步态生物力学研究进展
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周有礼 等 通 过 对 妊 娠 妇 女 步 态 的 动 力 学 分 析6建 立 适 合 孕妇动作的 步 态 分 析 模 式6为 妊 娠 妇 女 步 态 研 究 提 供 功 能 评 定 依 据 6但 无 具 体 评 价 指 标 1 >-!?
伍勰等 认 为6老 年 人 常 速 行 走 步 态 的 各 参 数 指 标 均 反பைடு நூலகம்映 了老年人运 动 机 能 的 退 化6特 别 是 膝 关 节 的 股 四 头 肌 和 小 腿 三 头 肌 机 能 衰 退 明 显6老 年 人 应 注 意 这 !处 运 动 能 力 的 练 习 1 >-;?
A 步态生物力学研究的应用 ;"- 功能评定
步态的生物力学研究是运动功能测量的重要组成部分6 它以生物体 的 移 动 状 态 为 研 究 对 象6测 量 参 数 具 有 自 主 控 制 成 分 1根 据 步 态 分 析 所 得 的 运 动 学 @步 态 时 间 B距 离 参 数 以 及 动 力 学 参 数 可 以 推 测 步 行 的 对 称 性 和 圆 滑 性 1根 据 重 心 位 移 和力作 用 点 轨 迹 可 以 判 断 其 稳 定 性 和 波 动 性1根 据 步 速@步 频 @步 行 持 续 距 离 可 判 断 其 速 度 @节 奏 和 持 久 性 1
人体在 站 立 和 行 走 时 的 平 衡 能 力6可 以 藉 人 体 重 心 的 摆 动 幅 度 和 频 率 反 映 出 来 1经 测 定 6在 黑 暗 环 境 或 视 力 下 降 时 6 老 年 人 行 走 时 的 平 衡 能 力 明 显 低 于 青 年 人 1 >-#?
刘 永 斌 等 人 对 C三 瘫 一 截DE脑 瘫@截 瘫@偏 瘫@截 肢F残 疾 者 进 行 步 态 测 试6以 反 映 人 体 行 走 姿 态 变 化 时 间 历 程 的 周 期@时 相 及 反 映 支 撑 反 作 用 的 三 维 力 曲 线 为 基 础 6用 特 征 函 数 的 基 本 概 念 进 行 归 类 组 合6对 行 走 功 能 的 左 右 对 称 性@平 衡 功 能@制 动 和 驱 动 力 这 些 定 性 的 模 糊 概 念 进 行 量 化 6得 出 相对称 指 数@垂 直 分 力 对 称 性 指 数@平 衡 功 能 指 数@制 动 功 能 指 数@驱 动 功 能 指 数 /项 指 标6以 隶 属 函 数 形 式 提 出 /个 相 应 的 经 验 公 式6以 此 对 C三 瘫 一 截 D患 者 的 行 走 功 能 进 行 评 定 1 >-/?
足%地 接 触 力 通 常 可 按 垂 直]前 后 和 左 右 方 向 做 三 维 记 录 ^临 床 应 用 时 ?主 要 观 察 力 %时 间 曲 线 的 特 征 ?即 谷 峰 值 ]谷 值 的 出 现 时 间 和 幅 度 的 变 化^行 走 时 足%地 接 触 力 在 垂 直 方 向 上 的 分 力 最 大?在 每 个 步 态 周 期 转 折 点 出 现 极 值 ?足 跟 着 地时有 一 极 大 值?随 足 部 逐 渐 放 平?受 力 面 积 逐 渐 增 大?受 力 减小?足 部 完 全 放 平 时 受 力 达 最 小?至 足 跟 离 地?足 趾 登 地 时 出 现 另 一 极 大 值?即 在 整 个 步 态 周 期 中?垂 直 方 向 受 力 曲 线 具 有 典 型 的 对 称 双 峰 性 质 ^正 常 人 足 %地 接 触 力 在 水 平 ]前 后 方 向 受 力 较 小 ?且 基 本 对 称 ^研 究 认 为 不 同 年 龄 人 体 的 足 %地 接 触 力 无 显 著 性 差 异1’2^
行走时 左 右 足 跟 )或 趾 尖 *间 的 纵 间 距 离 称 为 步 长?而 同
侧足跟)或 趾万尖方*数两 次据着 地 间 的 距 离 称 为 步 周 长 或 周 期 跨 距^ "(
