運動生物力學(xué)：運動生物力學(xué)參數(shù)測量方法

運動生物力學(xué)參數(shù)測量方法目錄CONTENTS人體慣量參數(shù)測量方法動力學(xué)參數(shù)測量方法運動學(xué)參數(shù)測量方法010302肌電參數(shù)測量方法041、了解運動生物力學(xué)測量的原則；2、熟悉人體慣性參數(shù)、運動學(xué)參數(shù)、動力學(xué)參數(shù)、肌電測量方法；3、熟悉運動生物力學(xué)在康復(fù)中的應(yīng)用。教學(xué)目的與要求是指以人體解剖學(xué)、生物力學(xué)、力學(xué)的理論與方法,研究人體運動系統(tǒng)的生物力學(xué)特性和人體運動動作的力學(xué)規(guī)律的科學(xué)，其測量參數(shù)大致可以分為：人體慣性參數(shù)：質(zhì)量、重心位置以及轉(zhuǎn)動慣性；運動學(xué)參數(shù)：位移、速度加速度、角速度、角加速度；動力學(xué)參數(shù)：主要包括力和力矩；肌電參數(shù)：骨骼肌興奮時候產(chǎn)生的電位變化。運動生物力學(xué)1.為科學(xué)研究提供客觀信息；2.為評估、訓(xùn)練提供客觀依據(jù)；3.運動器材的研制、修改等提供幫助；4.為輔助器具、康復(fù)設(shè)備等提供支持。運動生物力學(xué)測量的意義臨床常用的量表多為半定量的評估量表；不僅缺乏足夠的可重復(fù)性和敏感度評估過程中容易受到地板效應(yīng)和天花板效應(yīng)的影響運動生物力學(xué)測量的意義-康復(fù)客觀、量化的評估手段明確測量的目的、指標(biāo)和方法運動生物力學(xué)測量的主要步驟明確測量的目的（研究和測量工作的需要）查閱資料選擇臨床常用指標(biāo)或是“金標(biāo)準(zhǔn)”（要有足夠信度與效度）可以投入的人力物力測量場地的情況測量方法的信度與效度010204測量要具有較高的有效性（效度）測量的可靠性（信度）

所測屬性與欲測屬性的一致性（測量方法是否合適；測量儀器的精度、性能；測量者的業(yè)務(wù)水平；受試者的合作程度等）。指不同測量者或一段時間內(nèi)對同一受試者進行重復(fù)測量，測量結(jié)果的一致性程度（指標(biāo)穩(wěn)定性、方法的難度、儀器的性能精度、測量人員的水平、受試者的合作程度）。測量實施細(xì)則測量的明確目標(biāo)群體人員的篩選和分工儀器場地的選擇測量數(shù)據(jù)記錄表格和卡片測量資料的整理、歸檔和保管制定測量實施細(xì)則1.檢驗測量設(shè)計方案的正確性2.檢驗儀器的運行情況，3.檢驗人員熟悉、配合情況4.熟悉測量的程序，掌握每一步的時間及各步驟地銜接測量方案的試測PART人體慣量參數(shù)測量方法01人體慣性參數(shù)是指人體整體及環(huán)節(jié)質(zhì)量、質(zhì)心位置、轉(zhuǎn)動慣量及轉(zhuǎn)動半徑。

人體環(huán)節(jié)慣性參數(shù)是建立人體模型、進行人體運動技術(shù)影像解析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；如運動生物力學(xué)、載人航天器動力學(xué)、車一人系統(tǒng)碰撞動力學(xué)、戰(zhàn)斗機彈射座椅的設(shè)計、坦克車和裝甲車安全帶的設(shè)計、勞動安全防護設(shè)備的設(shè)計、傷殘人假肢的研制等。1.1人體慣性參數(shù)（一）人體慣性參數(shù)人體質(zhì)心:人體質(zhì)量中心；人體重心:人體所受重力的集中點；環(huán)節(jié)質(zhì)心（重心）位置；轉(zhuǎn)動慣量：轉(zhuǎn)動物體的慣性量度；回轉(zhuǎn)半徑（轉(zhuǎn)動半徑）:是指物體微分質(zhì)量假設(shè)的集中點到轉(zhuǎn)動軸間的距離。1.2常用人體慣性參數(shù)1、尸體解剖法優(yōu)點：具有一定的準(zhǔn)確性，曾在科研領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。缺點：樣本含量少，它所獲得的人體慣性參數(shù)缺乏代表性和準(zhǔn)確性(尸體數(shù)據(jù)來自年老者、病死者及罪犯；數(shù)量少；各組織成分比重變化)1.2人體慣性參數(shù)實測方法(1)重心板法根據(jù)靜力學(xué)中的力矩平衡原理以及物體平衡時力矩合力為零的原理進行人體的重心位置測定：

一維板用來測量人體的一維重心位置即人體重心至頭頂或是腳底的距離；

二維板用來測量人體任意姿勢時身體重心位置。1.2人體慣性參數(shù)實測方法2、活體測量1.2人體慣性參數(shù)實測方法(2)水浸法①浸入法：是將所要測量的環(huán)節(jié)或整體浸入到已盛滿水的容器中，然后根據(jù)排出水量的多少來確定環(huán)節(jié)或整體的體積，乘以平均密度得到所測環(huán)節(jié)或整體的質(zhì)量，即：環(huán)節(jié)質(zhì)量=環(huán)節(jié)密度*體積。②注入法：是先將所要測量的環(huán)節(jié)或整體放入已知體積的容器內(nèi)，然后注入水于容器中，根據(jù)注入水量計算環(huán)節(jié)或整體的體積，乘以平均密度得到所測環(huán)節(jié)或整體的質(zhì)量。

優(yōu)點：設(shè)備簡單,費用低廉;

