人工全膝关节置换术治疗膝内翻对患者后足力线角度的影响

目的评估人工全膝关节置换前后患者后足力线角度的变化情况。方法前瞻性取2017年7月至2018年7月首都医科大学附属北京友谊医院收治的135例行人工全膝关节置换的患者,均为膝内翻、行单侧膝关节置换患者。术前及术后3个月拍摄双下肢全长负重正位及后足力线X线片,测量并比较术前及术后膝内翻角度和后足力线角度的变化。根据术前后足力线内外翻状态将患者分为后足外翻组(105例)和后足内翻组(30例),比较两组患者的膝内翻角度和后足力线角度的变化情况。结果135例患者中,总体膝内翻角度由术前内翻-9.34°±5.69°减少为术后内翻-2.34°±2.97°,差异具有统计学意义(P<0.001);后足力线由术前外翻2.89°±3.91°减少为术后外翻0.78°±3.77°,差异具有统计学意义(P<0.001)。分组分析显示,后足内翻组膝内翻角度由术前内翻-5.69°±3.39°减少为术后内翻-1.34°±2.86°,差异具有统计学意义(P<0.001);后足力线角度由术前内翻-1.95°±1.43°增大为术后内翻-3.71°±2.93°,差异具有统计学意义(P<0.001)。后足外翻组膝内翻角度由术前内翻-10.38°±5.80°减少为内翻-2.62°±2.95°,差异具有统计学意义(P<0.001);后足力线角度由术前的4.27°±3.24°减少为术后2.06°±2.90°,差异具有统计学意义(P<0.001)。结论随着膝内翻患者行人工全膝关节置换术后膝内翻的纠正,总体后足力线角度也相应发生变化。对于术前存在后足外翻的患者,膝关节置换术后其后足力线角度的度数会减少;对于术前存在后足内翻的患者,膝关节置换术后其后足内翻反而会进一步加重。

距舟关节复位融合联合后足力线纠正治疗Müller-Weiss病的疗效分析

背景:Müller-Weiss病的手术治疗方法较多,但大多不强调距舟关节复位和后足力线调整,目前尚无公认的治疗规范。目的:分析距舟关节复位融合联合后足力线纠正治疗Müller-Weiss病的疗效。方法:回顾性分析2014年5月至2017年8月收治的11例患者,共12足。其中Maceira分期Ⅲ期3足,Ⅳ期5足,Ⅴ期4足。所有患者均行距舟关节清理、复位、植骨、融合,尤其注重外侧四边区骨赘及游离体的清理,融合后再次评估后足力线。其中5例患者(5足)后足内翻角度较大,加做跟骨外移截骨。记录并比较术前及末次随访时疼痛视觉模拟(VAS)评分、美国足踝外科协会(AOFAS)踝-后足功能评分。结果:11例患者均获得随访,随访时间19~40个月,平均随访(25.6±7.1)个月。所有患者融合部位在术后3~6个月均达到临床愈合标准,无一例发生不愈合;12足切口均甲级愈合,2例患者术后取髂骨切口处红肿、渗液较多,酒精湿敷,换药后愈合。所有患者末次随访时疼痛VAS评分较术前降低[(2.3±1.4)分vs(7.4±1.0)分],AOFAS评分较术前升高[(78.8±5.7)分vs(30.4±5.6)分],且差异均有统计学意义(t=16.06、34.84,P均<0.001)。所有患者术后后足力线恢复良好,无明显内翻畸形。结论:距舟关节复位融合联合后足力线纠正治疗Müller-Weiss病可以取得较为满意的临床疗效。

