人体背部负重行走足底压力分布研究

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负重行走是我们日常生活中非常普通的一类活动,比如学龄儿童背负书包上学,老年人手提重物行走,以及军旅行军中士兵背负武器装备进行训练等等。这种负重行走的方式,通过从外部施加载荷作用于人体,改变了人体不负重行走时重心的位置,为了对抗这种外加阻力的作用,让身体达到新的平衡及稳定,人的步态也必然会随之做出相应的调整。人体如若担负重物过重,或长时间地承担重量,则容易导致一系列的损伤问题。因此,越来越多的专家学者开始致力于研究不同的负重量对人体行进运动所带来的影响,包括负重后身体姿势的变化,步态的调整与能量消耗,背包的舒适性能,鞋类的缓冲能力等方面的问题,以期不断地改进行进姿态,提高人体的负重能力,减少疲劳,降低损伤风险,并且设计和开发相关的防护装备。目前对于人体背部负重行走的运动生物力学研究,国外已经大量开展,但目前在国内几乎仍旧是空白。因此,就人体负重行走的生物力学变化机制进行研究是十分重要的。  本文就人体在不同负重情况下行走时足底压力分布进行了一系列的实验研究。所采用的负重方式为双肩背包负重,这种负重方式是日常生活中比较常见的情况。针对这种负重方式,我们又确定了不同的负重量,即每位测试者分别背负相当于自身体重不同百分比的重量(初步确定负重量为测试者体重的5%,10%,15%和20%)以自己所惯常的速度走过测力台,与此同时,我们利用三维测力台系统对其进行步态力学数据采样,为了消除测试者个体之间的差异,由测力台所得到的地面反力数据首先需进行归一化处理:力学数据除以该测试者的体重,时间参数除以该测试者的左(右)脚单支撑相。左(右)脚单支撑相指从左(右)脚的脚跟接触测力平台开始直至左(右)脚的脚尖蹬离测力平台离开的这段时间。然后由归一化处理后的数据作出特征双峰曲线,再从曲线上提取出7个步态特征量,采用统计学的方法对这7个步态特征量进行分析,从而得出测试者在不同负重情况下的足底压力特征分布,并通过对比分析,进而得出最合适的负重值。  本文通过对不同负重情况下的人体足底压力分布进行对比分析,找出较合理的负重值范围,并针对人体行走过程中的左右脚对称性,男女性别差异性等方面进行了深入的分析,在此基础上得出了一些有意义的结论。这对于那些需要长时间负重行走的人,比如背负书包的学龄儿童,背负重物的登山训练者以及从事劳动搬运,军旅行军等行业的人来说,提供了一些较为合理的参考建议,使之尽量避免因过度负重而产生的一系列的损伤问题。此外,这些结论还为下肢残障人功能康复辅具的设计提供了一定的参考作用。
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