目的:针对三自由度载人离心机系统结构复杂、转动惯量高等特点,探讨其在弹性边界下的模态测试方法.方法:以三自由度载人离心机为测试对象,参照GJB 2706A-2008《航天器模态试验方法》和GB/T 11349.3-1992《机械导纳的试验确定 冲击激励法》在离心机弹性边界下使用力锤作为激励源开展模态测试.每个激励位置锤击4次,对4次锤击数据进行线性平均计算后得出结果.利用三自由度加速度传感器、64通道数据采集仪收集数据,基于Test.Lab模态测试分析软件,采用频率响应函数对模态数据进行分析.结果:激励信号在30 Hz频段内相干系数不低于0.8;系统前3阶固有频率分别为9.15、15.66、19.22 Hz,均为扭转振型;在Z18和Z21激励位置下,系统一阶频率均为9.15 Hz左右,二阶和三阶频率也一致.结论:力锤测试法可用于三自由度载人离心机的模态测试,能够保障设备运行的安全性、提高受试者的舒适性,对指导后续的结构优化设计具有借鉴意义.

目的:分析自闭症(AD)患儿智力水平与体力活动变化，并探究智力水平与体力活动的相关性。方法:选取2018年1月至2019年6月海口市妇幼保健院儿童保健科门诊收治的68例AD患儿作为AD组，另以同期在本院健康体检的35名儿童作为健康组，采用中国修订韦氏儿童智力量表(C-WISC)评估两组智力水平，三轴加速度传感器检测两组儿童体力活动[久坐行为(SB)、轻体力活动(LPA)、中等强度体力活动(MPA)、大强度体力活动(VPA)、中大强度体力活动总合(MVPA)]，Pearson相关分析AD患儿智力水平与体力活动的关系。结果:AD组总智商(FIQ)、LPA、MPA、VPA、MVPA明显低于健康组，而SB明显高于健康组，差异有统计学意义( P<0.001)；不同性别、年龄、BMI、户籍AD患儿FIQ评分、体力活动水平比较差异无统计学意义( P>0.05)；但FIQ评分<69分AD患儿的SB较FIQ评分≥69分患儿的明显更长，LPA、MPA、VPA、MVPA更短( P<0.05)；Pearson相关分析提示AD患儿FIQ评分与SB呈明显的负相关( r＝-0.508， P<0.05)，与MPA、VPA、MVPA均呈明显正相关( r＝0.274、0.420、0.376，均 P<0.05)，但与LPA无明显相关性( r＝0.036， P>0.05)。 结论:与健康同龄儿童相比，AD患儿智力水平明显降低、体力活动异常减少，且其智力水平与体力活动存在明显的相关性，或可通过增加AD患儿体力活动以改善智力发育。

目的:设计一款运动障碍康复监测辅助装置，对没有或很难独立行走的患者进行运动损伤评估。方法:设计了辅具车，配备加速度计和六维力传感器。设置正常行走（NW）组和异常行走组，其中异常行走组包括中度异常行走（MA）组、借助辅具车行走的中度异常行走（MA-V）组、重度异常行走（SA）组和借助辅具车行走的重度异常行走（SA-V）组。NW组不穿戴膝关节固定装置行走，异常行走组受试者的右腿用膝关节固定装置固定，MA-V组膝关节活动角度范围调节为0~30°，SA组膝关节完全无法弯曲，每组包含50个样本量。通过加速度计评估受试者步态周期、左右腿峰值加速度和平均加速度值，并通过六维力传感器评估受试者上肢力的变化。结果:对于中度损伤组，MA组和MA-V组的步态周期差异无统计学意义（ P>0.05），MA-V组的步态周期略大于MA组。对于严重损伤组，SA-V组的步态周期低于SA组，其差异有统计学意义（ P<0.01）。对于所有异常组，左腿的平均加速度和峰值加速度均大于右腿，左腿与右腿的峰值加速度比较差异有统计学意义（ P<0.05）。在异常行走模式中，左手力的平均值（绝对值）大于右手，尤其是 Z轴。NW、MA-V和SA-V组左侧合力的标准差分别为2.759、8.297、13.118 N。SA-V组的力散点图离散度最高，NW组则有较好的集中度。 结论:设计了一款配备了加速度计和六维力传感器的辅助车，有助于医生对运动障碍康复进行评估。

