基于视觉和本体感觉阻断的人体静态平衡能力的评估研究-控制理论与控制工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Dissertation Submitted to Hangzhou Dianzi University for the Degree of Master Assessment and Research of Body Static Equilibrium Ability Based on Vision and Proprioception Blocking Candidate: Zhang Qin Supervisor: Prof. Luo Zhizeng March,2016 杭州电子科技大学 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文使用授权说明 本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证 毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大 学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文 的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（必威体育官网网址 论文在解密后遵守此规定） 论文作者签名： 日期： 年 月 日 指导教师签名： 日期： 年 月 日 摘 要 人体平衡能力在日常行为活动中起着至关重要的作用，一旦人体平衡能力受 损，将导致跌倒、运动控制障碍等生理疾病，因此人体平衡能力的评估研究对平 衡功能障碍患者的病例分析和康复治疗尤为重要。人体平衡的维持是中枢神经综 合多方面的感觉信息进行决策，然后通过肢体的各个关节、肌肉等对决策进行实 施的过程，其中任何环节出现问题都会对人体平衡能力产生一定的影响。 本文的实验条件是基于测力板和姿态模块相结合的人体静态平衡检测系统， 对人体静态平衡相关指标的提取方法和平衡能力的评估方法展开了较深入的研 究，设计了基于海绵垫的本体感觉阻断实验，探讨了视觉和本体感觉阻断情况下 人体静态平衡调节的运动力学信息变化过程，以及不同特征信息与平衡能力的关 系。现将本文的主要研究工作成果及创新点归纳如下： (1)相对于传统基于足底压力中心的相关指标进行分析研究，本文设计了对人 体头部运动参数、髋部运动参数、足底压力中心与重心轨迹三个主要部位的信息 进行数据采集的方法，几乎涵盖了与人体平衡能力相关的重要身体部位的信息采 集，使平衡数据信息的采集更全面，也使评估结果更加准确可靠并更具说服力。 (2)本文应用海绵垫置于静态平衡仪刚性踏板上面对本体感觉实施阻断，当海 绵垫达到一定厚度时可认为消除来自足底和踝关节的本体感觉信息输入，这种阻 断方法简单有效实用。通过测力平板+海绵垫，可定量研究本体感觉阻断和睁眼、 闭眼视觉阻断时不同感知状态下姿势稳定性变化。 (3)本文综合足底压力中心坐标的相关指标和姿态模块的输出信号等运动力 学参数进行统计学分析，运用主成分分析的方法对不同测试模式下人体的静态平 衡能力给出了一个综合评价指标，并对视觉和本体感觉阻断时人体平衡相关指标 进行了分析研究，得出相关指标与人体静态平衡能力的关系，以及本体感觉对静 态平衡稳定性的影响比视觉大等具有指导和参考价值的结论。 (4)针对传统多元多尺度熵在处理大量输入变量时，由于计算量大而容易发生 内存溢出的问题，本文在算法上对传统多元多尺度熵进行了改进，并就传统多元 样本熵与改进的多元样本熵分别对人体平衡运动力学参数进行进行特征提取，对 比分析发现改进后的多元多尺度熵不仅计算速度快、发生内存溢出的可能性小， 而且其特征提取效果更好。 (5)人体平衡系统是一个复杂的生物系统，人体平衡相关的数据信息（如足底 压力中心坐标）往往具有多时间尺度和多空间尺度的特性，小波包变换具有多尺 度和多分辨率特性，多元多尺度熵具有多空间尺度特性，因此本文将提取的小波 I II万方数据 II 万方数据 熵特征与多元多尺度熵特征相结合，其中小波熵更多的表征原始各通道信号的自 身特征信息，而多元多尺度熵则表征所有原始输入信号的整体特征信息，将两者 结合起来进行聚类分析，以达到对人体平衡能力进行评估划分的目的，结果表明 这种划分方法对人体平衡能力的评估具有一定的可行性。 关键词：静态平衡，小波熵，多元多尺度熵，模糊聚类分析，姿态稳定性，足底 压力中心 PAGE III PAGE III 万方数据 ABSTRACT Body balance ability plays a