基于OpenSim的上肢康复训练肌肉力特性分析
发布时间：2021-01-29 18:29
近年来,随着人们生活习惯不规律以及人口老龄化加重,脑卒中患者数量逐年增加。如何快速、有效地使脑卒中患者回归到日常的生活,一直是康复医学领域研究的重点问题。从病理上出发,脑卒中患者往往会表现出某部分肌肉功能性障碍。主被动康复训练会使这部分肌肉功能得以恢复,然而只有当肌肉活性发生质变时,康复治疗效果才会体现出来。本文从上肢骨骼的生理结构出发,建立了上肢运动学与动力学模型,在此基础上,通过分析肌肉力的影响因素,建立了基于Hill的上肢骨肌模型,设计了上肢康复器控制系统,结合实验研究了主被动康复训练中的肌肉特性,并通过人体表面肌电信号对肌肉活性进行了分析。在人体骨肌系统三维模型的基础上,通过比例缩放改变肢体环节的体长及体重来建立不同个体的上肢骨肌模型。根据解剖学、运动生物力学的知识设置上肢参数,对上肢环节进行运动学、动力学以及优化分析,分别求取关节角度、关节力矩以及肌肉力。建立肌肉Hill模型,对影响肌肉力的因素进行分析。通过仿真软件OpenSim分析肌肉力与肌纤维长度以及羽状角等影响因素的关系。分别对影响肌腱力、肌纤维主动力、肌纤维被动力的因素进行分析;根据肌肉的结构特性,分析肌纤维横截面积...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
虚拟人三维建模技术路线
根据目前国内外学者的研究，康复训练和医师治疗可以改善患者的肢体肌肉功能，但是缺少相应的评定标准以及指导标准，而作为表征肌肉活力的肌电信号引起了国内外学者的广泛关注与研究。1.2 人体骨肌系统的国内外研究现状1.2.1 人体骨肌系统建模国内外研究现状人体骨肌系统建模即在虚拟环境下进行的可视人几何建模，是指由许多二维切片图片进行三维重建，在虚拟环境下重新生成三维立体模型的技术。随着医学技术的发展，切片获取的方法有多种，可以通过 CT、MRI 等获取图片。人体骨肌模型的建立是人体骨肌系统进行生物力学分析的基础。人体骨肌模型以及人体运动控制具有很高的应用价值，其中包括运动生物力学、临床医学以及仿生学等多个领域。基于以上原因，人体骨肌模型引起了世界范围内学者们的广泛关注和研究，骨肌建模技术应运而生。图 1.1 表示虚拟人三维建模技术路线，图 1.2 表示获取的切片图像。
图 1.3 克劳奇步态图国内进行生物力学仿真的研究主要是近五年从各大高校开始的。2014 年，吉林大胡丹博士[21]在英国 Salford 大学留学期间，使用 OpenSim 软件建立手指部分骨肌系型，计算出人手在驾驶汽车的过程中，外力作用下的手指部分肌肉的肌肉力、肌腱及关节接触力，并将其用于分析驾驶员在驾车的过程中所造成的疲劳与损伤。
【参考文献】：
期刊论文
[1]针灸治疗脑卒中患者偏瘫步态疗效的系统评价[J]. 林梅琴,柳维林. 康复学报. 2015(01)
[2]上肢康复机器人治疗脑卒中后上肢运动功能障碍新进展[J]. 杨改清,董志强,杜金刚. 中国康复. 2014(06)
[3]Bioelectrochemical control mechanism with variable-frequency regulation for skeletal muscle contraction-Biomechanics of skeletal muscle based on the working mechanism of myosin motors（Ⅱ）[J]. YIN YueHong & CHEN Xing State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration,Institute of Robotics,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China. Science China（Technological Sciences）. 2012(08)
[4]康复工程中的生物力学问题[J]. 张明,樊瑜波,王喜太. 医用生物力学. 2011(04)
[5]肌肉收缩Hill特性式的理论研究[J]. 王志坚. 生物信息学. 2010(04)
博士论文
[1]基于肌肉骨骼生物力学载荷的驾驶人腰部舒适性研究[D]. 孟祥杰.清华大学 2015
[2]驾驶员手部骨骼肌肉生物力学建模研究[D]. 胡丹.吉林大学 2014
[3]上肢康复机器人及相关控制问题研究[D]. 吴军.华中科技大学 2012
[4]人体典型运动生物力学仿真分析[D]. 唐刚.上海交通大学 2011
[5]人体骨肌系统的整体生物力学建模与仿真分析研究[D]. 魏高峰.上海交通大学 2010
[6]手指创伤功能康复机械手系统研究[D]. 王鹏.哈尔滨工业大学 2009
[7]人体上肢生物力学建模和典型运动的生物力学研究[D]. 张琳琳.上海交通大学 2009
硕士论文
[1]下肢外骨骼康复机器人结构设计及控制方法研究[D]. 周海涛.哈尔滨工业大学 2015
[2]基于AnyBody的汽车驾驶员坐姿生物力学特性分析及舒适性设计[D]. 李文昊.山东大学 2015