基于能耗目标优化的多足爬墙机器人足力控制研究

针对多足爬墙机器人高空极限作业时需解决的能耗问题,提出了基于能耗性优化的多足爬墙机器人足力控制方法。以八足爬墙机器人为例,从机器人作业的安全性和能耗性角度描述了多足爬墙机器人的足力优化模型,实现了多足机器人的关节驱动力和足底接触力的转换,有效地减少了优化变量的数量,简化了优化的计算。通过分析多足爬墙机器人的关节驱动力约束和动力学约束,建立了机器人总电机功率与机器人运动步态及作业环境(包括攀爬角度与吸附平面的粗糙度)的关系。并综合考虑了爬墙机器人吸附安全等特殊性,对机器人的足底接触力进行优化,提高机器人对环境变化及支撑腿数量变化的适应能力,降低关节驱动电机的能耗,实现了机器人电机总能耗最小化的目标。实验仿真结果证明了所提出的控制方法简单可行。

足式机器人足力及平衡控制方法设计

本文针对足式机器人在变刚度环境下进行柔顺控制的问题,应用一种基于位置控制的阻抗控制,并引入了姿态反馈和机身高度反馈,用以维持机身平衡。实验结果表明,本文提出的控制策略能在环境发生变化时快速跟随期望足端力,并且经过机身姿态和高度控制,能很好地维持机身平衡,提升机器人运动稳定性。

基于安全性目标多足爬壁机器人足力优化分配

针对多足爬壁机器人高空作业时的安全性问题,引入安全系数概念,提出基于安全性多足爬壁机器人足力优化分配方法。在建立关节驱动力和足底接触力转换基础上,推导多足爬壁机器人的动力学模型,确定机器人运动学、动力学约束条件,用粒子群算法求解在能耗最优目标下安全系数与吸盘吸附力的关系。该方法有效减少优化变量数量,同时还反映了机器人安全系数与未知环境(主要指真空吸盘吸附力)的关系,提高了机器人的环境适应能力。最后通过实例验证了该方法的可行性与有效性。

六自由度足力测试装置研制

本文简要介绍了六自由度足力测量装置的结构 ,运用坐标变换等数学工具 ,根据点在平面上的投影确定了移动体在空间的位移 ,并通过刚度矩阵 。

内翻膝行全膝关节置换术对踝关节及后足力线的影响

目的:探讨内翻膝行全膝关节置换术后对踝关节及后足力线的影响。方法:回顾性选取自2020年8月至2021年1月青岛大学附属医院关节外科收治的81例行单侧全膝关节置换术的内翻型膝关节骨性关节炎患者,术前及术后均拍摄负重位的下肢全长X线片、后足长轴位X线片及踝关节侧位X线片。并记录所有患者术前及术后6个月踝关节是否疼痛。测量患者术前及术后的髋–膝–踝角、后足力线角度及胫骨跟骨角度。根据后足力线角度和踝关节症状分别进行分组分析。结果:81例患者术后6个月HKA角明显改善,由12.48˚ &#177;4.72˚调整至3.34˚ &#177;1.50˚,后足力线角度从5.31˚ &#177;5.89调整到4.41˚ &#177;4.33˚,胫骨跟骨角度从66.99˚ &#177;6.99˚调整到65.64˚ &#177;5.49˚,差异均具有明显统计学意义(P 0.05)。踝关节发病率在TKA术前为11.1%,在TKA术后为13.6%,差异无统计学意义(P 】0.05)。踝关节有症状组和踝关节无症状组术前年龄、BMI、HKA角度、胫骨跟骨角和后足力线角度无统计学差异(P 】0.05)。结论:膝内翻患者行TKA后其HKA角度、后足力线角度和胫骨跟骨角度都会得到相应改变,且均趋向于减小。踝关节疼痛的发病率术前术后无明显变化。因此,我们建议在对膝内翻OA准备TKA手术时,除了常规的膝关节的术前检查,还要对足及踝关节进行全面的术前评估;术后除了膝关节的功能恢复,还要加强踝关节的术后管理,必要时尽早对踝关节进行治疗或干预。

