基于模拟膝关节僵直的步行器助行上肢力学研究

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1、中文摘要随着生物医学工程和康复医学的飞速发展，步行器在膝关节僵直患者重建站立和行走功能的康复治疗中发挥着越来越重要的作用。因此，对于康复行走效果的评估成为亟待解决的研究课题。由于步行器行走过程中的稳定性需要依靠上肢力量的调节来获得，所以行走效果评估的前提是清楚了解膝关节僵直患者步行器助行过程中的上肢三维力学状况，而目前有关研究尚较少开展。本文即旨在该领域进行创新性探索研究。步行器助行力学研究包括上肢力学数据提取和力学模式分析两部分。本文自行搭建了基于柄反作用矢量(HRV)的步行器测力系统实验测试平台；设计了模拟膝关节僵直实验方案；采集了l5名健康年轻人在模拟不同膝关节僵直模式下的步行器

2、助行上肢三维力学数据；利用统计学方法对受试者单位步态周期内的上肢HRV特征参数进行了显著性差异分析；并分析和讨论了不同膝关节僵直模式对于上肢力的影响；在此基础上，还针对不同僵直模式以HRV为特征向量进行了基于支持向量机(SVM)的模式识别研究，进一步探讨了不同僵直模式之间的HRV特征差异性。本文研究结果表明：膝关节僵直会对患者在步行器助行过程中上肢力学状况产生较大的影响；同时也发现，对于单侧膝关节僵直患者，在其先迈患侧腿的半个单位步态周期内，膝关节僵直对其上肢健侧手水平力、健侧手垂直力以及患侧手垂直力产生影响较小；统计学分析和SVM算法能够有效地识别不同膝关节僵直模式下上肢力学状况的特

3、征差异，其中SVM在使用非线性核函数时较线性核函数更能有效地提取HRV中的非线性信息。以上研究结果将有助于康复行走效果的评估。关键词：膝关节僵直步行器柄反作用矢量(HRⅥ统计学分析支持向量机(SVM)ABSTRACTWiththedevelopmentofbiomedicalwalkingaidshavebeenplayingamoreandofthestandingandwalkingfunction．So，engineeringandrehabilitationmedicine，moresignificantroleinthereconstructiontheevaluationo

4、fthewalkingeffecthasbeenahotproblemwhichisneededtobeinvestigatedimmediately．Atpresent，therearefewresearchesaboutthesituationoftheupperextremityforceduringtheassistivewalkingwhichcanprovideapracticalmeaningforthisresearch．Theresearchofupperextremityforceduringtheassistivewalkingincludestwoparts：t

5、hecollectionoftheforcedataandtheresearchofforcemode．ThisthesisiSbasedonakneeiointstiffnesssimulationexperimentinwhichweutilizeaspecial—designedwalkerdynamometersystemwhichisdesignedbyourselvesasthetestingflat．Throughamulti-channelstraingaugebridgenetworkinstrumentedonthewalkerframe，wecollecttheH

6、RVdataof15healthyyouthsinfourdifferentstiffnessmodes．Andinthisresearch，asignificantdifferenceanalysisofHRVcharacteristicparameterswascarriedoutbyusingthestatisticalanalysismethod．Thediscussionsandanalysisweremadeabouttheeffectsexertedonupperextremitiesfromdifferentstiffnessmodes．Onthebasisofthes

7、tatisticalanalysis，aSVMmoderecognitioninvestigationofdifferentstiffnessmodeswasmadebyusingHRVastheeigenvector．Theresultsofthisresearchindicatethatthekneejointstiffnesswillhaveagreatinfluenceonthesituationoftheupperextremityf