（设计艺术学专业论文）人体平衡能力测量中站姿辅助系统的开发.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 摘要 平衡是人类的基本运动技能，是维持人体正常姿势，保证人体躯体运动正常 进行的重要功能之一。人体平衡功能研究是当前国际学术界相对活跃的一个研究 领域，在生理学、运动医学、康复医学、航空医学及老年医学等领域有广泛研究。 在对第一代静态姿势平衡仪的实际运用中，发现在对被测者合理站姿的指导 上还存在一定的问题：测试前，被测者面对平衡仪时常常无所适从，询问工作人 员该如何站立，而工作人员也只能通过含糊的词语指导站立位置；测试时，由于 平衡仪有一定的最佳感应区间，工作人员会让被测者调整位置，以取得正常的数 据；被测者在调整站姿后会有不同的平衡能力数据。 相关文献对测量平衡时站立的角度和距离进行了研究，表明了站立时的角度 和距离与平衡能力的测量有关系，但是只是定性地分析得出分开站立最稳，而且 样本量偏少，只能作为参考，但具有很大的借鉴意义。 本文首先阐述了研究背景，包括课题来源、平衡能力的研究现状，并提出建 立测量平衡的站姿辅助系统。第二章讨论该辅助系统的原理，分别分析站姿与人 的平衡能力的相关性以及个人基本信息：身高、体重、年龄、性别与平衡的相关 性，并假设个人基本信息与人的站姿具有相关性，通过个人信息推出个人唯一的 最能表现平衡能力的站姿。第三章实验设计，以获得样本的个人基本信息与站姿 的角度和距离。包括对站姿的具体规定、实验流程、实验系统设计等。第四章是 具体的实验过程、实验数据分析，系统实现等。本文最后总结了该系统的应用前 景和有待发展的方面。 建立站姿辅助系统，能提高测量的效率和准确性，在生理学、运动医学、康 复医学、航空医学及老年医学等领域有应用价值，尤其大规模的普查中，更能显 示其优越性。 气乏关键词 平衡，平衡测量，站姿，辅助系统，实验 - - _ - _ - - - 一 浙江大学硕士学位论文 b s n c t a b s t r a c t b a l a n c ea b i l i t yi st h eb a s i cs p o at e c h n i q u eo fh u m a n ，o n eo ft h em p s ti m p o r t a n t f u n c t i o n st om a i n t a i nn o r m a lp o s t u r ea n dt h en o r m a lb o d ym o v e m e n t t h er e s e a r c ho f b a l a n c ea b i l i t yi so n eo ft h ea c t i v ea r e a si nt h ei n t e r n a t i o n a la c a d e m i cc i r c l e sr e c e n t l y a n de x t e n s i v e l ys t u d i e di nt h ea r e a so fp h y s i o l o g y , s p o r t sm e d i c a ls c i e n c e ，r e c o v e r y m e d i c a ls c i e n c e ，a v i a t i o nm e d i c i n e ，a g e dm e d i c i n ea n ds oo n d u r i n g t h ep r a c t i c a la p p l yo ft h ef i r s te d i t i o np o s t u r eb a l a n c em e a s u r e m e n t a p p a r a t u s ；f i n do u tt h a tt h e r ea r cs o m ei n c o n v e n i e n c e sd u r i n gt h eu s e o ft h ea p p a r a t u s t h a ti s ：b e f o r et h em e a s u r e m e n t , p e o p l ed o n th o wt os t a n do ni ta n dt h em i s s i o n a r i e s a r ej u s ts a ys o m ev a g u ew o r d st og u i d et h ep e o p l e ；d u r i n gt h em e a s u r e m e n t ，t h e r ei s b e s ts e n s ea r e ao ft h ea p p a r a t u s t h em i s s i o n a r i e sw i l la s kp e o p l et oa d j u s tt h e i rp o s t u r e i no r d e rt og e tb e