基于可穿戴式膝关节内收力矩测量的步态训练反馈系统
发布时间：2019-09-23 21:45
【摘要】：膝关节内收力矩是判断膝关节骨性关节炎的重要参数,对于膝关节骨性关节炎患者的康复来说具有重要的意义。然而,常见的膝关节内收力矩测量方法需要通过步态实验室中配备的运动捕捉系统和固定的测力台来实现,这对于膝关节骨性关节炎患者的临床治疗和日常康复来说并没有实际作用。本论文的目的是针对膝关节骨性关节炎患者的步态训练和日常康复,设计一套基于可穿戴式膝关节内收力矩测量的步态训练反馈系统。在这套传感系统中,为了实现膝关节内收力矩在日常活动中的实时测量,我们首先设计了可穿戴式膝关节内收力矩测量方法。在此基础上,针对膝关节骨性关节炎患者常见的步态训练方法,设计出对应的可穿戴式步态训练反馈系统。在这套可穿戴传感系统中,我们利用六个分布在足底的压力传感器和一个位于足面的运动传感器实现膝关节内收力矩的可穿戴式测量和步态训练反馈。六个压力传感器位于足底典型受力区域,用于实现行走过程中足底压力的采集。利用行走过程中采集到的足底压力数据和实验室采集到的膝关节内收力矩参考值,我们建立了神经网络模型用于膝关节内收力矩的计算。穿戴于足面上的运动传感器用于捕捉行走过程中脚的姿态,实现行走过程足行进角进行检测。通过对检测到的角度进行判断来控制运动传感器的外接振子振动,从而实现行走过程步态的训练和反馈。为了判断所设计的可穿戴式传感系统的可行性,我们进行了三次实验探究。第一次实验对比了膝关节内收力矩的计算值和参考值,实验结果两条曲线的相关系数大于0.9且误差小于0.4,这证明了所设计的膝关节内收力矩可穿戴式测量方法是准确且可行的。第二次实验对不同步态的膝关节内收力矩进行分析,结果表明所设计的膝关节内收力矩可穿戴式测量方法能对不同的步态进行判断。第三次实验对八名实验人员进行仿病人步态反馈训练,实验研究表明所设计的基于可穿戴式膝关节内收力矩测量的步态训练反馈系统能够实时的对人的行走步态进行训练和改变,减轻膝关节的压力。
【图文】：
节内收力矩的峰值可Ｗ判断膝关节内侧的负重，其升高程度与膝关节骨性关节炎逡逑的严重程度、膝关节的疼痛及疾病的进展有密切的关系逡逑膝关节内收为矩曲线如图１．２所示，由于地面对人的反作用为只发生在人行逡逑走或站立过程中脚支撑地面的站立阶段，因此对膝关节内收力矩的分析只考虑在逡逑完整步态周期的支撑期阶段。与支撑期地面反作用力的两个峰值相对应，膝关节逡逑内收力矩在一个支撑期过程中一般化会出现两个峰值，第一峰值出现在支撑期前逡逑中期，其值比较大，是用来判断膝关节骨性关节炎的重要参数，第二峰值出现在逡逑支撑期后期，，其峰值比第一峰值要小，但化是评佑滕关节内侧负载的一个重要依逡逑据。逡逑膝关节骨性关节炎作为一种慢性疾病，困扰着许多中老年人Ｗ。据统计，我逡逑国６５岁Ｗ上人群中约有８０％的人表现出膝关节骨性关节炎的症状Ｗ。有研究表逡逑２逡逑
