手的抓握運(yùn)動在人們?nèi)粘Ｉ钪姓紦?jù)重要作用。近年來抓握操作的感覺運(yùn)動控制分析方法不斷進(jìn)步,主要集中于單一因素(大小,形狀,重量等因素)的感覺運(yùn)動控制,而對于視覺和觸覺的多模式感知運(yùn)動控制的研究相對較少。并且當(dāng)今社會隨著人口老齡化形式愈發(fā)嚴(yán)重,阿爾茲海默病(AD)的發(fā)病率也逐年上升,AD會造成不同程度的手功能運(yùn)動障礙,在臨床上對AD早期的診斷多集中于問卷調(diào)查,未能很好的預(yù)防該疾病的發(fā)生。因此,本論文的目的是研究視覺和觸覺的多模式感知條件下大腦對手功能的運(yùn)動控制、鏡面系統(tǒng)下伸手抓取運(yùn)動控制以及AD患者三在維空間中伸手抓握運(yùn)動學(xué)研究,發(fā)現(xiàn)了多感知條件下手運(yùn)動的控制模式,對臨床上AD的早期診斷和評估提供量化的行為學(xué)參數(shù),具有重要意義。本文主要完成以下工作:1.鏡面系統(tǒng)下伸手抓取運(yùn)動學(xué)研究。手的運(yùn)動控制需要整合環(huán)境因素、任務(wù)要求和人體的感覺信息。手的運(yùn)動速度和協(xié)調(diào)性是衡量在不同的環(huán)境、任務(wù)以及感覺信息傳入情況下的運(yùn)動學(xué)信號。本研究設(shè)計了鏡面系統(tǒng)下的伸手抓取運(yùn)動學(xué)實驗,主要包含三種實驗環(huán)境:(1)在無鏡面條件下抓握真實物體,(2)在鏡面條件下抓握真實物體——在物體鏡像處放置真實物體,(3)在鏡面條件下抓握虛擬物體——在物體鏡像處不放置真實物體。然后將速度進(jìn)行時間歸一化,即將一個抓握周期重采樣為1至100—共100個數(shù)據(jù)點(diǎn)。后續(xù)對比歸一化之后三種實驗條件速度之間的差異性。結(jié)果表明物體的高度,真實和虛擬以及手的視覺反饋對手的運(yùn)動速度都產(chǎn)生顯著差異性(P0.05)。同時,在對運(yùn)動協(xié)調(diào)性方面發(fā)現(xiàn)在有視覺反饋情況下隨著物體的高度的增加,運(yùn)動協(xié)調(diào)性呈現(xiàn)負(fù)相關(guān);在視覺反饋下,抓握相對較高的物體時,運(yùn)動協(xié)調(diào)性最差。2.多感知條件下抓握傾倒一杯水的運(yùn)動學(xué)研究。感覺系統(tǒng)是人們夠物抓握操縱過程中的一個必不可少的成分。本研究中通過改變物體的視覺信息和觸覺信息來探究左右手分別抓握傾倒一杯水時多感知融合下的運(yùn)動控制。首先,視覺和觸覺反饋的控制分別通過量杯的種類和液體的體積(200 ml VS 400 ml)來實現(xiàn)的。其次,根據(jù)抓握任務(wù)和時刻點(diǎn)將整個過程劃分為四個階段:抓握階段、上提階段、倒水階段和回放階段。并計算了每個階段的持續(xù)時間,以及上升階段、倒水階段和回放階段量杯偏轉(zhuǎn)角度曲線的擬合斜率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在上升階段和倒水階段的持續(xù)時間隨著液體質(zhì)量的增加呈現(xiàn)正相關(guān)。同時,在抓握操作較重的量杯時(400 ml),上升階段和倒水階段的斜率值在左右手之間存在顯著差異性(P0.05),呈現(xiàn)左手的斜率值小于右手的趨勢。物體的視覺反饋僅僅影響了上升階段左手量杯偏轉(zhuǎn)曲線的斜率值(p0.05)。然而,夠物、回放階段的持續(xù)時間,以及回放階段的斜率值在各因素之間沒有顯著差異性。3.基于三維空間伸手抓取運(yùn)動特征計算的AD早期診斷方法研究。AD患者的記憶功能降低以及視空間技能損害,出現(xiàn)手運(yùn)動功能缺陷。抓握的準(zhǔn)確性、精準(zhǔn)度和變化性,以及手運(yùn)動的平滑性能夠很好的評估手功能運(yùn)動。本實驗設(shè)計了AD三維空間的伸手抓取實驗,采集了抓取過程中手的空間坐標(biāo)。運(yùn)動學(xué)參數(shù)包括:X、Y和Z方向上的位置和準(zhǔn)確性,相對虛擬標(biāo)記點(diǎn)的精準(zhǔn)度和變化性,以及整個抓握周期中手的運(yùn)動平滑度(spectral arc length,SPARC)。差異性結(jié)果表明:在X和Y方向上的位置對照組和健康組之間有顯著差異性(P0.05);健康者抓握的精準(zhǔn)度明顯高于患者,主要體現(xiàn)在X方向。同時,患者在抓握過程中拇指和食指確定的接觸點(diǎn)與虛擬目標(biāo)點(diǎn)的變化性顯著增大。在對手運(yùn)動平滑性分析中發(fā)現(xiàn),患者組與對照組的差異性主要體現(xiàn)在無視覺條件下。這些結(jié)果反映AD降低抓握的準(zhǔn)確性、精準(zhǔn)度,并加大了運(yùn)動的變化性,并使得運(yùn)動平滑性降低,從而導(dǎo)致了AD患者手功能降低。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：R749.16
【部分圖文】：