步长与身高显著相关?中国青年男性的步长约为 ’’>#4))>’ df?女 性 步 长 约 为 ’#>#4 )#>#df1&2^身 高 相 同 的 男]女 性? 其 步 长 无 显 著 差 异?且 步 长 随 着 年 龄 的 增 大 而 下 降1’2^健 康 成 年 人 以 其 正 常 步 态 行 走 时?身 体 质 心 上 下 起 伏 约 为 &>& df1(2^ $>+ 时%空参数
吴 剑 李建设\步态生物力学研究进展
!"#"! 踝关节力
$%&’(&%和 )%*+,&(于 -./0年 曾 估 算 踝 关 节 力 超 过 !倍 体重12&3%&4等在 -.5/年采用数学模型方法6测定踝关节反 作 用力为 /"!倍体重127*899&%等在 -.55年测算的踝关节反 作 用 力 约 为 /倍 体 重1:*(,&%于 -.55年 估 算 踝 关 节 力 在 ;"/.< =倍 体 重 之 间 1 汤 荣 光 等 人 对 单 肢 负 重 期 踝 关 节 力 进 行 了 测 定6测 得 在 单 肢 负 重 期 踝 关 节 力 出 现 最 大 值6约 #"=5 倍 体重>.?1因此6可以确定人体踝关节力约为 /倍体重1比较 男 @女 性 踝 关 节 力 6经 检 验 无 显 著 性 差 异 1 >-0? !"#"; 身体重心的加速度
/ 前言 步态生 物 力 学 研 究 是 运 用 力 学 方 法 和 技 术?并 基 于 人 体
机能解剖学和生理学的基本理论对人体行走功能状态进行
测 量 ]分 析 ]评 价 的 应 用 研 究 ^随 着 现 代 电 子 技 术 ]测 量 技 术 ? 尤其是计算 机 技 术 的 迅 速 发 展?智 能 化 的 步 态 分 析 系 统 使 定 量]客 观 评 价 不 同 状 态 下 人 体 行 走 功 能 的 研 究 领 域 大 大 拓 展?使有 些 复 杂 的 功 能 性 问 题 的 研 究 也 成 为 可 能^步 态 分 析 对 人 体 运 动 系 统 和 神 经 系 统 疾 病 的 病 因 分 析 和 诊 断?功 能] 疗效与 残 废 评 定?骨]关 节 假 体 与 义 肢 设 计?截 瘫 病 人 的 行 走 功能重建等 均 有 重 要 意 义?已 成 为 基 础 和 临 床 研 究 中 不 可 缺 少 的 手 段 之 一?在 人 类 学]体 育 学 和 宇 航 学 等 领 域 也 具 有 特 殊的价 值^步 态 生 物 力 学 研 究 的 主 要 方 法 包 括!步 态 的 影 像 测 量]身 体 平 衡 测 量]肌 电 测 量]支 撑 反 力 测 量 及 压 力 分 布 测量^
0 步态的生物力学参数 $>" 时间参数
步 行 是 全 身 肌 肉 参 与?包 括 人 体 重 心 移 位]骨 盆 倾 斜 旋 转]髋]膝]踝 关 节 伸 屈]内 外 旋 展 等?使 人 体 位 移 的 一 种 复 杂 的 随 意 运 动1"2^行 走 过 程 中?从 一 侧 脚 跟 着 地 开 始 到 该 脚 跟 再 次着地构成 "个步态周期^对指定的下肢而言?"个步态周 期 的 活 动 可 分 为 支 撑 时 相 和 摆 动 时 相 ^支 撑 时 相 又 分 为 脚 跟 着 地]趾 着 地]支 撑 中 期]脚 跟 离 地]蹬 离 期 和 趾 离 地 诸 动 作 阶 段 ^摆 动 时 相 分 为 加 速 期 ]摆 动 期 和 减 速 期 ^常 速 行 走 时 ? 支 撑 时 相 约 占 整 个 步 态 周 期 的 (#34 (’3?因 此?当 一 侧 下 肢 进 入 支 撑 时 相 时?另 侧 下 肢 尚 未 离 地?两 下 肢 同 时 负 重 称 为双肢负重期^双肢负重期约占全周期的 $’>’3?占支撑时 相的 &&>’3?支撑时相的其它时间为单肢负重期^随着年龄 的 增 长 ?单 ]双 支 撑 时 相 占 步 态 周 期 的 比 例 也 随 之 增 加 1$2^不 同性别和身 高 的 人?其 支 撑 时 相 和 摆 动 时 相 所 占 的 比 例 无 明 显 差 异1+2^ $>$ 空间参数