缺點：只能測部分環(huán)節(jié)質(zhì)量,無法提供質(zhì)心和轉(zhuǎn)動慣量,而且精度相對較低。(3)人體測量法根據(jù)人體環(huán)節(jié)的外形尺寸將各環(huán)節(jié)簡化成各種幾何形體，然后用X射線、γ射線、CT或是MRI來確定各環(huán)節(jié)的肌肉體積和骨骼密度，確定模型中各環(huán)節(jié)的質(zhì)量和質(zhì)心位置。1.2人體慣性參數(shù)實測方法1.3人體慣性參數(shù)模型人體慣性參數(shù)計算是一項工作量大、重復(fù)性強的工作，需要建立一個供運動生物力學(xué)分析使用的人體慣性參數(shù)模型數(shù)據(jù)庫來進行計算。由于人體是一個非常復(fù)雜的生物有機體，其慣性參數(shù)的獲得要比無生命的物體困難得多，但這些參數(shù)對運動生物力學(xué)的研究又極其重要。因此可以將人體劃分為不同的環(huán)節(jié)，進行測量。1.4人體環(huán)節(jié)的劃分方法人體慣性參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的依據(jù)：以人體的結(jié)構(gòu)功能為依據(jù)：分割環(huán)節(jié)的切面通過關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動中心，以關(guān)節(jié)質(zhì)心的連線為環(huán)節(jié)長度。以人體體表骨性標(biāo)志為依據(jù)：以關(guān)節(jié)上主要的骨性標(biāo)志點來確定環(huán)節(jié)的長度。易于測量，但誤差太大。1.5男子各環(huán)節(jié)相對重心位置1.6測算人體重心人體重心為人體各個環(huán)節(jié)所受重力的合力作用，因此知道了各個環(huán)節(jié)的相對重量和重心位置，就可以計算人體的重心坐標(biāo)PART運動學(xué)參數(shù)測量方法02運動生物力學(xué)研究的一個重要部分是如何獲得科學(xué)的、真實的運動學(xué)參數(shù)，從而進一步使人們從運動生物力學(xué)的角度解釋運動的本質(zhì)；人體運動學(xué)參數(shù)的測定，是運動生物力學(xué)實驗方法的核心內(nèi)容，通過對運動技術(shù)圖像的獲取解析，獲得人體運動的位移、速度等各項特征參數(shù)，以及器械運動的各種運動學(xué)的定量參數(shù)，從而比較真實地反應(yīng)出運動的情況。2.1運動生物力學(xué)時間：終末時刻與起始時刻之差。位移：質(zhì)點在一段時間內(nèi)位置的改變。速度：質(zhì)點位矢對時間的變化率。角位移：轉(zhuǎn)動的角度。角速度：單位時間的角位移。角加速度：角速度的變化率。2.2常見運動學(xué)參數(shù)美國攝影師：伊·梅布里奇1830-19041871年美國攝影師伊·梅布里奇用24只固定照相機和2只輕便蓄電池,拍攝了一匹馬的奔跑狀態(tài)并測量出馬的步長，四足騰空的現(xiàn)象。2.2運動學(xué)參數(shù)測量發(fā)展1901年，梅布里奇發(fā)表了《運動中的人體的圖像集》一書，從而奠定了運動生物力學(xué)參數(shù)影片分析方法的基礎(chǔ)。2.2運動學(xué)參數(shù)測量發(fā)展改進和完善了“攝影槍”，為現(xiàn)代高速攝影機的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)還提出貓著地時總是腳落地，雞和狗相似度很高。啟蒙時期

(TheAgeofEnlightenment

)法國生理學(xué)家艾蒂安-朱爾馬雷2.2運動學(xué)參數(shù)測量發(fā)展利用身體標(biāo)志點（marker）分析運動動作，此方法直到今天仍是運動生物力學(xué)分析的主要方法。啟蒙時期

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)2.2運動學(xué)參數(shù)測量發(fā)展部分參數(shù)的簡單測量：秒表測量時間、皮尺測量位移和距離等、量角儀測量角度和角位移等。2.3常用運動學(xué)參數(shù)測量手段電子測角儀加速度計2.3常用運動學(xué)參數(shù)測量手段三運動生物力學(xué)學(xué)科特性動作捕捉是實時地準(zhǔn)確測量、記錄物體在真實三維空間中的運動軌跡或姿態(tài)，并在虛擬三維空間中重建運動物體每一時刻運動狀態(tài)的高新技術(shù)。動作捕捉最典型的應(yīng)用是對人物的動作捕捉，可以將人物肢體動作或面部表情動態(tài)進行三維數(shù)字化解算，得到三維動作數(shù)據(jù)。到目前為止，常用的動作捕捉技術(shù)從原理上說可分為機械式、聲學(xué)式、電磁式、光學(xué)式以及慣性傳感器式。不同原理的設(shè)備各有其優(yōu)缺點，其中光學(xué)式動作捕捉技術(shù)目前是最常用的2.4動作捕捉系統(tǒng)1、機械式運動捕捉機械式運動捕捉依靠機械裝置來跟蹤和測量運動軌跡。裝置是放置在人體主要關(guān)節(jié)處的電位計或者類似量角儀的儀器構(gòu)成的一套設(shè)備，它是由人體的運動來驅(qū)動的。優(yōu)點：成本低，便宜。精確度相對較高?？梢宰龅綄崟r數(shù)據(jù)測量。數(shù)據(jù)的捕捉相對簡單。缺點：硬件笨重系統(tǒng)樣本速率很低。系統(tǒng)對人體骨骼有制約。難用于連續(xù)動作的實時捕捉2.5動作捕捉-機械式2、聲學(xué)式運動捕捉常用的聲學(xué)式運動捕捉裝置由發(fā)送器、接收器和處理單元組成。發(fā)送器是一個固定的超聲波發(fā)生器，接收器一般由呈三角形排列的三個超聲探頭組成。通過測量聲波從發(fā)送器到接收器的時間或者相位差，來計算并確定接收器的位置和方向。2.6動作捕捉-聲學(xué)式優(yōu)點：成本較低缺點：捕捉有較大延遲和滯后、精度一般不很高、受噪聲和多次反射等干擾較大3、電磁式運動捕捉電磁式運動捕捉系統(tǒng)是比較常用的運動捕捉設(shè)備。一般由發(fā)射源、接收傳感器和數(shù)據(jù)處理單元組成。發(fā)射源在空間產(chǎn)生按一定時空規(guī)律分布的電磁場；接收傳感器（通常有10～20個）安置在表演者身體的關(guān)鍵位置，隨著表演者的動作在電磁場中運動,通過電纜或無線方式與數(shù)據(jù)處理單元相連。2.7動作捕捉-電磁式優(yōu)點：速度快、實時性好、定標(biāo)比較簡單、成本相對低廉缺點：環(huán)境要求嚴(yán)格、不能有金屬物品、表演范圍比光學(xué)式要小、活動限制比較大4、光學(xué)式運動捕捉光學(xué)式運動捕捉通過對目標(biāo)上特定光點的監(jiān)視和跟蹤來完成運動捕捉的任務(wù)。目前常見的光學(xué)式運動捕捉大多基于計算機視覺原理。從理論上說，對于空間中的一個點，只要它能同時為兩部相機所見，則根據(jù)同一時刻兩部相機所拍攝的圖像和相機參數(shù)，可以確定這一時刻該點在空間中的位置。當(dāng)相機以足夠高的速率連續(xù)拍攝時，從圖像序列中就可以得到該點的運動軌跡。2.8動作捕捉-光學(xué)式優(yōu)點：活動范圍大、采樣速率較高、滿足多數(shù)高速運動測量的需要缺點：系統(tǒng)價格昂貴、處理的工作量較大、場地的光照、反射情況有要求、Marker有可能發(fā)生混淆、遮擋光學(xué)式動作捕捉設(shè)備一般由以下幾個部分組成：傳感器：被固定在運動物體特定的部位，向系統(tǒng)提供運動的位置信息。通常采用特殊材料的感光球，將其粘在身體特定的部位。2.8光學(xué)式動作捕捉設(shè)備組成信號捕捉設(shè)備：負(fù)責(zé)捕捉、識別傳感器的信號。如圖所示，一般是由包括捕捉特殊波長區(qū)域光波的攝像機、發(fā)光器以及鏡頭、光學(xué)過濾器等組成。2.8光學(xué)式動作捕捉設(shè)備組成數(shù)據(jù)傳輸處理設(shè)備：負(fù)責(zé)將運動數(shù)據(jù)從信號捕捉設(shè)備快速準(zhǔn)確地傳送到計算機系統(tǒng)；負(fù)責(zé)處理系統(tǒng)捕捉到的原始信號，計算傳感器的運動軌跡，對數(shù)據(jù)進行修正、處理分析。2.8光學(xué)式動作捕捉設(shè)備組成

