小腿假肢接受腔-残肢生物机械系统三维重构

目的:建立小腿假肢接受腔-残肢生物机械系统三维几何模型。方法:以一名25岁男性小腿截肢患者为对象,采用三维坐标测量和核磁共振成像获得原始数据,利用软件MIMICS、SURFACER、SOLIDWORKS等实现了接受腔和残肢的三维重构,并根据接受腔修型模式等完成了系统装配。结果:数字化三维模型较精确的反映了接受腔-残肢系统的几何特征。结论:这种低成本方法可用于假肢数字化设计、有限元分析和计算机辅助制造。

假肢智能膝关节研究进展

智能下肢假肢一般是指带有智能膝关节的假肢,其智能主要体现在可以随着步行速度、关节角度变化自动调整假肢膝关节控制力矩，使假肢步态在对称性和跟随性等方面更接近健康人步态，具有较高仿生性能。

基于虚拟游戏的视觉生物反馈技术在康复运动训练中的应用

将生物反馈技术应用于康复运动训练，不仅能使患者更加科学、直观、实时地观察自身运动情况．并做出合理的评价；同时可以通过各种反馈方式提高患者的训练兴趣，达到提高训练效果的目的，因而成为功能训练系统研制中的技术热点，

低成本人体步态分析系统的研究

目的:改进原有矢状面人体步态分析系统,增加额状面运动轨迹和肌电信号检测功能,完善系统软件,使其操作更加简单方便。方法:增加部分硬件,改进运动轨迹检测步骤,优化标志点自动识别算法和软件流程。结果:该系统可以检测与分析矢状面和额状面运动轨迹、地面反力和表面肌电信号,并且能够对患者平衡控制功能进行训练治疗。结论:额状面的肩摇晃系数、髋内收和内旋系数、脚面侧翻角度等参数,弥补了单一矢状面运动分析的不足,新系统丰富和完善了原有矢状面人体步态分析系统的功能,为临床提供了一种成本低廉、功能齐全的步态分析工具。

足底振动刺激对人体平衡能力影响的实验测试系统的研究

目的:建立一种研究足底振动对人体平衡控制能力影响的实验测试平台。方法:将振子加在足底加以振动刺激,利用三维位置跟踪系统检测人体的运动参数,通过对采集的数据进行计算和分析来评估振动刺激对人体平衡能力的影响。利用该测试实验平台对6名老年人及8名年轻人进行了平衡能力测试和评估。结果与结论:微弱的振动刺激,能够改善人体静态平衡控制能力。本测试实验平台为进行足底噪声振动刺激与人体平衡能力关系的研究提供了一种有效的测试与分析手段。

主元分析在研究滑倒时肌电信号中的应用

目的对正常人滑倒过程中的下肢肌电信号进行特征提取,并对主要特征进行分析。方法10例健康男性受试者参加了试验,他们分别按照自然步态在湿滑路面上完成了3次行走。通过肌电采集系统,得到了受试者下肢及腰部的14块主要肌肉的表面肌电信号,并对其进行了主元分析,主要分析了特征根、贡献率、累计贡献率和载荷因子4个参数。结果前三个主元的累积贡献率超过了85%,反映了滑倒过程中的主要肌电信号特征。根据各个主元的载荷因子分析,前三个主元的物理意义依次被定义为肌肉功率、能量在频域内的分布和正负幅值分布。结论①在分析滑倒过程中多肌肉多变量的总体特征时,主元分析是一种十分有效的特征提取方法,能够实现用较少指标反映多指标的总体信息。②肌电信号功率的变化、能量在频域内的分布,以及正负幅值的分布这三个特征反映了正常人滑倒过程中的肌电信号的主要特征。

上肢抓取运动协调控制模式分析

为了探讨人体上肢运动功能康复评定方法,本文研究了健康人抓取过程中的运动协调模式。实验检测了8名健康受试者在不同条件下抓取水杯喝水动作时手臂运动轨迹和主要控制肌群的肌电信号,并且与理论计算结果进行了比较分析,探讨了抓取运动的协调规律。结果表明抓取动作具有运动轨迹的拓扑不变性,关节角度之间存在线性协同变化关系,多块肌群结成运动协调元实现抓取运动的控制。

