基于足底动力学测试的步态分析

目的：分析连续步态的特征参数,研究一个完整步态周期所对应的垂直反作用力变化以及能量消耗变化,为扩展和完善步态分析系统提供依据。方法：采用德国zebrisFDM步态测试系统测得173名正常人自然行走过程中足底压力数据,根据连续信号和时相对称性指标进行两次数据筛选,最终选取了23名（相对称性指数〉0．95）较适宜的步态数据,分别导人SPSS软件进行统计分析及matlab软件进行编程画图。结果：通过分析步速的影响因素得出步速与跨步长,身高的相关性最高（r=．884）,而与步态周期、站立相时间高度负相关;编程实现了一个完整步态周期中均值与标准差同时显示的左右脚压力曲线,峰值定量化得出第一峰值约为体重的1．05—1．08倍,出现在步态周期的14％左右,第二峰值约为体重的1．13～1．16倍,出现在步态周期的47％左右;独立样本检验得出能量消耗指数与时相对称性指数用于正常人步态检验无显著差异（P〉0．05）。结论：人在自然行走时其步速与跨步长／身高高度相关,其垂直反作用力与体重高度相关：并且能量消耗指数在评定正常人步态功能方面是可行的。     

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。     

正常成人步态与偏瘫步态的比较与分析

本文首先介绍了步态分析的基本概念，正常步态与偏瘫步态进行的比较分析在临床上具有重要意义。步态分析系统对正常受试者和偏瘫患者进行检测。给出了人体下肢关节，地面反作用力等参数的测试结果，并对下沉成人与偏瘫患者的测试结果进行比较和分析，得出了初步结论。     

自然步态摆动期动力学协调模式的研究

建立了包含肌肉一肌腱动力特性和神经兴奋一肌肉收缩动力学方程在内的人体下肢生物力学模型，并针对自然步态摆动期的运动过程，采用最优控制方法进行了计算分析。计算结果与实验测量结果在运动学、肌电信号和肌肉活性参数等方面均具有很好的一致性；同时利用模型分析了肌肉协调运动模式，结果表明在自然步态摆动期运动过程中，神经系统将肌肉结成不同的协同肌群，并按照特定的时序结构控制不同肌群实现步行运动的加速、制动和姿态控制。     

偏瘫患者步态特征的动力学仿真分析

目的研究偏瘫步态特征与下肢异常肌力之间的内在关系,阐明导致偏瘫步态的肌力原因并为临床治疗提供建议。方法以偏瘫步态和正常步态为研究对象进行建模仿真,通过正常步态下仿真模型与实测数据对比验证模型有效性,对两种模型的运动学数据、地面反作用力(ground reaction force,GRF)及肌力等特征曲线进行差异分析。结果 LifeMOD仿真结果与测力台实测GRF曲线复相关系数为0.922,动力学模型合理有效。偏瘫步态患者初始着地期胫前肌肌力小导致踝关节背屈不足,摆动前期腓肠肌肌力小,起不到蹬离推动作用。结论胫前肌、腓肠肌软弱无力是偏瘫患者出现足下垂等偏瘫步态特征的主要原因,LifeMOD建模仿真可协助诊断偏瘫患者的异常肌力。     

基于RSSCAN步态系统的脑梗死偏瘫患者步态分析

背景：量化脑梗死偏瘫患者步态特征能够作为其后期康复治疗的重要参考依据,而RSSCAN步态系统能够实时定量地采集受试者行走时的步态参数。目的：探究脑梗死偏瘫患者的步态特征及健、患侧足之间的步态差异。方法：纳入北京中医药大学东直门医院与北京中医医院怀柔医院收治的脑梗死偏瘫患者134例,其中男102例,女32例,年龄(60±9)岁。通过RSSCAN步态系统采集受试者步行时的步态参数,选取中间段测试中两对步态周期连续的清晰足印,并将受试者双侧足底手动分成十分区(第1趾区、第2-5趾区、第1跖骨区、第2跖骨区、第3跖骨区、第4跖骨区、第5跖骨区、中足区、足跟内侧区、足跟外侧区),获取偏瘫患者步态时-空参数及生物力学相关参数进行分析。结果与结论：(1)步态时-空参数：健侧足支撑时间大于患足(P <0.01),患侧足摆动时间、步长均大于健足(P <0.05);Pearson或Spearman秩相关分析表明,健侧足与患侧足的支撑时间、步态周期、步长、步宽、步幅具有显著正相关关系(P <0.01);(2)生物力学相关参数：与患侧足相比,健侧足在第1趾区、第2-5趾区、第1跖骨区的最大压...     

