本文選題：步態(tài) + 運(yùn)動(dòng)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(píng)估是針對(duì)人體運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)研究,其目的是對(duì)控制步行功能的因素進(jìn)行量化。步態(tài)評(píng)估對(duì)于檢測(cè)步態(tài)異常,識(shí)別平衡問題的因素,制定臨床決策,評(píng)估或預(yù)測(cè)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(duì)假肢的設(shè)計(jì)、康復(fù)機(jī)器人、外骨骼機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供重要的數(shù)據(jù)。然而,現(xiàn)有的步態(tài)測(cè)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(dòng)學(xué)參數(shù)的測(cè)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(dòng)捕捉儀的步態(tài)運(yùn)動(dòng)測(cè)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(cè)量標(biāo)識(shí)點(diǎn)模型中,所需的測(cè)量標(biāo)識(shí)點(diǎn)較多,而且標(biāo)識(shí)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(shí)別。因此,解剖學(xué)關(guān)鍵點(diǎn)的人工定位誤差會(huì)對(duì)測(cè)量精度和信度產(chǎn)生顯著影響,而且由于所需標(biāo)識(shí)點(diǎn)較多,測(cè)前準(zhǔn)備過程較長(zhǎng),在對(duì)疾病步態(tài)測(cè)量時(shí)易造成患者疲勞而使步態(tài)發(fā)生改變,影響測(cè)量效果。在利用運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的步態(tài)功能性評(píng)估中,大部分研究往往局限于考察步態(tài)時(shí)空參數(shù),和/或關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)曲線上的有限幾個(gè)特征點(diǎn)(如最大屈曲/伸展角、矢狀面運(yùn)動(dòng)范圍等),這盡管有利于步態(tài)的整體快速評(píng)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(píng)估。而且,眾多測(cè)量參數(shù)之間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)性也導(dǎo)致步態(tài)評(píng)估所需的測(cè)量系統(tǒng)比較復(fù)雜,降低了測(cè)量結(jié)果的解釋性。本文以改進(jìn)步態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)測(cè)量技術(shù)、挖掘足部運(yùn)動(dòng)中所蘊(yùn)含的深層步態(tài)特征信息為目的,對(duì)人體步態(tài)運(yùn)動(dòng)測(cè)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(gè)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(duì)下肢環(huán)節(jié)和關(guān)節(jié)進(jìn)行合理簡(jiǎn)化,建立了人體下肢多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,推導(dǎo)了人體下肢各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方程,以及足部的空間運(yùn)動(dòng)與下肢關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。在下肢運(yùn)動(dòng)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(cè)量布局形式,構(gòu)建了基于Optotrak Certus運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)方案,縮短測(cè)前準(zhǔn)備時(shí)間,減小測(cè)量場(chǎng)地。2.根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,利用測(cè)量數(shù)據(jù),構(gòu)造下肢運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(cè)量系統(tǒng)的可行性。該算法是步態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),克服了傳統(tǒng)步態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的局限性,使步態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)識(shí)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(cè)量下肢長(zhǎng)度,使得少測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量方法得以實(shí)現(xiàn),從而在簡(jiǎn)化測(cè)量過程的同時(shí),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(cè)量信度。3.結(jié)合認(rèn)知科學(xué)中的Tau理論,在對(duì)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(duì)足部運(yùn)動(dòng)的分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,提出了一個(gè)簡(jiǎn)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(duì)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(duì)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(píng)估方法,以反映步態(tài)運(yùn)動(dòng)過程的動(dòng)態(tài)特征和運(yùn)動(dòng)復(fù)雜度,從而進(jìn)一步挖掘足部運(yùn)動(dòng)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(duì)帕金森癥的步態(tài)評(píng)估,這種方法表現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。綜上,本文對(duì)步態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的測(cè)量方法進(jìn)行了研究,提出了新的測(cè)量方案和新的算法;并通過對(duì)足部運(yùn)動(dòng)的時(shí)間序列進(jìn)行深入分析,挖掘足部運(yùn)動(dòng)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(gè)新的步態(tài)特征提取與評(píng)估方法,為進(jìn)一步簡(jiǎn)化步態(tài)運(yùn)動(dòng)的測(cè)量方法、改進(jìn)步態(tài)評(píng)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(cè)量和定量評(píng)估提供了有效手段,為人體步態(tài)運(yùn)動(dòng)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R318.01

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本文編號(hào)：1745614