使用6～8個相機環(huán)繞表演場地排列，通常要求表演者穿上單色的服裝，在身體的關(guān)鍵部位，如關(guān)節(jié)、髖部、肘、腕等位置貼上一些特制的標(biāo)志或發(fā)光點，稱為"Marker"，視覺系統(tǒng)將識別和處理這些標(biāo)志。系統(tǒng)定標(biāo)后，相機連續(xù)拍攝表演者的動作，并將圖像序列保存下來，然后再進行分析和處理，識別其中的標(biāo)志點，并計算其在每一瞬間的空間位置，進而得到其運動軌跡。為了得到準(zhǔn)確的運動軌跡，相機應(yīng)有較高的拍攝速率，一般要達到每秒60幀以上。2.8光學(xué)式動作捕捉設(shè)備原理5、慣性運動捕捉慣性動作捕捉，是一種新型的人體動作捕捉技術(shù)，它用無線動作姿態(tài)傳感器采集身體部位的姿態(tài)方位，利用人體運動學(xué)原理恢復(fù)人體運動模型，同時采用無線傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)呈現(xiàn)在電腦軟件里；在影視動畫、體驗式互動游戲、虛擬演播室、真人模擬演練、體育訓(xùn)練、醫(yī)療康復(fù)等領(lǐng)域，慣性動作捕捉系統(tǒng)都有著廣泛的應(yīng)用。2.9動作捕捉-慣性傳感器式優(yōu)點：捕捉環(huán)境的高適應(yīng)性，它的技術(shù)優(yōu)勢、成本優(yōu)勢和使用便捷的優(yōu)勢缺點：測量精度較光學(xué)差，受周圍磁場影響慣性傳感器式動作捕捉設(shè)備一般由以下幾個部分組成：2.9慣性傳感器式動作捕捉設(shè)備組成1、步態(tài)分析2.10動作捕捉系統(tǒng)的應(yīng)用2、運動功能評估與訓(xùn)練2.10動作捕捉系統(tǒng)的應(yīng)用h=肩高3、人體功效改善對策2.10動作捕捉系統(tǒng)的應(yīng)用2.10動作捕捉系統(tǒng)的應(yīng)用4、高爾夫球揮桿動作分析PART動力學(xué)參數(shù)測量方法03（一）動力學(xué)參數(shù)動力學(xué)是研究人體運動與受力關(guān)系的學(xué)科，人體受力可分為動力和制動力，如果力的方向與人體運動（速度）方向相同，則稱之為人體動力，反之則稱之為人體制動力。因此，對人體進行動力學(xué)分析是機器人的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，對它的研究的深入程度直接關(guān)系到機器人設(shè)計的效果。并且研究人體動力學(xué)的建模與仿真，獲取有關(guān)運動、力學(xué)數(shù)據(jù)，對指導(dǎo)機電產(chǎn)品設(shè)計、運動康復(fù)器械設(shè)計等具有重要意義。3.1動力學(xué)參數(shù)測量（一）動力學(xué)參數(shù)力：物體間的相互作用。力矩：力和力臂的乘積。沖量：力在時間上的累積效應(yīng)。動量：運動物體所具有的“運動量”。沖量矩：外力矩對物體轉(zhuǎn)動的累積效應(yīng)動量矩：轉(zhuǎn)動慣量和角速度的乘積。機械功：功率是單位時間做功的多少。3.2人體動力學(xué)常見參數(shù)三維測力臺外觀及坐標(biāo)系（a）實驗測量（b）數(shù)據(jù)處理（c）結(jié)果分析實驗示意圖原地縱跳測量1、測力臺三維測力臺是采集動力學(xué)參數(shù)的常用設(shè)備之一，該儀器由測試平臺信號放大器和計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三部分組成；三維測力臺，可以測量力矩、壓力中心以及力梯度等指標(biāo)；三維測力臺可用于測量跳高跳遠(yuǎn)等起跳力，表示運動員的競技能力。3.3測量方法-測力臺COP2、足底壓力測量系統(tǒng)：人體在靜止站立或者動態(tài)行走時,在自身重力的作用下,足底在垂直方向上受到一個地面的反作用力,這個力就是足底壓力。足底壓力的大小與分布能反映人體腿、足結(jié)構(gòu)、功能及整個身體姿勢控制等信息，測試、分析足底應(yīng)力，對臨床診斷、疾患程度測定和術(shù)后療效評價均具有重要意義。3.4測量方法-足底壓力測量系統(tǒng)（a）鞋墊式（b）平板式足底壓力測量系統(tǒng)：是測量單位面積上（典型的為0.5cm2）壓力（主要應(yīng)用于足底壓力）的測量系統(tǒng)，可輸出整個接觸面上的壓力分布。足底壓力測量系統(tǒng)常見的有：平板式和鞋墊式（連續(xù)測量）足底壓力測量系統(tǒng)。3.5足底壓力測量系統(tǒng)-類型腳底各個區(qū)域的壓力、壓強情況壓力中心及壓力中心軌跡3.6足底壓力測量系統(tǒng)-數(shù)據(jù)類型（a）各個區(qū)域的壓力、壓強（b）壓力中心軌跡分為10個基于解剖學(xué)的分區(qū)。足后跟的內(nèi)側(cè)、外側(cè)，足中部，五個跖骨，大拇指，及其余四個腳趾。HL:足后跟外側(cè)HM:足后跟內(nèi)側(cè)MF:足中部M1-M5:第一跖骨至第五跖骨T1-T5:大拇趾至第五腳趾3.7足底分區(qū)五個時相足剛開始著地時相跖骨剛開始著地時相趾骨剛開始著地時相足跟離開地面時相趾離地時相四個階段著地階段前掌接觸階段整足接觸階段離地階段3.8足底壓力-步態(tài)分期3.9足底各區(qū)域壓力各個部位實時壓力變動情況（白色線表示走路的方向）內(nèi)外八字，根據(jù)足軸角判斷3.10足底壓力-足偏角YXXdYdX軸的移動距離：壓力中心在X軸上移動軌跡的最大絕對值；Y軸的移動距離：壓力中心在Y軸上移動軌跡的最大絕對值；壓力中心移動軌跡總長度：為測試開始至結(jié)束，壓力中心移動軌跡的總長度；橢圓面積：橢圓面積指包絡(luò)95%壓力中心軌跡在內(nèi)區(qū)域的面積。3.11足底壓力-壓力中心1、步態(tài)的評估與訓(xùn)練3.12足底壓力測量的臨床應(yīng)用并且該系統(tǒng)可以根據(jù)評估結(jié)果智能化制定治療目標(biāo)及推薦訓(xùn)練計劃（包括訓(xùn)練目標(biāo)、訓(xùn)練項目、訓(xùn)練強度、訓(xùn)練頻率等），進而根據(jù)訓(xùn)練計劃對患者進行訓(xùn)練指導(dǎo)（包括動作示范、關(guān)鍵點提醒、錯誤糾正、計數(shù)等）。最后記錄患者主客觀訓(xùn)練情況，智能調(diào)整訓(xùn)練方案和強度。2、平衡的評估與訓(xùn)練3.12足底壓力測量的臨床應(yīng)用靜態(tài)平衡——患者雙足站立30秒，評估患者重心移動的大小及范圍來評估患者平衡3、足弓的評估3.12足底壓力測量的臨床應(yīng)用例如：扁平足的病人由于足弓低平可引起不同程度的癥狀，在長時間站立和行走過久后,感到足部疲乏,酸痛不適,嚴(yán)重的病人疼痛減輕或無疼痛時,尚可勝任短途行走,而跑、跳或長途跋涉,極為困難。足底壓力測試系統(tǒng)的測試可診斷出患者的扁平足狀況，足弓塌陷程度。4、義肢、輔具、鞋墊的評估3.12足底壓力測量的臨床應(yīng)用下肢使用義肢的人除了要實現(xiàn)基本的站立行走功能外，如何讓義肢接近正常肢體的活動能力則是更高的需求。足底壓力測量可提供客觀的步態(tài)數(shù)據(jù)，為其設(shè)計、優(yōu)化義肢的制作、安裝提供科學(xué)的依據(jù)和反饋信息?？梢愿玫臑榛颊哌x擇和提供矯具，并可根據(jù)壓力分布數(shù)據(jù)對矯具微調(diào)，從而優(yōu)化康復(fù)矯正效果。5、足神經(jīng)性潰瘍的高危篩查3.12足底壓力測量的臨床應(yīng)用對于患有足神經(jīng)性病變的人群如糖尿病足，應(yīng)力性潰瘍的發(fā)生會對其生活質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至?xí)＜暗缴?。?jù)統(tǒng)計，有15％的糖尿病患者會出現(xiàn)糖尿病足，其中10％～14.5％的患者會因此截肢；動態(tài)壓力分布測試，不僅可以找出過大受力部位，還可記錄各部位的受力持續(xù)時間。診斷潰瘍的高危幾率，有效幫助患者提前采取保護措施。3.13肌肉力量測試簡單測力計力量測量系統(tǒng)等速肌力測試系統(tǒng)Cybex6000ContrexIsomed2000