微机化步态分析系统的研制

本文介绍一种可直接应用于临床的S 9-2型微机化步态分析系统,并着重讨论其软硬件的设计思想及实现方法。本系统采用六个核心模块完成通道数据采样、平滑、站立相和步态周期确定,波形处理、波形显示、样本存贮和结果打印。可即刻获得直观的、便于阅读的实验报告,包括步速、足-地接触力、关节三维活动的各曲线图和24个特征参数值。本系统附有监视程序,能不断检测系统的工作情况。     

模拟低重力下步态行走的下肢生物力学分析

目的研究重力水平对步态行走时下肢关节运动的影响规律。方法设计一种可随动悬吊式低重力模拟装置用于不同重力水平的模拟,利用运动捕捉系统和三维测力台对12名受试者在正常重力(1 G)、火星重力(1/3 G)及月球重力(1/6 G)下步态行走时下肢关节运动参数进行测量。结果重力水平降低后,髋、膝关节矢状面的活动范围显著减小(P0. 01),踝关节矢状面的活动范围显著增加(P0. 05),1 G重力下髋、膝关节、踝关节矢状面的活动范围分别为45. 2°、67. 7°、32. 5°,1/6 G重力下髋、膝、踝关节矢状面的活动范围分别为25. 1°、50. 8°、42. 4°。低重力环境下,下肢关节在矢状面上的关节力和力矩明显减小(P0. 01)。结论本研究得到的低重力下步态行走规律与以往使用跑步机得到的研究结果大体相同。航天员在地面可以使用跑步机在低重模拟装置的帮助下开展针对性的月面行走训练。     

内侧半月板损伤患者关节镜手术前后三维步态特征差异

目的比较膝关节内侧半月板损伤患者关节镜手术前后的三维步态特征。方法纳入15名内侧半月板损伤患者和15名健康人群作为研究对象,采集损伤组术前、术后及健康对照组的三维步态参数,包括步态时空参数、运动学以及动力学参数。结果 (1)损伤组术前步速和步长与对照组相比显著下降(P0.05),损伤组术后步速、步长与对照组相比无显著差异。(2)矢状面,损伤组术前膝关节屈曲伸展活动范围、承重反应期和摆动相膝关节最大弯曲度较对照组显著下降(P0.001);术后承重反应期膝关节弯曲度较术前明显增加(P0.05),但术后摆动相膝关节最大弯曲角度和屈曲伸展活动范围仍显著低于对照组(P0.05)。冠状面,损伤组术前内收外展活动范围和最大内收角度较对照组显著下降(P0.001);术后内收外展活动范围和最大内收角度较术前显著增加(P0.05),但也显著低于对照组(P0.001)。(3)矢状面,损伤组术后膝关节屈曲力矩第1、第2峰值较术前增加(P0.05),但仍显著低于对照组(P0.05)。冠状面,损伤组术后内收力矩第1、第2峰值较术前增加,但也显著低于对照组(P0.05)。结论半月板损伤患者有其独特的步态特征,通常采取僵硬步态来降低膝关节负荷。关节镜下半月板成形术能显著改善膝关节步态特征,但患者步态仍不能在短期内恢复正常。     