t t e rr e c o r d s ；p e o p l ew i l lh a v ed i f f e r e n td a t ai ft h e yc h a n g et h e i r p o s t u r e t h e r ea r ed o c u m e n t sh a v es t u d i e dt h ea n g l e sa n dd i s t a n c e sw h e np e o p l es t a n d ， w h i c hc a ns h o wt h a tt h e r ei sr e l a t i o nb e t w e e nt h ea n g l ea n dd i s t a n c eo fp o s t u r ea n dt h e a b i l i t yo fb a l a n c e ，b u ts u c hs t u d yj u s ta n a l y s e st h a tt os t a n da p a r tw i l lg l i v ey o u as t a b l e p o s t u r e ，b u tn o ts t a t i s t i c a l l y , a n dh a v el i m i ts a m p l e s ，s os u c hs t u d i e sc a nu s e da sa r e f e r e n c e ，a l s oh a v es t u d ys i g n i f i c a n c e t h i sp a p e rf i r s t l ye x p o u n d st h eb a c k g r o u n do fr e s e a r c h , i n c l u d i n gt h er e s o u r c eo f t h er e s e a r c h ，t h er e c e n ts t u d ys i t u a t i o no fb a l a n c ea n dp u tf o r w a r dap o s t u r ea s s i s t a n t s y s t e mo fb a l a n c em e a s u r e m e n t t h es e c o n dc h a p t e rd i s c u s s e st h ep r i n c i p l eo ft h e s y s t e m ，a n a l y s e st h ec o r r e l a t i o n so ft h ep o s t u r ea n dt h eb a l a n c ea b i l i t y , t h ep e r s o n a l i n f o r m a t i o nl i k ew e i g h ta n dt h eb a l a n c e ，t h e ns u p p o s et h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h e p o s t u r ea n dt h ep e r s o n a li n f o r m a t i o n t h et h i r dc h a p t e ri st h ed e s i g no ft h ee x p e r i m e n t t og e tt h ep e r s o n a li n f o r m a t i o na n dt h ea n g l ea n dd i s t a n c ei n c l u d i n gt h ef o r m u l a t i o no f t h ep o s t u r e e x p e r i m e n tf l o w , t h es y s t e md e s i g na n ds oo n t h ef o u r t hc h a p t e ri st h e d e t a i l e dp r o c e s s e so ft h ee x p e r i m e n t , t h ed a t aa n a l y s i s ，t h ed e s i g no ft h es y s t e ma n ds o o n a tt h ee n do ft h ep a p e r ，t a l ka b o u tt h ep r o s p e c to ft h es y s t e ma n dt h ea s p e c t st ob e 浙江大学硕上学位论文 a b s t r a c t d e v e l o p e d t oe s t a b l i s ht h ep o s t u r ea s s i s t a n ts y s t e m ，c a ne n h a n c et h ee