測力板專項測試系統(tǒng)握力計、背力計、鋼絲繩張力計3.14肌肉力量測試參數(shù)人體關(guān)節(jié)主要肌肉群的力量大小人體的絕對力量和相對力量、上下肢的爆發(fā)力、力量耐力主要關(guān)節(jié)肌肉收縮力矩、峰值力矩；各關(guān)節(jié)伸肌、屈肌力矩比值；肌肉做功：總功、功率、加速能；等速肌力測試：等速運動中肌肉收縮過程通過等速儀器記錄下來，經(jīng)計算機處理，得到力矩曲線及多項反映肌肉功能的參數(shù)，作為評定肌肉運動功能的指標(biāo)；等速肌力測試系統(tǒng)能準(zhǔn)確地測出肌力、耐力、作功能力、爆發(fā)力等多種數(shù)據(jù)，已廣泛應(yīng)用于運動醫(yī)學(xué)和康復(fù)醫(yī)學(xué)的研究和臨床工作中。3.15常用肌肉力量測試-等速肌力測試項目等長測試等張測試等速測試速度固定不動（0°

/s

）變化，不易控制可任意選定（10°

/s

~500°

/s

），且恒定阻力可變，順應(yīng)性阻力受杠桿作用影響可變，順應(yīng)性阻力，與運動速度有關(guān)運動幅度無全幅或半幅全幅或半幅測試意義反映設(shè)定角度時的力矩值反映關(guān)節(jié)運動中最弱一點的力矩值反映關(guān)節(jié)運動中任何一點的力矩值3.15等長，等張和等速肌力測試的比較優(yōu)點缺點徒手測試操作簡單方便、應(yīng)用廣泛不能精確定量，測試者帶有一定主觀性等速測試能精確測定肌肉功能并能進行量化肌力在3級或3級以下者無法進行3.15等速肌力測試與徒手肌力檢查比較

優(yōu)點良好的信度和效度：客觀量化評定運動功能準(zhǔn)確性和敏感性：等速測試的敏感性對于肌力缺陷相對較小的個體更有意義。多種評價指標(biāo)：峰值力矩、平均力矩、峰值角度較高的安全性：速度是恒定的，不產(chǎn)生加速度；