脚趾移植至拇指手术后步态研究

本研究之目的在于利用ＶＩＣＯＮ动态分析系统对将脚趾移植至拇指的术后病人，进行步态分析，以供临床评估及治疗参考。实验对象为３例大脚趾转移手术后的病人，以及３例第二脚趾转移手术后的病人。实验方法是将ＶＩＣＯＮ系统配合测力板及足底接触器，同步收集每位病人之数据，透过ＩＢＭＰＣ的程式，计算出步态周期形态及地面反作用力参数，然后对这些数据加以研判及评估。实验结果发现：（１）在大脚趾转移病例，供趾脚之第一足跖骨着地期增加，垂直反力及内、外侧剪力减少。（２）在第二脚趾转移病例中，虽然供趾脚的跖趾着地期大于正常范围约３０％，但是地面反应力与正常脚并无明显差别。     

运用三维测力台系统对正常人步态的分析

本文介绍了三维测力台系统对正常人步态的一些测试结果及参数分析，例如足底压力、平面力的矢量、回归曲线及功率谱分析等。     

膝关节病变患者手术后步态研究

本研究之目的在于利用动态分析系统对下肢关节病变的病人，进行步态分析，以其分析之结果供临床评估及治疗之参考。实验之对象为６例前十字韧带手术后的病人，以及４例曾做人工膝关节置换（Ｐｏｒｕｓ—ＣｏａｔｅｄＫｎｅｅＡｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ及ＴｏｔａｌＣｏｎｄｙｌａｒＫｎｅｅＡｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ）的病人。实验方法先将动态分析用的摄影机，配合测力板及足底接触器，同步收集每位病人所得之数据，透过ＩＢＭＰＣ的程式，计算出膝关节角度参数、地面反作用力参数、压力中心分布情况等。然后，将这些数据加以研判及评估。实验结果发现：（１）经过前十字韧带手术后的病人，其膝关节在单脚站立初期时，不象正常人一样地产生双锁现象（ＤｏｕｂｌｅＬｏｃｋ），但随着步行数的增加或使用人工韧带时期的增长，其双锁现象会稍有改善。（２）接受前十字韧带重建、的病人与人工膝关节置换的病人之间，甚至同一病人的重建关节与正常关节之间，其动态分析结果连同地面反作用力并无明显的差别。     

人体步态分析系统--足底压力测量系统的研制

根据人体步态分析的需求,我们设计并研制了一套体积小巧,功耗低,能实时测量,测量参数丰富,结果直观,人机界面友好的足底压力分布测量系统。系统的硬件包括由压力传感器阵列制成的鞋、信号调理单元、主电路单元三大部分。系统软件具有数据采集、文件管理、信号处理、步态特征参量提取及分析等多种功能。其图形丰富,操作简便,是一套人机界面友好的专用软件。此系统与三维运动子系统和三维测力台子系统可以共同组成一套完整的、     

超声定位人体下肢步态分析仪

我们以超声三点定位法为基础设计研制了一套人体下肢关节点运动轨迹仪，用于测量分析人体行走过程中的下肢步态。本系统采用分时循环发射的超声脉冲作为被检测关节点的定位信号，以选频高增益放大器和时钟按需展宽技术对超声信号进行精确定位并消除反射波的干扰，使定位精度达０．１５％。整套仪器以２８６微机控制信号采集及处理，并通过曲线拟合技术重建受试者下肢步态，可在屏幕上以多个视角直观形象地重现下肢步态的彩色棒图和各关节点的运动轨迹。在对人体行走步态的实测中本系统显示了数据采集处理速度快、受试者行走自然、重建的步态直观真实、视角多变灵活等突出特点     

步态仪中的分区域编码测量方法

步态分析是当代生物医学工程的一项重要技术,采用超声传感器建立起来的人体关节运动轨迹测量仪,必须克服超声传感器方向性对测量范围的限制,本文提出的分区域编码测量方法,解决了这个问题,扩充了人体运动的测量范围.     