收稿日期!$##"%#(%"’_ 修订日期!$##"%#&%"( 基 金 项 目 !本 课 题 由 浙 江 省 教 育 厅 资 助 )$#&$#"%($###$*^ 作 者 简 介 !吴 剑 )"&)’%*?女 ?浙 江 宁 海 人 ?助 教 ?在 读 研 究 生 ?毕 业 于
浙 江 大 学 体 育 学 系?主 要 从 事 教 育 训 练 与 运 动 生 物 力 学 研 究 ?5\=!)#’)"*’’&&’’$+?6%fXW=!*\hhWY+, Z<[e>d<f^ 作者单位!浙江大学 教育学院 体育学系?浙江 杭州 +"##$’ 7\iXcbf\Yb<h2[+ZWdX=6kedXbW<Y?,<==\l\ <h6kedX% bW<Y?-[\*WXYlUYWn\cZWb+?-XYl.[<e+"##$’?,[WYX>
髋]膝]踝 关 节 在 行 走 中 的 角 度 变 化 主 要 体 现 为 在 步 态 周期中 的 角 度 5时 间 关 系 曲 线?单 一 的 角 度 数 值 变 化 意 义 不 大1)2^通 过 对 研 究 对 象 各 关 节 在 不 同 平 面 上 活 动 的 角 度%时 间 关 系 曲 线 与 正 常 人?或 左 右 脚 之 间?或 治 疗 前 与 治 疗 后 不 同 时 期 的 角 度%时 间 关 系 曲 线 的 比 较?可 以 反 映 研 究 对 象 各 关 节 的 功 能 情 况 和 治 疗 效 果^角 度%角 度 曲 线 可 以 形 象 地 表 现行走 中 两 个 关 节 间 的 协 调 关 系?当 神 经]肌 肉 功 能 异 常 时? 角 度 %角 度 曲 线 也 出 现 异 常 ?表 明 两 侧 下 肢 的 协 调 性 差 ^ $>& 力学参数 $>&>" 足%地接触力
吴 剑?李建设 TU VWXY?8.VWXY%Z[\
摘 要!阐 述 了 步 态 生 物 力 学 的 时 间 参 数]空 间 参 数]时%空 参 数 和 力 学 参 数 的 研 究 状 况?以 及 各 参 数 在 行 走 功 能 评 定 ]疗 效 评 定 ]指 导 治 疗 和 行 走 辅 助 装 置 设 计 等 方 面 的 应 用 ^ 关 键 词 !生 物 力 学 _步 态 _步 长 _踝 关 节 ‘aDOFEGO!.Yb[WZXcbWd=\?b[\Xeb[<cfXg\Zd=\Xc<Yb[\decc\YbZWbeXbW<Y<hb\fi<cX=iXcXf\b\cZ? ZiXbWX=iXcXf\b\c?j<b[ZiXbWX=XYkb\fi<cX=iXcXf\b\cZ?XYkjW<f\d[XYWdZiXcXf\b\cZ<hlXWb? i<WYbZ<eb[<m b<eZ\b[<Z\iXcXf\b\cZWYheYdbW<YXZZ\ZZf\Yb?\=\nXb\b[\\hh\db?leWk\b[\ bc\XbXYkic<Zb[\Z\ZhWbbWYl> oBpqKFrD!stuvwxyz{tx|_}zt~_!w{}~yu"|~w#_z{$!w%ut{~| 中图分类号!9’#&>( 文献标识码!0
文 章 编 号 !"##$%&’$()$##$*#"%##"(%#$
中国体育科技 $##$年)第 +’卷*第 "期 ,-./0 12345 1,.6/,60/7 56,-/3839: ;<=>+’>/<>"?$##$
步态生物力学研究进展
@ABCBDBEFGAHBIBJKLMBNOKPQRKMBGAENRGDKNSERO
行走时 人 体 重 心 不 仅 在 运 动 方 向6而 且 在 垂 直 方 向 上 不 断 改 变 着 位 置 和 速 度6其 中6身 体 重 心 在 垂 直 方 向 的 速 度 变 化与各 关 节 及 其 活 动 肌 的 力 学 状 况 有 密 切 关 系1例 如6分 析 一侧膝关节 在 行 走 期 间 的 关 节 内 力 时6需 要 分 析 膝 关 节 以 上 身体各部分 重 心 的 位 置 和 加 速 度 变 化6有 关 的 参 数 值 是 进 行 下 肢 膝 关 节 受 力 分 析 时 必 不 可 少 的 基 础 数 据 1 >--?
