目的:提出一种针对所研发假肢膝关节的平地行走下的控制方法，使其能辅助膝关节截肢的患者以趋向于健康人的步态行走。方法:在假肢膝关节上放置九轴惯性姿态传感器获取小腿倾斜角度，假肢连接管处放置压力传感器获取压力，组合两种信号判别步态相位。采用双直线电机分别控制相应针阀与单向阀配合的油路结构实现膝关节弯曲和伸展阻尼力矩的独立控制。通过直线电机推动针阀改变油路的通流面积，实现不同速度下膝关节阻尼力矩的控制。测试患者在跑步机上以2.0、3.6和4.2 km/h的步速行走，通过RealGait(三维步态与运动分析系统)记录数据。为降低绊倒风险，以摆动期最大膝关节屈曲角度65°为控制目标，允许误差为±5°。绝对对称性指标(ASI)<10%为步态良好的评定指标。结论:患者在不同步速的测试中，患者假肢膝关节屈曲最大角度均在62°左右，ASI分别为3%、6%、8.5%，均<10%，步态对称性良好。大腿截肢患者表示身体负担有明显减轻。结论:基于人体步态对液压假肢膝关节的阻尼进行实时控制的方法能够有效改善截肢患者的行走步态。

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:通过观察不完全性脊髓损伤患者的步态变异性、对称性和协调性,更加全面了解脊髓损伤患者的步态特点.方法:选取22例不完全性脊髓损伤患者(观察组)及健康人(对照组),健康人按正常步速及匹配患者速度行走分为(对照组A)及(对照组B),采用三维运动采集系统及足底压力采集系统进行步态测试.用步态变异值、对称值和相位协调指数表示步态变异性、对称性和协调性,比较3组受试者步态变异性、对称性和协调性的差异及与步行功能相关性.结果:观察组的步长变异值、站立相变异值及迈步相变异值均高于对照组A,观察组的步长对称值、站立相对称值、迈步相对称值和相位协调指数均低于对照组,且差异有统计学意义(P＜0.05).观察组的步态变异值、对称值和相位协调指数与脊髓损伤步行能力负相关.多元线性回归分析显示站立相变异值、站立相对称值和PCI对WISCI-Ⅱ步行指数均有显著负影响,PCI对FIM步行指数有显著负相影响.结论:不完全性脊髓损伤患者的步态变异性、对称性和协调性均低于健康人,在为不完全性脊髓损伤患者制定康复训练方案时,应考虑步态变异性、对称性和协调性等指标对步行功能的影响.

生物中枢模式发生器(CPG)对六足机器人的步态控制具有重大研究意义,为此提出一种基于Kimura神经元振荡器的六足机器人CPG步态控制方法.首先,以蜘蛛为仿生对象设计六足机器人机械结构并对其进行运动学解算;然后,基于Kimura神经元振荡器建立振荡器模型并对其参数整定;其次,针对机器人6条单腿的相位关系设计CPG网络模型;最后,通过计算机仿真工具和样机进行联合实验.结果表明,基于Kimura神经元振荡器生成的CPG网络模型输出信号幅值和相位差稳定,能够满足六足机器人步态控制需求,为六足机器人的步态控制提供一种可行性方案.

背景:距腓前韧带的损伤在关节韧带损伤中最常见.运用有限元手段对踝关节运动进行仿真模拟,具有实验时间短、可模拟的复杂边界条件和力学性能等优点.目的:分析距腓前韧带对距骨滑车应力分布及踝关节稳定性的影响.方法:采集患者距腓前韧带断裂和Brostr?m手术后2个月随访的CT和MRI数据,建立足踝有限元模型,模拟距腓前韧带损伤患者术前和术后在正常步态周期(落地相、中立相、离地相)中的踝关节受力情况,测量两者的距骨骨软骨的应力分布情况、最大应力值并分析其差异.结果与结论:正常步态下无论在哪种位相中距腓前韧带对距骨滑车都具有一定的保护作用,减少踝关节在运动过程中对距骨滑车的磨损.在3种相位中距骨滑车表面靠近踝关节内侧处均有应力集中情况.离地相时的距腓前韧带对距骨滑车的影响远大于其在落地相和中立相时的影响,在一定情况下踝关节受到的扭矩越大距腓前韧带对距骨滑车的稳定性影响作用就越明显.

目的 针对智能膝关节假肢控制策略切换的需要,以人体行走的足底压力为研究对象,以模糊逻辑算法为基础,提出一种基于假肢足底压力信息的步态相位划分方法.方法 利用安装在假脚足底的3个薄膜压力传感器采集测试对象在3种不同行走模式(平路行走、下坡行走、下楼行走)下的足底压力信息,经数据融合处理后,送入模糊逻辑控制器,建立IF-THEN规则,通过调整灵敏度系数Ai以及比例系数Bi,输出识别结果.结果 经过对5例健康人的模拟测试,平路行走、下楼行走和下坡行走的步态相位识别准确率分别为(95.3±2.4)%、(81.5±6.3)%和(90.7±3.5)%.结论 最终的识别准确率满足使用需求,该方法可以在智能膝关节假肢的步态相位识别中应用.

