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[科普中国]-瞬态姿势稳定性

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瞬态姿势稳定性(Transient postural stability, TPS)的概念是最近被牛文鑫等人提出,并首先应用于单足倾斜平面站立时的稳定性研究的过程中,提出了一套可靠性较好的评价体系。

在传统的站立静态姿势稳定性评价过程中,通常用测力台来测量人体压力中心的轨迹。但是,这种方法至少需要90 s以上时间的采样才能保证良好的可重复性。这么长的测量时间对于侧向站立于较大角度的斜面上是不可能的,在实际中也没有必要。因为在特殊情况下,往往仅需要一个较短的时间来维持这种姿势平衡状态,来判断所处环境及做出调整姿势的决策,并通过中枢神经系统做出正确的反应。这种短时间内难度较大的姿势稳定性即被定义为瞬态姿势稳定性,以区别静态和动态姿势稳定性。

短时间内姿势稳定性的评价不能使用传统的压力中心测量方法,因为这种方法仅测量地面反力集中力作用点的位置,所能提供的信息在较长的时间段内才有分析意义。需要注意的是,在压力中心的测量过程中,丢失了大量的足底压力分布信息,可以通过足底压力分布测量来弥补在短时间内压力中心变化信息不足的缺点。以此来评价站立瞬态姿势稳定性,在本质上是使用空间信息代替时间信息。

图7所示为订做的钢制框架木结构翻板,该翻板由左侧固定部分和右侧翻转部分构成,右侧翻板可以水平放置,也可以令翻转部分下倾,根据下方垫板高度使之与水平面呈一定角度。翻转部分框架为三角钢结构,中间水平部分为木板,并下凹一定尺寸,使恰好能够容纳Footscan足底压力分析系统测量平板(40 cm × 60 cm)。Footscan平板嵌入翻板后被螺栓和夹持铁片固定,为防止震动对平板造成损害,在平板与铁片之间放置海绵垫缓冲。

如图7所示,实验时,受试者单足站立于平板之上,足长轴方向与平板长轴方向相同,另一侧下肢髋关节和膝关节屈曲90°,双臂自然下垂。Footscan平板采集频率为500 Hz。对于受试者来说,站立在倾斜平面上相当困难,站立姿势不稳,站立初期和最后数秒钟的数据并不可靠,所以将采集时间设置为2 s,在站立在平板上大约3 s,受试者表示平稳后开始测量。受试者保持平衡站立采集时间为2 s。

图****1 瞬态姿势稳定性测试方案

对测试结果足底压力进行分析,如图8所示,将足底在前后方向上划分为前足、中足和后足,在内外方向上划分为内侧和外侧,计算各区域的压力。将前足和后足的受力比值定义为前后受力比(A/P Force Ratio)来衡量足底压力前后方向上分布情况,前后受力比越大,则足底压力中心越靠前,瞬态姿势稳定性越好,反之亦然。相应地,将内侧足和外侧足的受力比值定义为内外受力比(M/L Force Ratio)来衡量足底压力内外方向上的分布情况,内外受力比越大,则足底压力中心越靠近内侧,瞬态姿势稳定性越好,反之亦然。

图****2 **足底压力分布分析中的足底分区(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, **后足内侧;HL:**Heel lateral, **后足外侧;FF:**Forefoot, **前足;RF:**Rearfoot, 后足;Medial:内侧;lateral:外侧)

通过与其他参数体系的比较,研究认为,足底压力的内外受力比和前后受力比作为评价瞬态姿势稳定性的参数,比传统评价静态姿势稳定性的参数更为稳定,具有良好的可靠性,并且区分了稳定性的不同方向。

扩展阅读胡耿丹, 王乐军, 牛文鑫. 运动生物力学. 同济大学出版社. 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.

本词条内容贡献者为:

牛文鑫 - 助理教授 - 同济大学医学院