基于模糊控制的智能下肢假肢的步速调整

背景：传统下肢假肢只允许以一种速度行走,不能随步行状态的改变而改变,使得步速也固定单一,不能适应不同步速的变化,适应性较差。 目的：采用模糊控制方法实现假肢的步速跟随。 方法：通过脚底压力传感器采集步态周期信息,根据不同开度下周期的不同变化采用模糊控制的方法来调整针阀开度的大小,通过永磁式直线步进电机作为执行器驱动针阀来控制缓冲气缸腔室间气道有效截面积来调整假肢摆动速度。 结果与结论：在步行速度变化时,假肢膝关节角度有所变化,但是角度变化不大。最大值不超过80°。假肢步态变化小于11°,截肢者能够适应不同的步行速度,假肢与健肢的步态变化基本一致,对称性指数在90%以上。实验结果表明,步态周期可以通过控制针阀达到调整步速的目的,步速调整的模糊控制方法是可行的。     

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。     

青年女性穿不同高跟鞋自然行走的步态研究

目的研究不同高跟鞋给青年女性步态带来的影响,为高跟鞋的设计提供科学量化的理论依据。方法常速摄像和footscanUSB平板测试系统相结合,对10名平均年龄(19.2±0.42)岁的青年女性进行裸足及穿不同高跟鞋行走时步态的同步测试,比较分析几种情况下的运动学和动力学参数。结果(1)随着鞋跟的增高,步速、步长、步频以及下肢关节角度都减小;(2)随着鞋跟的增高,支撑期、双支撑期占步态周期百分比增大,摆动期占步态周期百分比减小;(3)随着鞋跟增高,足前掌压力峰值越来越大,足前部和足中部的冲量所占相对百分比值也越大;(4)行走时的步态特征不仅与鞋跟高度有关,还与鞋跟的粗细有关。结论穿高跟鞋行走极易造成足部疲劳、疼痛甚至损伤,或造成足的发育畸形。     

双任务介入对社区脑卒中患者步态参数及其对称性的影响

目的 对比社区脑卒中患者单任务步行与不同类型和不同负荷双任务步行时步态参数及其对称性的差异。方法 利用 Simi Motion 三维动作分析系统采集 20 名处于慢性恢复期的社区脑卒中患者在单任务步行及不同负荷认知双任务步行和运动双任务步行时步态参数,并间接计算出其对称指数。 采用单因素重复测量方差分析对比单任务步行与不同双任务步行时步态参数及其对称性差异。 结果 与单任务步行相比,社区脑卒中患者在高低负荷认知任务介入时步速、患侧步长、健侧摆动相占比均降低,困难认知任务介入时健侧步宽和健侧、患侧支撑相占增加、健侧步长和患侧摆动相占比降低,摆动相占比对称指数减小(P<0. 05)。 结论 社区脑卒中患者主要通过降低步速、缩减步长、降低摆动相占比、增加步宽和支撑相占比,改变步态模式来应对认知任务干扰,对于步态稳定性,高负荷认知任务的介入,会增加社区脑卒中患者摆动相占比的不对称性程度,降低其步态稳定性。     

儿童背不同质量书包步态终止时的动力学分析

目的了解儿童步态终止时动力学特征,比较有计划步态终止(planned gait termination,PGT)和急停(unplanned gait termination,UPGT)时的差异,以及书包质量对儿童步态终止的影响。方法通过室内模拟步态终止发生场景,经两个三维测力台记录12名男孩(年龄(9.85±1.34)岁,身高(140.89±11.57)cm,体重(34.96±9.62)kg)背不同质量书包完成PGT和UPGT过程中地面反作用力及足底压力中心(center of pressure,COP)位移变化。结果 PGT和UPGT过程中地面反作用力曲线与行进中步态有明显差异,地面反作用力峰值和COP偏移均显著大于行进中步态,且差异随书包质量增加而增大,背15%体重(15%BW)书包急停时最大。结论儿童在步态终止时地面反作用力趋向有利于完成步态终止的方向变化,但身体所受冲击力可能随之增大,且随书包质量增加而增大;步态终止时控制姿势平衡的难度加大。建议儿童宜减轻书包质量,可能有助预防突发干扰时发生意外损伤。     

