运用高速摄像与图像追踪研究人体脊柱表皮振动传递特性

发布时间：2018-02-22 03:27

本文关键词： 全身性振动脊柱振动传递相位延迟　出处：《上海体育学院》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：研究背景:早期评价人体对振动刺激的动态响应主要通过驱动点频率响应函数来描述,运用测力台与加速度计计算人体的生物动力响应。随后振动传递率(transmissibility)作为主要手段,多数实验中主要使用加速度计获取振动加速度数据,两次积分可得振幅,以此计算振动传递率。多数研究针对振幅这一参数进行讨论,对振动相位的关注较少。研究目的:运用高速摄像和图像追踪获取人体脊柱表面各点的振动情况,拟合各点的振动方程并针对振幅与相位进行分析,探讨在不同频率振动时,人体脊柱各点的振动传递的线性与非线性;探究脊柱的生理结构与之所决定的生物力学特性对外来振动刺激信号如何响应。研究过程:6名受试者背部整个脊柱表面皮肤处等距离粘贴18个“+”字标记点,始末端分别为骶骨末端和第四颈椎处。受试者坐于振动台上,上身直立无靠背,在三个不同振动频率(1,4,7级)下拍摄背部标记点的振动情况。随后用MATLAB程序对拍摄的图像上的十八个标记点位置分别进行跟踪,得出18个点在振动中随时间变化的位置坐标,拟合出各个点的振动方程,得出各个标记点的振幅与相位参数,并进行相对相位与相位差计算,继而得出振动延迟。实验结果:1.振动频率越高,脊柱各标记点的振幅越小。一级振动频率3.5Hz时各点振幅变化趋势较平缓,所有点的振幅均大于振动台振幅,各点的振动响应大于振动激励。四级振动频率6.2Hz时18个点的振幅变化起伏较大,在腰骶连接处振幅变化最大,胸椎部分变化非常平稳,腰椎和胸椎下1/3的振动响应小于振动激励,而胸椎上2/3和颈椎振动响应大于振动激励。在七级振动9.2Hz时01~17点的振幅均小于振动激励。第18点在三个频率下的振动响应均大于振动激励。2.一级振动时,01~17点的相对相位变化趋势较为平稳,尤其在03~14点之间,对应整个腰椎和胸椎下1/2段部分,其相位变化接近线性。四级振动时,18个点的相对相位变化为非线性,分别在05点和第15点出现曲线波峰,第10点出现曲线最低点。七级振动所得相对相位变化趋势与四级振动情况非常相似,不同之处在于其第一个峰值出现在06点。05与06点对应L4、L3,此处相对相位最大,相对振动延时最大,10号点附近对应胸椎下端,相对相位与相对振动延迟最小。3.各点与振动台的相位差随频率的增加而增加。一级振动各点与振动激励的相位差变化平稳,尤其在06到14点之间接近线性。四级与七级频率各点与振动激励的相位差变化较大,呈非线性,且两频率变化趋势相似。一级振动频率的相位延迟最小,而四级频率的相位延迟最大,七级居中,表明振动在6.2Hz时的传递速度比9.5Hz时的传递速度慢。结论:本研究证实了运用高速摄像,从相位与振动延时的角度可以说明在坐于振动台上接受垂直方向振动时脊柱表皮的振动传递的线性与非线性特点。第一,在人体坐于振动台上接受垂直振动时,振动频率越高,脊柱表皮各点的振动响应幅值越小。低频率(3.5Hz)时各点的振动响应均大于振动激励,中间频率(6.2Hz)时脊柱表皮各节段的振动响应呈非线性,较高频率时除颈椎之外,脊柱表皮各点的振动响应均小于振动激励。第二,脊柱表皮的振动传递对振动频率非常敏感,在3.5Hz低频率时(低于人体共振频率)腰椎胸椎的振动传递呈线性,频率较高时(6.2Hz和9.5Hz)脊柱表皮的振动传递呈非线性。本研究可进一步结合强直性脊柱炎患者,预期几年研究成熟后可以为强直性脊柱炎早期诊断指标的建立做贡献。
[Abstract]:The results of this study are as follows : 1 . The amplitude of each point is higher than that of vibration excitation . The amplitude of each point is greater than that of vibration excitation . The amplitude of each point is greater than that of vibration excitation .

【学位授予单位】：上海体育学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R87;G804.6

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