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Structure Design of Lower Limb Exoskeletons for Gait Training

Chinese Journal of Mechanical Engineering 2015年第5期28卷 878-887页

作者： LI Jianfeng ZHANG Ziqiang tao chunjing JI Run College of Mechanical Engineering and Applied Electronics Technology Beijing University of Technology Robotic Institute Beihang University National Research Center for Rehabilitation Technical Aids

Due to the close physical interaction between human and machine in process of gait training, lower limb exoskeletons should be safe, comfortable and able to smoothly transfer desired driving force/moments to the patients. Correlatively, in kinematics the exoskeletons are required to be compatible with human lower limbs and thereby to avoid the uncontrollable interactional loads at the human-machine interfaces. Such requirement makes the structure design of exoskeletons very difficult because the human-machine closed chains are complicated. In addition, both the axis misalignments and the kinematic character difference between the exoskeleton and human joints should be taken into account. By analyzing the DOF（degree of freedom） of the whole human-machine closed chain, the human-machine kinematic incompatibility of lower limb exoskeletons is studied. An effective method for the structure design of lower limb exoskeletons, which are kinematically compatible with human lower limb, is proposed. Applying this method, the structure synthesis of the lower limb exoskeletons containing only one-DOF revolute and prismatic joints is investigated; the feasible basic structures of exoskeletons are developed and classified into three different categories. With the consideration of quasi-anthropopathic feature, structural simplicity and wearable comfort of lower limb exoskeletons, a joint replacement and structure comparison based approach to select the ideal structures of lower limb exoskeletons is proposed, by which three optimal exoskeleton structures are obtained. This paper indicates that the human-machine closed chain formed by the exoskeleton and human lower limb should be an even-constrained kinematic system in order to avoid the uncontrollable human-machine interactional loads. The presented method for the structure design of lower limb exoskeletons is universal and simple, and hence can be applied to other kinds of wearable exoskeletons.

关键词： gait training lower limb exoskeleton structure design kinematic compatibility even-constrained kinematic chain

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Research hotspots and trends of cardiopulmonary exercise test:Visualization analysis based on citespace

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Medicine in Novel Technology and Devices 2022年第4期16卷 356-363页

作者： Yu Zhao Jianchao Li chunjing tao Rongjing Ding School of Engineering Medicine Beihang UniversityChina Beijing Advanced Innovation Center for Biomedical Engineering China Rehabilitation Department of Peking Union Medical College Hospital China

The study aims to grasp the hot spots and trends of global cardiopulmonary exercise *** of Science(WoS)core collection and Derwent Innovation Index database were retrieved to collect literature from 2002 to 2022 with Cardiopulmonary Exercise Test(CPET)as the retrieval *** was used to conduct bibliometrics and visual analysis of 6679 pieces of literature in the web of science core collection database and 251 patent data in the Derwent Innovation Index *** results show that:(1)the number of CPET theme research papers is increasing year by year,and the main research fields are cardiology,respiratory system,sports science,etc.;(2)The main research hot spots of CPET include exercise prescription,exercise and heart failure,COVID-19 cardiopulmonary rehabilitation and evaluation,etc.;(3)The development trend of CPET technology is majorly in the direction of intelligence,portability,individualization and the integration of Virtual Reality(VR)technology and evidence-based research of CPET guiding clinical decision-making.

关键词： Cardiopulmonary exercise test Bibliometric analysis CiteSpace Technical trends Visualization Exercise prescription COVID-19

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Eularian wall film model for predicting dynamic cell culture process to evaluate scaffold design in a perfusion bioreactor

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Medicine in Novel Technology and Devices 2022年第1期13卷 12-21页

作者： Ziyu Liu chunjing tao Shanshan Yuan Wei Wang Maryam Tamaddon Liqi Ng Hao Huang Xiaodan Sun Chaozong Liu Division of Surgery&Interventional Science University College LondonRoyal National Orthopaedic HospitalStanmore HA74LPUK School of Medical Science and Engineering Beihang UniversityChina Key Laboratory of Advanced Materials of Ministry of Education of China School of Materials Science and EngineeringTsinghua UniversityBeijingChina Department of Cardiology Qingdao Municipal HospitalShandongChina School of Science and Engineering The Chinese University of Hong KongShenzhenChina

