人体负重行走时终止步态的生物力学研究

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日常生活中,人体正常行走包括以下四个最基本的过程:起动、自然行走、转弯、终止。终止步态有其可变性和不可预见性,增加了身体应变外界环境的难度,尤其是负重后将增加身体惯性,增加终止步态的控制难度,产生跌倒的风险。为了降低人体终止步态可能出现的潜在足底压力损伤和跌倒的风险,提高应对这些风险的能力,本文就人体负重情况下进行足底压强峰值和足底压力中心轨迹等参数的研究。本文利用测力板系统进行足底压强的测量,利用三维测力台系统进行足底压力中心的测量。研究的步态的终止方式包括计划终止与无计划终止两种。所采用的负重方式为单肩负重、单手负重、双肩负重、双手负重,这些负重方式是日常生活中较为常见的。所采用的负重质量(即每位受试者分别背负相当于自身体重不同百分比的质量)确定为:男性受试者为体重的5%,10%,15%和20%;女性受试者为体重的5%,10%,15%。通过不同负重方式、不同负重质量、不同终止方式下的足底压强与足底压力中心的研究,分析性别差异性,找出最适用于人体的负重方式和合适的负重范围;比较不同终止方式、终止步态与自然行走之间的区别。通过实验分析,制动腿足后跟压强峰值不具有性别差异性;行走稳定性具有一定的性别差异性,男性较女性更稳定。步态终止方式(计划终止与无计划终止)对制动腿足后跟压强峰值没有显著影响;步态终止方式对前后方向的稳定性有显著影响,计划终止方式更稳定。尾随腿大脚趾压强峰值和尾随腿压力中心前后方向位移在人体稳定性分析上得出了一致的结果,负重方式的优劣依次为:双肩、单肩、双手、单手。男性单肩、单手、双手负重方式下进行无计划终止,负重质量应小于体重的15%,双肩负重方式下,负重质量应小于体重的20%。女性单手、双手负重进行无计划终止时,负重质量应小于体重的10%,单肩、双肩负重方式下,负重质量应小于体重的15%。本研究对于频繁从事负重行走的人,在负重方式和负重重量方面提供了参考建议,也为相关鞋具、假肢、下肢康复机器人等设计提供了一定的理论基础。
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