f f i c i e n c ya n da c c u r a c y o ft h em e a s u r e m e n t ，h a st h ep r a c t i c a lv a l u ei nt h ea r e a so fp h y s i o l o g y , s p o r t sm e d i c a l s c i e n c e , r e c o v e r ym e d i c a ls c i e n c e , a v i a t i o nm e d i c i n e ，a g e dm e d i c i n ea n ds o o n , e s p e c i a l l yi nt h el a r g es c a l eg e n e r a ls u r v e y k e y w o r d s ：b a l a n c e ，b a l a n c em e a s u r e m e n t ，s t a n d i n gp o s t u r e ，a s s i s t a n ts y s t e m ， e x p e r i m e n t 浙江大学硕士学位论文 图目录 图目录 图2 - 1 辅助系统开发流程 图3 - 1 脚部特征分析图 图3 - 2 脚部解剖骨骼图 图3 - 3 两脚距离角度图 图3 - 4 器材图 1 3 图3 5 实验流程图1 7 图3 6 视频记录系统1 7 图3 7d a r f f i s h 软件分析主窗口 图3 - 8 站立参照刻度 图4 1 不同夹角角度变化视频截图 2 1 图4 - 2 固定夹角位置变化视频截图2 2 图4 3 误差实验工具及器材。 2 3 图年4 ( 标有角度和距离的) 参照刻度图2 3 图禾5 预实验和正式实验的实验工具及器材2 6 图禾6 预实验流程。 图4 7 正式实验流程2 8 图4 8 距离的解析 图4 9 角度的解析 图4 - 1 0 男性的刻度设计 图4 1 1 男性距离标示对应的实际距离值 图4 - 1 2 女性的刻度设计。 图4 - 1 3 女性距离标示对应的实际距离值 图4 - 1 4 输入输出示意图 图4 - 1 5 软件流程设计 图4 - 1 6 软件总体稚局 图4 - 1 7 菜单设计 图4 1 8 扩展参数设计 图4 1 9 扩展类型设计 图4 2 0 软件输出设计 图4 2 1 软件界面 图4 2 2 输出结果 图乒2 3 标定籽骨位置 图禾2 4 站立的位置 4 0 4 2 4 3 4 5 4 5 4 5 4 6 4 7 4 7 图4 2 5 实际测量图4 7 v i 塑垩盔兰堡兰垡堡奎 塞望茎 表目录 禾1 角度和距离的误差数据 4 2 关于身高一距离的总体相关性分析 4 - 3 身高一距离方差分析 “身高一距离a n o v a 分析 4 - 5 身高一距离的相关性分析 4 - 6 体重一距离的相关性分析 4 - 7 身高一距离一体重的方差分析 4 8 身高一距离一体重的相关性分析 4 - 9m o d e ls u m m a r y 4 - 1 0a n o v 舣b ) 4 - 1 1c o e f f i c i e n t s ( a ) 4 - 1 2d e s c r i p t i v es t a t i s t i c s 4 1 3c o r r e l a t i o n s 4 - 1 4v a r i a b l e se n t e r e d r e m o v e d ( b ) 4 - 1 5m o d e ls u m m a r y 4 - 1 6a n o v a ( b ) 3 0 3 l 3 2 3 2 3 2 3 3 。3 3 3 3 3 3 4 - 1 7c o e f f i c i e n t s ( a ) 4 - 1 8d e s c r i p t i v es t a t i s t i c s 4 1 9c o r r e l a t i o n s 4 2 0v a r i a b l e se n t e r e d r e m o v e d ( b ) 4 - 2 1m o d e ls u m m a r y 。 4 - 2 2a n o v a ( b ) 4 2 3c o e f f i c i e n t s ( a ) 4 2 4c o r r e l a t i o n s 4 2 5 角度一性别一身高的方差分析 4 - 2 6 角度一年龄一身高的方差分析 4 2 7d e s c r i p t i v es t a t i s t i c s 4 2 8c o r r e l a t i o n s 1 3 4 3 4 。3 4 3 4 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 6 3 6 。3 6 3 7 3 8 表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 l1 1 课题来源 本课题来源于国家体育总局体育科学研究所的横向项目。 