In tissue engineering field,it is important to develop a suitable numerical model to evaluate scaffold geometry *** experimental evaluation of the effect of each specific scaffold parameter on tissue regeneration requires large cost and long time *** cell culture is commonly used for generating tissues which could replace damaged tissues.A perfusion bioreactor model is developed which is able to simulate dynamic cell culture,to evaluate scaffold *** wall-film model is used to simulate cell attachment with the assumption that cells could be seen as liquid *** the process of cell attachment,the cells could impinge to a solid surface and form a liquid film which were considered as cell attached on the scaffold *** types of cell-scaffold interactions were involved in numerical models including trap model and Stanton-Rutland(Cell impinge model—CIM)*** trap model,all cells impinged the scaffold are seen as *** Stanton-Rutland model,four regimes of cell-scaffold interaction are involved in the cell attachment,including stick,rebound,spread,and splash,and only stick and spread are seen as *** comparison with two different numerical methods,the results showed that CIM model result is more related to the experimental results than trap model,which indicated that four regimes of cell-scaffold interaction occurred in cell attachment *** evaluating two different geometry scaffold's cells seeding by these two models,the results further indicated that this model are able to use for assessing the scaffold design.

关键词： Scaffold structure Computational fluid dynamics Cell attachment Cell impinge model

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基于无线穿戴式传感系统的智能步态检测研究

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华中科技大学学报（自然科学版） 2017年第10期45卷 105-110页

作者：黄剑余晓强陶春静华中科技大学自动化学院湖北武汉430074 国家康复辅具研究中心北京100176

为了实现精确的人体步态检测并实时反馈给机器人系统,设计了一种基于惯性传感器的无线传感器节点,在此基础上研发了一套无线穿戴式传感系统.基于人体下肢模型,提出一种可靠的步长和步向检测算法.使用五个自主设计的低成本惯性传感器节... 详细信息

为了实现精确的人体步态检测并实时反馈给机器人系统,设计了一种基于惯性传感器的无线传感器节点,在此基础上研发了一套无线穿戴式传感系统.基于人体下肢模型,提出一种可靠的步长和步向检测算法.使用五个自主设计的低成本惯性传感器节点固定在人体下肢和腰部,实现了相对精确的步态测量.为了进一步提高测量精度,利用回声状态网络对整个系统测量误差进行校正,校正后步长测量误差小于3.5cm,步向测量误差小于4.5°.实验结果表明该系统与方法能够实现高精度的步态检测.

关键词：无线传感器系统步态检测穿戴式姿态角回声状态网络

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3D打印矫形鞋垫研究进展

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科技导报 2022年第13期40卷 57-64页

作者：马俪芳王立朝李剑陶春静张明樊瑜波北京航空航天大学生物与医学工程学院医学科学与工程学院生物医学工程高精尖创新中心北京100083 国家康复辅具研究中心北京市老年功能障碍康复辅助技术重点实验室北京100176 东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室哈尔滨150040 北京邮电大学自动化学院北京100876 香港理工大学工程学院生物医学工程系中国香港999077

相对于传统的矫形鞋垫制作方法,3D打印矫形鞋垫具有集约高效的特点,但目前在设计、打印、材料等方面仍存在一些问题,且缺乏系统的研究综述。以矫形鞋垫的制作方法为切入点,综述了3D打印矫形鞋垫的打印工艺、打印材料及研究现状,分析了目... 详细信息

相对于传统的矫形鞋垫制作方法,3D打印矫形鞋垫具有集约高效的特点,但目前在设计、打印、材料等方面仍存在一些问题,且缺乏系统的研究综述。以矫形鞋垫的制作方法为切入点,综述了3D打印矫形鞋垫的打印工艺、打印材料及研究现状,分析了目前3D打印矫形鞋垫研究存在的问题,并结合矫形鞋垫性能的提升和现代科学技术的发展,预测了3D打印矫形鞋垫的未来发展趋势。

关键词：矫形鞋垫制造工艺 3D打印矫形器康复辅具材料性能

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基于多场耦合的生物组织微波热声信号分析

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生物医学工程学杂志 2008年第1期25卷 44-48页

作者：陶春静宋涛刘国强阎静中国科学院电工研究所电磁生物研究组

我们根据微波照射生物组织时电磁场、热场、声波场三者之间的耦合关系,对微波激励热声成像正问题展开研究。从实验样本热学和声学的空间不均匀性角度出发,应用有限元方法求解热声波传播方程。由于入射微波对不同组织的穿透深度不同,不... 详细信息

我们根据微波照射生物组织时电磁场、热场、声波场三者之间的耦合关系,对微波激励热声成像正问题展开研究。从实验样本热学和声学的空间不均匀性角度出发,应用有限元方法求解热声波传播方程。由于入射微波对不同组织的穿透深度不同,不同组织对微波能量的吸收率不同,导致样本内部初始热声源的位置不同,相应地影响到声压传播情况。仿真结果表明,不同检测点声压信号中的信息量是不同的,检测点的声压信号富含样本中组织结构和电声学特性的信息量,从而能够从检测点的信号反映出关于样本结构和组成的信息。

关键词：微波激励热声成像正问题有限元法

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Research of Environmental Control systems for Disabled people

Research of Environmental Control systems for Disabled peopl...

