基于運(yùn)動(dòng)學(xué)的老年人步態(tài)關(guān)鍵特征研究.pdf

1、背景：步態(tài)是指人步行的特征，采用運(yùn)動(dòng)學(xué)的方法記錄分析步行過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡和關(guān)節(jié)角度變化是步態(tài)分析的重要內(nèi)容。近幾年來(lái)隨著微機(jī)電系統(tǒng)的不斷發(fā)展，基于便攜式、可穿戴的慣性傳感器的步態(tài)分析方法得到了一定的發(fā)展與應(yīng)用，這種步態(tài)分析方法不受測(cè)量環(huán)境的限制并且成本低廉。本研究主要使用基于三軸加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)的慣性傳感器進(jìn)行健康老年人步行過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集，通過(guò)相關(guān)理論和算法計(jì)算不同步速下老年人步態(tài)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。擁有良好的行走能力在老年人日常生

2、活中的意義十分重大。對(duì)健康老年人的步態(tài)進(jìn)行研究，對(duì)于客觀評(píng)價(jià)老年人步行運(yùn)動(dòng)能力，指導(dǎo)老年人進(jìn)行科學(xué)步行健身活動(dòng)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　方法：本研究邀請(qǐng)的受試者來(lái)自大連理工大學(xué)離退休人員共計(jì)35人。其中女性18人(年齡64±3歲，身高159.7±5.2cm，體重60.4±5.6kg)，男性17人（年齡66±2歲、身高172.0±4.9cm，體重76.3±12.4kg）。選取與老年人日常生活息息相關(guān)的步速進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)置了慢速（散步速

3、度）、中速（安全通過(guò)交通燈的步速）和快速（健步走步速）三種不同的步行速度。受試者在跑臺(tái)上按照這三種不同的速度分別行走6分鐘。將5個(gè)慣性傳感器分別放置在背部、人體重心、大腿、小腿和腳面上，采集三軸加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)數(shù)據(jù)；同時(shí)利用Metalyzer心肺功能儀采集步行過(guò)程中的氧氣、二氧化碳和心率數(shù)據(jù)。通過(guò)四元數(shù)姿態(tài)解析算法計(jì)算髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)處的三維角度變化。同時(shí)利用步態(tài)參數(shù)周期性變化的特征，使用基于峰值檢測(cè)技術(shù)的方法計(jì)算步頻，步

4、長(zhǎng)等參數(shù)；另外基于經(jīng)典的能量消耗算法計(jì)算不同步速的能量消耗和代謝當(dāng)量。采用一般線性模型中的多因素方差分析研究不同步行速度和性別對(duì)下肢3個(gè)關(guān)節(jié)7個(gè)角度（髖關(guān)節(jié)內(nèi)旋/外旋；髖關(guān)節(jié)內(nèi)收/外展；髖關(guān)節(jié)曲/伸；膝關(guān)節(jié)曲/伸；踝關(guān)節(jié)內(nèi)旋/外旋；踝關(guān)節(jié)曲/伸）的活動(dòng)范圍、步頻、復(fù)步長(zhǎng)、能量消耗、代謝當(dāng)量、心率的影響。
　　結(jié)果：統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，隨著步速的加快，髖關(guān)節(jié)內(nèi)收/外展的幅度顯著增加，并表現(xiàn)出顯著的男女差異。在步行時(shí)，女性的髖關(guān)節(jié)內(nèi)旋/

5、外旋和膝關(guān)節(jié)曲/伸的范圍顯著的大于男性。而男性的復(fù)步長(zhǎng)顯著的高于女性，同樣速度下男性的步頻顯著的低于女性。這從一定程度上表明在步行速度增加時(shí)，女性主要采取增加步頻的方式，而男性主要采取增加步長(zhǎng)的方式。隨著步速的增加，代謝當(dāng)量顯著提高、能量消耗顯著增加、心率顯著提高。而另一方面男性在步行時(shí)的能量消耗顯著的高于女性，這可能與男性的肌肉比例高相關(guān)。另外不同步速行走時(shí)女性的心率顯著的高于男性。
　　結(jié)論：在不同速度步行時(shí)，除了髖關(guān)節(jié)內(nèi)收/