瞬態姿勢穩定性

瞬態姿勢穩定性(Transient postural stability, TPS)的概念是最近被牛文鑫等人提出,並首先套用於單足傾斜平面站立時的穩定性研究的過程中,提出了一套可靠性較好的評價體系。

在傳統的站立靜態姿勢穩定性評價過程中,通常用測力台來測量人體壓力中心的軌跡。但是,這種方法至少需要90 s以上時間的採樣才能保證良好的可重複性。這么長的測量時間對於側向站立於較大角度的斜面上是不可能的,在實際中也沒有必要。因為在特殊情況下,往往僅需要一個較短的時間來維持這種姿勢平衡狀態,來判斷所處環境及做出調整姿勢的決策,並通過中樞神經系統做出正確的反應。這種短時間內難度較大的姿勢穩定性即被定義為瞬態姿勢穩定性,以區別靜態和動態姿勢穩定性。

短時間內姿勢穩定性的評價不能使用傳統的壓力中心測量方法,因為這種方法僅測量地面反力集中力作用點的位置,所能提供的信息在較長的時間段內才有分析意義。需要注意的是,在壓力中心的測量過程中,丟失了大量的足底壓力分布信息,可以通過足底壓力分布測量來彌補在短時間內壓力中心變化信息不足的缺點。以此來評價站立瞬態姿勢穩定性,在本質上是使用空間信息代替時間信息。

圖7所示為訂做的鋼製框架木結構翻板,該翻板由左側固定部分和右側翻轉部分構成,右側翻板可以水平放置,也可以令翻轉部分下傾,根據下方墊板高度使之與水平面呈一定角度。翻轉部分框架為三角鋼結構,中間水平部分為木板,並下凹一定尺寸,使恰好能夠容納Footscan足底壓力分析系統測量平板(40 cm × 60 cm)。Footscan平板嵌入翻板後被螺栓和夾持鐵片固定,為防止震動對平板造成損害,在平板與鐵片之間放置海綿墊緩衝。

如圖7所示,實驗時,受試者單足站立於平板之上,足長軸方向與平板長軸方向相同,另一側下肢髖關節和膝關節屈曲90°,雙臂自然下垂。Footscan平板採集頻率為500 Hz。對於受試者來說,站立在傾斜平面上相當困難,站立姿勢不穩,站立初期和最後數秒鐘的數據並不可靠,所以將採集時間設定為2 s,在站立在平板上大約3 s,受試者表示平穩後開始測量。受試者保持平衡站立採集時間為2 s。

瞬態姿勢穩定性 瞬態姿勢穩定性

1 瞬態姿勢穩定性測試方案

對測試結果足底壓力進行分析,如圖8所示,將足底在前後方向上劃分為前足、中足和後足,在內外方向上劃分為內側和外側,計算各區域的壓力。將前足和後足的受力比值定義為前後受力比(A/P Force Ratio)來衡量足底壓力前後方向上分布情況,前後受力比越大,則足底壓力中心越靠前,瞬態姿勢穩定性越好,反之亦然。相應地,將內側足和外側足的受力比值定義為內外受力比(M/L Force Ratio)來衡量足底壓力內外方向上的分布情況,內外受力比越大,則足底壓力中心越靠近內側,瞬態姿勢穩定性越好,反之亦然。

瞬態姿勢穩定性 瞬態姿勢穩定性

2 足底壓力分布分析中的足底分區( T1 1 toe, 第一足趾; T2-5 2-5 toes, 第二至第五足趾; M1~5 1-5 metatarsal, 第一至第五跖骨; MF midfoot, 中足; HM Heel medial, 後足內側; HL Heel lateral, 後足外側; FF Forefoot, 前足; RF Rearfoot, 後足; Medial :內側; lateral :外側)

通過與其他參數體系的比較,研究認為,足底壓力的內外受力比和前後受力比作為評價瞬態姿勢穩定性的參數,比傳統評價靜態姿勢穩定性的參數更為穩定,具有良好的可靠性,並且區分了穩定性的不同方向。

擴展閱讀

•胡耿丹, 王樂軍, 牛文鑫. 運動生物力學. 同濟大學出版社. 2013年12月, 第1版.

•Niu W, Zhang M, Fan Y, et al. Dynamic postural stability for double-leg drop landing. Journal of Sports Sciences. 2013, 31(10): 1047-1081.

•Niu W, Chu Z, Yao J, et al. Effects of laterality, ankle inversion and stabilizers on the plantar pressure distribution during unipedal standing. J Mech Med Biol. 2012, 12(3): 1250055 (15 pages).

•Niu WX, Chu ZW, Yao J, et al. Transient postural stability of unipedal standing and its parameters evaluation. M. Long (Ed.): World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, IFMBE Proceedings, 2013, 39(3): 1995-1998.

•Niu WX, Yao J, Chu ZW, et al. Effects of ankle eversion, limb laterality, and ankle stabilizers on transient postural stability during unipedal standing. Journal of Medical and Biological Engineering. 2015, 35(1): 69-75.

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