第一代平衡仪是放在国民检测中心的检测车上，作为对国民体质检测的一个 重要体检指标。 在对第一代静态姿势平衡仪的实际测试过程的观察及实际体验中，发现平衡 仪在对被测者合理站姿的指导上还存在一定的问题。 首先，测试前，被测者面对平衡仪时常常无所适从，询问工作人员该如何站 立，而工作人员也只能通过含糊的词语指导站立位置。 其次，测试时，由于平衡仪有一定的最佳感应区间，工作人员会让被测者调 整位置，以取褥正常的数据。 再有，被测者在调整站姿后会有不同的平衡能力数据。 针对以上问题，国家体育总局体育科学研究所提出该研究课题。 1 - 1 2 人体平衡能力的研究现状 1 1 2 1 平衡的定义 全国高等医学院校统编教材康复医学中对平衡概念的基本描述是：“平 衡( b a l a n c ee q u i l i b r i u m ) 是指身体所处的一种姿态以及在运动或受到外力作用 时能自动调整并维持姿势的种能力。 人体平衡分为静态平衡和动态平衡两类“1 。静态平衡即人体或人体某一部位 处于某种特定姿势，例如坐或站等姿势时保持稳定状态的能力。另类是动态平 衡，包括两个方面；自动态平衡，即人体在进行各种自主运动，例如由坐到站或 由站到坐等各种姿势间的转换运动时能重新获得稳定状态的能力；他动态平衡， 浙江大学硕士学位论文第1 章辫；论 即人体对外界干扰，例如推、拉等产生反应、恢复稳定状态的能力。平衡的这种 分类包括了人体在各种运动中保持、获得或恢复稳定状态的能力，具有一定的科 学性和完整性。 从生理学的角度来说，它反映了人体对来自前庭器官、肌肉、肌腱、关节内 的本体感受以及视觉等各方面刺激的协调能力。人体平衡的控制是人体的一种运 动技巧，也是一个综合的神经肌肉运动过程。正常情况下，当入体重心垂线偏离稳 定基底时，即会通过主动的或反射性的活动使重心垂线返回到稳定基底内，从而 实现对平衡的控制，但其具体的生理机制相当复杂。一般认为，视觉、本体感觉以 及前庭系统是影响平衡功能的3 大感觉系统。为了保持正常的平衡，多级平衡觉神 经中枢( 包括脊髓、前庭核、内侧纵束、脑干网状结构、小脑及大脑皮层等) 对 来自于3 大感觉系统的输入信息进行整合加工，然后相应地发出信号，并传达至与 平衡功能有关的肌群，使身体在足底提供的支撑面上的重心得以保持。如果哪一 环节出现异常，都可以引起平衡功能障碍，进而影响人体的整体功能，甚至可能导 致更严重后果“。 平衡功能是人体的一项重要功能。平衡功能对于维持日常生活中的各种姿 势、进行各种活动以及对外界干扰产生适宜的反应尤其重要。是维持人体正常姿 势，保证人体躯体运动正常进行的重要功能之一。平衡功能障碍常影响人体的整 体功能，甚至可能导致跌倒。 1 1 2 2 测量平衡能力的重要性 人体平衡的研究几乎都是从生理学、运动医学、康复医学、航空医学及老年 医学等独立领域进行实验。 测量评定人们平衡能力，对一些疾病进行预测和康复监控。比如老年痴呆症、 帕金森病、脊髓小脑性共济失、四肢骨骼疾病( 包括膝关节退行性交、下肢骨折等) 、 非颈性眩晕症( 包括不明原因眩晕、美尼尔综合征、慢性中耳炎、耳石病变、耳毒 性中耳疾病等) 等诊断。平衡功能评定的主要目的有以下几个方面： 1 、确定患者是否存在平衡功能障碍。 2 塑兰查兰堡圭兰垡丝奎 苎! 至堡垒 2 、如果患者存在平衡功能障碍，确定引起平衡功能障碍的原因。 3 、确定是否需要进行药物或康复治疗。 4 、重复评定以评定治疗手段是否有效。 5 、预测患者可能发生跌倒的危险性。 在体育科学领域，主要涉及：对心理紧张程度、社会压力和高级神经类型的 测定；运动疲劳程度的测量，为科学化训练监控提供工具：测试着装和器具对平 衡的影响( 如运动鞋、衣裤、帽、眼睛、球拍、滑雪杖、球棒等) ，并协助调整 到最佳状态；协助制定训练计划及损伤康复计划，以提高运动成绩；对运动员平 衡能力进行测定，针对一些项目的选材进行指导。 在劳动科学领域，对高空作业、山区森林作业等危险作业领域，人体平衡功 能的要求更加严格，对特殊作业领域的作业人员适应性检查和作业的合理设计， 人体平衡功能的研究和应用具有重要科学意义“1 。国内尚未见到这方面的报道， 而国外做了部分研究和应用，如a n t o n i o 等研究表明人体过度疲劳影响人体动 摇。m a r i a n n e 研究了噪声对人体动摇度的影响，他指出身体的动摇受声音强度和 频谱的影响，声音强度的增加会使人体的摇摆急剧，但当频率为2 1 5 h z 时，即使 声强增大，人体动摇度却变化较小。v a s i l i k i 研究了劳动负荷影响人体平衡功能， 指出劳动负荷加大，身体动摇的各项指标均增大，并且闭眼时身体动摇度急剧增 加，主要表现在动摇面积和倾斜方向上增加，而动摇速度却影响较小。 在医疗康复、体育教育、工业生产、农林作业等领域展开平衡能力基础及应 用性研究，已成为一个热门的研究课题。 1 1 2 3 平衡能力的测量方法 人类对自身平衡功能的研究至少有1 0 0 多年的历史“”。