基于人體生物力學的下肢肌力衰退老年人步態(tài)及肌肉特性研究.pdf

1、如今，中國已經(jīng)進入老齡化社會，人口老齡化和家庭空巢化給老年人的健康、生活以及醫(yī)療等帶來了不可忽視的影響。隨著年齡的增長，人體各項機能逐漸衰退，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?；顒拥谋匦钘l件。下肢肌力衰退不僅會對人體行走的穩(wěn)定性造成極大的影響，甚至還會引起老年人跌倒、骨折、關(guān)節(jié)脫臼等致殘或死亡的嚴重后果。因此，對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、研究對象，以解剖學知識為基礎(chǔ)，利用Solidworks建立了符合人體解剖結(jié)構(gòu)的骨骼模型，通過ADAMS來仿真研究老年人的步態(tài)和肌肉力學特征。這對研究老年人跌倒機理，合理規(guī)劃老年人步態(tài)以及進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)的人體行走過程中的多剛體動力學模型，得到多剛體系統(tǒng)動力學方程。通過對人體行走過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計算出人體行走過程中各關(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軟件對該人體骨骼模型進行運動控制，模擬了老年人在一個步行周期的步態(tài)，得出人體各關(guān)節(jié)力矩的大小，此結(jié)果與通過Matlab計算得出的各關(guān)節(jié)力矩大小走向基本相同，驗證了多剛體動力學模型的正確性。由實驗數(shù)據(jù)可知，髖關(guān)節(jié)在行走過程中產(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施力部位，通過對老年人髖關(guān)節(jié)提供額外的轉(zhuǎn)矩，來彌

4、補老人自身髖關(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置了人體下肢9條肌肉的起止點，進而依據(jù)功能的不同將這些肌肉劃分為5個肌群并在ADAMS中進行肌肉的力學特性分析。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，肌肉力量僅為正常肌力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，還應在股四頭肌