基于足底压力和步态参数分析的水平行走遇滑失稳的自适应平衡反应研究

目前国内外对于步态失稳现象已开展了大量研究,但尚不清楚平衡调节过程中足底压力与步态参数间的关系。本文利用足底压力与步态分析手段,研究分析人体水平地面行走时遇滑移扰动后激发的自适应平衡反应。本文募集10名健康男性受试者,统一着鞋,于干燥和油介质水平地面进行对比行走试验,并采集分析了时-空步态参数、足底压力参数和垂直地面的反作用力(VGRF)等参数的变化规律。研究结果表明,水平地面行走时遇滑移扰动后自适应平衡反应主要包括:足跟触地更轻、足趾离地时抓地更紧,人体采用更低的步速、更短的跨步长,并增加站立相时间来维持或恢复平衡。本文研究结果将为防止滑跌损伤、康复训练设计及行走辅具的研发等领域开拓新的思路并提供一定参考价值。     

臀肌挛缩症患者三维步态特征分析

目的：探讨臀肌挛缩症患者步态的功能量化指标为该疾病的诊断提供参考与依据。方法：2011年8月-2011年11月,选取臀肌挛缩症患者16例作为研究组,同期选取健康自愿者16例作为对照组,应用三维步态系统对两组进行三维步态对比分析。结果：①步态周期时间参数：研究组在常速、快速行走时步态周期较对照组明显延长（P〈0．01）,步幅、步速较对照组均明显减小（P〈0．01）。②下肢关节角度特征：与对照组比较,研究组在常速、快速行走时髋关节摆动期最大屈曲角度及研究组快速行走时髋关节屈伸角度变化范围均减小（P〈0．05）;研究组常速、快速行走时膝关节冠状面角度变化范围均增大（P〈0．05）,而膝关节支撑相最大屈曲角度和膝关节屈伸角度范围均减小（P〈0．01）;研究组常速行走时重心左、右位移增大（P〈0．05）,快速行走时重心上、下位移减小（P〈0．05）。结论：应用三维步态分析系统对臀肌挛缩症患者进行功能量化评价,可以更为准确地观察臀肌挛缩症患者步态的生物力学变化,为患者的诊断提供了参考和依据。     

基于表面肌电的步态分析

背景：步态分析在人体运动系统和神经系统疾病的病因分析,诊断,功能、疗效与残疾评定中是重要的评价手段,其中肌肉活动是影响步行动力的基础因素。 目的：分析人体自然行走过程中下肢前后肌群的表面肌电变化,分析对应于步态周期不同时相前后肌群的表面肌电特征和机制。 方法：采用德国zebris FDM 步态分析系统(6 m)配套的同步肌电仪采集7例健康人正常步态过程中下肢胫骨前肌和腓肠肌外侧表面肌电信号,利用Matlab软件进行消噪和归一化,得到完整步态周期不同时相对应的表面肌电信号图,观察其峰值变化。采用芬兰ME6000肌电仪测试15 m自由行走人体左右侧下肢胫骨前肌和腓肠肌外侧表面肌电信号,提取时域和频域特征参数。 结果与结论：下肢胫骨前肌和腓肠肌外侧表面肌电信号在一个完整步态周期中呈特征性变化,即胫骨前肌表面肌电的峰值发生在后跟着地处,而腓肠肌外侧其峰值发生在中后支撑相处。进一步分析发现,人体在自由行走时其下肢肌肉优势侧与非优势侧差异有显著性意义(P < 0.05),且不同肌肉其差异趋势不同。     

水平地面变方向行走步态研究

本文用ＶＩＣＯＮ运动分析系统研究日常活动中单侧负重条件下，常人水平地面变方向行走的步态，重点分析了步态循环周期中各步相的特征以及地面对足的三维反作用力规律，并且与有关文献的结果进行了比较。本文的实验数据丰富了步态研究     