目的:探讨使用四维磁共振血流加速度成像技术在不同空间分辨率下重建压力梯度的可靠性和准确性。方法:构建一种血管狭窄的流体模型，并使用四维磁共振速度成像序列和课题组自主研发的四维加速度成像序列对该模型进行扫描，扫描的空间分辨率有0.63 mm×0.63 mm×0.63 mm和0.89 mm×0.89 mm×0.89 mm两种，采集得到流体模型在两种不同空间分辨率下的速度和加速度数据，根据Naver-Stokes方程，使用中心有限差分方法计算得到流体模型狭窄两端的压力梯度，并以压力传感器测量的压力差为标准，计算Fréchet距离和最大相对误差以及进行回归分析等来对其准确性和相关性进行评估。结果:两种空间分辨率下，直接加速度计算的压力梯度都比速度求导计算的压力梯度误差更小、准确性更高：在0.63 mm分辨率下，直接加速度计算和速度求导计算的压力梯度变化曲线与压力传感器得到的曲线之间的Fréchet距离 d f分别为0.84和1.32，最大相对误差（ εmax）分别为13.9%和21.2%，在0.89 mm分辨率下 d f分别为1.33和1.60， εmax分别为29.4%和33.2%。空间分辨率对压力梯度的计算有明显影响：0.63 mm和0.89 mm分辨率下，加速度与速度计算得到的压力梯度回归斜率 k分别为0.72和0.62以及0.51和0.44， R2分别为0.97和0.91以及0.91和0.72。 结论:四维磁共振血流加速度成像重建压力梯度具有很大潜力，得到的压力梯度的准确性比速度求导计算得到压力梯度的准确性更高，同时结果误差还随分辨率的增高而减小。

目的:研发一种"Lab-in-Shoe"的可穿戴智能鞋步态时空参数分析系统（"Lab-in-Shoe"智能鞋系统），实现足踝损伤患者步态功能障碍的定量评估。方法:通过将惯性传感器和鞋垫式足底压力分布传感器集成于鞋具，构成"Lab-in-Shoe"智能鞋系统的硬件主体。利用惯性传感器的加速度数据积分获得步态空间参数；利用鞋垫式足底压力分布传感器获得足底压力分布数据以及支撑相、摆动相、零速度时刻等步态时间参数和力学参数。招募8名年轻的健康受试者，年龄（25.6±1.3）岁，身高（175.4±2.2）cm。在光学动作捕捉实验室进行步态数据采集，通过比较"Lab-in-Shoe"智能鞋系统与"金标准"Vicon光学动作捕捉系统的步态数据结果，验证智能鞋系统的有效性与可靠性。并对足底压力分布传感器进行传感单元的标定实验，以证明其压力数据的准确性。结果:"Lab-in-Shoe"智能鞋系统可准确获取受试者的步长、步宽、步频、步速、步态相位划分、足底压力分布以及压力中心曲线等核心步态时空参数，并且能够实现步态中的双足位姿复现。通过Bland-Altman图与"金标准"Vicon光学动作捕捉系统进行比较，"Lab-in-Shoe"智能鞋系统在慢速（0.68±0.05）m/s、最适速度（1.10±0.07）m/s和快速（1.40±0.13）m/s 3种行走速度下的步长平均误差为3.12%（范围值为2.76%~4.24%），90%的结果在95%置信区间内，一致性良好。步长参数在慢速、最适速度、快速的组内相关系数（ICC）值分别为0.93、0.917、0.893，可靠性良好。足底压力传感器的多个传感单元标定数据均落在95%的线性回归范围内，相关系数 r=0.949（ P<0.05）。"Lab-in-Shoe"智能鞋系统所采集的足底压力数据整体曲线呈现明显的双峰特性。 结论:自主研发的"Lab-in-Shoe"智能鞋系统能够实现对步态参数的便捷采集和计算，在不同行走速度下各结果参数均具有较好的可靠性与有效性，有助于在临床环境下的大规模步态数据采集。

目的 探讨学龄前儿童身体活动(PA)强度、久坐行为(SB)与跟骨骨密度(BMD)的关系,为合理安排学龄前儿童每日PA,促进骨健康提供依据.方法 于2021年9-12月,采用分层整群随机抽样法,在江西省萍乡市、赣州市和鹰潭共抽取9所幼儿园,使用三轴加速度传感器对673名3～6岁学龄前儿童的PA水平与SB进行测量,超声骨密度仪测量受试者左脚跟部BMD.采用多元线性回归探讨各年龄段学龄前儿童PA时长对跟骨BMD的影响.结果 673名学龄前儿童中,达到平均每天≥60 min中高强度身体活动(MVPA)的498名(74.0％),男生265名(71.2％),女生233名(77.4％),性别间差异无统计学意义(x2=2.77,P＞0.05).跟骨BMD检测,性别间差异无统计学意义(Z=0.42,P＞0.05),3,4,5～6岁学龄前儿童跟骨BMD结果比较,差异有统计学意义(H=2.65,P＜0.05).相关分析发现,SB时长和跟骨BMD呈负相关(r=-0.13);低强度身体活动(LPA)、MVPA时长和跟骨BMD呈正相关(r值分别为0.14,0.25)(P值均＜0.05).多元线性回归分析结果显示,SB时长与跟骨BMD负性相关,LPA和MVPA时长与跟骨BMD正性相关(P值均＜0.05).结论 MVPA时长与跟骨BMD呈正相关,SB时长与跟骨BMD呈负相关.幼儿园应根据学龄前儿童身心发育特点、性别及年龄差异对课程进行调整,增加室外活动时间,减少久坐时长,促进幼儿骨健康.

