支撑系统的国内外研究现状进行综述,并展望其发展趋势。方法：通过查阅国内外相关文献,同时融合本单位的相关经验分析总结进行综述。结果：目前所使用的减重支撑系统（BWS）主要有悬吊减重系统、斜床背部支撑减重系统、水浮力减重系统、空气压差式减重系统等。结论：上述几种减重系统都有其缺点,在使用时具有一定的局限性,因此需要进行相关技术的进一步改进以设计出更加自然、合理的下肢减重支撑系统以满足更多患者的需求,故下肢康复训练减重支撑系统具有广阔的发展空间和良好的应用前景。     

偏瘫患者以不同步态模式通过障碍物的生物力学特征对比分析

目的 探讨偏瘫患者使用“健上患下”和“患上健下”步态模式通过障碍物的生物力学特征,为降低患者跌倒发生率提供理论依据。方法 采用Qualisys动作捕捉系统和三维测力台采集15名偏瘫患者正常行走、健上患下、患上健下通过障碍物的运动学和动力学数据,并对数据进行处理与分析。结果 与正常行走相比,健上患下和患上健下通过障碍物都不同程度增加了双侧的下肢活动幅度;与正常行走和健上患下相比,患上健下模式下患侧腿垂直地面反作用力出现较大波动,步态稳定性较差,具有较大跌倒风险。结论 患者通过障碍物时,对接触障碍物的一侧肢体关节活动幅度要求较高,患侧肢适应能力较差。在触地后单腿支撑期,垂直方向地面反作用力变化较大。当身体重量完全转移到该侧时,容易导致患者跌倒。相比患上健下,患者使用健上患下方式通过障碍物时能容易保持步态稳定性,降低跌倒风险。     

下肢康复训练方法的研究现状

下肢运动功能障碍严重影响了患者的日常生活及步行的功能,严重时会造成偏瘫等现象,越来越多的研究者致力于寻找新的有效的下肢康复训练方法。目前临床常用的下肢康复训练方法有肌电生物反馈与综合康复训练结合法、针灸联合康复训练法、电刺激疗法和步态训练法。本文针对近年来下肢康复训练方法的多样性进行了系统回顾及总结,尤其对早期介入的减重步态训练康复模式进行了综述及展望。     

偏瘫患者下台阶过程下肢生物力学特征分析

目的 对比分析偏瘫患者以不同方式下台阶过程中下肢生物力学特征,为降低患者下台阶过程中的跌倒风险提供理论依据。方法 选取10名正常人和20名符合要求的偏瘫患者,使用Qualisys动作捕捉系统和Kistler三维测力台对受试者下台阶过程中的运动学和动力学数据进行收集,分析其在下台阶过程中的生物力学特征和跌倒风险。结果 相较于正常人和先用健足下台阶(steps on the healthy side, SHS),先用患足下台阶(steps on the affected side, SAS)时,患侧下肢各关节屈伸活动幅度较小;SHS降低了健侧膝关节屈伸活动幅度,患侧下肢各关节屈伸活动幅度较SAS大;SAS下台阶左右方向地面反作用力(ground reaction force, GRF)曲线变化与正常人较为一致,患侧落地瞬间垂直GRF最大为1.05倍体重,健侧为1.25倍体重,低于正常人(1.5倍体重);SHS下台阶健侧落地瞬间最大垂直GRF为1.85倍体重,高于SAS和正常人。结论 相较于SAS,患者使用SHS下台阶患侧关节活动幅度和落地瞬间垂直GRF较大,更难掌握。SAS更符合偏瘫患者下...     

