基于人體生物力學(xué)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(guó)已經(jīng)進(jìn)入老齡化社會(huì)，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(lái)了不可忽視的影響。隨著年齡的增長(zhǎng)，人體各項(xiàng)機(jī)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?；顒?dòng)的必需條件。下肢肌力衰退不僅會(huì)對(duì)人體行走的穩(wěn)定性造成極大的影響，甚至還會(huì)引起老年人跌倒、骨折、關(guān)節(jié)脫臼等致殘或死亡的嚴(yán)重后果。因此，對(duì)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(duì)象，以解剖學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)，利用Solidworks建立了符合人體解剖結(jié)構(gòu)的骨骼模型，通過(guò)ADAMS來(lái)仿真研究老年人的步態(tài)和肌肉力學(xué)特征。這對(duì)研究老年人跌倒機(jī)理，合理規(guī)劃老年人步態(tài)以及進(jìn)行老年人行走輔助裝置的研究具有很好的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。
　　主要完成了以下幾方面工作：
　　1)建立了包含跖趾關(guān)節(jié)在內(nèi)的人體行走過(guò)程中的多剛體動(dòng)力學(xué)模型，得到多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程。通過(guò)對(duì)人體行走過(guò)程中圖像的采集和人體慣性環(huán)節(jié)參數(shù)的獲取，利

3、用Matlab計(jì)算出人體行走過(guò)程中各關(guān)節(jié)的關(guān)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(duì)該人體骨骼模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，模擬了老年人在一個(gè)步行周期的步態(tài)，得出人體各關(guān)節(jié)力矩的大小，此結(jié)果與通過(guò)Matlab計(jì)算得出的各關(guān)節(jié)力矩大小走向基本相同，驗(yàn)證了多剛體動(dòng)力學(xué)模型的正確性。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，髖關(guān)節(jié)在行走過(guò)程中產(chǎn)生的關(guān)節(jié)力矩最大，是老年人防跌倒行走裝備的重點(diǎn)施力部位，通過(guò)對(duì)老年人髖關(guān)節(jié)提供額外的轉(zhuǎn)矩，來(lái)彌

4、補(bǔ)老人自身髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)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(jù)肌肉的直線理論，在ADAMS環(huán)境下的骨骼模型中設(shè)置了人體下肢9條肌肉的起止點(diǎn)，進(jìn)而依據(jù)功能的不同將這些肌肉劃分為5個(gè)肌群并在ADAMS中進(jìn)行肌肉的力學(xué)特性分析。分析表明，股四頭肌在老年人行走中產(chǎn)生的肌力最大，伴隨著肌力的衰退，肌肉力量?jī)H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(guān)節(jié)提供額外的轉(zhuǎn)矩外，還應(yīng)在股四頭肌