人體站立平衡系統(tǒng)建模與平衡能力評價(jià)方法研究.pdf

1、站立平衡能力定量評價(jià)是對站立障礙患者進(jìn)行評估、診斷和治療的首要科學(xué)依據(jù)。本論文就站立障礙患者平衡能力的定量評價(jià)開展了相應(yīng)的研究工作。針對現(xiàn)有的平衡能力評價(jià)方法存在敏感度低、誤診率高、臨床適用人群范圍窄等問題，提出了一種新的人體站立平衡能力定量評價(jià)策略。對人體的足底施加連續(xù)正弦波加速度水平運(yùn)動激勵(lì)，干擾平臺上受試者的站立平衡狀態(tài)。運(yùn)動平臺激勵(lì)的方向、幅度和頻率精確可控，將有利于評測方法的標(biāo)準(zhǔn)制定和定量分析。本文的主要工作有以下幾個(gè)方面：<

2、br>　　首先，針對靜止站立實(shí)驗(yàn)中所獲得的人體運(yùn)動信號含有較大噪聲的問題，構(gòu)建了包括六自由度運(yùn)動平臺、平臺運(yùn)動采集器、測力臺和關(guān)節(jié)角度傳感器等設(shè)備的人體站立平衡的動態(tài)評測系統(tǒng)。足底施加連續(xù)正弦波運(yùn)動激勵(lì)，增大人體站立時(shí)身體的運(yùn)動幅度，解決了靜態(tài)站立數(shù)據(jù)信噪比較低的問題。同時(shí)，此方法克服了采用脈沖式足底運(yùn)動激勵(lì)對受試者心理造成的負(fù)面影響，有利于分析得到人體平衡站立姿態(tài)調(diào)節(jié)的有效運(yùn)動信息。介紹了所用設(shè)備的參數(shù)性能，通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明該人體

3、站立平衡能力評價(jià)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以為人體站立平衡能力的評價(jià)提供可靠的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
　　其次，針對人體站立平衡的復(fù)雜生物學(xué)控制問題，本論文對中樞神經(jīng)、前庭器官和骨骼運(yùn)動系統(tǒng)的生物機(jī)能進(jìn)行了深入分析，建立了相應(yīng)器官的解析模型，并組合為人體站立平衡保持系統(tǒng)的解析數(shù)學(xué)模型。通過仿真該模型估計(jì)人體的運(yùn)動數(shù)據(jù)，分析人體在靜態(tài)站立和受到外界激勵(lì)時(shí)的調(diào)節(jié)平衡方式存在的差異，以及人體參數(shù)對于平衡調(diào)節(jié)過程中姿態(tài)的影響。該結(jié)果為量化人體運(yùn)動特征作為站立平衡能力

4、定量評價(jià)方法奠定了理論基礎(chǔ)。
　　再次，針對運(yùn)動平臺對足底的正弦運(yùn)動波激勵(lì)幅度難于確定的問題，提出采用建立人體平衡保持系統(tǒng)的辨識模型的辦法，用以估計(jì)人體在外力擾動條件下的晃動數(shù)據(jù)，繼而獲得人體能夠承受的外界擾動安全范圍?；赥-S模糊模型辨識原理，建立了人體站立保持系統(tǒng)的模糊模型。針對模型訓(xùn)練中模糊C均值聚類法受到聚類初值影響的問題，采用了人工蜂群算法優(yōu)化聚類初值的分布，提高了模糊模型的訓(xùn)練效率。基于所得模型，獲得反應(yīng)不同類型受試

5、者的平衡調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，得到安全的外界激勵(lì)參數(shù)范圍，作為實(shí)際應(yīng)用中的指導(dǎo)參數(shù)。
　　最后，針對現(xiàn)有的平衡能力評價(jià)方法存在敏感度低和臨床適用人群范圍窄等問題，采用關(guān)節(jié)角度傳感器，測得人體踝、膝和髖關(guān)節(jié)的站立平衡調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，并采用非線性特征量最大Lyapunov指數(shù)、關(guān)聯(lián)維數(shù)和近似熵，作為評價(jià)人體站立平衡能力定量指標(biāo)。計(jì)算了健康青年人、老年人和腦卒中患者的靜態(tài)站立平衡時(shí)間序列的相關(guān)特征量。在平臺激勵(lì)條件下，按人體站立的平衡能力表現(xiàn)將青年人分為