Ｖ［ｋ］＝（２．４ｖ［ｏ］??４、選擇截止頻率：??Ｋ?ｃ?＝?ｍ?ｉｎ?｛?Ｋ?，?ｍ?ｉｎ?｛?Ｋ?｜ｖ?［ｒ］?＜?Ｖ?Ｖ?ｒ?＞?Ｋ?｝?｝?（２５）??其中ＫＣ是上限Ｋ廠內(nèi)的離散傅里葉變換的指數(shù)，幅度譜值小于了，??Ｋ廠是截止頻率上界所對應(yīng)的指標(biāo)。??５、根據(jù)公式２．６和２．７計算平滑度??Ｋｒ－１?Ｉ?ｊ??ＳＰＡＲＣ?＝?－?Ｖ?／（?）２?＋?（Ａ?Ｖ［ｋ］）２?（２－６）??Ｉｔ，?Ｖ?Ｋｃ?－＞??ＡＶ［ｋ］?＝?Ｖ［ｋ］－?Ｖ［ｋ－?１］，?ｋ?ｅ?｛１，２，．．．．．．Ｋ－?１｝?（２．７）??如圖２．１所示，以無視覺條件為例，根據(jù)上述計算方法計算了?ＡＤ患者和??健康者在每個周期的ＳＰＡＲＣ的參數(shù)值。??（ａ）健康受試者?［ＳＰＡＲＣ：－３．６７?－３．１９?－４．４５?－２．９６?－３．７５?］??

（或者是運(yùn)動系統(tǒng)自身）中物體的表現(xiàn)形式，從而改善未來的控制和中操作過程是抓握目標(biāo)量杯并舉起，將目標(biāo)量杯中的液體倒入制定標(biāo)量杯放回起始位置，根據(jù)上述理論，我們將從抓握開始到目標(biāo)量為四個子任務(wù)，分別是：抓握階段、上提階段、倒水階段和回放階杯偏轉(zhuǎn)角度的計算及曲線擬合??研究中，量杯和水平面呈一條直線的狀態(tài)定義為〇°，隨著量杯被舉，彎曲角度逐漸變大。量杯的偏轉(zhuǎn)角度通過量杯頂面的法向量和桌進(jìn)行計算。如圖２．２所示，在一個抓握操作周期內(nèi)的量杯彎曲角度分表示了抓握的完整階段，在此階段①時刻作為手指運(yùn)動的起始時為量杯被舉起的時刻，③時刻作為開始倒水的時刻，④時刻作為倒點(diǎn)作為量杯放回桌面時刻，五個時刻的定義在第三章中會具體介中，②－③之間、③－④之間和④－⑤之間的彎曲曲線用一次函數(shù)進(jìn)行的斜率分別為：ａ、ｐ和丫。時間和速度參數(shù)定義如表２．１所示。??１４０＇（ｇ）??

?２．２．２階段劃分和持續(xù)時間定義??本研宄中的抓握階段劃分和持續(xù)時間定義如圖２．３所示。??…廣—?．ｆ尺骨蘋突標(biāo)記點(diǎn)速度大Ｔ５ｍｍ／ｓ，??Ｍ?働■?＂并持續(xù)２００咖以上??抓握階段???ＬＩ?｜定義Ｍ杯虛擬標(biāo)記點(diǎn)速度大于閾值￣＇??ｐ］?一５ｎｉｍ／ｓ，并保持２００ｉｍ以上??Ｉ．提階段???Ｕ￣￣編乂靜、￣￣丨定義ｊ?Ｙ方向曲線紓數(shù)為零，并１ＬＹ坐’????ＦＩ?％標(biāo)第次大于０．２２〇１１的時刻點(diǎn)??例水階段???Ｍ?抑上．｜定義從例水幵始后，Ｙ方向?qū)?shù)為零’??Ｍ?１娜娜?Ｉ?ＨＹ坐標(biāo)敁小的時刻點(diǎn)?????＼?！?ｙ??Ｍ放階段???ｌ?Ａ丨淀義撤杯虛擬標(biāo)記點(diǎn)速度小于閑值??—祕１＂職冰［－－?５＿／ｓ，并保持２００ｉｍ以上??Ｖ?ｙ??（實－驗結(jié)束）??圖２．３抓握階段劃分和持續(xù)時間定義圖??表２．１實驗參數(shù)及其定義??實驗參數(shù)?參數(shù)定義??￣ＧＴ?抓握階段運(yùn)動持續(xù)時間??ＬＴ?上提階段運(yùn)動持續(xù)時間??ＰＴ?倒水階段運(yùn)動持續(xù)時間??ＲＴ?回放階段運(yùn)動持續(xù)時間??ａ?上提階段量杯偏轉(zhuǎn)角度曲線擬合斜率??Ｐ?倒水階段量杯偏轉(zhuǎn)角度曲線擬合斜率??ｙ?回放階段量杯偏轉(zhuǎn)角度曲線擬合斜率???２．３運(yùn)動調(diào)和性（Ｍｏｖｅｍｅｎｔ?Ｈａｒｍｏｎｉｃｉｔｙ?－?ＭＨ）參數(shù)的計算??提取抓握中點(diǎn)對點(diǎn)的來回運(yùn)動，并根據(jù)位置曲線求取對應(yīng)的速度曲線，繪??制位置速度曲線，如圖２．４所示。下一步，將這類橢圓的周長與面積之比（實??際測量值）與真實橢圓周長與面積之比聯(lián)系起來
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