伍勰等 认 为6老 年 人 常 速 行 走 步 态 的 各 参 数 指 标 均 反பைடு நூலகம்映 了老年人运 动 机 能 的 退 化6特 别 是 膝 关 节 的 股 四 头 肌 和 小 腿 三 头 肌 机 能 衰 退 明 显6老 年 人 应 注 意 这 !处 运 动 能 力 的 练 习 1 >-;?
A 步态生物力学研究的应用 ;"- 功能评定
步态的生物力学研究是运动功能测量的重要组成部分6 它以生物体 的 移 动 状 态 为 研 究 对 象6测 量 参 数 具 有 自 主 控 制 成 分 1根 据 步 态 分 析 所 得 的 运 动 学 @步 态 时 间 B距 离 参 数 以 及 动 力 学 参 数 可 以 推 测 步 行 的 对 称 性 和 圆 滑 性 1根 据 重 心 位 移 和力作 用 点 轨 迹 可 以 判 断 其 稳 定 性 和 波 动 性1根 据 步 速@步 频 @步 行 持 续 距 离 可 判 断 其 速 度 @节 奏 和 持 久 性 1
人体在 站 立 和 行 走 时 的 平 衡 能 力6可 以 藉 人 体 重 心 的 摆 动 幅 度 和 频 率 反 映 出 来 1经 测 定 6在 黑 暗 环 境 或 视 力 下 降 时 6 老 年 人 行 走 时 的 平 衡 能 力 明 显 低 于 青 年 人 1 >-#?
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步长与身高显著相关?中国青年男性的步长约为 ’’>#4))>’ df?女 性 步 长 约 为 ’#>#4 )#>#df1&2^身 高 相 同 的 男]女 性? 其 步 长 无 显 著 差 异?且 步 长 随 着 年 龄 的 增 大 而 下 降1’2^健 康 成 年 人 以 其 正 常 步 态 行 走 时?身 体 质 心 上 下 起 伏 约 为 &>& df1(2^ $>+ 时%空参数
吴 剑 李建设\步态生物力学研究进展
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步 行 是 全 身 肌 肉 参 与?包 括 人 体 重 心 移 位]骨 盆 倾 斜 旋 转]髋]膝]踝 关 节 伸 屈]内 外 旋 展 等?使 人 体 位 移 的 一 种 复 杂 的 随 意 运 动1"2^行 走 过 程 中?从 一 侧 脚 跟 着 地 开 始 到 该 脚 跟 再 次着地构成 "个步态周期^对指定的下肢而言?"个步态周 期 的 活 动 可 分 为 支 撑 时 相 和 摆 动 时 相 ^支 撑 时 相 又 分 为 脚 跟 着 地]趾 着 地]支 撑 中 期]脚 跟 离 地]蹬 离 期 和 趾 离 地 诸 动 作 阶 段 ^摆 动 时 相 分 为 加 速 期 ]摆 动 期 和 减 速 期 ^常 速 行 走 时 ? 支 撑 时 相 约 占 整 个 步 态 周 期 的 (#34 (’3?因 此?当 一 侧 下 肢 进 入 支 撑 时 相 时?另 侧 下 肢 尚 未 离 地?两 下 肢 同 时 负 重 称 为双肢负重期^双肢负重期约占全周期的 $’>’3?占支撑时 相的 &&>’3?支撑时相的其它时间为单肢负重期^随着年龄 的 增 长 ?单 ]双 支 撑 时 相 占 步 态 周 期 的 比 例 也 随 之 增 加 1$2^不 同性别和身 高 的 人?其 支 撑 时 相 和 摆 动 时 相 所 占 的 比 例 无 明 显 差 异1+2^ $>$ 空间参数
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文 章 编 号 !"##$%&’$()$##$*#"%##"(%#$
中国体育科技 $##$年)第 +’卷*第 "期 ,-./0 12345 1,.6/,60/7 56,-/3839: ;<=>+’>/<>"?$##$
步态生物力学研究进展
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行走时 人 体 重 心 不 仅 在 运 动 方 向6而 且 在 垂 直 方 向 上 不 断 改 变 着 位 置 和 速 度6其 中6身 体 重 心 在 垂 直 方 向 的 速 度 变 化与各 关 节 及 其 活 动 肌 的 力 学 状 况 有 密 切 关 系1例 如6分 析 一侧膝关节 在 行 走 期 间 的 关 节 内 力 时6需 要 分 析 膝 关 节 以 上 身体各部分 重 心 的 位 置 和 加 速 度 变 化6有 关 的 参 数 值 是 进 行 下 肢 膝 关 节 受 力 分 析 时 必 不 可 少 的 基 础 数 据 1 >--?