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第七届亚太地区医学与生物学工程学术年会

作者： chunjing tao Xiaoyu Zhang and Xitai Wang National Research Center for Rehabilitation Technical Aids Beijing China

Environmental control system for disabled peo-ple has been growing rapidly over the past few years. Envi-ronmental control systems not only give disabled persons greater independence, but also provide a way to participate in their life activities and the same time increase the quality of their life. In this paper, we combine different control technolo-gies together to design an environmental control system which is easy to use, cost effective, and can be used by many kinds of disabled people.

关键词： Environmental control system different control technologies disabled people.

来源： cnki会议评论

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双臂操作无动力式助行器的使用对人体上肢的影响

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科技导报 2023年第21期41卷 127-133页

作者：杨洁萌莫中军郭俊超季润陶春静樊瑜波北京航空航天大学生物力学与力生物学教育部重点实验室北京市生物医学工程高精尖创新中心生物与医学工程学院医学科学与工程学院北京100191 国家康复辅具研究中心民政部人体运动分析与康复技术重点实验室北京市老年功能障碍康复辅助技术重点实验室北京100176

从运动学、动力学、肌肉活动强度的角度分析了双臂操作的无动力助行器对使用者上肢的影响,探讨了双臂操作的无动力助行器的使用与人体上肢损伤的联系,并比较了改变此类助行器结构参数对上肢的影响。

关键词：助行器老年人上肢运动学生物力学

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膝关节康复外骨骼构型综合与结构设计

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哈尔滨工程大学学报 2017年第4期38卷 625-632页

作者：李剑锋黄相强陶春静王飒季润北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124 国家康复辅具研究中心北京100176

为了探讨膝关节自适应性康复外骨骼机构构型综合与结构设计问题,本文基于人体膝关节屈伸运动实验采集的数据,提取出膝关节运动瞬时螺旋参数;根据膝关节生理结构和膝关节螺旋轴的瞬变特性考究,建立人体膝关节的运动学模型。结合人-机运... 详细信息

为了探讨膝关节自适应性康复外骨骼机构构型综合与结构设计问题,本文基于人体膝关节屈伸运动实验采集的数据,提取出膝关节运动瞬时螺旋参数;根据膝关节生理结构和膝关节螺旋轴的瞬变特性考究,建立人体膝关节的运动学模型。结合人-机运动相容性、人-机闭链自由度和人-机约束力矩作用性质分析,提出一种与人体膝关节运动相容的康复外骨骼机构构型;考虑结构简单性和穿戴舒适性,对膝关节康复外骨骼装置进行了结构设计,获得了一套可自适应人体膝关节转动轴线运动特性的膝关节康复外骨骼机构。

关键词：膝关节康复自适应螺旋轴运动相容人-机闭链构型综合结构设计外骨骼

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基于分子识别的磁共振检测法中磁纳米颗粒对质子弛豫时间影响的实验与分析

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生物医学工程学杂志 2007年第3期24卷 590-594,614页

作者：胡丽丽宋涛杨文晖王明张芳陶春静中国科学院电工研究所生物电磁实验室北京100080 北京海淀医院放射科磁共振室北京100080

以3种不同的磁纳米颗粒作为实验对象,研究其对水中氢质子弛豫时间的影响。通过磁共振成像(MRI)技术检测,表明在恰当的对照实验点上磁纳米颗粒对水中氢质子的弛豫时间存在着有显著差异的影响,并进行了理论分析,为后期应用磁纳米颗粒进行... 详细信息

以3种不同的磁纳米颗粒作为实验对象,研究其对水中氢质子弛豫时间的影响。通过磁共振成像(MRI)技术检测,表明在恰当的对照实验点上磁纳米颗粒对水中氢质子的弛豫时间存在着有显著差异的影响,并进行了理论分析,为后期应用磁纳米颗粒进行分子识别的实验提供了依据。

关键词：磁纳米颗粒弛豫时间磁共振成像

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