青少年扁平足改良后足力线X线测量方法研究及其对扁平足患者的评估价值

目的:探讨青少年扁平足改良后足力线X线测量方法研究及其对平足患者的评估价值。方法:选取本院2019年1月—2020年10月收治的42例(68足)平足患者,设为研究组;另选同期40名(80足)体检健康志愿者,设为对照组,对所有入选者均采用自主设计的Saltzman位拍摄架,分别进行不同角度的后足力线位X线拍摄下胫距关节的可见率,并评估改良THA测量方法在不同投照角度的差异。通过改良THA法,测量平足患者的后足外翻角度。结果:平足组随着投射角度的增加,胫距关节可见量随之下降,显著低于对照组,差异有意义(P<0.05)。提取两组下胫距关节,可见者两组改良THA在10°、15°、20°投射时后足力线夹角比较差异均不存在统计学意义(P>0.05)。但研究组不同角度投射下均低于对照组,差异有意义(P<0.05)。结论:对青少年扁平足患者采用改良THA测量方法可准确反映后足外翻程度,且操作简单,值得临床用于后足力线评估。

桥梁检测的爬壁机器人足力优化方法设计

为了解决当前桥梁裂缝检测中人工检测效率低安全性差等问题,设计了一种六足爬壁机器人。文章提出了桥梁检测多足爬壁机器人的总体设计方案,采用真空吸附的电机驱动的六足爬壁机器人,并且完成了部分运动控制系统的设计。其次,对机器人控制系统的硬软件系统进行了设计,确定CAN总线的控制系统,利用蚁群算法进行路径规划,选择三角步态规划和末端轨迹曲线等。最后,提出多足爬壁机器人足力优化分配方法。

足式机器人触地检测方法的研究综述

基于现有足式机器人触地检测方法的研究,综合论述了腿部结构设计、足端设计、传感器设计对触地检测的影响.总结外部传感器直接检测的触地检测方法、基于运动学与动力学的触地检测方法以及基于学习的触地检测方法.归纳地面湿滑、地面松软以及非足端触地这3种特殊场景中的触地检测方法.分析触地检测技术的应用场景,具体包括运动控制的需要、导航中的应用、地形与地质的感知这三大应用场景.指出硬件改进和集成、多模态触地检测、多传感器融合化触地检测以及智能化触地检测这四大触地检测方法相关的发展趋势,总结各触地检测算法之间的具体关联,为触地检测后续技术的发展及触地检测的具体应用提供指导.

不同运动模式下单人竖向足底力实测研究

针对行人常见的运动模式,通过可穿戴式测力鞋垫开展单人步行、跑步、跳跃、左右摇摆、屈伸律动和上/下楼梯工况下的测力实验,获得不同运动模式下行人的竖向足底力。基于大量样本的数据统计分析,获得不同运动模式下的人致荷载模型。实验结果可丰富现有的人致荷载数据库,为构建特定工况下的人致荷载模型提供参考。

增强爬坡能力的六足机器人分步二次规划足力分配算法及试验验证

足力分配算法能够通过约束条件及目标函数的设计优化足端接触力,使多足机器人达到提高崎岖地形通过能力、提高行走稳定性以及降低能耗等目的。提出了一种增强六足机器人爬坡能力的分步二次规划足力分配算法,设计了可以减小最大牵引系数(足端切向力与法向力之比)的目标函数,并且建立了六足机器人约束模型。分步二次规划方法分别分配法向力和切向力,前后两步均为二次规划,可以应用于六足机器人实时控制。搭建足力分配算法仿真平台并采用该足力分配算法对不同步态行走的六足机器人进行了仿真分析,结果表明相比于传统方法,分步二次规划足力分配算法的最大爬坡角度更大。采用六足机器人试验平台ElSpider验证了该足力分配算法的性能。在相同坡度条件下,采用不同步态进行爬坡时,该足力分配方法相比于传统方法降低了所需的最大牵引系数。