目的 采用3.0T增强梯度回波T2?加权血管成像(ESWAN)定量测量不同运动障碍亚型帕金森病(PD)与正常对照组额叶白质区及灰质核团的相位值及其在姿势异常步态障碍(PIGD)亚型PD异质性中的诊断价值.方法 对PD及正常对照组进行常规序列及ESWAN序列扫描.PD患者进行运动障碍评分并进行临床分型,根据主要运动症状分为PIGD亚型PD 59例和震颤亚型PD 63例.经后处理在相位图上分别测量并分析左右侧额叶白质区、红核、黑质网状带、黑质致密带、尾状核头、壳核、苍白球和丘脑的相位值.结果 PIGD亚型PD的首发症状多为强直、运动迟缓及步态障碍,而震颤亚型PD的首发症状多为震颤;PIGD亚型PD的简易智能状态(MMSE)评分明显低于震颤亚型PD(P<0.05);且PIGD亚型PD的改良Hoehn-Yahr病情分级较重(P<0.01);两型发病年龄、性别构成、病程、起病侧差异无统计学意义(P>0.05).正常对照组在红核的相位值最低,苍白球及黑质网状带次之,额叶白质区的相位值最高.PIGD亚型PD与正常对照组在黑质致密带和壳核的相位值差异有统计学意义(P<0.05);余感兴趣区的相位值差异无统计学意义(P>0.05).结论 PIGD亚型PD与震颤亚型PD在首发疾病、典型症状方面存在较明显的异质性.PIGD亚型PD在黑质致密带及壳核的脑铁异常沉积较正常对照组明显,相位值有助于PIGD亚型PD的诊断.

目的 肝豆状核变性又称Wilson病(WD).拟通过对迟发型与非迟发型WD患者临床症状、金属代谢、影像学、基因类型、对治疗的反应进行对比,探讨有些WD患者症状迟发的原因.方法 选取中山大学附属第一医院未经治疗的WD患者80例(迟发型40例,非迟发型40例),正常对照20例.所有患者进行以下检查或评价:改良Young量表进行神经症状评分、Child肝功能分级、精神症状量表评分、基因测序、磁共振平扫、磁敏感加权成像(SWI)、金属代谢状况.在SWI上测量感兴趣区(ROI)的相位值.二巯丙磺钠治疗2周后,复查神经症状评分、肝功能分级、金属代谢指标.结果迟发型WD患者神经症状总评分低于非迟发型患者[(13.00±6.87)分比(21.13±5.53)分,P=0.033].迟发型患者的精神症状自评量表(SCL?90量表)、Hamilton焦虑、抑郁量表(HAMA)得分低于非迟发型患者.在T2成像上,迟发型患者黑质、丘脑、尾状核、苍白球、壳核的T2高信号比例低于非迟发型患者(P=0.022,0.037,0.490,0.032,0.029).迟发型患者苍白球、壳核的SWI的相位值较非迟发型患者低(P=0.020,0.038).迟发型患者1708?1G>C、1168A>G、3140A>T基因突变比例高于非迟发型患者.迟发型患者治疗前、后的尿铜高于非迟发型患者(P=0.040,0.036).治疗后,迟发型患者震颤、步态异常得分降低(P=0.037,0.044),出现神经症状加重的比例为10%,3例迟发型患者肝功能等级下降.结论 基因突变可能与某些WD患者症状迟发有关.与非迟发型WD患者相比,迟发型患者脑部以金属沉积为主,细胞损伤不明显;临床症状特点是肝脏损伤明显,而神经、精神症状较轻;迟发型患者对排铜治疗反应良好.

本研究针对一款下肢外骨骼康复机器人(lower limb exoskeleton rehabilitation robot,LLERR)进行了关节运动轨迹分析与步态测试研究.分别通过D-H法和拉格朗日法对外骨骼机器人单侧下肢进行运动学和动力学建模分析,得出各运动关节间运动学与动力学关系.通过虚拟样机仿真验证提出的外骨骼机器人模型理论分析的正确性,分析了误差来源.通过使用人体模型进行样机穿戴测试,对预设步态过程中外骨骼机器人的位置和速度进行跟踪,验证了行走过程中步态相位的稳定性.招募受试者在光学运动捕捉环境下进行样机穿戴步态测试,结果表明外骨骼机器人带动人体下肢进行规划步态行走达到预期效果.测试结果从主、客观角度验证了下肢外骨骼康复机器人的稳定性和有效性.