膝骨关节炎女性伸膝肌力、步态时空参数与峰值膝关节屈曲/内收力矩关系

背景：已有研究表明膝骨关节炎患者的膝关节力矩会发生改变，但对于力矩变化与伸膝肌力及步态时空参数之间的相关性报道较少。目的：探索女性膝骨关节炎患者伸膝肌力及步态时空参数与峰值膝关节屈曲/内收力矩之间的相关性。方法：选取2022年2-8月在北京积水潭医院贵州医院住院治疗的20例单膝患病女性膝骨关节炎患者作为膝骨关节炎组，另外选取20例无肌肉骨骼疾病的女性健康人作为对照组。利用Biodex等速仪测量60 (°)/s向心伸膝肌力，并采用意大利BTS红外运动捕捉系统和测力台采集步态时空参数和峰值膝关节屈曲力矩和膝关节内收力矩。通过Pearson相关性分析探索肌力、步态时空参数和峰值膝关节内收力矩和膝关节屈曲力矩的关联，并进一步将与膝关节力矩显著相关的变量纳入多元逐步回归分析。结果与结论：(1)与对照组相比，膝骨关节炎组60 (°)/s向心伸膝肌力、步速、步频、步长以及峰值膝关节屈曲力矩均更低(P <0.05)；(2)Pearson相关性分析结果显示60 (°)/s向心伸膝肌力、步速、步频、步长与峰值膝关节屈曲力矩呈正相关，与峰值膝关节内收力矩呈负相关，差异有显著性意义(P <0.05...     

单侧全髋关节置换后遗症期的下肢步态参数

背景：全髋关节置换可以为患者缓解疼痛、恢复步行功能,数年后步态是否能达到正常化仍存在争议。 目的：分析单侧髋关节置换后遗症期患者平地步行中下肢的时空参数特征,探讨患者步行能力。 方法：根据运动重建实验室检测病例数据库资料分析的方法,选择全髋关节置换后5-10年的患者14例为实验组,14例相匹配的健康人为对照组。采用Vicon Nexus采集患者平地步行时下肢的步态参数,应用Polygon分析步态周期中下肢时空参数特征。 结果与结论：与对照组相比,实验组术侧和健侧步速减慢,步频减小,步幅、跨步长变短,双支撑相延长,对侧足离地比增大(P < 0.05);术侧跨步时间、单步时间增大(P < 0.05);健侧足离地比增大(P < 0.05)。术侧与健侧比较,各时空参数差异均无显著性意义(P > 0.05)。结果表明全髋关节置换后5-10年的患者步态对称性较好,但仍没有达到正常水平,步行能力差于正常人,需要系统康复训练以恢复其步行能力。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程全文链接：     

Temporal asymmetry as a gait quality indicator

A distinction is made between ‘diagnostic’ and ‘monitoring’ purposes for gait analysis. Two systems which use the temporal components of the walking cycle for the latter purpose are described. One is a laboratory-based system which derives a temporal asymmetry index combining the asymmetries of the swing and double-stance phases. The other is a gait monitor unit designed for clinical use which substitutes step asymmetry for the temporal asymmetry index and measures stride time as an indicator of general walking ability. Examples of the results obtained with both systems are given.     

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。     

高跟鞋对行走中女性躯干、下肢的力学影响

通过探讨高跟鞋对行走中女性躯干、下肢的生物力学影响,可以为设计更符合人体运动功能的高跟鞋提供理论依据.通过总结本文得出高跟鞋对女性的常见损伤有扁平足、足趾畸形、踝关节扭伤、膝关节炎、腰背酸痛;穿高跟鞋行走的步态特征是步幅小、步速慢、周期长、重心起伏大、单支撑时相缩短;其力学特征有足底受力不均匀、踝关节受力减少、膝关节内压力增大、下肢肌肉肌力变小、脊柱负荷加大等.总之长期穿高跟鞋行走对女性躯干、下肢产生许多不利影响,因此建议女性平时尽量少穿高跟鞋.     