改良后足力线X线测量方法研究及其对平足患者的评估价值

目的探讨一种新的基于X线片的后足力线拍摄和测量方法,及其对平足患者的评估准确性。方法前瞻性对照研究。纳入西安交通大学附属红会医院足踝外科自2018年1—12月收治的28例(40足)平足患者(平足组),20名(40足)健康志愿者(对照组),采用自主设计的Saltzman位拍摄架,分别进行10°、15°、20°、25°、30°后足力线位X线拍摄。比较两组年龄、性别、侧别、体质量指数(BMI)的差异。比较对照组标准Saltzman位(20°位)X线片改良胫骨后足角(THA)测量法与van Dijk法和改良van Dijk法测量后足力线角度的结果;比较三种测量方法对照组THA的测量结果与文献报道的负重CT下测量THA结果的差异。观察所有影像学资料在五种投射角度下胫距关节的可见率,并评估改良THA测量方法在不同投照角度的差异。通过改良THA法,测量平足患者的后足外翻角度。结果平足组患者与对照组年龄、性别、侧别、BMI差异均无统计学意义(P值均>0.05)。三种测量方法的组内一致性均为优,改良THA测量法一致性最佳(组内相关系数为0.928);对照组中改良THA法测量的后足力线角度大于van Dijk法和改良van Dijk法,差异有统计学意义(F=0.092,P<0.01);改良THA测量结果与负重CT测量结果差异无统计学意义(P>0.05)。胫距关节可见率:对照组10°、15°、20°投射均可见(100%,40/40),25°投射部分可见(70%,28/40),30°位均不可见(0%,0/40);平足组10°投射均可见(100%,40/40),15°、20°投射部分可见(分别为80%、32/40,45%、18/40),25°和30°均不可见(0%,0/40)。对照组的改良THA法测量值在10°、15°、20°投射分别为4.84°±1.81°、4.96°±1.77°、4.94°±2.04°,差异无统计学意义(F=1.570,P>0.05);平足组在10°、15°、20°投射均可见18足,其改良THA法测量值分别为13.58°±3.57°、13.62°±3.83°、13.38°±4.06°,差异无统计学意义(F=0.197,P>0.05)。结论改良THA测量方法操作简单,存在较高的组内一致性,可以用于后足力线评估。对于平足患者,基于10°位X线拍摄,采用改良THA法测量后足力线角度,可以准确地反映后足外翻程度。

人体足底受力测试及其分析

研究人体在不同条件下左右脚的受力和所受压力的平衡情况.采用Kistler测力鞋垫,选择部分军人和学生进行轻载和负重条件下的行军、跑步、跳跃等项目的测试;利用pedar-mobile分析系统,对采集的足底力学数据进行分析;对人体足底的受力向脚踝简化并进行分析计算.在行军、跑步时人体双脚的受力和所受压力基本平衡,而在跳跃时非常不平衡,但经过训练后可以得到明显改善.该研究对于科学培训空降兵、运动员的落地位姿及人体足部着地造成的损伤机理研究具有重要意义.

模拟不同重力环境下步态运动的足底受力分析

目的探索不同重力环境下人体行走和跑步时的足底受力特性。方法 7名健康成年男性受试者在垂直体位的减重跑台上分别在正常重力(1G),模拟火星重力(1/3 G)和模拟月球重力(1/6 G)环境下进行3、7和10 km/h的行走和跑步活动。使用F-scan鞋垫式足底压力测量系统对运动过程中的步态时相参数、力学参数及步态平衡性等指标进行分析。结果相同速度下,步态周期中的支撑相时间随重力下降有明显减少(P<0.01),摆动相时间则有显著增加(P<0.01)。随着速度增加,支撑相时间明显缩短(P<0.01),而摆动相基本不受影响(P>0.05)。最大足底受力、平均足底受力和受力积分随着重力下降有明显减少。正常重力环境下,步行速度增加可引起最大足底受力、平均受力明显增加以及受力积分显著减少(P<0.05);但在低重力环境下,足底受力变化并不显著(P>0.05)。左右垂直冲量比在不同重力环境之间差异显著(P<0.05),但时相对称性则并无明显差异。结论低重力环境下,足底受力和支撑相时间等维持骨骼和肌肉结构功能的指标均显著低于正常重力环境,提示在将来设计太空飞行中防护措施和锻炼处方时需要充分考虑这一因素,以维持航天员正常的骨骼和肌肉功能。

