脑瘫青少年跨越障碍物的运动生物力学分析

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科学技术的迅速发展已经为我们的生活解决了很多难题,提起脑瘫,仍然是一个很沉重的话题,由于从受孕期开始至婴儿期发育缺陷和非进行性脑损伤所致,主要表现为姿势异常和运动障碍,常合并智力障碍、感知觉障碍、癫痫、交流障碍、行为异常等,很多人不能达到基本的生活自理能力,因此对脑瘫青少年采取相应的康复训练和治疗是至关重要的,任何一个人都需要走路,步态就是指一个人的行走过程,脑瘫青少年的步态存在异常,最常见、最直接的影响了日常的生活质量,为了使他们尽可能的接近正常人的生活,社会各界对此做了很多的研究,随着社会的进步,对脑瘫人群的步态研究成为目前研究的热点,脑瘫人群除了自身的疾病原因,外界的环境因素也会给他们造成一些意外伤害,比如地面不平或者太滑、斜坡、高低障碍物、光线照明不佳以及遇到一些其他的紧急情况都可以引起跌倒造成伤害,日常生活中需要越过障碍物是最常见的一种情况,但是查阅相关资料后发现对脑瘫人群在行走过程中遇到障碍物的情形,目前对此方面的研究很少,每个人的步态各有差异是由于自身结构和功能、运动调节系统、个人行为及心理活动的不同,但是相同性别,年龄、身高和体重相近的人的身体状况很相似,其正常步态的运动参数也很接近,这就使不同人的正常步态曲线倾向于一致,也就是说可以将脑瘫人群的步态和正常人的步态进行比较,以及正常路况下的步态和遇到障碍物时的步态比较,并以此作为诊断是否异常的依据,这一点国内外很多实验都已采用。本研究试图分析脑瘫青少年在跨越两个不同高度时步态的变化情况,为研究他们跨越不同障碍物时的行为方式提供参考依据,期望能找到一种适合脑瘫青少年进行康复的体育锻炼方法,使他们能够在遇到障碍物时平稳越过,最大可能的降低跌倒损伤的风险,提高身体的协调和运动能力。本文通过对辅助学校的8名脑瘫青少年在跨越两个不同高度时的步态进行实验,在其下肢各环节及骨盆部粘贴15个标志点以跟踪受试者各环节的运动,使用4台常速摄像机从不同角度拍摄人体的实验行走过程,并使用足底压力平板采集一个完整步态周期的足-地接触力数据,在行走过程中分别对两个高度的障碍物进行跨越,完成对每个研究对象数十次的数据测量工作,运用SIMI运动解析软件对所拍摄的录像进行打点解析,得出了在跨越两个高度时所需要的人体各标志点的空间运动坐标和可供分析的数据。通过结合摄像系统、肌电及足底压力测试系统采集脑瘫青少年平地行走的下肢运动生物力学的各项指标,观测步行时不同时相的足底压力情况,运用逆向动力学的方法计算出下肢各关节的关节力矩,分析其异常步态存在的机理,通过分析比较发现,脑瘫青少年在跨越障碍物时步态存在异常,在跨越两个不同高度时,支撑腿和摆动腿随着高度的增加其髋关节、膝关节、踝关节的角度都发生变化,说明他们为了顺利越过障碍物,不得不调整姿势,通过改变步长和下肢各关节的角度等方法来保持身体的平稳跨越。通过对足底压力分布曲线的研究发现,脑瘫青少年没有出现典型的双峰曲线,主要因为中枢神经控制系统不能良好的控制摆动腿在摆动期的身体平衡,即支撑腿不能维持身体由脚跟着地到离地的一个协调配合,另外由于足部疾患严重,多数脑瘫青少年属于剪刀步和足下垂,足跟不能着地导致重心落在脚尖,所以没有一个正常的由脚跟到脚尖的峰值过程。通过逆向动力学方法对各关节力矩计算发现,脑瘫青少年在跨越障碍物时摆动腿的摆动主要是下肢各关节之间的协调动作通过屈伸来完成,障碍物高度的增加决定了摆动腿各关节在屈伸、外收内展、旋内旋外方面的运动轨迹发生了很大变化,对肢体的平衡和运动具有决定作用。通过肌电学分析方法得出结论,MF、MPF随着跨越高度的增加在不同的肌群间的肌肉频率都出现增高和降低的变化,但因受试者身体之间的轻患侧和重患侧的不同而不同,AEMG和SPA反映了肌肉做功的大小,通过对受试者左右腿八块肌肉进行分析发现,脑瘫青少年步态异常的原因为某块肌肉不能正常的持续收缩,肌肉做功大小不稳定导致下肢的肌群的配合不协调,因此产生异常步态。
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