缺點不能進行手、足等部位小關(guān)節(jié)的肌力測試若不采用等速CPM形式，則不能進行≤3級的徒手肌力測試儀器貴,且占去大的空間;調(diào)整程序費較多;屏氣用力亦可加大心血管負(fù)荷;3.15等速肌力測試的優(yōu)缺點對肌肉功能進行評定對各種運動系統(tǒng)傷病后的肌肉功能進行針對性的康復(fù)訓(xùn)練順應(yīng)性阻力，有效，安全，多樣化，有針對性對康復(fù)治療進行客觀療效評定指導(dǎo)運動訓(xùn)練科研工作3.16等速肌力測試在臨床的主要應(yīng)用相對禁忌證：急性肌肉關(guān)節(jié)損傷、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎急性發(fā)作、滲出性滑膜炎、明顯疼痛絕對禁忌證：關(guān)節(jié)不穩(wěn)、骨折愈合未堅、嚴(yán)重骨質(zhì)疏松、急性腫脹、嚴(yán)重疼痛、活動范圍極度受限、嚴(yán)重滲出、骨或關(guān)節(jié)腫瘤、術(shù)后早期3.17等速肌力測試的禁忌證應(yīng)避免受試者在疲勞狀態(tài)或飽餐后進行測試為保證測試結(jié)果有可比性，重復(fù)測試應(yīng)盡量安排在一天中相同的時間段內(nèi)進行測試的規(guī)范化-制定嚴(yán)格的操作規(guī)程測試中應(yīng)避免閉氣用力，以免發(fā)生意外受試者的主觀用力應(yīng)以言語鼓勵患者竭盡全力同時保證重復(fù)測試中言語引導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)化3.17等速肌力測試的注意事項3.17等速肌力測試的常見部位3.17等速肌力測試的常見部位3.17等速肌力測試的常見部位3.17等速肌力測試的常見部位3.17等速肌力測試的常見部位3.17等速肌力測試的常見部位3.17等速肌力測試的常見部位3.17等速肌力測試的常見部位3.17等速肌力測試的常見部位3.17等速肌力測試的常見部位3.17等速肌力測試的常見部位3.17等速肌力測試的常見部位3.17等速肌力測試的常見部位3.17等速肌力測試的常見部位60°/s慢速測試用于肌力的測試180°/s快速測試用于肌肉耐力測試60°/s~180°/s中速測試用于肌力測試3.17等速肌力測試的測試方案為了避免測試過程中出現(xiàn)肌肉的疲憊，通常先測試肌肉的力量，再進行肌肉耐力的測試（速度由小變大）測試次數(shù)測試肌力，慢速或中速，重復(fù)5次測試肌肉耐力，快速測試，重復(fù)20~25次間歇時間每種測試速度之間，間歇60秒耐力測試后，間歇90秒以上兩側(cè)肢體，間歇3~5分鐘測試頻率1次/月預(yù)測試：使患者熟悉測試方法和要領(lǐng)3.17等速肌力測試的測試方案峰力矩（peaktorque，PT）指肌肉收縮產(chǎn)生的最大力矩輸出，即力矩曲線上最高點處的力矩值意義：代表了肌肉收縮產(chǎn)生的最大肌力，具有較高準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，為黃金指標(biāo)和參照值單位:牛頓·米（N·m）常選取低角速度(30°/s～60°/s)進行最大肌力評定3.17等速肌力測試的指標(biāo)及意義力矩關(guān)節(jié)活動范圍等速肌力測試的力矩曲線圖峰力矩向心肌力測試力矩—速度曲線圖在等速向心肌力測試中PT值隨著測試角速度的增加而降低，即力矩-速度曲線意義：由于不同肌纖維在肌肉收縮過程中產(chǎn)生的募集能力不同所致。肌肉慢速（低角速度）向心收縮時，Ⅰ型肌纖維和Ⅱ型肌纖維都能被募集。隨著運動角速度的增加，被募集的肌纖維減少，肌肉力矩輸出下降。力矩測試速度3.17等速肌力測試的指標(biāo)及意義峰力矩體重比（peaktorquetobodyweightratio,PT/BW）指單位體重的峰力矩值意義：代表肌肉收縮的相對肌力，可用于不同體重的個體或人群之間的肌力比較峰力矩角度（angleofpeaktorque,AOPT）指力矩曲線中，峰力矩所對應(yīng)的角度意義：代表肌肉收縮的最佳用力角度3.17等速肌力測試的指標(biāo)及意義關(guān)節(jié)活動范圍力矩等速肌力測試的力矩曲線圖峰力矩峰力矩角度指定角度的峰力矩值（peaktorqueatadditionalangle）等速儀器可以自動計算出關(guān)節(jié)活動中任意角度所對應(yīng)的力矩值意義：比較兩側(cè)指定角度的力矩值力矩等速肌力測試的力矩曲線圖指定角度峰力矩指定角度3.17等速肌力測試的指標(biāo)及意義關(guān)節(jié)活動范圍總作功和單次最大作功（settotalwork(STW)andtotalwork(TW)）作功為力矩乘以距離，即力矩曲線下的總面積STW指重復(