坐骨神经痛患者的步态特征

目的分析总结坐骨神经痛患者的步态特征,辅助临床的诊断评估。方法连续住院治疗的43例伴有坐骨神经痛的腰椎间盘突出症患者,佩戴便携式步态分析仪后自由下平地行走120 m,同时纳入性别、年龄、身体质量指数(body mass index,BMI)匹配的43例健康受试者作为对照组。采集受试者的步态数据,包括7个时空参数(单支撑时间、双支撑时间、单双腿支撑时间比、步态周期时间、步速、步频、步长)以及4个加速度参数(拔腿强度、摆腿强度、地面冲击、足落地控制),对比患者与正常人、患者患侧与健侧下肢之间的步态差异。结果患者单支撑时间、单双腿支撑时间比、步速、步频、步长及4个加速度参数明显小于正常人,而双支撑时间延长。相比于患者健侧下肢,患侧下肢支撑时间、步频及4个加速度参数显著性减小,步长增加。结论坐骨神经痛患者患侧下肢运动功能出现障碍,影响步行能力。便携式步态分析仪可反映坐骨神经痛患者下肢的异常步态特征,为临床诊断评估提供参考。     

人行走时骨盆上下运动参数的模型分析

为了研究正常人行走过程中骨盆在垂直方向的运动特征,提出了一种以测量数据为基础建立骨盆运动参数数学模型的新思想。介绍了基于跑步机的骨盆运动轨迹测量系统,并对30名健康男性青年进行了获取骨盆运动参数的实验研究。实验结果得到了不同受试者分别以不同速度行走时的骨盆在垂直方向的多组运动轨迹,以及运动幅值、周期、初始相位等与行走速度和受试者身高的关系曲线。通过对曲线拟合,建立了各参数及骨盆运动轨迹的数学模型。通过对该模型进一步完善,可使其对康复评定、类人机器人等领域具有一定的应用价值。     

缓冲式膝关节支具对脑卒中后膝过伸的疗效研究

目的:探讨缓冲式膝关节支具对脑卒中后膝过伸的临床疗效.方法:将60例脑卒中后膝过伸患者随机分为观察组和对照组各30例.两组均进行常规康复治疗2周,且观察组3个月内于步行时佩戴缓冲式膝关节支具.分别于治疗前、3个月后行三维步态分析、下肢简化Fugl-Meyer评分(MBA)、"起立-行走"计时测试(TUGT)和改良Barthel指数(MBI)评定.结果:观察组膝过伸治疗有效率为86.67％,显著高于对照组的63.33％(P<0.05).3个月后,观察组步态参数(患侧膝过伸角度、步速、步幅、步频、健侧步长、健侧双支撑相)、步态不对称指数、下肢MBI、TUGT、MBI均较治疗前改善(P<0.05),且优于对照组(P<0.05),两组患者步宽、患侧步长、患侧支撑相、患侧双支撑相差异无显著性意义(P>0.05).结论:缓冲式膝关节支具可有效改善脑卒中后膝过伸患者患侧膝过伸角度和步态,提高患者下肢运动功能、步行功能及日常生活自理能力.     

意向性训练对脑卒中偏瘫患者康复治疗的影响

目的：探讨意向性训练对脑卒中偏瘫患者患侧肢体运动功能的恢复有促进作用。方法实验组采用常规康复治疗与意向性训练干预,而对照组仅以常规康复治疗。患者高级认知功能及听理解功能均正常,偏瘫侧的肢体均无随意运动,训练2个月,均采用肢体运动功能及ADL评价量表相互对照。结果两组患者在治疗前的一般资料无显著差异而治疗2个月后有显著差异。结论早期采用意向性训练对偏瘫患者的康复训练有促进作用,值得临床康复中应用。     

男性青年踝关节外侧副韧带损伤后行走步态分析

目的 获取青年男性踝关节外侧韧带损伤者行走时踝关节的运动学和动力学参数,探讨损伤者行走步态的生物力学特性。方法 采用Qualisys MCU500三维运动影像捕捉系统与Kistler三维测力台,对踝关节外侧副韧带损伤者与健康者各15名的行走步态进行三维同步测试。结果 踝关节外侧副韧带损伤者竖直方向的地面反力变化平缓;在支撑时相中前期,损伤者前后方向的力要比健康者大;在步态周期的60%之前,损伤者左右方向的力明显大于健康者。损伤者关节跖屈力矩变化与健康者相似,患侧外翻力矩、外旋力矩最大,损伤者健侧输出功率最大。结论 损伤者踝关节的稳定性下降,行走时步态异常,为减少患侧负荷,健侧出现代偿效应,足着地瞬间加速过度到垂直支撑时相。本研究为预防踝关节以及损伤后的临床治疗以及康复训练等提供一定的理论参考。     

