本文選題：步態(tài) + 運(yùn)動學(xué)　； 參考：《上海大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：步態(tài)的功能性評估是針對人體運(yùn)動的生物力學(xué)研究,其目的是對控制步行功能的因素進(jìn)行量化。步態(tài)評估對于檢測步態(tài)異常,識別平衡問題的因素,制定臨床決策,評估或預(yù)測臨床干預(yù)和康復(fù)效果都有重要意義。此外,步態(tài)研究的結(jié)果還將對假肢的設(shè)計、康復(fù)機(jī)器人、外骨骼機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計提供重要的數(shù)據(jù)。然而,現(xiàn)有的步態(tài)測量與定量分析方法仍不能完全滿足臨床使用要求,在步態(tài)運(yùn)動學(xué)參數(shù)的測量與步態(tài)特征的提取上,還存在技術(shù)難點(diǎn)有待深入研究。盡管基于光學(xué)三維運(yùn)動捕捉儀的步態(tài)運(yùn)動測量系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于步態(tài)相關(guān)研究,但傳統(tǒng)方法的測量標(biāo)識點(diǎn)模型中,所需的測量標(biāo)識點(diǎn)較多,而且標(biāo)識點(diǎn)的位置是以解剖學(xué)關(guān)鍵點(diǎn)為參考,需由專業(yè)人員通過人工觸摸識別。因此,解剖學(xué)關(guān)鍵點(diǎn)的人工定位誤差會對測量精度和信度產(chǎn)生顯著影響,而且由于所需標(biāo)識點(diǎn)較多,測前準(zhǔn)備過程較長,在對疾病步態(tài)測量時易造成患者疲勞而使步態(tài)發(fā)生改變,影響測量效果。在利用運(yùn)動學(xué)參數(shù)的步態(tài)功能性評估中,大部分研究往往局限于考察步態(tài)時空參數(shù),和/或關(guān)節(jié)運(yùn)動曲線上的有限幾個特征點(diǎn)(如最大屈曲/伸展角、矢狀面運(yùn)動范圍等),這盡管有利于步態(tài)的整體快速評估,但難以提供有關(guān)異常步態(tài)更加細(xì)致的信息,不利于步態(tài)的精確評估。而且,眾多測量參數(shù)之間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)性也導(dǎo)致步態(tài)評估所需的測量系統(tǒng)比較復(fù)雜,降低了測量結(jié)果的解釋性。本文以改進(jìn)步態(tài)運(yùn)動學(xué)測量技術(shù)、挖掘足部運(yùn)動中所蘊(yùn)含的深層步態(tài)特征信息為目的,對人體步態(tài)運(yùn)動測量與特征提取的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究,主要包括以下幾個方面:1.通過人體下肢主要關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)分析,對下肢環(huán)節(jié)和關(guān)節(jié)進(jìn)行合理簡化,建立了人體下肢多剛體運(yùn)動學(xué)模型,推導(dǎo)了人體下肢各個環(huán)節(jié)的運(yùn)動方程,以及足部的空間運(yùn)動與下肢關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。在下肢運(yùn)動學(xué)分析的基礎(chǔ)上,研究了新的標(biāo)志點(diǎn)設(shè)置方案和測量布局形式,構(gòu)建了基于Optotrak Certus運(yùn)動捕捉系統(tǒng)方案,縮短測前準(zhǔn)備時間,減小測量場地。2.根據(jù)運(yùn)動學(xué)模型,利用測量數(shù)據(jù),構(gòu)造下肢運(yùn)動的約束方程,建立了關(guān)節(jié)位置、模型幾何參數(shù)的擬合算法,以及步態(tài)運(yùn)動參數(shù)的提取算法,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該算法及步態(tài)測量系統(tǒng)的可行性。該算法是步態(tài)測量系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),克服了傳統(tǒng)步態(tài)測量系統(tǒng)的局限性,使步態(tài)測量系統(tǒng)的標(biāo)識點(diǎn)布局不依賴與解剖學(xué)關(guān)鍵點(diǎn)的人工定位,無需人工測量下肢長度,使得少測量點(diǎn)的測量方法得以實(shí)現(xiàn),從而在簡化測量過程的同時,有助于減小標(biāo)志點(diǎn)布置所造成的人為誤差的影響,提高實(shí)驗(yàn)間重復(fù)測量信度。3.結(jié)合認(rèn)知科學(xué)中的Tau理論,在對其基本策略分析的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新性的提出了改進(jìn)的內(nèi)部Tau引導(dǎo)策略——內(nèi)部Tau-J引導(dǎo)策略。通過應(yīng)用Tau策略對足部運(yùn)動的分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,提出了一個簡單、靈敏、可解釋性強(qiáng)的單參數(shù)指標(biāo)以表征人體步行姿態(tài)控制性能,對探究造成步態(tài)異常的內(nèi)在神經(jīng)與認(rèn)知機(jī)制有重要意義。4.通過對健康老年人和帕金森癥患者的步態(tài)實(shí)驗(yàn)分析,研究了基于頻段能量密度和小波熵的步態(tài)特征提取與評估方法,以反映步態(tài)運(yùn)動過程的動態(tài)特征和運(yùn)動復(fù)雜度,從而進(jìn)一步挖掘足部運(yùn)動中所蘊(yùn)含的步態(tài)特征信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法不僅能夠靈敏地捕捉到步態(tài)變化的深層次有用信息,還能反映帕金森震顫的特征。對帕金森癥的步態(tài)評估,這種方法表現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。綜上,本文對步態(tài)運(yùn)動學(xué)參數(shù)的測量方法進(jìn)行了研究,提出了新的測量方案和新的算法;并通過對足部運(yùn)動的時間序列進(jìn)行深入分析,挖掘足部運(yùn)動中所蘊(yùn)含的能反映步態(tài)異常和步態(tài)性能的深層特征信息,提出了幾個新的步態(tài)特征提取與評估方法,為進(jìn)一步簡化步態(tài)運(yùn)動的測量方法、改進(jìn)步態(tài)評估效果提供理論支持。本文的研究結(jié)果為人體步態(tài)的測量和定量評估提供了有效手段,為人體步態(tài)運(yùn)動機(jī)理的進(jìn)一步研究提供了方法和思路。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R318.01

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本文編號：1745614