步态双支撑期下肢肌力的预测

在分析人体的运动功能时,可视人体为一个以关节连接,由肌肉所驱使的连杆系统。分析人体的运动动力问题,最后所想求得的是肌肉的力量,由于未知的肌肉作用力数目常远多于所能设定的平衡方程式的数目,因此构成所谓的肌力分布的不定问题（indeter erminant problem of muscle distribution),使得问题不得而解。肌力的量化有助于建立客观的评估标准,肌力分布的研究亦可用于了解肌肉的功能与临床之评估与预测,个别的肌肉力量至目前为止尚无法以非侵入性的力法直接量到,因此学者们尝试利用数值最佳化的技巧解此肌力不定问题,本文利用数值最佳化的方法解正常人在步态双支撑期下肢的肌肉作用与肌肉力量在肌群间的分布,以评估最佳化模式的合理性,并以最佳设计的观点探讨肌肉功能与其生理及结构的关系。本实验从肌肉之生理与结构特性中考量影响肌肉功能的因素,因为步行属于长期性且重复性的活动,故以耐力时间极大化为准则,此耐力时间的数学模式为肌肉力、最大肌力、红肌纤维比例与生理截面积的非线性函数,除了用单目标最佳化技巧外,考虑解之存在与合理性,本文并推导出一个连续最佳化数学模式,用最佳化技巧所预测的肌肉活动大致上相当符合以往学者定性研究的结果。故西文的模式初步认为相当合理,但需要进一步取得更多的运动资料加以验证,最佳化的结果目前很难验证其正确性,只能从定性的肌肉作用形式验证其合理性。虽然如此,其值仍可作为一个合理的参考值。     

易筋经特定动作“卧虎式”治疗非特异性腰背痛的结构方程建模及相关分析

目的 从身体、行为、心理三方面进行多学科整体干预,阐释非特异性腰背痛(non-specific low back pain, NSLBP)的内在机制。方法 收集易筋经特定动作“卧虎式”治疗NSLBP的相关表面肌电(surface electromyography, sEMG)信号、三维步态分析系统信号、心理量表结论等,将收集数据通过结构方程方法分析、建模,形成“多裂肌-运动功能-生活质量”特征模型,以期阐述易筋经“卧虎式”训练治疗NSLBP的作用机制。结果 NSLBP患者腰部L5～S1多裂肌sEMG信号与治疗前相比显著增加(P<0.05)。患者治疗后步幅、步频、步速、髋屈曲最大角度、膝屈曲最大角度均显著增加(P<0.05);支撑相、摆动相、踝跖屈最大角度均显著降低(P<0.05)。“卧虎式”训练前后患者SF-36评分生理、心理、精神、情感差异均有统计学意义(P<0.05);结构方程模型(structural equation model, SEM)表明平均肌电(average electromyography, AEMG)、步长对于Roland-Morris评分...     

阶跃温升法测量生物组织热物理参数的误差分析

采用阶跃温升法可以测量生物组织热物理参数。本文采用数值实验的方法分析了阶跃温升法测量过程中组织热导率、组织热扩散率、探头半径、探头温度波动和温度测量误差的影响 ,并提出了一种改进的阶跃温升法     

牙科正畸钢丝矫治力的三维力学研究

本文采用三维力学传感器对正畸钢丝的矫治力进行了初步研究。结果表明 :本实验系统可以对简单变形钢丝的回复力进行三维 6轴 (即正交力系X、Y、Z各轴的力 ,以及绕各轴的转矩Mx、My、Mz)力学测量。实验结果显示 :钢丝在弯曲变形的状态下产生的主要回复力有 :弯矩Mx(不锈钢丝弯曲约 6 0°时达到最大值 )、垂直于固定端轴线的力Fy和固定点摩擦力Fz;钢丝在绕轴线纯扭转变形的状态下产生的主要回复力有 :转矩Mz和两固定点间的推力Fz。 (在两固定点间距离为 5 0mm的条件下 ,不锈钢丝平均每扭转 1°产生的转矩约为 0 .0 2 7N·cm ,推力约为 0 .0 19N)