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坡面步行中青年女性下肢关节角及肌肉激活度

医用生物力学 2011年第2期26卷 158-162,192页

作者：唐刚张希安季文婷海思穹王冬梅王成焘上海海事大学物流工程学院上海200135 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

目的通过定量分析关节角及主要肌肉激活度的变化来说明步行速度和路面坡度对下肢运动的影响。方法首先按由慢到快选择了共5种步行速度,由低到高选择3种坡度,并利用运动捕捉系统对15各青年女性的步态进行测量,同时对影响下肢运动的8块主... 详细信息

目的通过定量分析关节角及主要肌肉激活度的变化来说明步行速度和路面坡度对下肢运动的影响。方法首先按由慢到快选择了共5种步行速度,由低到高选择3种坡度,并利用运动捕捉系统对15各青年女性的步态进行测量,同时对影响下肢运动的8块主要肌肉的肌电信号进行了采集。然后通过计算分析获得她们在不同步行速度和路面坡度下髋、膝及踝关节矢状面的关节角度变化的均值,从测量数据中寻找出一个最接近这个均值曲线的研究对象。结果计算获得了该研究对象不同步行速度和路面坡度下踝关节、膝关节及髋关节在一个步态周期内的矢状面关节角的变化曲线以及主要肌肉的激活度变化曲线。结论每个步态周期内,关节角及肌肉激活度在5种不同速度下的变化很小;而在3种不同路面坡度下的变化仅趋势基本一致,峰值的差异却非常明显。

关键词：步态分析肌电信号下肢关节路面坡度运动学

衰弱状态和步行速度对老年人下肢关节运动学特征的影响

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医用生物力学 2022年第5期37卷 832-838页

作者：张红倩王巍代新年王立端许湘苹潍坊医学院康复医学院山东潍坊261053 潍坊医学院基础医学院山东潍坊261053 青岛阜外医院康复医学中心山东青岛266034

目的研究衰弱状态和步行速度对老年人步行时下肢关节运动学特征的影响。方法招募59名60岁及以上老年人,根据衰弱指数清单将受试者分为非衰弱组、衰弱前组和衰弱组,采用Xsens MVN运动捕捉惯性传感器采集3组老年人慢速、习惯速度、快速行... 详细信息

目的研究衰弱状态和步行速度对老年人步行时下肢关节运动学特征的影响。方法招募59名60岁及以上老年人,根据衰弱指数清单将受试者分为非衰弱组、衰弱前组和衰弱组,采用Xsens MVN运动捕捉惯性传感器采集3组老年人慢速、习惯速度、快速行走时的运动学数据,应用双因素重复测量方差分析比较不同衰弱状态和步速下老年人行走时的下肢关节运动学特征差异。结果衰弱组老年人的年龄显著高于非衰弱组(P关节最大屈角、膝关节和踝关节活动范围(range of motion,ROM)显著低于非衰弱组和衰弱前组(P关节最大跖屈角显著低于非衰弱组(P关节矢状面最大角及其ROM、膝关节最大屈角、踝关节最大跖屈角及其ROM显著增加(P关节最大背屈角度和膝关节ROM显著减小(P关节角度中只有髋关节最大伸角及其ROM、膝关节最大屈角在慢速与习惯速度之间出现显著差异(P关节ROM均显著正相关(P关节ROM显著正相关(P下肢关节矢状面角度持续降低,主要集中于膝、踝关节。在行走时两个关节间同步性增强,自由度降低,但在提高步行速度时,衰弱状态基本不影响老年人的步行策略。研究结果有助于对衰弱老年人群进行筛查及康复指导。

关键词：衰弱状态步行速度惯性传感器下肢关节运动学老年人

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慢跑的速度对青年女性下肢关节及肌肉的影响

医用生物力学 2010年第5期25卷 357-362页

作者：唐刚周海张希安钱理为季文婷王成焘上海交通大学机械与动力工程学院生物医学制造与生命质量工程研究所上海200240

目的探讨合理的慢跑速度对体形和步姿的影响,使人在慢跑健身的同时兼得柔美的体态。方法根据相关测量选择5种慢跑速度。利用运动捕捉系统采集研究对象(15位青年女性志愿者)在慢跑速度下的运动学数据,同时对下肢8块主要肌肉的肌电信号进... 详细信息

