基于动作捕捉和三维测力台系统关于夏氏提法的动力学和运动学研究

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[目的]为了对夏氏提法进行客观化描述,丰富手法文字内容,为教育教学研究提供数据支持,进而继承和发展手法。本次实验综合考虑临床实际情况和力学分析、计算等因素,以夏氏提法为研究主体,联合应用动作捕捉系统和生物测力台收集运动学和动力学数据,依托于有效数据,计算并分析夏氏提法的运动轨迹、力学参数,进行多方位、多层次动作解析。[方法]本次实验邀请原北京护国寺推拿科郭宪和主任医师(具有50年以上临床工作经验的推拿医生)进行夏氏提法操作。以夏氏提法为研究主体,操作时动作位置如下,施术者位于受试者右后方,施术者左、右脚分立两块力板,施术者以右手前臂掌侧近肘关节肌肉丰厚处置于受试者下颌,左手托后枕部。受试者坐于按摩凳,屈膝使双足位于力板内。速度、加速度、力均为矢量,在计算生成三维空间中,规定速度、加速度等在X轴向右为正,Y轴向前为正,Z轴向上为正。在三维测力台产生三个轴向的力,X轴代表水平面左右方向的力,右为正,左为负;Y轴代表水平面前后方向的力,前为正,后为负;Z轴代表垂直方向上的力,上为正,下为负。联合应用动态捕捉系统和生物测力台收集实时数据,三维数据捕捉工作站进行同步数据处理,终端Cortex软件经过描点、平滑、建模等操作输出运动学、动力学数据。依据marker点运动学和动力学数据,计算分析施术者足底垂直方向分力时相、各时相左右脚用力特点等,计算分析受试者头颈环节拔伸幅度、拔伸角度等。[结果]1施术者动力学参数1.1依据足底垂直方向分力,将夏氏提法划分五个时相,左脚在动作初始的持力相和蓄力相是主动发力足。根据垂直分力曲线上(A~F)六个关键转折点,整个夏氏颈部提法操作过程左脚曲线可分为AB(持力相)、BC(蓄力相)、CD(蹬地相)、DE(半腾空相)、EF(回落相)五个部分。同理,右脚曲线也分为A’B’(持力相)、B’C’(蓄力相)、C’D’(蹬地相)、D’E’(半腾空相)、E’F’(回落相)五个部分。其中持力相(A:618.92N;A’:351.86N)、蓄力相(B:653.88N;B’:342.15N)重心在左脚,至蹬地相右脚(C:1497帧:C’:1496帧,右脚提前0.01s)先发力,此时重心开始出现右移(D:936.35N;D’:986.61N);半腾空相重心转移到右脚(E:238.35N;E’:323.12N),回落相重心在左脚(F:1011.63N;F’:446.7N)。1.2依据施术者左、右脚所受各向分力差异性分析夏氏提法主要作用分力及方向依据平行四边形法则,计算得出水平方向合力(标量),以及垂直方向合力,两者在5个转折点比值显示摩擦力占支持力比重较小(0.03-0.09),可忽略不计。夏氏提法在垂直轴即Z轴方向力的变化和作用最为显著。2施术者运动学参数分析2.2施术者端提时间分析依据施术者右肘点速度定义夏氏提法周期,端提时间为0.33+0.04秒。2.3施术者各部位加速度值时序性,分析施术者发力特点2.3.1施术者躯干与右上肢各部位的时序性分析以右肩为例,结果表示右肩加速度为0至加速度向上达到最大值的时间差,以帧数表示;结果显示,垂直方向加速度达到最大值的时间由小到大依次为髂、肩、肘、腕。2.3.2施术者右下肢各部位的时序性以右侧大腿为例,结果表示右大腿加速度为0至加速度向下达到最大值的时间差,以帧数表示;结果显示,垂直方向加速度的绝对值达到最大的时间由小到大依次为小腿、膝、大腿。通过各marker点垂直方向加速度时序性,体现了施术者垂直方向力传导的时序性。3受试者运动学参数分析3.1受试者颈部拔伸幅度分析依据头顶点和肩中点的距离,计算拔伸幅度为4.72±1.45毫米。3.2受试者颈部拔伸角度分析颈部拔伸角为头顶点-肩中点连线与肩中点-髂中点连线交角,为三点平面角度,其中肩中点、髂中点由Cortex软件计算空间坐标得出;计算初始摆位角度11.42±5.52度。最大拔伸角度20.64±3.84度。4不同施术者蹬地相差值力比较研究生操作手法整体曲线变化相对不明显,呈现低平状态,无蓄力相,蹬地相峰值低平。峰值与谷值差值,郭老为1166.74±96.61牛顿,标准差较小,操作较为稳定;研究生为239.40±46.74牛顿,标准差较大,稳定性较差。两者差值比较,统计结果显示P<0.01,研究生与郭老操作有显著差异。5夏氏提法各参数Pearson相关性分析(R值)蓄力相膝关节角度与峰值力相关性系数R=0.781较高,但P<0.05无统计学意义。[结论]一夏氏提法的动力学参数参考值。1.1操作夏氏提法可以分为五个时相,分别为持力相、蓄力相、蹬地相、半腾空相和回落相。1.2施术者站于受试者右后侧方时,施术者站于受试者右后侧方时,从持力相始至蹬地相止,施术者重心在左脚,左脚为主动发力脚;在半腾空相,此时重心开始出现右移,最后在回落相,重心转移至左脚。1.3夏氏提法中Z轴方向即垂直地面方向分力为动力学分析主体。1.4不同资历施术者操作夏氏端提法比较,学生施术者无蓄力相,峰值低平。蹬地相差值(F峰—F谷)郭老为1166.74±96.61N,学生操作者为239.40±46.74N。二夏氏提法的运动学参数。2.1施术者操作夏氏提法,体现了起于根、顺于中、发于梢的用力特点。躯干与上肢发力顺序为髂、肩、肘、腕,时间递增;下肢的发力顺序为小腿、膝、大腿,时间递增。2.2拔伸幅度为4.72±1.45mm,初始摆位角度为11.42±5.52度,最大拔伸角度为20.64±3.84度;拔伸时间约为0.33±0.04s。三郭老夏氏提法参数的相关性分析。蓄力相膝关节角度与峰值力相关性系数较高,但无统计学意义。
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