fù)收縮作功量之和TW指重復(fù)收縮中最大一次作功量意義：作功與峰力矩值有較好的一致性即峰力矩值↑，作功量↑但作功量還與關(guān)節(jié)活動范圍有關(guān)單位：焦耳(J)力矩關(guān)節(jié)活動范圍等速肌力測試的力矩曲線圖肌肉作功量3.17等速肌力測試的指標(biāo)及意義平均功率（averagepower,AP）指單位時間內(nèi)肌肉的作功量目的：反映肌肉作功的效率意義：AP值與測試速度有關(guān)即在一定范圍內(nèi)，測試速度↑，AP值↑單位：瓦（W）力矩關(guān)節(jié)活動范圍等速肌力測試的力矩曲線圖肌肉作功量力矩加速能（torqueaccelerationenergy,TAE）指肌肉最初1/8秒的作功量意義：反映肌肉最初收縮產(chǎn)生力矩的速率和作功能力，可代表肌肉收縮的爆發(fā)能力單位：焦耳（J）到達峰力矩時間：是指肌肉收縮至到達峰力矩時間，可代表肌肉的爆發(fā)力3.17等速肌力測試的指標(biāo)及意義力矩關(guān)節(jié)活動范圍等速肌力測試的力矩曲線圖TAE1/8秒到達峰力矩時間耐力比（enduranceratio,ER）指肌肉重復(fù)收縮時的耐疲勞能力（兩種方法）作一組重復(fù)最大肌肉收縮后，后半組肌肉作功量與前半組肌肉做功量之比作一組20~25次最大重復(fù)運動后，最后5次作功量與最前5次作功量之比單位：百分比選取高角速度(180°/s～300°/s)進行肌肉耐力評定3.17等速肌力測試的指標(biāo)及意義平均關(guān)節(jié)活動范圍（averagerangeofmotion，AROM）意義：判斷關(guān)節(jié)活動障礙情況，幫助判斷兩側(cè)肌群作功量差異的原因力矩關(guān)節(jié)活動范圍等速肌力測試的力矩曲線圖3.17等速肌力測試的指標(biāo)及意義主動肌與拮抗肌峰力矩之比（peaktorqueratio）指等速肌力測試中，主動肌與拮抗肌兩組肌群峰力矩的比值意義：判斷肌力平衡情況，對判斷關(guān)節(jié)穩(wěn)定性有一定意義，慢速時較為準(zhǔn)確膝關(guān)節(jié)屈肌和伸肌峰力矩比值，簡稱H/Q比值（正常人60°/s時，H/Q大約60%~70%，隨運動速度增快，H/Q略增大）3.17等速肌力測試的指標(biāo)及意義雙側(cè)肢體平衡性評定方法（PT較為準(zhǔn)確）：兩側(cè)指標(biāo)相差10%以內(nèi)為正常兩側(cè)指標(biāo)相差11%~20%為可疑異常兩側(cè)指標(biāo)相差>20%為異常人體兩側(cè)同名肌群比<0.8時容易引起損傷,特別是兩側(cè)同時產(chǎn)生最大爆發(fā)力量時。人體兩側(cè)同名肌峰力矩差異應(yīng)在10%以內(nèi)才能保證肌力平衡。NariciMV,SirtoriMD,MastoreS,etal.Theeffectofrangeofmotionandisometricpre-activationonisokinetictorques[J].EurJApplPhysiolOccupPhysiol,1991,62(3):216-220.3.17等速肌力測試的指標(biāo)及意義是判斷肌肉功能的一個重要指標(biāo)通常選用慢速測試（60°/s）時，獲得的力矩曲線，此時力矩值較大，曲線上升、下降較為緩慢、清晰，便于分析和判斷力矩曲線的異常通常是非特異性的，僅作為輔助檢查，并不能確診病因3.18等速肌力測試的力矩曲線形態(tài)正常力力矩產(chǎn)生速率（TRTD）正常力矩產(chǎn)生速率(timerateoftorquedevelopment,TRTD):反映曲線達峰力矩最初向上斜度。應(yīng)出現(xiàn)在坐標(biāo)曲線的上1/3區(qū)域,否則說明肌收縮開始時存在用力不足或困難；一般而言,大多數(shù)力矩曲線坡度應(yīng)是直形或凸形,若是凹形,說明用力困難關(guān)節(jié)活動范圍力矩1/31/31/330°30°30°3.19正常力矩曲線形態(tài)膝關(guān)節(jié)肌肉萎縮力矩曲線特征：力矩值減少，曲線普遍低平，但曲線光滑肌肉萎縮時（TRTD）通常在象限的中或下1/33.20常見異常力矩曲線形態(tài)1/330°30°30°TRTD關(guān)節(jié)活動范圍力矩1/31/3肌-腱單位扭傷曲線特征:力矩曲線類似正常曲線形態(tài);曲線有不規(guī)則皺紋;力矩值減小。病理機制:肌-腱單位扭傷特征之一是在抗阻運動時出現(xiàn)疼痛。在ROM內(nèi)用力收縮引起疼痛抑制,產(chǎn)生不規(guī)則曲線,一般而言,受損肌腱單位收縮力越大,力矩曲線越不規(guī)則。