目的探讨合理的慢跑速度对体形和步姿的影响,使人在慢跑健身的同时兼得柔美的体态。方法根据相关测量选择5种慢跑速度。利用运动捕捉系统采集研究对象(15位青年女性志愿者)在慢跑速度下的运动学数据,同时对下肢8块主要肌肉的肌电信号进行采集。计算获得在不同慢跑速度下髋、膝及踝关节矢状面的关节角度变化的均值。选择数据最接近均值的对象作为研究对象并进行运动学分析。结果计算获得了该研究对象在不同慢跑速度下髋、膝及踝关节矢状面的关节角度以及下肢8块主要肌肉的激活度曲线。运用打分的方法,本文给出了研究对象慢跑速度、慢跑阶段、肌肉激活度与关节角度之间的关系。结论各关节角的变化范围和各肌肉最大激活度并不随慢跑速度的变化而单调变化。本文为青年女性健身时选择适合自己的慢跑速度提供了参考。

关键词：慢跑速度肌电信号运动学步态分析下肢关节

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下肢关节功能康复训练器的研制

中国医疗器械杂志 2000年第4期24卷 214-215页

作者：胡兆燕程云章龚德利上海医疗器械高等专科学校上海200093 上海升鑫实业有限公司

介绍一种下肢关节功能康复训练器设计原理。该训练器训练速度、角度和时间均可自动调节。

关键词：下肢关节康复训练研制运动原理控制原理

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基于深度相机和神经网络的下肢关节力矩估计

医用生物力学 2024年第3期39卷 450-456页

作者：高飞王正陶王冬梅于随然上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

目的通过深度相机和神经网络估计人在直线行走时髋、膝和踝关节的屈伸力矩。方法利用光学运动捕捉系统、测力板和Azure Kinect深度相机采集20个人的步态信息,受试者被要求以其偏好的步行速度直线行走,同时踏在测力板上。并利用Visual... 详细信息

目的通过深度相机和神经网络估计人在直线行走时髋、膝和踝关节的屈伸力矩。方法利用光学运动捕捉系统、测力板和Azure Kinect深度相机采集20个人的步态信息,受试者被要求以其偏好的步行速度直线行走,同时踏在测力板上。并利用Visual 3D仿真得到关节力矩作为参考值,分别训练人工神经网络(artificial neural network, ANN)模型与长短期记忆(long short-term memory, LSTM)模型进行关节力矩估计。结果 ANN模型估计髋、膝和踝关节的关节力矩的相对均方根误差(relative root mean square error, rRMSE)分别为15.87%~17.32%、18.36%~25.34%和14.11%~16.82%,相关系数分别为0.81~0.85、0.69~0.74和0.76~0.82。LSTM模型具有更好的估计效果,rRMSE分别为8.53%~12.18%、14.32%~18.78%和6.51%~11.83%,相关系数分别达到了0.89~0.95、0.85~0.91和0.90~0.97。结论本文证实了利用深度相机和神经网络无接触估计人体下肢关节力矩方案的可行性,其中LSTM模型具有更佳的表现。关节力矩估计结果与现有研究相比具有更好的精度,潜在应用场景包含远程医疗、个性化康复方案制定以及矫形器辅助设计等。

关键词：深度相机神经网络下肢关节力矩生物力学仿真

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模拟不同重力水平下多种步态中下肢关节运动特征研究

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载人航天 2019年第3期25卷 316-323页

作者：罗诗瑶杨洪瑞尚坤中国航天员科研训练中心人因工程国防重点实验室

为探索低重力环境对人体行走和跑步时下肢关节运动特性的影响,搭建了一种悬吊式低重力模拟装置,采用惯性运动捕捉系统,对9名男性受试者在常规重力(1g)、模拟火星重力(1/3g)和模拟月球重力(1/6g)条件下的平地行走(速度4km/h)、平地慢跑(... 详细信息

为探索低重力环境对人体行走和跑步时下肢关节运动特性的影响,搭建了一种悬吊式低重力模拟装置,采用惯性运动捕捉系统,对9名男性受试者在常规重力(1g)、模拟火星重力(1/3g)和模拟月球重力(1/6g)条件下的平地行走(速度4km/h)、平地慢跑(速度7km/h)和坡地行走(速度3.6km/h、坡度15°)进行运动测量,得到了不同重力水平下平地与坡地行走和跑步时髋、膝与踝关节的关节活动范围等运动学数据。结果表明,下肢各关节在矢状面上的屈曲/伸展活动范围远大于冠状面的内收/外展和横截面上的内旋/外旋活动。模拟低重力条件下,髋关节和膝关节在各个平面上的活动范围均明显减小,踝关节活动角度无显著变化规律。通过分析一个步态周期内各关节在矢状面上的角度变化发现,低重力条件下,步态运动的支撑时相变短,摆动时相变长,步态更加缓慢,且倾向于采用一种行走-蹦跳的步态策略。基于以上实验结果,梳理出了满足平地与坡地多种步态需求的下肢关节活动范围,并对星际航天服下肢关节配置进行了初步讨论。

