人体上肢骨肌建模及肌肉力预测方法研究

摘要

随着中风导致的运动障碍患者数量的增加,很多治疗手段被应用到了这一领域,但缺少科学的理论依据和指导。治疗过程中对于肌肉力的分析,或者通过运动信息预测肌肉活动情况,可为康复运动的设计提供理论依据,使治疗更加具有针对性和高效性。
　　本文根据人体上肢运动特性,建立合理的人体上肢简化运动模型,利用拉格朗日动力学方程对人体上肢进行反向动力学分析与建模。利用Anybody软件进行人体上肢仿真模型的建立,分别建立全肌肉模型和简化骨肌模型,使两模型模拟相同动作,从而计算出模型中的肌肉力,对两模型进行对比分析,从而为康复治疗提供理论分析。
　　本研究通过设计人体上肢运动试验,对正常人进行试验,同时用三维运动捕捉系统测得人体上肢关键点的运动信息,并用肌电采集装置采集胸大肌、三角肌、肱二头肌、肱三头肌和冈下肌的表面肌电信号。对运动信息进行处理,得到肘关节和肩关节运动角度、角速度和角加速度大小;对表面肌电信号进行预处理后,并采用小波分解与重构的方法处理肌电信号,分别对肌电的重构信号与运动信息进行对比分析。从而找到肌电信号与关节运动和肌肉力的关系,指导康复治疗,为患者减轻痛苦。
　　结论:通过建模与仿真分析,可以看出两肌肉模型肌肉力的分配有所不同,部分肌肉的肌肉力的走向基本相似,但一些肌肉在两模型中作用明显不同,这为康复治疗提供了理论分析基础和指导。对于肌电的分析,可以看出其重构信号可以反映运动过程中关节的运动情况和肌肉力变化,此研究可以应用到运动医学和医疗领域。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外发展现状

1.3本文主要研究内容

第二章上肢骨肌简化模型的建立

2.1人体骨肌系统

2.2上肢运动特性

2.3骨肌模型特点

2.4人体上肢运动简化模型

2.5人体上肢骨肌模型

2.6本章小结

第三章反向动力学预测肌肉力

3.1肌肉收缩模型与优化函数

3.2拉格朗日动力学方程

3.3反向动力学模型

3.4肌肉力预测结果分析

3.5肌肉功耗分析

3.6本章小结

第四章上肢运动实验及数据分析

4.1上肢运动实验

4.2表面肌电信号分析及对比

4.3本章小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