3.20常見異常力矩曲線形態(tài)力矩關(guān)節(jié)活動度前交叉韌帶損傷特征：伸肌力矩曲線中部出現(xiàn)一段平臺樣異常曲線發(fā)生機制：前交叉韌帶損傷---膝關(guān)節(jié)在伸膝時出現(xiàn)不穩(wěn)定----力矩曲線中間區(qū)域的平臺樣改變關(guān)節(jié)活動度力矩平臺3.20常見異常力矩曲線形態(tài)膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎特征：伸肌曲線初始正常，達到某一角度時，曲線明顯下降，通過該角度后力矩曲線又上升，形成一雙峰樣改變發(fā)生機制：主要原因是疼痛性抑制，關(guān)節(jié)表面病理性改變，當(dāng)伸膝達到該病變部位，較大的壓力傳遞到受神經(jīng)支配的軟骨下骨，引起疼痛，導(dǎo)致肌力下降，通過該部位后，肌力又上升關(guān)節(jié)活動度力矩雙峰3.20常見異常力矩曲線形態(tài)半月板損傷特征：伸肌力矩曲線初始可以是正常，但在曲線中部可有雙峰或明顯“W”型異常波峰，并且患側(cè)PT值較健側(cè)降低發(fā)生機制：由于損傷的半月板在伸膝時受到擠壓或扭轉(zhuǎn)的結(jié)果關(guān)節(jié)活動度力矩雙峰/W3.20常見異常力矩曲線形態(tài)等速運動過程中，肌纖維被拉伸或縮短，關(guān)節(jié)產(chǎn)生明顯的活動，是一種動力性收縮，類似于等張收縮;肌肉在收縮時每個角度因承受最大阻力而產(chǎn)生最大的肌張力，與等長收縮類似。神經(jīng)調(diào)節(jié)途徑：興奮神經(jīng)活動，使運動單位募集增多;生化調(diào)節(jié)途徑：則是通過增加肌糖原及線粒體酶的數(shù)量和活性以提高肌細(xì)胞性能;3.21等速肌力測試PART肌電參數(shù)測量方法034.1肌電參數(shù)測量骨骼肌在興奮時，會由于肌纖維動作電位的傳導(dǎo)和擴布，而發(fā)生電位改變，這種電位改變的變化稱為肌電。用適當(dāng)?shù)姆椒?，將骨骼肌興奮時發(fā)生的電位變化，引導(dǎo)記錄所得到的圖形稱為肌電圖。采集肌電機電信號的電極有兩種，一種是針電極，另一種是表面電極；用針電極采集肌電時，需要將電極插入受試者的肌肉內(nèi)，因此會造成一定程度的損傷。而在體育科學(xué)研究中，一般用表面肌電采集信號，這種方法在記錄時貼于皮膚表面即可，不會造成損傷。前者研究自主運動單位的電位（幅度、時限和形態(tài)）、靜息狀態(tài)時的自主電位（纖維顫動、自發(fā)性收縮），診斷運動和感覺神經(jīng)的傳導(dǎo)速度。后者研究骨骼肌的功能和電生理活動之間的協(xié)同活動。其目的是為了分析不同運動和姿勢的骨骼肌功能及它們的電生理活動。4.2肌電參數(shù)測量方法4.3肌電參數(shù)測量-運動單位運動單位為位于脊髓前角的alpha運動神經(jīng)元及其所支配的骨骼肌纖維所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。它是肌肉運動的機能單位。每塊肌肉都有一定數(shù)量的運動單位。一般一個運動神經(jīng)元支配100根或更多的肌纖維。在準(zhǔn)確性要求高的部位，一個神經(jīng)元僅管理12根肌纖維；在力量性要求高的部位，一個神經(jīng)元要管理2000根肌纖維。4.4肌電參數(shù)測量-運動電位運動神經(jīng)元沖動→神經(jīng)肌接頭處的觸突扣→乙酰膽堿釋放→激發(fā)神經(jīng)肌接頭處肌肉側(cè)的觸發(fā)電位→肌膜的動作電位→肌膜動作電位沿橫管傳向肌細(xì)胞深處激活三聯(lián)管上的鈣通道、終末池→鈣離子釋放→胞質(zhì)中鈣離子濃度升高→與肌鈣蛋白結(jié)合→肌肉收縮胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度升高的同時激活肌質(zhì)網(wǎng)上的鈣泵→回收鈣離子→鈣離子濃度降低→肌肉舒張肌電圖就是被記錄的肌膜動作電位，肌膜動作電位的必然結(jié)果是骨骼肌的興奮－收縮耦合。表面肌電測量從皮膚表面通過電極引導(dǎo)放大顯示，并記錄下來的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)活動時的肌電信號，它與肌肉的活動狀態(tài)和功能狀態(tài)之間存在著不同程度的關(guān)聯(lián)性，因而能在一定程度上反映神經(jīng)肌肉活動。4.5動作電位和肌電圖表面肌電圖是眾多運動單位的動作電位的重合。因為，電位源是一個容積導(dǎo)體，在皮膚表面形成肌電場，成為容積上的邊界。而且，肌電電極也不可能只記錄到肌電活動的一個點。因此，肌電電極所記錄的是電極周圍一個區(qū)域的肌電活動。4.6表面肌電信號的組成4.6表面肌電信號的影響因素