对平衡功能评定分析 的研究，早期有r o m b e r g 的平衡行为试验( 1 8 4 6 年) ；g a s l e r 采用天平的指针摆动 来表示人体重心移动的情况( 1 9 2 9 年) ：t h o m a s 改弹簧秤测量为电应力刻度传感器 测量“：1 9 3 9 年h e l l e b r a n d t 使用一种活动平台研究了站立时身体重心的动摇； 1 9 7 6 年t e r e k h o v 首先应用压力平板即固定平板评定平衡能力，记录人体重心在平 3 浙江丈学顾七学位论文第1 章绪论 面的连续变化图形及轨迹平衡功能重心摆动检查，为我们研究平衡功能提供了一 个新的手段，它可以检查中枢神经系统的功能，可以进行眩晕、平衡功能障碍疾 病的诊断“。；2 0 世纪7 0 年代曾利用力台技术记录静态下身体摆动的轨迹；随着计 算杌技术的发展，9 0 年代利用人体动态计算机模型检测静动态平衡和进行平衡训 练；1 9 8 2 年重心动摇检查已在国外广泛地应用于医学、康复、体育运动等领域。 随后研究者们针对固定压力平板检测无法将前庭、视觉和本体觉分开研究等不 足，继续探索更多的平衡检测仪器的研制方法“”。 国内的学者从2 0 世纪9 0 年代开始引进国外的一些平衡检测仪进行这方面的 研究，也有一些学者利用国产的平衡仪进行平衡参数信度和效度的研究，证明平 衡仪能够精确地反映人的平衡功能，可以作为一种有效的平衡功能评定手段“”。 与国外平衡研究的发展相似，但国内对平衡功能的研究起步较晚，且初期发 展缓慢，其原因有多方面：一是对平衡功能缺乏基本的认识，直到2 1 世纪，才有 部分机构涉入平衡功能的研究；二是国内对平衡功能评定方法或手段了解不够， 临床研究较少，诸如此类问题制约国内对平衡功能研究的进展。 国外评定平衡和姿势的常用方法包括临床评定和实验室测试，临床评定以观 察和量表为主，实验室测试则是利用平衡测试来进行评定。 观察法 临床上普遍使用的观察法包括：1 8 5 1 年r o m b e r g 制定的r o m b e r g 检查法；1 9 6 6 年g r a g b i e l 开始在临床上使用的单腿直立检查法及强化r o m b e r g 检查法；评定在 活动状态下能否保持平衡的方法，如坐或站立时移动身体、在不同条件下行走， 包括脚跟碰脚趾行走、足跟行走、足尖行走、走直线、侧方走、倒退走、走圆圈 及绕过障碍物行走等方法。 传统的观察法的优点是操作简单，成本低，缺点是过于粗略和主观，且缺乏 量化，因而对平衡功能的反应性差。但由于其应用简便，可以对具有平衡功能障 碍的患者进行粗略的筛选o ”，因此目前在临床上仍有一定的应用价值。 量表法 国外常用的平衡量表有b e r g 平衡量表( b e r gb a l a n c es c a l e ，b b s ) ：t i n e t t i 4 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 量表( p e r f o r m a n c e o r i e n t e da s s e s s m e n to fm o b i l i t y ) 、站起一走计时测试( t h e t i m eu p g ot e s t ) 、功能性前伸( f u n c t i o n a lv e t c h ) 、跌倒危险指数( f a l lr i s k i n d e x ) 等。此外，f u g l m e y e r 量表也有评定平衡功能的部分“”1 ，国外学者也有 在临床上用此表来评定平衡功能。 量表评定法不需要专门的设备，应用方便，且可以进行评分，因而临床应用 日益普遍。但是这些检测尽管带有定量性质，但仍属功能的综合评估，带有主观 性，缺乏对平衡障碍的摇摆特点深入细致的分析，所以其应用价值仍然有限。 平衡测试仪 平衡测试仪或姿势图是通过平衡测试仪来定量评定平衡功能的一种测试方 法，其种类包括b a l a n c ep e r f o r m a n c em o n i t o r ( 8 p m ) ，b a l a n c em a s t e r ( b m ) ，s m a r t b a l a n c e ，e q n i t e s t ( s b e ) ”“。测试仪由受力平台( f o r c ep l a t e ) 即压力传感器、 显示器、电子计算机及专用软件构成。受力平台可以记录到身体摇摆情况，并将 记录到的信号转化成数据输入计算机。计算机在应用软件的支持下，对接收到的 数据进行分析，实时描述压力中心在平板上的投影与时间的关系曲线，其结果以 数据及图形显示，故称此示范为计算机动态姿势图( c o m p u t e r i z e dd y n a m i c p o s t u r o g r a p h y ，c o p ) ，现多称姿势图( p o s t u r o g r a p h y ) 。 平衡测试仪的出现是人类研究自身平衡功能的一个里程碑。