基于人體生物力學的下肢肌力衰退老年人步態(tài)及肌肉特性研究.pdf

1、如今，中國已經進入老齡化社會，人口老齡化和家庭空巢化給老年人的健康、生活以及醫(yī)療等帶來了不可忽視的影響。隨著年齡的增長，人體各項機能逐漸衰退，其中以下肢肌力衰退最為明顯。下肢肌力是維持人體正常姿態(tài)、完成各種日常活動的必需條件。下肢肌力衰退不僅會對人體行走的穩(wěn)定性造成極大的影響，甚至還會引起老年人跌倒、骨折、關節(jié)脫臼等致殘或死亡的嚴重后果。因此，對肌力衰退的老年人的步態(tài)和肌肉特性的研究是十分必要的。
　　本文以下肢肌力衰退的老年人為

2、研究對象，以解剖學知識為基礎，利用Solidworks建立了符合人體解剖結構的骨骼模型，通過ADAMS來仿真研究老年人的步態(tài)和肌肉力學特征。這對研究老年人跌倒機理，合理規(guī)劃老年人步態(tài)以及進行老年人行走輔助裝置的研究具有很好的理論意義和現實意義。
　　主要完成了以下幾方面工作：
　　1)建立了包含跖趾關節(jié)在內的人體行走過程中的多剛體動力學模型，得到多剛體系統(tǒng)動力學方程。通過對人體行走過程中圖像的采集和人體慣性環(huán)節(jié)參數的獲取，利

3、用Matlab計算出人體行走過程中各關節(jié)的關節(jié)力矩。
　　2)建立了一種符合人體生理特征的骨骼模型。利用 ADAMS軟件對該人體骨骼模型進行運動控制，模擬了老年人在一個步行周期的步態(tài)，得出人體各關節(jié)力矩的大小，此結果與通過Matlab計算得出的各關節(jié)力矩大小走向基本相同，驗證了多剛體動力學模型的正確性。由實驗數據可知，髖關節(jié)在行走過程中產生的關節(jié)力矩最大，是老年人防跌倒行走裝備的重點施力部位，通過對老年人髖關節(jié)提供額外的轉矩，來彌

4、補老人自身髖關節(jié)轉矩的不足，將是老年人防跌倒裝置的工作方式。
　　3)建立了人體下肢的肌肉模型。根據肌肉的直線理論，在ADAMS環(huán)境下的骨骼模型中設置了人體下肢9條肌肉的起止點，進而依據功能的不同將這些肌肉劃分為5個肌群并在ADAMS中進行肌肉的力學特性分析。分析表明，股四頭肌在老年人行走中產生的肌力最大，伴隨著肌力的衰退，肌肉力量僅為正常肌力40％。為了防止股四頭肌肌力衰退的老年人跌倒，除在髖關節(jié)提供額外的轉矩外，還應在股四頭肌