(非连续的时间序列研究)基于非线性时间序列法研究人体步行稳定性

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1、医用生物力学第27卷第1期2012年2月JournalofMedicalBiomechanics，Vol．27No．1，Feb．201251文章编号:1004-7220(2012)01-0051-07基于非线性时间序列法研究人体步行稳定性11，21，2211胡飞，顾冬云，戴尅戎，安丙辰，陈金灵，吴昱(1．上海交通大学生物医学工程学院，数字医学临床转化教育部工程研究中心，上海200030;2．上海市骨科内植物重点实验室上海交通大学医学院附属第九人民医院，骨科，上海200011)摘要:目的应用非线性时间序列分析方法，研究健康老年与青年志愿者的步行稳定性，

2、为更全面评估人体的动态平衡、预测跌倒风险提供重要依据。方法应用VICON运动捕捉系统，采集肌骨系统健康志愿者(7名老年和10名青年)在不同步速(80%、100%、120%自然步速)下的运动学数据，提取志愿者在30个连续步态周期中，第7颈椎和第10胸椎在前后和左右方向上的位移，以及下肢各关节屈曲伸展和外展内收运动角度，计算位移和运动角度变化的最大Lyapunov指数，比较分析老年与青年组之间步行稳定性差异，以及步速对人体步行稳定性影响。结果青年组步行稳定性优于老年组，并在某些运动节段呈现显著性差异(P＜0．01);老年和青年的步行稳定性随步速增加而降低

3、(P＜0．05)。结论应用非线性时间序列分析方法中的最大Lyapunov指数，能有效并定量地评测人体步行中各运动节段的稳定性。关键词:非线性时间序列;步态分析;稳定性;跌倒;步速;运动学中图分类号:R3文献标志码:ANonlineartimeseriesanalysisofgaitstabilityduringwalking11，21，2211HUFei，GUDong-yun，DAIKe-rong，ANBing-chen，CHENJin-ling，WUYu(1．SchoolofBiomedicalEngineering，ShanghaiJiaoton

4、gUniversity，EngineeringResearchCenterofClinicalTranslationalDigitalMedicine，MinistryofEducation，Shanghai200030，China;2．ShanghaiKeyLaboratoryofOrthopaedicImplant，DepartmentofOrthopaedics，ShanghaiNinthPeople’sHospital，ShanghaiJiaotongUni-versitySchoolofMedicine，Shanghai200011，Chi

5、na)Abstract:ObjectiveToinvestigatethegaitstabilityofhealthyoldandyoungadultvolunteersduringwalkingu-singthenonlineartimeseriesanalysismethodsoastocomprehensivelyassessthedynamicbalanceofhumanandprovideimportantreferencesforthepredictionoffallrisk．MethodsTheViconmotioncapturesys

6、temwasusedtocollectthree-dimensionalkinematicdataofhealthyvolunteers(sevenoldsubjectsandtenyoungsub-jects)atdifferentwalkingspeed(80%，100%，120%ofthenaturalwalkingspeed)．Theanterior-posteriorandmedio-lateralmotionsoftheseventhcervicalandtenththoracicvertebrae，aswellastheflexion-

7、extensionandabduction-adductionanglesofthelowerextremityjoints，wereobtainedfrom30consecutivegaitcyclestocalcu-latethelargestLyapunovexponentsandanalyzethedifferenceofgaitstabilitybetweentheoldandyounggroupandtheinfluenceofwalkingspeedongaitstability．ResultsThegaitstabilityinthe

8、younggroupwasbetterthanthatintheoldgroup，andthereweres