关键词：航天服模拟低重力多种步态下肢关节运动学

用于检测下肢关节运动信息的外骨骼机构设计及运动学分析

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北京工业大学学报 2013年第8期39卷 1127-1133页

作者：李剑锋邓楚慧张自强范金红马春敏刘德忠北京工业大学机械工程及应用电子技术学院北京100124

对人体下肢关节的运动属性、直立行走的步态特征及人-机之间关节运动属性差异对人-机相容性的影响进行了分析,根据下肢康复训练的功能需求并通过在人-机联接环节增置连接关节,提出一种用于检测人体下肢髋、膝关节运动信息的外骨骼机构.... 详细信息

对人体下肢关节的运动属性、直立行走的步态特征及人-机之间关节运动属性差异对人-机相容性的影响进行了分析,根据下肢康复训练的功能需求并通过在人-机联接环节增置连接关节,提出一种用于检测人体下肢髋、膝关节运动信息的外骨骼机构.建立了外骨骼机构关节运动与人体下肢关节运动之间的映射关系,并对人-机组成的封闭运动链进行了运动仿真分析.分析表明:外骨骼机构的关节运动与人体下肢髋、膝关节运动之间具有确定的量化联系,通过安置于外骨骼机构关节处的传感器能检测人体直立行走时的下肢关节运动信息.

关键词：下肢关节信息检测外骨骼机构机构设计运动分析

从60cm高度下落到不同硬度的地面下肢关节的力学响应

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北京师范大学学报（自然科学版） 2002年第5期38卷 706-710页

作者：侯曼刘润生王晓娟侯佳北京师范大学体育与运动学院北京100875 北京师范大学继续教育学院北京100875 河北师范大学体育学院石家庄050016

研究了从 6 0 cm高度下落到 2种不同硬度的地面 ,即木板地面和海绵垫时下肢关节的力学响应 .结果表明 :人下落到软的地面上时下肢关节的受力、力矩显著减小 ,关节的角度变化显著增加 ,从着地到落地停稳所用的时间显著增加 .各关节力矩... 详细信息

研究了从 6 0 cm高度下落到 2种不同硬度的地面 ,即木板地面和海绵垫时下肢关节的力学响应 .结果表明 :人下落到软的地面上时下肢关节的受力、力矩显著减小 ,关节的角度变化显著增加 ,从着地到落地停稳所用的时间显著增加 .各关节力矩是外力矩与肌肉力矩共同作用的结果 ,正确的落地技术应该是 3个关节的力矩同时减小 ,掌握正确的落地技术的实质是掌握正确的肌肉被拉伸与收缩的顺序和大小 .从 6 0 cm下落着地后 ,不论是何种地面条件 ,3个关节的力矩以髋关节力矩为最大。

关键词：落地高度地面硬度膝关节髋关节踝关节落地角度运动力学下肢关节力学响应

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速滑蹬冰下肢关节工作顺序分析

东北师大学报（自然科学版） 2004年第2期36卷 112-115页

作者：刘波李萍孙超英东北师范大学体育学院吉林长春130024 吉林大学体育学院吉林长春130012

　运用生物力学方法,从机能解剖学角度对弯道蹬冰动作中下肢关节的工作顺序及发力时机进行了分析,并从速滑运动员不同滑行阶段关节的角度变化,蹬冰阶段下肢关节角度的动态变化及蹬冰脚关节角速度的变化三方面进行了研究,得出了速滑蹬冰... 详细信息

　运用生物力学方法,从机能解剖学角度对弯道蹬冰动作中下肢关节的工作顺序及发力时机进行了分析,并从速滑运动员不同滑行阶段关节的角度变化,蹬冰阶段下肢关节角度的动态变化及蹬冰脚关节角速度的变化三方面进行了研究,得出了速滑蹬冰技术中下肢关节工作顺序是髋、膝、踝,为速滑运动员蹬冰技术提高提供了理论依据.

关键词：速滑蹬冰下肢关节工作顺序髋膝踝