由于姿势图不仅 能精确地测量人体重心位置、移动的面积和形态、评定平衡功能障碍、或病变的 部位和程度，而且通过对姿势控制过程中的摇摆轨迹、摇摆幅度、摇摆速度及功 能谱的分析，可以更深入地研究在各种情况下身体重心的摇摆特点恤1 。目前， b a l a n c ep e r f o r m a n c em o n i t o r ( b p m ) 、b a l a n c em a s t e r 以及e q u i t e s t 是国外较为 常用的平衡测试仪器。尽管后两者不但可以对平衡功能进行静态、动态测试，而 且可以对具有平衡功能障碍的患者进行训练治疗，但由于价格过高，使其在临床 上的推广应用受到限制。相比较而言，b p m 价格适中，性能稳定，操作方便，因 而具有广泛的应用前景。 静态姿势平衡仪，又称为重心动摇测试系统，原理是通过固定的压力平板下 各角处安置的压力传感器，记录站立时足对地面的压力，检测身体的摇摆情况， 5 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 其实质是记录分布到支撑面的重心移动及身体不自主轻微移动而产生的惯性力。 现代静态平衡功能检测仪，将压力传感器所记录到的信号转化为数据，输入计算 机( 或单片机) ，实时描计压力重心施于平板上的投影与时间关系曲线，这就是 所谓的静态姿势图。， 动态平衡测试是在静态平衡仪的基础上，被测试者以躯体运动反应跟踪出现 在显示器上的视觉目标，在被测试者无意识的状态下，控制系统装置使固定平板 移动( 如前后、水平方向、前上、后上倾斜) 、以踝关节为轴旋转、或环绕检查 者给予或真或假的视觉干扰，如显示器及其支架突然摇动，测试上述情况下被测 试者的平衡功能，了解机体感觉和运动器官对外界环境变化的反应能力及人脑感 知觉的综合能力等。动态平衡测试的测试内容主要有感觉整合测试、运动控制测 试、应变能力测试和稳定性测试等。动态姿势图检查按干扰形式分成两类：一类 是记录活动平板微小移动或旋转时的反应；另一类是记录多种有用或无用的感觉 信息联合刺激时的姿势图。目前，动态姿势平衡检查多采用n a s h n e r l 9 8 6 年研制 成功的电子计算机化动态姿势平衡仪。 国际上最新型的平衡功能测试系统是将电脑平衡测试仅安装在一个“移动的 房间”内，该房间长、宽、高均为2 1 4 m ，房间安装在轮子上，以便沿着轨道酊后 移动，房阃的三西墙和顶棚是胶合板，其上覆有视觉图案纸，另一面是开着的作 为出入通道。房间的移动是利用计算机控制大功率电机来带动，使得房问可以精 确地匀速或加速运动。房间内还装有可活动的视景屏，本测试系统其优点是将静 态、动态平衡的评定合二为一，并且可以分析人体在自主活动时对外来干扰力的 反应汹1 。 1 1 3 足位对平衡能力结果的影响 足位影响人的平衡能力结果，足位是指站立的位置，比如双足跟并拢、双足 尖并拢、双足尖分开成一定角、双足尖分开成任意角度、双足平行分开一定距离 等。以下是一些足位与平衡能力的相关文献研究。 刘景嘲1 等研究足位对静态姿势描记( s t a t i cp o s t u r o g r a p h y ，s p 6 ，s p g 包括 6 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 重心动摇轨迹长( l n g ) 、外周面积( e n v ) 、单位面积轨迹长( l n g e n v ) 等3 项参 数，反映本体感觉对平衡的控制能力) 的影响。对3 0 例健康受试者进行s p g ，分 别采用双足跟并拢时、双足尖并拢、双足尖分开成3 0 。、双足尖分开成任意角度， 以及双足平行分开6 c m 、m c m 等5 种足位迸行测试。结果：足位能影响s p g 测值，5 种足位测试数值有差异，以双足跟尖并拢时最不稳定，双足平行分开1 0 c m 站立时 最稳定。并且发现采用自认为较舒适稳定的姿势，测得双足角度平均值为3 8 。 s e i j a 等”1 的实验表明，在足跟并拢时，身体动摇的速度差异无显著性意义， 认为在姿势描记中，如果双足跟并拢，受试者可随意选择两足尖之间的角度而不 影响测试结果；若想让患者站立得更稳定，就采用双足分开l o c m 的姿势。 k o l l e g g e r 等( 1 9 8 9 ) 报道双足分开l o c m ，而不是0 、4 、2 0 c m 时，直立最稳。 以上都对测量平衡时站立的角度和距离进行了研究，表明了站立时的角度和 距离与平衡能力的测量有关系。刘景等的研究是基于3 0 例的健康人做的研究，对 双足分开只设定了2 种距离，因此只是定性地分析得出分开站立最稳，由于样本 量偏少，双足分开l o c m 和双足角度平均值3 8 。只能作为参考，但具有很大的借鉴 意义。而s e i j a 等和k o l l e g g e r 等是针对患者所做的研究，但也具有参考价值。 1 2 研究的目的和意义 本文的目的首先在于为保障测量的精度，需要设计一个关于指导站姿的辅助 测量系统，使被测试者以最能表现其平衡能力的站姿进行测量，对站姿定一个标 准。 