基于运动生物力学的踝关节肌力衰退人体跌倒机理研究

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  随着社会的老龄化、老年人空巢化的到来,老年人的生活以及医疗等问题已是不可忽视的问题。然而,随着年龄的增长,人体机能逐渐衰退,对运动的稳定性造成很大的影响。下肢肌力流失会影响人体的运动稳定性,尤其是踝关节,它是运动过程中起支撑作用的部分,当踝关节肌力不足时,很容易使人体失去平衡而导致摔倒。   现有的有关人体摔倒的研究多数采用实验的方法,从平衡检测仪的稳定性测试到采用传感器的摔倒检测及识别,再到设计气囊等保护装置,这都对防止老年人的摔倒起到了一定的帮助和保护作用。然而,这些都不能对人体、尤其是下肢肌力流失的老年人的平衡进行实时的调整,防止人体倒地,避免身体各部位与地面撞击造成的骨折、脑震荡等不必要的伤害。   本研究主要是在踝关节肌力流失患者的步态行走运动突然停止后的站立相各关节的运动情况的研究。研究踝关节肌力衰退老年人跌倒的机理,为防倒装置的设计提供理论基础。主要完成以下几个方面的工作:   1) 根据动态平衡条件,采用能量的方法计算了能够保持稳定的前后边界,用简单的方法得到了和前人相同的动态稳定域,并讨论了踝关节关节肌力减弱对稳定性的影响,得出踝关节肌力衰退将导致更多的向前的跌倒。   2) 建立人体简化模型,采用凯恩方法列写动力学方程,并分别对正、逆动力学进行仿真分析。当给定关节力矩时,可以得到当脚步突然受阻时的运动情况,证明了模型的正确性;当给定运动参数时可以得到运动过程中的力矩,为后续的研究提供了数据支撑。   3) 为了理解踝关节肌力流失老年人的运动补偿策略,采用机械能的方法,引入能量流动和转移的概念,对健康组老年人和患者组老年人步态的站立相进行对比分析,结果表明患者组踝关节消耗的机械能明显减少,膝关节变化不明显,髋关节处的机械能明显增加。这一结果表明,为了防止跌倒需要更多的向前跨步,才能保持平衡。
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