仿生智能假肢的研究与进展

本文以多自由度假手、智能膝关节和骨整合假肢为主,介绍了最近几年仿生智能假肢技术的研究与发展,并讨论了今后假肢技术发展中值得关注的问题。

表面肌电信号生物反馈治疗系统的研究

目的:研发低成本肌电生物反馈治疗系统,并进行临床试验验证系统的适用范围。方法:自主研发软硬件设备。运用肌电信号在线处理方法,比较不同算法对系统性能的影响。将肌电信息实时显示反馈给7名急性脑卒中患者和1名健康者,验证系统的性能,同时比较两种训练方案的效果:①高动作训练频率,短动作持续时间;②低动作训练频率,长动作持续时间。结果:绝对值分段积分算法在曲线平滑程度上优于其他算法。在同样训练时间内,降低训练动作频率,延长单次动作持续时间的治疗方案有助于患者肢体功能恢复和肌力增强。结论:该系统可适用于急性脑卒中患者肢体远端训练康复,同时可配合其他训练设备,缩短康复时间。

下肢康复训练机器人髋关节机构的振动分析

对研发的康复训练机器人髋关节机构进行了建模分析,探讨机构的振动特性,对后续设置相关机构的工作频率和和对振动主动控制提供了理论依据。方法以康复机器人对患者进行被动节律性训练为工作状态,建立振动力学模型和动力学方程,对康复机器人髋关节机构的运动特点和振动性能进行理论分析,通过仿真曲线展示了幅值和相位差的变化特点。结果康复训练机器人髋关节机构的固有频率与接触部件的等效质量等参数有关。当阻尼大于特定值时,训练机构位移振幅随着工作频率上升而下降,不会发生共振;当阻尼小于特定值时,训练机构位移振幅随着工作频率增加先上升后下降,存在共振现象,阻尼的存在将显著降低位移振幅。结论在小阻尼情况下髋关节机构才会发生共振,当要利用机器人髋关节机构的振动进行振动康复治疗时,应该尽量降低阻尼,并使得工作频率接近固有频率,反之则要增大阻尼和远离固有频率。由于阻尼的存在,训练机构的运动与电推杆滑块的运动存在相位差。

上肢肩肘关节协同运动特征分析

目的量化分析肩肘关节协同施力所表现出的特征。方法利用测量平台的三维力传感器,分别记录1名健康男性受试者在肩部与肘部进行独立运动时,前臂与上臂的横向力。受试者以最大横向力的100%、75%、50%、25%分别完成肩外展、肩内收、肘屈曲、肘伸展4个动作,用主动动作力与连带动作力之比作为前臂和上臂协同程度的评价指数。结果肩外展时,主动运动力越低,评价指数越低,运动越不好控制;肩内收时,主动动作力下降对评价指数无明显影响;肘伸展时,主动运动力下降,评价指数上升;相对其他动作,肘屈曲时,评价指数变化不规律,提示较难控制协同运动的方向及大小。结论人体对上臂的控制难于前臂。

减重步行康复训练机器人研究进展

近年来减重步行训练（partial body weight support treadmill training,PBWSTT）在临床上的应用越开越广泛,它主要是用减重吊带使患者步行时下肢负重减少,借助于运动平板进行步行能力训练。在训练时一般需要两名治疗师,一名帮助患者腿摆动、支撑期患足跟着地，防止支撑期膝过伸。另一名帮助患者进行身体重心转移、髋伸展、骨盆旋转，并保持患者躯干的直立。自20世纪90年代初以来,国内外多家研究机构利用机器人技术相继开展了代替理疗师辅助患者自动完成减重步行康复训练的设备。利用这种康复训练机器人进行步行康复训练,不仅减轻了治疗师的工作强度,而且步行训练参数重复性好,时相指标可以准确设定，能够有效加快康复进程，提高疗效。

基于表面肌电信号的手指运动模式识别系统

目的:建立一套基于表面肌电信号(sEMG)的手指运动模式识别系统。方法:研发了基于有源电极的sEMG检测装置和包含信号采集、分析、离线识别和在线识别模块的配套软件。结果:该系统能够同时采集4个通道sEMG数据,用16种时域、频域和时频域方法对其分析,并可以对7种sEMG特征提取及分类方法进行对比研究,还能在线控制假手。结论:本系统为多指、多自由度假手sEMG控制方法的研究提供了一个实验平台,该系统不仅可以用于手指运动模式识别,而且也可以用于人体其他运动模式的sEMG特征提取方法和分类器的对比研究。

