基于跑步机背向行走的平衡能力研究

摘要

背向行走是一种反序行走方式，在室内外皆可进行。由于在背向行走的过程中需要留意运动方向，防止摔倒，因而有助于人体对空间和感知能力的增强和训练主管平衡作用的小脑。此外，与正向行走相比，背向行走能够刺激到不常活动的肌肉，促进血液循环及人体下肢肌肉地协调发展，这有利于提高人的反应能力。目前来说，国内外对正向行走步态研究已有多年，但对于背向行走的研究，国内外都相对较少。
　　本文选取了10名受试者在跑步机上分别以2km/h，2.5km/h，3km/h，3.5km/h四个速度档，做正向行走和背向行走的对照试验。通过Vicon系统、足底压力系统及表面肌电信号系统同步采集两种行走模式下的时空参数、运动学参数、动力学参数及肌肉的表现情况。通过采集到的数据，运用SPSS、MATLAB、ORIGIN等统计分析软件对关节角度、足底压力中心轨迹、足底压力值、足-地接触时间、足-地接触面积、足底冲量、肌肉肌电信号等参数进行分析，从而探究背向行走时影响人体平衡能力的因素。通过行走试验和理论分析，本文从行走步态、关节角度、足底压力、肌肉活动情况等几方面得出以下主要结论:
　　1、背向行走时的支撑相所占时间大于正向行走，其中单支撑相比例远大于第一双支撑相、第二双支撑相。对于摆动期来说，背向行走所占的比例较小于正向行走。
　　2、膝关节屈曲，增加髋关节的屈曲角度和踝关节的跖屈角度有助于人体在背向行走时保持平衡。
　　3、背向行走与正向行走时的足底压力中心轨迹有较大差别，相比正向行走，背向行走足底与地面的接触时间较长、接触面积较大。
　　4、背向行走能更好的锻炼半腱肌、股二头肌、外侧腓肠肌等肌群的肌力，这些肌力对保持背向行走时的平衡有显著作用。此外，速度对肌肉力有较大的影响。
　　根据本试验的设计及讨论分析，一方面从从运动学、动力学、肌电信号等三个方面分析了背向行走的运动特性，为背向行走的锻炼方式提供了有力的指导作用;另一方面其研究结果也可对康复训练或行走辅具设计等提供理论依据。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 选题的背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 现有研究的不足

1．4 本文研究目的及意义

1．5 论文主要内容及框架

2 步态分析概述及研究设备与方法

2．1 步态周期的概念

2．2 步态分析研究参数

2．3．1 关节运动

2．3．2 关节运动平面

2．4 动力学分析

2．5 研究设备及方法

2．5．1 VICON三维影像测量系统分析简介

2．5．2 足底压力测量系统简介

2．5．3 表面肌电信号测量系统简介

3 机体平衡概念

3．1 平衡的定义

3．2 影响平衡能力的因素

3．3 自主平衡恢复策略

3．4 平衡能力评定的方法

4 背向行走试验的研究方案

4．1 试验技术路线图，

4．2 试验方案

4．2．1 受试者选取

4．2．2 受试肌肉的选取

4．2．3 试验实施

4．3 数据处理

4．3．1 步态周期预处理

4．3．2 足底区域划分

4．3．3 数据标准化

4．3．4 表面肌电信号预处理

4．3．5 数据统计分析

5 背向行走时的运动学及动力学分析

5．1 时空步态参数

5．2 关节角度-时间变化分析

5．3 地面支反力分析

5．4 足底压力参数分析

5．4．1 足底峰值压力分析

5．4．2 压力中心轨迹分析

5．4．3 足-地接触时间分析

5．4．4 足-地接触面积分析

5．4．5 足底冲量分析

5．5 与动力学、运动学相关的平衡能力小结

6 背向行走试验的表面肌电信号分析

6．1 表面肌电信号参数

6．2 肌电信号峰值分析

6．3 肌电信号平均幅值分析

6．4 肌电信号肌电积分分析

6．5 与表面肌电信号相关的平衡能力小结

7总结与展望

7．1 主要完成工作

7．2 主要研究结果

7．4 应用

7．5 不足与展望

参考文献

致谢