脑性瘫痪儿童的步态特征分析

背景：脑瘫患儿的步态异常较常见,如何控制改善步态是康复治疗的重点。 目的：分析脑瘫患儿步态的生物力学参数,并观察支具控制对不随意运动型脑瘫患儿运动能力的影响。 方法：研究对比脑瘫患儿和正常儿童在起步过程中以及步行中的生物力学参数,起步过程中的生物力学参数包括时空参数,膝、踝关节活动度的运动学参数以及动力学参数;步行中的生物力学参数包括时空参数。不随意运动型脑瘫患儿均接受支具控制辅助下徒手体位控制、减重步态训练、S-E-T的3个月治疗,治疗前后采用88项粗大运动评价量表A区和视频对照进行疗效评估。 结果与结论：脑瘫患儿和正常儿童在起步过程中的生物力学参数测试对比中,除了右脚为起步脚的额状轴地面反力峰值外,其余各项生物力学参数均有明显差异;步行中的生物力学参数测试对比中,脑瘫患儿较正常儿童支撑相和双足支撑相延长、步长和复步长缩短。支具控制脑瘫患儿观察中,与治疗前比较,GMFM88项A区平均得分显著提高,视频示患儿治疗后不自主动作减少,头颈躯干较稳定,生活能力有好转,癫痫及认知障碍和基底节区有影像学改变的患儿进步幅度较小,舞蹈-徐动型和张力障碍型比徐动痉挛型患儿运动能力进步幅度大。     

下肢康复机器人结构设计的研究进展

下肢康复机器人是一种针对下肢功能障碍进行针对性康复训练的工具,能够为神经损伤导致的行走功能障碍患者提供安全、有效的步行训练,其结构和功能是影响患者功能恢复的关键因素。因此对下肢康复机器人的结构和功能进行系统总结能够为结构优化和功能提升提供重要的参考。本文从下肢康复机器人的分类、驱动方式和临床应用三个方面对下肢康复机器人的研究现状进行综述,并对下肢康复机器人的研究方向进行展望。     

基于改进机器学习算法的步态识别与预测研究EI北大核心CSCD

针对人体下肢不同步态过程的个体差异和行走过程中步幅随机变化等问题,本文提出一种利用运动姿态信号进行步态识别与预测的方法。研究采用基于免疫粒子群算法(IPSO)优化门控循环单元(GRU)网络算法,建立以人体姿态变化数据为输入,以下一阶段姿态变化数据及准确率为输出的网络模型,以期实现对人体姿态变化的预测。本文首先明确概述IPSO优化GRU算法的过程,采集多名受试者分别执行平地行走、蹲起、坐姿腿屈伸等动作的人体姿态变化数据,通过对比分析IPSO优化的循环神经网络(RNN)、长短期记忆网络(LSTM)、GRU网络识别与预测情况,以验证所建模型的有效性。试验结果显示,优化后的算法可较好预测人体姿态变化,其中平地行走和蹲起动作的均方根误差(RMSE)可精确到10^(-3),坐姿腿屈伸的RMSE可精确到10^(-2);各种动作的R^(2)值均可达0.966以上。以上研究结果表明,优化后的算法可应用于实现康复治疗中人体步态运动评价和步态趋势预测、假肢和下肢康复设备设计等研究,对今后提高患者肢体功能、活动水平和生活独立能力的研究提供参考。     

Stance- and locomotion-dependent processing of vibration-induced proprioceptive inflow from multiple muscles in humans

