下楼梯行走执行手机任务时下肢动态稳定性、运(2)

图1 ｜模拟楼梯Figure 1 ｜Simulated stair

图2 ｜受试者红外反光球标志球的放置位置Figure 2 ｜Set-up of marker position of the subject's infrared reflector

图3 ｜步态周期划分图Figure 3 ｜Stair descent cycle division图注：RTD为右脚着地(right foot touch down)，LTO为左脚离地(left foot take off)，LTD为左脚着地(left foot touch down)，RTO为右脚离地(right foot take off)

单任务测试即无手机任务干扰的楼梯行走动态测试，受试者站立于距离第六级台阶1.5 m平台处预备，听到“开始”口令后，以最自然舒适的自选动作与速度进行下楼梯行走，全程禁止越级跨越台阶，直至行走到距离第一台阶1.5 m处停止。

手机任务下楼梯行走测试即受试者在手机任务干扰时行走，测试流程与无手机任务相同，手机任务设定受试者接收到一个49-99之间的随机数字，开始下楼梯行走，并同时做连续减7的数学运算，将运算结果输入手机。每个条件的下楼梯行走采集5次成功数据，同时为避免疲劳造成的差异，2次行走间隔5 min。一次成功的下楼梯行走定义为运动学与动力学数据采集完整有效，未发生反光球脱落、中途停顿、踩踏在测力台外等影响数据有效性的事件。

1.5.2 数据处理 将Vicon采集的原始运动学与动力学数据经过建模、截取、删补点等处理后，导入Visual 3D(美国，C-Motion，V3)数据处理软件，分别进行截止频率为6 Hz和10 Hz的Butter-worth四阶数字低通滤波器滤波[15-17]。运动学与动力学数据进行时间标准化和体质量标准化处理。

此次研究选取的一个下楼梯步态周期定义为右脚在第四台阶着地到再次在第二台阶着地，脚触地定义为测力台垂直方向的地面反作用力大于20 N[1]，其划分为支撑相(第一双支撑相、单支撑相、第二双支撑相)和摆动相，详细划分如下[18]：第一双支撑相：右脚着地到左脚离地；单支撑相：左脚离地到左脚着地；第二双支撑相：左脚着地到右脚离地；摆动相：右脚离地到右脚着地，见图3。

1.6 主要观察指标

1.6.1 下肢动态稳度参数 BOSSE等[18]发现，下楼梯行走测试中不同支撑时相转换时为人体最不稳定的时刻，此时动态稳度最小，因此，此次研究选取右脚触地时刻(单支撑时相转换为双支撑时相)及左脚离地时刻(双支撑时相转换为单支撑时相)进行的动态稳度分析。计算公式如下[13]：

图4 ｜动态稳度示意图Figure 4 ｜Diagram of dynamic stability图注：CoP为足底压力中心，CoM为人体质心，CM为外推质 心，MoSap为前后方向动态稳度，MoSml为 左右方向动态稳度

其中，ω0为人体倒置钟摆模型的频率，g为重力加速度，l是人体质心到右踝关节中心点的距离；CM为外推质心，dCoM表示某时刻质心的位移、vCOM表示某时刻质心的速度；MoS为某时刻的动态稳度，BOSm为支撑面某一方向边界的最大值，此次研究中的BOSm通过足底压力中心的位置表示[12-13]，见图4。

1.6.2 下肢运动协调性参数 相对相角是评价周期运动中相邻环节间协调关系的有效工具，其变异性越小，代表环节间协调性越好，动作越稳定[19]。计算测量周期内所有时刻的相对相角绝对值的平均值和标准差的平均值。相对相角绝对值的平均值越小，表示两环节越趋向于“同相”的状态，反之，两环节越趋向“反相”的状态[19]。相对相角的标准差平均值可以用来表示动作过程中关节形态变化的稳定性，该值越小代表越稳定的下肢关节协调动作[20]。此次研究中分别计算支撑相与摆动相的相对相角以评价不同时相下肢相邻环节协调性。计算公式如下：

其中，θ代表角度，ω代表角速度，φ代表相角，RPA代表相对相角，MARP代表相对相角绝对值的平均值，DP代表相对相角的标准差的平均值，i代表步态周期内某一点。

图5 ｜下肢髋、膝、踝三关节力矩示意图Figure 5 ｜Moments of hip, knee, and ankle joints图注：Mh-、Mk+、Ma+代表髋、膝伸展力矩和踝关节背屈力矩

图6 ｜试验流程图Figure 6 ｜Trial flow chart

图7 ｜下楼梯行走右腿支撑相前后方向(A)及内外方向(B)的动态稳度曲线图Figure 7 ｜Dynamic stability curves in anterior-posterior (A) and medialateral (B) directions on right support phase during stair descent图注：NT为单任务，TT为手机任务；RTD为右脚着地，LTO为左脚离地，LTD为左脚着地，RTO为右脚离地

图8 ｜下楼梯右腿步态周期下肢关节髋-膝(A)与膝-踝关节(B)的相对相角Figure 8 ｜Relative phase angles in hip-knee (A) and knee-ankle joint (B) on right gait cycle during stair descent图注：NT为单任务，TT为手机任务；RTD为右脚着地，LTO为左脚离地，LTD为左脚着地，RTO为右脚离地

文章来源：《力学季刊》 网址: http://www.lxjkzz.cn/qikandaodu/2021/0128/326.html