目的:采用计算机视觉和传感器技术探索针刺手法的动作特征,提升针刺手法识别分类精度并量化分类.方法:以针刺物理参数的时域特征与手法视频中动态手势特征相结合的方式对针刺手法进行识别分类.选取2位针灸专家和3位年轻针灸师的针灸操作过程作为研究对象.收集的数据包括提插补法、提插泻法、捻转补法、捻转泻法4种手法,以上都由右利手医生进行.针灸操作过程中,采用三轴姿态传感器采集手指移动加速度和旋转角速度,以此计算针刺过程中手部移动速度、幅度、力度、角度等参数,分析物理参数与不同手法之间在时域上形成的映射关系;计算机视觉技术提取针刺手法视频中图像的时空特征,用三维卷积神经网络(3D CNN)和长短期记忆(LSTM)神经网络的混合模型对针灸操作视频中的动态手势进行识别和分类,分类过程中将物理参数的时域特征与动态手势特征结合实现手法分类.结果:本研究中4种手法的物理参数结果显示,补法中插针速度快、用力重,提针速度慢、用力轻;泻法中提针速度快、用力重,插针速度慢、用力轻.捻转补法中左捻用力重、旋转幅度大,右捻用力轻、旋转幅度小;泻法中右捻用力重、旋转幅度大,左捻用力轻、旋转幅度小.提插手法主要体现在Z轴上的垂直作用力,捻转手法主要体现在X与Y轴水平方向作用力.该方法对提插补、提插泻、捻转补和捻转泻的识别分类有较高的准确率,分别为95.56%、93.33%、95.56%和91.11%,与单一使用传感器获取手法信息的分类方法相比,识别准确率有明显的提升.结论:该系统能实现针刺手法中物理参数的定量分析和动态手法识别,为后续针刺手法的量化与传承提供一定基础.

目的 通过同步的运动信息,减少因运动干扰导致的误报警数量以及测量时间.方法 开发了一种基于运动传感器辅助的生理信号监护系统,可连续采集和实时处理生理参数数据,并基于加速度传感器对生理信号的过程特征及参数结果进行优化,可将参数结果和报警实时传输至用户端.结果 系统在消化科、心内科、内科、肝胆外科和急诊科多个科室进行验证,数据采集时长为1 940 h.心电(electrocardiograph,ECG)误报警数量减少82.8%,心电正确报警的占比上升28%;无创血压(non-invasive blood pressure,NIBP)测量时间平均下降16.1 s;呼吸率的测量错误次数减少71.9%.结论 基于运动传感器辅助的生理信号监护系统可以有效纠正运动干扰下的误报警和减少测量失败的情况,有助于改善临床监护的报警疲劳.

心脏电活动和机械活动的同步监测是全面评估心功能的关键.本研究设计一种可同步采集心电信号和胸部机械振动信号的穿戴式监测设备,以单片机为核心,利用心电采集芯片检测心电信号,利用加速度传感器同步采集心脏在体表的机械搏动信号.信号采集后,通过上位机分析软件识别心电和机械信号特征点,估算心功能指标.实验结果发现所估算的心功能指标与超声心动图获得参数具有较强的相关性,表明基于心电信号和机械信号同步传感的穿戴式监测方法可用于高风险心血管疾病患者的日常心功能监测.

目的 探讨等量时间中高强度身体活动(MVPA)、低强度身体活动(LPA)、久坐行为(SB)相互替代对于体质量指数(BMI)、腰高比(WHtR)、体脂率(BFP)产生的健康效益.方法 于2021年11-12月选取天津市一所初中193名学生为研究对象,受试者测定身高、体重、腰围、BFP,并计算BMI和WHtR,佩戴Actigraph GT3X加速度传感器7d,记录MVPA、LPA和SB,采用多元线性回归的方法分析不同类型活动的等时替换对BMI、WHtR和BFP产生的效应.结果 儿童超重、肥胖率分别为14.0％(27人)、17.1％(33人),腹型肥胖率25.4％(49人).超重肥胖儿童和腹型肥胖儿童MVPA 和 LPA 表现出更低的水平,MVPA、LPA 与 BMI、WHtR、BFP 均呈负相关(r=-0.416、-0.352、-0.430、-0.358、-0.337、-0.324,P＜0.01),SB 与 BMI、WHtR、BFP 均呈正相关(r=0.456、0.360、0.414,P＜0.01).使用15min/d的MVPA替换同等时间的LPA,BMI、WHtR、BFP均明显降低(P＜0.01);而用15min/d的MVPA替代同等时间的SB,BMI、WHtR、BFP均进一步降低(P＜0.01);使用 15min/d的LPA替代同等时间的SB,也会使BMI、WHtR、BFP降低(P＜0.01).结论 MVPA等时替代LPA和SB时间均能对BMI、WHtR、BFP产生良好的健康效益,同样用等量LPA等时替代SB时间也能产生较好的健康效益,将更多的SB时间分配给MVPA和LPA能有效降低儿童体重和体脂水平,尤其增加MVPA时间对防治儿童肥胖风险效果更佳.