三维步态分析痉挛性脑性瘫痪儿步行中时空参数和骨盆运动特征

背景：痉挛性脑瘫患儿的步态异常很常见,如何改善步态是康复治疗的重点。 目的：观察4~6岁痉挛性双瘫型脑瘫儿步行中时空参数和骨盆运动特征。 方法：采用三维步态分析技术对20例扶走脑瘫儿、20例独走脑瘫儿和20例正常儿童进行步态分析。 结果与结论：①时空参数：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(P < 0.05);脑瘫患儿组间相比,扶走脑瘫组患儿支撑相和双足支撑相延长、复步长缩短更显著(P < 0.05);3组儿童步宽差异无显著性意义(P > 0.05)。②骨盆运动特征：脑瘫患儿较正常儿童骨盆上下移动变化范围值增大(P < 0.05),扶走脑瘫儿较独走脑瘫儿增大更显著(P < 0.05);脑瘫患儿较正常儿童在步行周期各时相均呈过度前倾(P < 0.05),扶走脑瘫儿较独走脑瘫儿前倾更显著(P < 0.05);脑瘫患儿较正常儿童骨盆内外旋变化范围值增大(P < 0.05),扶走脑瘫儿较独走脑瘫儿增大更显著(P < 0.05)。提示4~6岁痉挛性双瘫型脑瘫患儿步行中的时空参数、骨盆运动存在异常,且步行能力越差,异常越显著;骨盆过度前倾可能是影响痉挛性脑瘫患儿步行能力的重要因素。      

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。     

Femoral Condyle Curvature is Correlated with Knee Walking Kinematics in Ungulates

The knee has been the focus of many studies linking mammalian postcranial form with locomotor behaviors and animal ecology. A more difficult task has been linking joint morphology with joint kinematics during locomotor tasks. Joint curvature represents one opportunity to link postcranial morphology with walking kinematics because joint curvature develops in response to mechanical loading. As an initial examination of mammalian knee joint curvature, the curvature of the medial femoral condyle was measured on femora representing 11 ungulate species. The position of a region of low curvature was measured using a metric termed the “angle to low curvature”. This low‐curvature region is important because it provides the greatest contact area between femoral and tibial condyles. Kinematic knee angles during walking were derived from the literature and kinematic knee angles across the gait cycle were correlated with angle to low curvature values. The highest correlation between kinematic knee angle and the angle to low curvature metric occurred at 20% of the walking gait cycle. This early portion of the walking gait cycle is associated with a peak in the vertical ground reaction force for some mammals. The chondral modeling theory predicts that frequent and heavy loading of particular regions of a joint surface during ontogeny will result in these regions being flatter than the surrounding joint surface. The locations of flatter regions of the femoral condyles of ungulates, and their association with knee angles used during the early stance phase of walking provides support for the chondral modeling theory. Anat Rec, 298:2039–2050, 2015. © 2015 Wiley Periodicals, Inc.     

Influence of the instrumented force shoe on gait pattern in patients with osteoarthritis of the knee

Osteoarthritis (OA) of the knee is associated with alterations in gait. As an alternative to force plates, instrumented force shoes (IFSs) can be used to measure ground reaction forces. This study evaluated the influence of IFS on gait pattern in patients with knee OA. Twenty patients with knee OA walked in a gait laboratory on IFS and control shoes (CSs). An optoelectronic system and force plate were used to perform 3D gait analyses. A comparison of temporal-spatial gait parameters, kinematics, and kinetics was made between IFS and CS. Patients wearing IFS showed a decrease in walking velocity and cadence (8%), unchanged stride length, an increase in stance time (13%), stride time (11%) and step width (14%). No differences were found in knee adduction moment or knee kinematics. Small differences were found in foot and ankle kinematics (2–5°), knee transverse moments (5%), ankle frontal (3%) and sagittal moments (1%) and ground reaction force (1–6%). The gait of patients with knee OA was only mildly influenced by the IFS, due to increased shoe height and weight and a change in sole stiffness. The changes were small compared to normal variation and clinically relevant differences. Importantly, in OA patients no effect was found on the knee adduction moment.