[3]融合功能性电刺激的下肢外骨骼机器人协同控制研究[D]. 任勇.上海交通大学 2015
[4]一种新型功能性电刺激对脑卒中患者上肢运动功能重建的临床研究[D]. 夏扬.东南大学 2015
[5]基于肌电信号的肘关节生物力学建模[D]. 白杰.哈尔滨工业大学 2014
[6]驾驶员骨骼肌肉生物力学建模及坐姿舒适性研究[D]. 桑春蕾.吉林大学 2013
[7]中风早期上肢康复训练系统的研究[D]. 于青.燕山大学 2013
本文编号：3007378
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
虚拟人三维建模技术路线
根据目前国内外学者的研究，康复训练和医师治疗可以改善患者的肢体肌肉功能，但是缺少相应的评定标准以及指导标准，而作为表征肌肉活力的肌电信号引起了国内外学者的广泛关注与研究。1.2 人体骨肌系统的国内外研究现状1.2.1 人体骨肌系统建模国内外研究现状人体骨肌系统建模即在虚拟环境下进行的可视人几何建模，是指由许多二维切片图片进行三维重建，在虚拟环境下重新生成三维立体模型的技术。随着医学技术的发展，切片获取的方法有多种，可以通过 CT、MRI 等获取图片。人体骨肌模型的建立是人体骨肌系统进行生物力学分析的基础。人体骨肌模型以及人体运动控制具有很高的应用价值，其中包括运动生物力学、临床医学以及仿生学等多个领域。基于以上原因，人体骨肌模型引起了世界范围内学者们的广泛关注和研究，骨肌建模技术应运而生。图 1.1 表示虚拟人三维建模技术路线，图 1.2 表示获取的切片图像。
图 1.3 克劳奇步态图国内进行生物力学仿真的研究主要是近五年从各大高校开始的。2014 年，吉林大胡丹博士[21]在英国 Salford 大学留学期间，使用 OpenSim 软件建立手指部分骨肌系型，计算出人手在驾驶汽车的过程中，外力作用下的手指部分肌肉的肌肉力、肌腱及关节接触力，并将其用于分析驾驶员在驾车的过程中所造成的疲劳与损伤。
【参考文献】：
期刊论文
[1]针灸治疗脑卒中患者偏瘫步态疗效的系统评价[J]. 林梅琴,柳维林. 康复学报. 2015(01)
[2]上肢康复机器人治疗脑卒中后上肢运动功能障碍新进展[J]. 杨改清,董志强,杜金刚. 中国康复. 2014(06)
[3]Bioelectrochemical control mechanism with variable-frequency regulation for skeletal muscle contraction-Biomechanics of skeletal muscle based on the working mechanism of myosin motors（Ⅱ）[J]. YIN YueHong & CHEN Xing State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration,Institute of Robotics,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China. Science China（Technological Sciences）. 2012(08)
[4]康复工程中的生物力学问题[J]. 张明,樊瑜波,王喜太. 医用生物力学. 2011(04)
[5]肌肉收缩Hill特性式的理论研究[J]. 王志坚. 生物信息学. 2010(04)
博士论文
[1]基于肌肉骨骼生物力学载荷的驾驶人腰部舒适性研究[D]. 孟祥杰.清华大学 2015
[2]驾驶员手部骨骼肌肉生物力学建模研究[D]. 胡丹.吉林大学 2014
[3]上肢康复机器人及相关控制问题研究[D]. 吴军.华中科技大学 2012
[4]人体典型运动生物力学仿真分析[D]. 唐刚.上海交通大学 2011
[5]人体骨肌系统的整体生物力学建模与仿真分析研究[D]. 魏高峰.上海交通大学 2010
[6]手指创伤功能康复机械手系统研究[D]. 王鹏.哈尔滨工业大学 2009
[7]人体上肢生物力学建模和典型运动的生物力学研究[D]. 张琳琳.上海交通大学 2009
硕士论文
[1]下肢外骨骼康复机器人结构设计及控制方法研究[D]. 周海涛.哈尔滨工业大学 2015
[2]基于AnyBody的汽车驾驶员坐姿生物力学特性分析及舒适性设计[D]. 李文昊.山东大学 2015
[3]融合功能性电刺激的下肢外骨骼机器人协同控制研究[D]. 任勇.上海交通大学 2015
[4]一种新型功能性电刺激对脑卒中患者上肢运动功能重建的临床研究[D]. 夏扬.东南大学 2015
[5]基于肌电信号的肘关节生物力学建模[D]. 白杰.哈尔滨工业大学 2014
[6]驾驶员骨骼肌肉生物力学建模及坐姿舒适性研究[D]. 桑春蕾.吉林大学 2013
[7]中风早期上肢康复训练系统的研究[D]. 于青.燕山大学 2013
本文编号：3007378
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