1、測試局部的組織特性：包括皮膚及皮下脂肪的厚薄、溫度、生理變化等都會影響肌電信號。例如電極下組織層厚度變化的影響：在相同的肌電強度下，條件1由于與肌肉和電極之間的距離較小，測量到更強的肌電信號；表皮組織相對干燥并有致密的角質(zhì)層或皮膚表面的分泌物等都會增加皮膚的電阻(備皮、去除角質(zhì)、75%的酒精脫脂，揮發(fā)后再粘貼電極并固定）。2、串?dāng)_（crosstalk）：既有相鄰肌肉組織對測試部位肌電信號的串?dāng)_，也有可能來自其它設(shè)備的干擾，如：ECG，尤其在測試上肢肩部肌肉時，ECG的波峰信號?？梢愿蓴_EMG的記錄（減小距離）。4.6表面肌電信號的影響因素3、測試電極位置放置的不同：每次測試電極位置在肌腹上的位置都不可能完全一致，或者電極在不同測試對象同一肌肉肌腹表面的放置位置也不可能完全一樣，因此得到的肌電信號結(jié)果也不可能具有絕對可比性。4.6表面肌電信號的影響因素4、采樣時的姿勢和收縮方式：無論是在肌肉等長收縮時采樣還是在運動過程中采樣，sEMG的結(jié)果均會受到姿勢的影響（解剖中立位的基礎(chǔ)上）。肌力的表現(xiàn)形式與肌肉的收縮方式有關(guān)，收縮方式不同也會影響sEMG的采集（等長收縮和等速收縮）。4.6表面肌電信號的影響因素5、電極類型：不同大小、不同材質(zhì)的電極也會對肌電信號產(chǎn)生影響4.6表面肌電信號的影響因素6、外部雜音（Externalnoise）：來自外界的電磁環(huán)境中的雜音，一種無變化的電信號，它常使肌電圖基線增寬或干擾肌電信號的記錄。4.6表面肌電信號的影響因素4.7表面肌電測試系統(tǒng)的構(gòu)成這個組合包含記錄系統(tǒng)、資料處理系統(tǒng)、信息分析4.8表面肌電測試設(shè)備電極片、表面肌電電極線：用于采集表面肌電信號。數(shù)據(jù)采集盒：可以連接表面肌電電極線或其他的傳感器，把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過無線方式傳遞給控制計算機或PDA終端。也可以把采集到數(shù)據(jù)保存到SD卡中?？刂朴嬎銠C：數(shù)據(jù)采集和分析中心，用于采集、記錄、回放、分析采集來的各種原始數(shù)據(jù)。4.8表面肌電測試設(shè)備-電極片表面肌電電極放置在所要測量骨骼肌的皮膚表面，主要適用于淺表骨骼肌。在文獻中，據(jù)報道矩形（正方形）和圓形（橢圓形）電極常用于SEMG記錄。當(dāng)僅考慮形狀差異時（即比較具有直徑R的圓形電極和正方形電極尺寸R×R），性能和測試面積可以預(yù)期不會有太大差異，兩個電極的皮膚阻抗幾乎相等，因此在這種情況下也不會產(chǎn)生影響。歐盟生物醫(yī)學(xué)健康與研究計劃的無創(chuàng)表面肌電圖指南推薦表明，直徑為10毫米的圓形電極是首選。4.9表面肌電測試-前期準(zhǔn)備1.在明亮寬敞且安靜適宜的環(huán)境中進行，儀器設(shè)備接地，遠(yuǎn)離強大的靜電場或電磁場，室溫保持在１５－２５’Ｃ，使患者體感舒適、肌肉充分放松，盡可能減少環(huán)境因素的影響；2.解釋本次的測試所要進行的操作程序以及注意事項（盡可能提前一天讓受試者進行練習(xí)，熟悉整個操作流程以及動作）。3.準(zhǔn)備好表面肌電測試系統(tǒng)，為避免可能不舒服的壓力，請連接電極在將導(dǎo)線放置在患者身上之前將導(dǎo)線連接到導(dǎo)線上。4.10表面肌電測試-前期準(zhǔn)備用合適的體位支撐放置患者，以便于測試的身體區(qū)域是穩(wěn)定暴露的，例：患者取坐位，充分暴露雙前臂，除去佩戴的手表、手鐲等配件；皮膚表面毛發(fā)明顯者先用備皮刀剔除汗毛，再用濕潤的砂紙紙巾去除皮膚表面角質(zhì)，最后用75％乙醇棉球擦拭局部皮膚脫脂，減小皮膚電阻，提高肌電信號傳導(dǎo)效率；4.11表面肌電測試-電極片放置1關(guān)于所使用的表面電極兩表面電極片中心間距一般為2cm，前置放大器要固定好。2主要骨骼肌的電極擺放點的參考位置電極片要放在要測量骨骼肌的肌腹中央部位（起止點的中間位置）3參考電極的擺放參考電極一般放置于沒有肌肉的骨性標(biāo)志上，例如尺骨鷹嘴、外踝等部位。由于采集的是運動中或不同姿勢下的肌電信號。我們必須保證肌電信號能實時同步的在電腦屏幕上反映出來。另外在有視頻記錄設(shè)備的情況下，需要注意調(diào)整好拍攝角度。4.12表面肌電測試-實時同步采集4.11表面肌電測試-標(biāo)準(zhǔn)①肢位擺放：受試者取坐位，，前臂旋后位（掌心向上），并保持肘關(guān)節(jié)屈曲約90°。②信號采集：觀察示波器上sEMG波形無異常干擾信號之后，給予受試者開始發(fā)力的指令，囑受試者盡可能用最大的力進行屈肘動作，同時給予受試者腕關(guān)節(jié)遠(yuǎn)端（即手掌部）施加適當(dāng)阻力，確保受試上肢及手保持不動，即做最大等長收縮運動，待sEMG信號波形較為穩(wěn)定后，囑受試者盡可能的維持最大用力5~6s左右，同時記錄下肱二頭肌的sEMG信號。③肢體休息：同樣操作重復(fù)測試三次，且每次測試后給予受試者適當(dāng)休息，時間至少6s。4.12表面肌電測試-疲勞受試者取坐位，前臂旋后位（掌心向上），并保持肘關(guān)節(jié)屈曲約90°。囑受試者盡可能用最大的力進行屈肘動作，盡可能的維持最大用力，同時記錄下肱二頭肌的sEMG信號；或囑患者持續(xù)進行向心收縮，直至患者疲憊。通常我們會對表面肌電進行“整流”（翻正，由于表面肌電振幅值沒有正負(fù)方向意義，因此通常會將表面肌電振幅的負(fù)方向數(shù)據(jù)翻正）、“平滑過濾”（通常采用RMS均方根算法）、“濾波”（通常采用帶通濾波，過濾掉10Hz以下，500Hz以上的信號）4.13表面肌電測試-信號處理由于是采用表面電極，所以影響肌電圖的因素有很多。例如電極的擺放位置、皮膚處理的好壞等。所以我們通常要采用某種方法來消除上述的客觀因素，來使不同的兩次測試結(jié)果之間存在可比性。通常我們都采用MVC(MaxVoluntaryContraction)Normalization的方法。4.14表面肌電測試-標(biāo)準(zhǔn)化肢體或軀干做最大(抗阻)等長收縮：(上下肢做單一關(guān)節(jié)的靜力性運動,往往要固定肢體于ROM的中間位置)在經(jīng)過5~10min的熱身與熟悉后，要求測試對象開始逐漸加大力量，3~5s后達到最大，并保持3s后放松，休息30~60s后，重復(fù)一至兩次，取最大值作為MVC的值。4.14表面肌電測試-標(biāo)準(zhǔn)化4.14表面肌電測試-標(biāo)準(zhǔn)化4.15表面肌電分析圖4-A波形在時域和頻域疊加示意圖時域分析：