浙江大学硕壬学位论文逦１绪论逡逑如图１．３所示，由高速运动捕捉摄像机和测为台组成的用于临床分析的运动逡逑捕捉实验室通常被称为ki态分析的黄金标准，其所测得的运动学和动力学数据具逡逑有非常高的精度。然而在实际康复环境中，它的作用非常有限，因为它的价格帝逡逑贵，而且使用范围很小，对于力的测量仅是测力台上的几步，这对于具有步态fB逡逑形患者的日常康复几乎是没有意义的。因此，用于运动学分析和动为学分析的可逡逑穿戴传感设备越来越受到重视。逡逑ＫU氬义希椋殄义贤迹保撑溆胁饬μê透咚僭硕蹲缴阆裢返脑硕治鍪笛槭义瓮湾义希保补谕庋芯拷瑰义希保玻卞逑ス亟谀谑瘴匮芯拷瑰义媳疚乃刈⒌南ス亟谀谑樟氐难芯恐饕谟诹礁龇矫妫皇窍ス亟谀谑瘴义暇卦谥瘟葡ス亟诠切怨亟谘椎挠τ茫蛭ス亟谀谑樟氐闹凳桥卸虾椭瘟葡ス劐义辖诠切怨亟谝宓闹匾问唬虼擞行矶嘌芯恐铝τ谕ü跣∠ス亟谀谑樟劐义系闹道醇跚嵯ス亟诠切怨亟谘谆颊叩闹⒆础６窍ス亟谀谑瘴氐牟饬糠椒
本文编号：2540487
【图文】：
节内收力矩的峰值可Ｗ判断膝关节内侧的负重，其升高程度与膝关节骨性关节炎逡逑的严重程度、膝关节的疼痛及疾病的进展有密切的关系逡逑膝关节内收为矩曲线如图１．２所示，由于地面对人的反作用为只发生在人行逡逑走或站立过程中脚支撑地面的站立阶段，因此对膝关节内收力矩的分析只考虑在逡逑完整步态周期的支撑期阶段。与支撑期地面反作用力的两个峰值相对应，膝关节逡逑内收力矩在一个支撑期过程中一般化会出现两个峰值，第一峰值出现在支撑期前逡逑中期，其值比较大，是用来判断膝关节骨性关节炎的重要参数，第二峰值出现在逡逑支撑期后期，，其峰值比第一峰值要小，但化是评佑滕关节内侧负载的一个重要依逡逑据。逡逑膝关节骨性关节炎作为一种慢性疾病，困扰着许多中老年人Ｗ。据统计，我逡逑国６５岁Ｗ上人群中约有８０％的人表现出膝关节骨性关节炎的症状Ｗ。有研究表逡逑２逡逑
浙江大学硕壬学位论文逦１绪论逡逑如图１．３所示，由高速运动捕捉摄像机和测为台组成的用于临床分析的运动逡逑捕捉实验室通常被称为ki态分析的黄金标准，其所测得的运动学和动力学数据具逡逑有非常高的精度。然而在实际康复环境中，它的作用非常有限，因为它的价格帝逡逑贵，而且使用范围很小，对于力的测量仅是测力台上的几步，这对于具有步态fB逡逑形患者的日常康复几乎是没有意义的。因此，用于运动学分析和动为学分析的可逡逑穿戴传感设备越来越受到重视。逡逑ＫU氬义希椋殄义贤迹保撑溆胁饬μê透咚僭硕蹲缴阆裢返脑硕治鍪笛槭义瓮湾义希保补谕庋芯拷瑰义希保玻卞逑ス亟谀谑瘴匮芯拷瑰义媳疚乃刈⒌南ス亟谀谑樟氐难芯恐饕谟诹礁龇矫妫皇窍ス亟谀谑瘴义暇卦谥瘟葡ス亟诠切怨亟谘椎挠τ茫蛭ス亟谀谑樟氐闹凳桥卸虾椭瘟葡ス劐义辖诠切怨亟谝宓闹匾问唬虼擞行矶嘌芯恐铝τ谕ü跣∠ス亟谀谑樟劐义系闹道醇跚嵯ス亟诠切怨亟谘谆颊叩闹⒆础６窍ス亟谀谑瘴氐牟饬糠椒
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