踝足矫形器人机耦合仿真刚度对步态生物力学影响的评价方法

目的为更好评价踝足矫形器(ankle⁃foot orthosis,AFO)的人机工效,提出一种AFO人机耦合仿真刚度对步态生物力学影响的评价方法。方法首先,评测两种AFO的力学特性并量化其刚度;其次,采集30名受试者在正常与穿戴两种不同刚度AFO行走条件下的运动学及动力学数据;最后,通过仿真计算,定量对比分析AFO刚度对行走中下肢关节角度、关节力矩与肌肉力的影响。结果在穿戴两种刚度AFO情况下,支撑相踝关节背屈峰值角度、膝关节屈曲峰值角度和髋关节伸展峰值角度均显著增加(P<0.05),比目鱼肌与腓肠肌峰值肌肉力呈现增加趋势。踝关节跖屈峰值角度、髋关节屈曲峰值角度与髋关节屈曲峰值力矩均显著降低(P<0.05)。结论本文所提出的AFO人机耦合仿真方法可以有效实现不同刚度对步态生物力学影响的定量评估,该方法同样也适用于评估和优化其他辅助器具的人机工效,可以为AFO的选配、适配、优化设计提供方法指导。

步态生物力学大数据分析研究进展

目的研究目前步态生物力学大数据分析的前沿进展。方法以2011~2020年步态生物力学大数据分析相关的科技文献为研究对象,运用内容分析法,从主题结构、层级水平、模型类型和分析技术4个方面进行分析与讨论,并在此基础上对步态生物力学大数据分析的未来研究进行展望。结果大数据分析在步态生物力学的应用领域主要有5个层面,分别为干预和康复、运动训练、假肢设计和评估、了解病因和诊断、了解人移动的特点;步态生物力学领域大数据分析分为3个层级水平,其中描述性分析是使用最多的类型,约占41%;系统回顾步态生物力学领域大数据分析的模型和具体技术;拓扑数据分析是一个非常有前途的大数据探索工具。结论大数据技术在步态生物力学和临床医学研究中具有巨大潜力。

先天性马蹄内翻足胫前肌外移前后三维步态分析

目的通过三维步态分析的生物力学方法评定先天性马蹄内翻足患儿胫骨前肌外移术后疗效，明确其手术指证。方法收集2010年7月至2014年7月在本院就诊的先天性马蹄内翻足20例，年龄4～6岁，平均4．5岁。男性15例，女性5例，均行胫骨前肌外移术，手术前后均应用三维步态分析系统（美国motion步态分析系统）对患者进行步态分析，每次测量要求至少有3个步长长度，步速恒定。将骨盆、髋、膝、踝关节共设置15个点，并连接成面，建成三维动态图像。对胫骨前肌外移术前后的步态在三维方向进行步态分析。结果胫骨前肌外移手术前、后三维步态分析结果：①行走速度、步频、步长较术前无明显差异，与正常儿童比较也无明显差异。②术后患儿足内收较术前明显改善。③胫骨前肌在术前术后活动状态无明显改变。④胫骨前肌外移术后患侧下肢行进线内旋情况较术前改善。结论运用三维步态分析对行胫骨前肌外移术的患者进行功能量化评价，可以更为准确地了解踝关节的生物力学及胫骨前肌肌电活动变化，因而可以准确判断手术指证和全面评估患儿术后畸形矫正情况。

太极拳与健步走对老年人行走稳定性影响的比较研究

运用三维摄像法、图像解析法和数理统计法,对常年分别从事太极拳和健步走运动的男性老年人常速行走的相关指标进行研究,进而比较太极拳与健步走运动对老年人行走稳定性的影响。结果:太极拳组老年人与健步走组老年人在常速行走过程中的步长、步幅、步速、步频、步态周期,以及人体重心在一个步态周期各时相的前后、上下、左右移动的速度方面不存在显著的统计学差异;但太极拳组老年人的髋关节、踝关节活动幅度要明显好于健步走组老年人。结论:太极拳运动对老年人行走时摆动腿抬高的幅度,踝关节背屈能力的保持方面好于健步走运动。

痉挛型脑瘫儿童手术后表面肌电信号和关节角度评估

目的通过表面肌电(surface electromyography,sEMG)和关节角度评估脑瘫儿童手术后运动功能。方法采集16名痉挛型脑瘫患儿手术前后直线行走时股直肌、股二头肌、半腱肌、胫骨前肌、腓肠肌内外侧sEMG和髋、膝、踝关节角度,计算各步态时期sEMG均方根、积分肌电值和关节角度均值,进行肌力肌张力评估。结果手术后,患儿下肢肌肉肌张力均显著降低(P<0.05),股直肌和股二头肌在摆动阶段肌力减小。胫骨前肌在摆动中末期肌力增大(P<0.05)。髋、膝关节屈曲角降低(P<0.05)。踝关节背屈角增大(P<0.05),内翻角减小(P<0.05)。结论治疗后患者蹲伏步态和马蹄内翻足均得到改善,运动功能得到提升。sEMG结合关节角度分析可对患者肌肉功能进行定量评估,为临床诊断提供参考。

Comparison of foot strike patterns of barefoot and minimally shod runners in a recreational road race

Background:Previous studies of foot strike patterns of distance runners in road races have typically found that the overwhelming majority of shod runners initially contact the ground on the rearfoot.However,none of these studies has attempted to quantify foot strike patterns of barefoot or minimally shod runners.This study classifies foot strike patterns of barefoot and minimally shod runners in a recreational road race.Methods:High-speed video footage was obtained of 169 barefoot and 42 minimally shod distance runners at the 2011 New York City Barefoot Run.Foot strike patterns were classified for each runner,and frequencies of forefoot,midfoot,and rearfoot striking were compared between the barefoot and minimally shod groups.Results:A total of 59.2%of barefoot runners were forefoot strikers,20.1%were midfoot strikers,and 20.7%were rearfoot strikers.For minimally shod runners,33.3%were forefoot strikers,19.1%were midfoot strikers,and 47.6%were rearfoot strikers.Foot strike distributions for barefoot and minimally shod runners were significantly different both from one another and from previously reported foot strike distributions of shod road racers.Conclusion:Foot strike patterns differ between barefoot and minimally shod runners,with forefoot striking being more common,and rearfoot striking less common in the barefoot group.

基于生物中枢模式发生器原理的四足机器人

传统由人工规划产生的步态是比较僵硬的、缓慢的,缺乏灵活的自组织能力,与真正的动物步态存在很大差别。该文提出了机器人生物步态的概念。以生物的中枢模式发生器(centralpatterngenerator,CPG)模型为核心建立四足机器人运动控制系统,建立CPG网络的权重矩阵与步态的对应关系。采用不同的权重矩阵得到四足机器人的典型步态。根据哺乳动物的肢体运动关系,建立机器人膝髋关节运动关系方程。通过仿真验证了基于生物CPG控制机理的机器人节律运动控制方法是有效的,机器人生物步态的实现是可能的。