经皮电神经刺激在机器人辅助上肢运动训练中对表面肌电信号的影响

目的:通过表面肌电信号sEMG分析,研究经皮电神经刺激TENS对机器人辅助运动训练sEMG变化的规律性,以便于研究其对训练效果的影响。方法:对4名健康男性进行两轮各20min机器人辅助上肢自主循迹运动训练,并分别在其中一轮运动的过程中结合TENS。实验过程中采集sEMG,并以希尔伯特-黄变换HHT方法得到平均频率MNF进行评定。结果:持续的TENS对肱二头肌在运动训练过程中的MNF谷值均值的变化率有较明显影响,而有刺激和没有刺激的运动训练中的MNF谷值回归线的截距和斜率的变化率则没有明显规律性。同一刺激模式下,不同肌肉所受的影响并不相同,肱桡肌和肱三头肌上没有明显的规律性。结论:在机器人辅助上肢自主循迹运动训练的过程中加入TENS对某些上肢肌肉有兴奋作用。但是,持续同一刺激对不同肌肉有不同的刺激效果,因此针对运动训练的不同动作阶段,应对不同的肌肉给予相对应的刺激,而不是单纯地给予持续的刺激。

康复训练机器人与传统中医康复方法相结合的探讨

康复训练机器人是目前研究的热点方向之一,近些年来,国内外的一些偏瘫康复研究机构相继推出了一系列的偏瘫康复训练机器人,辅助脑卒中偏瘫患者进行肢体康复训练。然而目前的康复训练机器人训练功能单一，还不能完全满足临床康复训练的需要。因此有必要增加康复训练机器人的功能，而中医传统康复是我们的优势，如何将二者结合在一起提高疗效，使之更适用于临床，是我们需要研究和考虑的课题。

头部前屈运动过程中颈肌特性的研究

目的分析人体头部前屈运动过程中头颈部肌群活动特性,探索人体头颈部肌肉疲劳原因。方法基于AnyBody软件建立人体头颈部肌骨模型,以Vicon运动捕捉系统测量数据为输入,对头部前屈运动过程中的肌力进行仿真,并结合文献数据进行分析。结果颈后肌群在头部前屈运动中起主要作用。在头部前屈45%和75%行程位置肌力分配模式不同。肌力对前屈角位移的积分WM一定程度上反映了肌肉的疲劳特性,其中颈半棘肌和多裂肌在头部前屈运动过程中WM最大,容易出现疲劳。结论本文建立的头颈部肌骨模型可为分析人体运动状态下肌肉分析提供技术平台。

减重步行训练机器人步态规划方法的研究

目的:探讨减重步行训练机器人的步态规划方法。方法:设计了3组健康人步态分析实验,包括步长不变、改变步频行走实验、步频不变、改变步长行走实验和电动跑步机与平地行走对比实验,并对7名健康实验者的步态轨迹数据进行对比分析。结果:将髋膝关节角度曲线对步态周期进行归一化处理后,通过对比分析得出如下规律:步长不变、改变步频时步态轨迹不发生改变;步频不变、增大步长时步态轨迹中髋膝关节角度曲线随之呈非线性增大;电动跑步机与平地行走时步态轨迹基本相同,可用平地步态轨迹对减重步行训练机器人进行步态规划。结论:可以利用一组标准参考步态轨迹来进行减重步行机器人的步态规划,通过改变有关参数来产生不同步频和步长的运动轨迹,从而满足康复训练的要求。

头盔质量和质心对军机飞行员颈部肌力的影响

目的研究头盔质量和质心偏移对军机飞行员颈部肌肉活动特性的影响。方法基于AnyBody软件平台建立头颈部肌骨模型,包含C0、C1-7、T1和136组头颈部肌肉。采用集中载荷模拟头盔作用,对不同头盔质量、质心位置和加速度载荷下的7个主要肌群的肌力进行了仿真计算。结果当头盔质心与头部质心重合时,支配后伸的头半棘肌、肩胛提肌、头夹肌和颈夹肌处于收缩发力状态。当头盔质量增大,这些肌群肌力也随之线性增加,并且加速度载荷对肌力增大程度起放大作用。头盔质心后移,会降低后伸肌群的肌力,增大前屈肌群受力。头盔质心左右偏移引起的附加侧弯力矩则会激活支配侧弯功能的肌群的活动。结论头盔质量和质心位置对颈部肌群活动特性有明显影响,本文建立的头颈部肌骨模型可以计算不同状态下肌力的变化,头盔设计和使用过程可采用该技术进行定量分析。