We performed a whole-body mapping study of the effect of unilateral muscle vibration, eliciting spindle Ia firing, on the control of standing and walking in humans. During quiet stance, vibration applied to various muscles of the trunk-neck system and of the lower limb elicited a significant tilt in whole body postural orientation. The direction of vibration-induced postural tilt was consistent with a response compensatory for the illusory lengthening of the stimulated muscles. During walking, trunk-neck muscle vibration induced ample deviations of the locomotor trajectory toward the side opposite to the stimulation site. In contrast, no significant modifications of the locomotor trajectory could be detected when vibrating various muscles of the lower as well as upper limb. The absence of correlation between the effects of muscle vibration during walking and standing dismisses the possibility that vibration-induced postural changes can account for the observed deviations of the locomotor trajectory during walking. We conclude that the dissimilar effects of trunk-neck and lower limb muscle vibration during walking and standing reflect a general sensory-motor plan, whereby muscle Ia input is processed according to both the performed task and the body segment from which the sensory inflow arises.     

基于光学运动捕捉的上肢康复机器人可用性测试研究

目的对一款上肢康复机器人进行可用性测试研究,验证其安全性、有效性和舒适性,并提出改进设计的意见。方法运用光学式运动捕捉系统采集受试者进行康复训练时的角度数据,再对受试者进行主观问卷调查。结果快速上肢评估量表结果显示上肢康复机器人配置相对合适,但需要进一步深入研究。角度数据在肩关节内收外展运动和肘关节屈伸运动上表现出显著相关性,而在腕关节数据的统计结果上表现出无相关性。主观问卷调查总得分表明上肢康复机器人舒适性总体上是令人满意的,但在手臂固定装置的舒适性、训练过程中肌肉拉伸程度和座位高度设置的问题上存在设计不合理。结论运用光学式运动捕捉系统可以定量评价上肢康复机器人的性能,对康复机器人的设计及改进具有重要意义。     

下肢助力机器人动力学分析与应用

背景：2005年成功研制出下肢康复机器人系统,该机器人通过中心控制系统和步态、姿态控制系统互相协调,带动下肢各种运动,从而达到恢复下肢功能的目的。 目的：对下肢康复助力机器人做动力学分析。 方法：该系统为一个复杂的动力系统,由多个关节和多个连杆组成,具有多个输入和多个输出,分析其运动和作用力之间的关系。通过运动信息感知网,实现机器人系统主动为使用者提供完成髋关节屈/伸、旋内/旋外及外展/内收功能恢复动作的助力支持。 结果与结论：利用动力学方程完成人-机混合系统的控制。减小人体感受的运动强度,使练习者能充分完成功能恢复动作,随着康复者下肢力量的加强和动作的熟练程度的提高,通过改变系统控制参数,系统会逐步减少对其助力支持,直到康复。     

膝关节置换后康复远程监测系统的应用研究

目的全膝关节置换术(total knee arthroplasty,TKA)后的居家康复训练非常重要,但是目前缺乏对患者居家康复训练的监控和指导手段,因此设计一套远程监测系统指导TKA患者在家进行屈膝和行走训练。方法系统分为数据采集模块(包括加速度计、陀螺仪、磁传感器)、患者端手机应用程序(App)、云端服务器、医生端App,患者端App可以识别屈膝训练和行走训练两种运动。采用有限状态机模型,实现坐位屈膝角度和次数的计算;采用自适应零交叉法,实现行走步数和距离的计算。选取12例健康受试者(年龄26.4岁±3.8岁、身高1.71 m±0.05 m、体重63.6 kg±8.5 kg)和12例TKA患者(年龄62.1岁±6.6岁、身高1.65 m±0.07 m、体重66.8 kg±3.5 kg)进行系统测量准确性验证。结果系统能够获取康复数据并通过患者手机端App传输到云端,医生能通过医生端App从云端读取患者的康复数据。健康受试者组和TKA患者组屈膝次数的计算准确率均为100%,步数的计算误差分别为1.6%±1.3%和3.0%±2.2%,距离误差分别为5.3%±2.9%和6.5%±4.9%。结论监测系统实现了TKA术后屈膝和行走训练的准确识别,为术后居家康复训练的远程监控和指导提供了有效方法。