基于时变协同和同步协同理论的儿童爬行运动分析

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tianyi724
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在婴儿出生后尚未掌握步态能力的阶段,爬行在婴儿运动能力的习得以及心智的发展等方面扮演中重要角色。爬行能力的好坏关系着婴儿之后能否正常步行,爬行运动也成为评估脑部损伤患儿运动功能异常的一个重要手段。脑瘫作为一种常见的脑部损伤疾病,其严重影响了患者的生理、心理发育,且给患者家庭带来了沉重的精神、经济负担。尽早对脑瘫患者进行的评估,可及时为其制定科学的、有针对性的治疗方案,从而缓解其运动功能异常,为其更好的生活带来希望。现阶段对脑瘫患者的运动评估多集中在下肢的步态分析以及上肢伸展或抓取分析,而对人类运动发展起着重要作用、能反映人全身肌肉协同运作的爬行运动的研究较少。此外,现阶段的爬行运动研究多集中在视频、压力、加速度等运动学分析,而对可反映中枢神经系统的运动控制机制的肌电信号的研究较少。针对现有研究的不足,本论文旨在从运动学特征、肌肉共激活特性和肌肉协同三方面,对爬行运动进行全面分析。特别地,探索同步(synchronous,SYN)协同和时变(time-varying,TV)协同两种肌肉协同分析方法用于评估爬行运动功能障碍的可能性。本文主要工作和研究成果如下:(1)开展了手膝爬行实验、招募了9名健康受试者与11名脑瘫受试者参与沿直线的手膝爬行实验。在各受试者爬行过程中,采集了左侧手部、膝部的压力信号,以及上身双侧共12块肌肉的肌电信号。(2)开展了爬行运动学特征研究。从支撑相占比、摆动相占比、同侧肢体相位差、肢体间协调方式等角度,分别对健康组和脑瘫组进行了手膝爬行的运动学特性分析。发现无论健康受试者还是脑瘫受试者,爬行过程中上肢支撑相占比显著高于摆动相占比,且肢体间协调方式以无肢体配对式为主。(3)开展了爬行运动的肌肉共激活特性研究。采用两种肌肉共激活系数计算方法,对肱二头肌-肱三头肌以及背阔肌-肱三头肌进行了肌肉共激活分析。发现共激活系数为定量分析爬行运动中肌肉间的相对激活情况提供了可能。(4)开展了基于SYN与TV两种不同协同理论的爬行运动肌肉协同分析。发现无论采用哪种方法,无论对健康组还是脑瘫组,在单侧肢体均可提取出两个主要的肌肉协同,一个协同主要在支撑相激活,而另一个协同主要在摆动相激活。进一步,从协同的对称性、重复性、相关性以及共激活特性等角度对比了两种不同协同分析方法刻画爬行运动的能力,发现:1)SYN协同具有更强的描述爬行运动中双侧肢体对称性的能力,而TV协同在区分脑瘫受试者协同对称性异常方面具有更好的表现;2)两种协同方法在评估爬行运动的重复性上各具特色,都可以被用来进行重复性分析;3)对于协同相关性,相比TV协同,SYN协同为脑瘫爬行运动障碍的量化评估提供了可能。具体地,可以利用从健康受试者提取的标准SYN协同模板,从协同结构或募集曲线角度定量评估爬行运动的异常。4)相比于TV协同,SYN协同表现出明显的协同共激活现象,且支撑相的共激活系数显著高于摆动相。
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