其次为提高测量的效率，设计的辅助测试系统易于操作、能有效地指导被测 者的站姿，从而能大规模应用在国民体质的普查中。 平衡仪作为运用领域广泛，测量方便、精确的主流平衡测试仪器，该研究具 有一定的实际意义。 1 3 本文结构 本文首先阐述了研究背景，包括课题来源、平衡能力的研究现状，并提出建 立测量平衡的站姿辅助系统。第二章讨论该辅助系统的原理，分别分析站姿与人 7 浙江大学硕上学位论文第1 章绪论 的平衡能力的相关性以及个人基本信息：身高、体重、年龄、性别与平衡的相关 性，并假设个人基本信息与人的站姿具有相关性，通过个人信息推出个人唯一的 最能表现平衡能力的站姿。第三章实验设计，以获得样本的个人基本信息与站姿 的角度和距离。包括对站姿的具体规定、实验流程、实验系统设计等。第四章是 具体的实验过程、实验数据分析，系统实现等。本文最后总结了该系统的应用前 景和有待发展的方面。 1 4 本章小结 本章主要叙述了本课题来源于国家体育总局体育科学研究所，对平衡的定 义、测量平衡能力的重要性、研究现状等内容进行了描述，并提出研究目的和研 究意义，最后提出本文的结构。 8 浙江大学硕士学位论文第2 章站姿辅助系统的瞧理 第2 章站姿辅助系统的原理 不同的站姿与平衡能力的表现有关，越稳定的站姿，平衡能力的测量值越接 近于平衡能力的真值。 本测试系统的原理是把站姿外化为人站立的角度和距离，并寻找与平衡能力 相关的可操作性好、便于应用的因素，通过定量地分析出这些因素与站姿的角度 和距离的相关性，通过输入这些因素，得出大部分人能最佳地表现平衡能力的站 姿，使测试者能在同一起点，更客观地得到平衡能力测量值。原理的实现包括实 验设计、实验台设计、实验实施、数据分析、系统设计实现等。 根据查阅相关参考文献，得出性别、年龄、身高、体重与平衡能力相关，并 且这些数据可操作性强，易于得到。 2 1 站姿与平衡能力表现的相关性 足位影响人的平衡能力结果，刘景等对3 0 例健康受试者进行足位研究，并分 析对静态姿势描记( s t a t i cp o s t u r o g r a p h y ，s p g ) 的影响；s e i j a 等的实验研究 了在足跟并拢时与身体动摇的速度差异的关系：k o l l e g g e r 等分析了双足分开 l o c m ，而不是0 、4 、2 0 c m 时，直立最稳。 以上都对测量平衡时站立的角度和距离进行了研究，都表明了站立时的角度 和距离与平衡能力的表现有关系，采用一定的姿势，就能获得比较好的平衡能力 测量值。 刘景等的研究是基于3 0 例的健康人做的研究，对双足分开只设定了2 种距离， 因此只是定性地分析得出分开站立最稳，由于样本量偏少，双足分开1 0 c m 和双足 角度平均值3 8 。只能作为参考，但具有很大的借鉴意义。而s e i j a 等和k o l l e g g e r 等是针对患者所做的研究，但也具有参考价值。 2 2 年龄、性别、身高和体重与平衡能力的相关性 人体保持直立姿势的稳定依靠视觉、前庭和本体感觉系统的完整。而身体的 9 浙江大学硕士学位论文 第2 章站姿辅助系统的鲰理 生理和形态指标也是不容忽视的影响因素。通过查阅相关文献，在与平衡相关的 因素中，身高，体重、年龄、性别与平衡能力相关性比较好，并且这些关于个人 生理、形态的指标比较容易获得，对本文的研究具有实际意义。所以以下分别分 析年龄、性别、身高和体重与平衡能力的相关性。 2 2 1 年龄对平衡功能的影响 不同的年龄由于生理发生变化，对本体的感应退化，年龄影响平衡能力。 徐本华等人对5 8 8 例正常受试者按性别分组对年龄、身高和体重与平衡姿势 图的参数进行相关分析咖，基本上可以确定正常人群不同年龄平衡动摇的情况。 e k d 等。1 研究表明，平衡能力与年龄之间具有相关性，但并非线性关系，而 可能是更为复杂的曲线关系，随着年龄增长先逐渐完善至3 0 - 4 0 岁，这期问发展 最稳定，然后逐渐变差，动摇径及摆速加大。 2 2 2 性别对平衡功能的影响 男性与女性由于生理的差别和生活习惯的不同，比如吸烟，会有不同的平衡 能力。 k o l l e g g e r 等。1 对3 0 例健康成人( 2 1 6 3 岁) 进行性别、年龄和视觉的姿势摆 动( 轨迹长度、前后摆幅和侧方摆幅) 研究显示，中年组( 3 6 5 0 岁) 和老年组( 5 l 6 5 岁) 男性的姿势摆动在闭眼情况下，平衡姿势图的重心移动轨迹长度和侧方摆 幅较女性大；青年组( 2 1 3 5 岁) 女性m a x 参数值较男性大。 r a p e r 等啪1 对3 0 例年轻人( 男、女各1 5 例) 的静态平衡功能测试中，女性某些 参数较男性明显增加，尤其在闭眼情况下。 徐本华等人对5 8 8 例正常受试者按性别分组进行相关分析，结果显示1 5 1 9 岁的男性和女性平衡能力相当。2 0 3 5 岁女性姒x 参数值较男性大，6 6 7 9 岁女 性p l 和m s 参数值较男性大，说明年轻和老年女性平衡功能较男性差，这可能与 女性在平衡的调节方面对视觉的依赖较男性大以及老年女性易发生骨质疏松等 有关。