短跑中足底与起跑器间三维作用力研究

起跑技术是短跑中最重要的环节。探讨符合人体生物力学特征的最佳起跑动作,可以使运动员在起跑时能够迅速、及时地摆脱静止状态,获得尽量大的起跑初速度。针对蹲踞式起跑进行运动生物力学比较分析,将新型三维测力传感器安装在起跑器斜面,采集起跑器在不同角度和位置时的最大蹬力和达到最大蹬力的时间。分析发现,运动员在获得较大的向前动量时,起跑完成动作时间和保持平衡的力也相应增加。因此,选择起跑位置要综合考虑时间和力两者之间的关系,过分追求最大受力反而不利于跑出最佳成绩。结合起跑训练,对提高运动员起跑速度有一定的参考价值。

综合管廊受力性能足尺试验

为研究多舱综合管廊破坏机制、承载力和变形能力等受力特性,以某地下综合管廊工程为原型,完成多舱综合管廊节段足尺试验。试验结果表明:试件经历了开裂、刚度退化和极限破坏3个阶段;初始裂缝出现在长跨跨中板底;裂缝主要分布在长跨跨中板底以及板端支座处;试件破坏模式为顶板斜拉破坏;荷载达到荷载准永久值时,裂缝宽度和挠度均没有超过限值,满足正常使用极限状态要求;试件的极限承载力达到设计荷载值的2.37倍,满足承载能力极限状态要求。

足部运动受力分布与鞋楦优化分析研究

利用力学模型构建出足底在平跟和提踵状态下受力情况,并分析了足底曲面的横向和纵向曲线的变化趋势,为鞋楦的优化研究提供依据。其次,通过压力平台和鞋垫压力系统对双脚脚底压力的分布、运动过程中脚底压力、冲量、脚底受力时间的变化进行验证,获得鞋楦生产的基本参数。最后,在企业中进行鞋楦试制取得了较好的应用效果。

智能足踝肌力康训器预防足踝损伤废用性肌萎缩效果观察

目的:观察智能足踝肌力康训器预防足踝损伤废用性肌萎缩的效果。方法:60例踝部损伤患者随机分为观察组和对照组各30例。对照组按常规进行护理及功能锻炼,观察组在常规护理及功能锻炼的基础上使用智能型足踝肌力康训器进行训练。比较两组患肢与健肢周径差、肿胀度和肌力。结果:观察组术后1周、出院当天、出院后1个月患肢与健肢的周径差(1.58±0.97 cm、1.18±0.62 cm、0.33±0.08 cm)、肿胀度评分明显低于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05);观察组术后1周、出院当天、出院后1个月的肌力明显高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:智能足踝肌力康训器用于足踝损伤患者康复训练,有助于恢复踝关节功能,预防废用性肌萎缩,值得临床推广运用。

不同重力环境下足底受力的步态差异分析

目的:明确模拟零重力环境下人体行走和跑步时的足底受力特征。方法:8名健康成年受试者分别在零重力跑台和正常重力跑台上进行3km/h、7km/h和10km/h的行走和跑步活动。利用鞋垫式足底压力测量系统对运动过程中的足底受力情况进行采集分析。结果:模拟零重力环境下步行的步态周期时间与正常重力环境并无显著差别。随着速度的增加,步态周期时间有明显的下降,不同速度之间差异明显(P<0.05)。但与地面正常重力环境比较,模拟零重力环境下的支撑相明显缩短(P<0.01)。足底压力结果显示,随着速度的增加,足底最大受力和垂直冲量均有显著的升高,不同速度之间相差明显(P<0.01),模拟零重力环境下明显小于正常重力环境(P<0.05)。时相对称性和垂直冲量比等平衡性指标显示模拟失重环境下人体的运动平衡功能明显低于正常重力环境(P<0.05),但不同速度之间差异不显著。结论:模拟零重力环境足底生物力学特征发生改变,可能是太空失重环境下体育训练后骨丢失和肌萎缩的原因之一。