3 6 5 0 岁和5 1 6 5 岁的男性的平衡功能较女性差。 浙江大学硕士学位论文第2 章站姿辅助系统的原理 2 2 3 身高对平衡功能的影响 身高是影响平衡的另一因素，l e b i e d o w s k a 等对5 7 名7 1 8 岁的儿童进行静态 平衡测试，来研究身高、体重和年龄与平衡参数的关系。 徐本华等人用平衡仪对5 8 8 例正常犬进行静态平衡功能测试，结果显示，女 性组身高与平衡参数值呈正相关，男性组身高与平衡参数值相关性低。 2 2 4 体重对平衡功能的影响 体重和体型都可以作为影响平衡能力的因素。 p e t e r k a 等。”研究结果表明，随着体重的增加，男性组平衡功能下降，可能 是体重增加与潜在的肌肉骨骼系统和心脑血管系统退行性变的可能性增加有关。 王宁华等蚴人运用重心平衡测定仪对3 0 7 位正常人进行的平衡功能定量测评 中，按年龄和体型( 即身高和体重之比，分为三种：矮胖型1 7 5 2 4 0 。中等型 2 4 卜2 9 0 ，瘦高型2 9 1 4 1 2 ) 各分3 组。于并足和分足站立两种情况下，分别在 睁眼、闭眼时测试与身体平衡有关的5 种参数，从而得出正常人平衡功能有关参 数的参考值，并对影响平衡功能相关因素进行了分析。 结果显示体型也是一项影响平衡功能的指标。体型与平衡功能参数成负相 关，即矮胖型的平衡功能较中等型和瘦高型差。其中部分矮胖型( 即身高体重之 比 o 8 - 强相 关；0 8 r o 5 ：中度相关；0 5 r o 3 ：低度相关；0 3 ) 毒，基本上没有相关性。 在此基础上分析变量间的确定性关系( 函数关系) 。 第一组：8 岁- - 1 5 岁 相关性分析 表4 5 身高一距离的相关性分析 距离c m身岛c m 距离e mp e a r s o nc o r r e l a t i o nl，7 7 5 ( # ) s i g ( 2 一t a i l e d ) 0 0 0 n 3 03 0 身高e m p e a r s o nc o r r e l a t i o n7 7 5 ( # ) s i g , ( 2 - t a i l e d ) 0 0 0 n 3 03 0 # c o r r e l a t i o ni ss i g n i f i c a n ta tt h e0 o ll e v e l ( 2 - t a i l e d ) 表4 6 体重一距离的相关性分析 跆随c m体荤k g 跑离e m p e a r s o nc o r r e l a t i o nl6 4 9 ( 十) 5 i g ( 2 - t a i l e d ) 0 0 0 n 3 03 0 体重k g p e a r s o nc o r r e l a t i o n 6 4 9 ( # )l s i g ( 2 - t a i l e d ) 0 0 0 n3 03 0 # c o r r e l a t i o ni ss i g n i f i c a n ta tt h e0 o ll e v e l ( 2 一t a i l e d ) 方差分析 表4 7 身高距离一体重的方筹分析 m e s t d i ) e v i a t i o i l n 爵i 离c m 1 9 5 85 9 6 6 3 0 身岛c m 1 4 3 5 l1 2 0 8 9 3 0 体葶k g3 6 4 0 31 2 8 9 4 63 0 浙江大学硕士学位论文 第4 章人的站姿实验与系统实现 表4 8 身高一距离一体重的相关性分析 印离c m身j 岛c m 体罩k g p e a r s o nc o r r e l a t i o n 距离c m1 0 0 07 7 56 4 9 身高c m7 7 5 1 0 0 08 0 5 体蕈k g6 4 9 8 0 5 1 0 0 0 s i g , ( 卜t a i l e d )距离c m0 0 00 0 0 身高c m 0 0 0 0 0 0 体孽k g0 0 00 0 0 n 距离c h i3 03 03 0 身高c m3 03 03 0 体重k g3 03 03 0 回归分析 l s t d e r r o r o ft h e i m o d e lr rs q u a r e a d j u s t e drs q u a r e e s t i m a t e l 1 7 7 6 ( a )6 0 25 7 33 9 0 0 s u mo f m o d e l s q u a r e s d fm e a ns q u a r ef s i g 1r e g r e s s i o n6 2 1 4 9 123 1 0 7 4 6 2 0 4 3 30 0 0 ( a ) r e s i d u a l 4 1 0 6 1 02 71 5 2 明 t o t a l 1 0 3 2 1 0 22 9 b d e p e n d e