BTS SMART-DX红外线光学 运动捕捉系统

一、生物力学

BTS三维运动捕捉系统在步态分析中的信度

方法：选择 28 例青年志愿者，由评估者 A 和评估者 B 分别运用 BTS 三维运动捕捉系统对志愿者进行步态评估，记录下步速、步长、步宽、步频等时空参数及髋膝踝等在矢状面、水平面、冠状面的运动学参数，同一评估者行组内比较，两评估者进行组间比较，采用 ICC 进行信度分析。

结论：该红外运动捕捉系统除了骨盆活动、踝关节水平面活动信度相对较低，其余时空参数及运动学参数信度较高，可应用于大部分步态异常相关临床研究。

An open-source OpenSim® ankle-foot musculoskeletal model for assessment of strains and forces in dense connective tissues

3~6 岁幼儿单腿站立姿势控制的动作发展特征

方法：选取北京市 2 所幼儿园共 135 名幼儿。采用 BTS 红外动作捕捉系统采集运动学数据，使用 VIXTA 数字录像机同步录像，使用“Anybody 7.0”仿真软件计算下肢肌力，采用方差分析和线性回归方程进行统计学分析。

结论：1）随着动作发展的成熟，幼儿脊柱和骨盆趋于直立，手臂稳定，髋关节外展角度变小，踝关节自然下垂，支撑腿接近完全直立状态。2）幼儿单腿站立动作发展的运动特征受年龄、性别与发展阶段的显著影响，主要体现在下肢髋、膝、踝关节角度的差异上。3）幼儿支撑腿肌力主要受年龄的影响，呈现“高-低-高”的特征，5 岁可能是肌力发展的分化阶段，非支撑腿肌力随发展阶段的成熟，呈线性增大或减小的趋势。

3~6岁幼儿上手投掷动作发展特征研究

方法：采用独立样本T 检验比较男女间差异；单因素 ANOVA 比较不同年龄组差异；双因素方差分析比较不同年龄及阶段差异。

结论：（1）3~6岁幼儿上手投掷动作未随年龄增长呈线性上升，年龄并非唯一基准；（2）3岁组主要分布在前2个阶段，应重点引导其向后引臂和出脚迈步；4岁组主要分布在前3个阶段，应重点引导其出脚迈步及分层转体；5岁组主要分布在2~4阶段，应重点引导其分层转体及全身协调用力；（3）第2阶段是学龄前幼儿投掷动作发展的瓶颈，需引导其突破；（4）3~6岁幼儿上手投掷动作特征为：第1阶段靠手肘、手腕向前制动发力；第2阶段靠上体前倾发力；第3阶段靠身体前倾及侧倾的力；第4阶段依赖身体前倾产生的力；第5阶段全身协调发力；共同特征是手肘关节均未完全伸直。

4-6 岁幼儿多任务行走的步态及下肢生物力学特征

方法：随机选取北京市某幼儿园34名4-6岁幼儿，进行单任务行走(正常行走)、双任务行走(计算+行走)和三任务行走(携带托盘+计算+行走)；使用BTS红外动作捕捉系统采集步态参数，Vixta数字录像机同步录像，通过Anybody仿真建模计算下肢动力学参数，利用重复测量方差分析比较任务差异、性别差异与交互效应。

结论：4-6岁幼儿在行走时的步态会受到多任务的影响，表现为步态受损、任务成本增加；对下肢关节的影响体现在髋关节与距下关节；对下肢肌肉力的影响集中在大腿内收和外展肌群；因此应指导幼儿进行锻炼这两大肌群的趣味游戏，以实现更优化的多任务行走模式，降低跌倒发生率，预防跌倒伤害。

不同体质量幼儿纵跳过程中的生物力学特征

方法：在北京某幼儿园采取随机抽样的方法抽取四五岁幼儿52名，按体质量指数分为正常体质量组20名、超重组16名和肥胖组16名。运用BTS三维红外动作捕捉系统和Kistler三维测力台以及VIXTA录像解析系统同步采集幼儿纵跳过程中的运动学和动力学数据；运用AnyBody 7.1.2仿真建模软件计算下肢肌肉力指标。

结论：超重和肥胖幼儿纵跳高度低于同年龄段正常体质量幼儿，且表现出初期纵跳阶段的运动学特征；在落地缓冲阶段超重和肥胖幼儿在前后方向和左右方向产生的地面反作用力更大；幼儿在完成纵跳动作时主要发力肌肉是比目鱼肌外侧头、腓肠肌外侧头、腓骨短肌、腓骨长肌、股四头肌、臀中肌、臀大肌及大收肌；超重组和肥胖组幼儿股四头肌以及活动髋关节的标准化之后的相关肌肉力相比于同年龄段正常体质量幼儿更低。

老年人步态变异特征的SMART DX三维分析：性别、步速和下肢侧别优势

方法：采用对比实验法测量对比34 名老年人，在常速行走（1.05 m/s）、快走（1.41 m/s）和急行（1.74 m/s）时双侧下肢的步态变化分数、步态剖面图分数和步态偏离指数。

结论：（1）相比女性老年人，男性行走时优势侧步态更容易发生偏差；（2）老年人步速越快时步态在矢状面和水平面的偏差程度越大，步态越不稳定，跌倒风险增加；（3）在进行跌倒干预时应考虑到下肢侧别优势、步速和性别差异。

二、医疗

不同步速条件下超重肥胖老年人步态运动学特征

方法：选取健康老年人 42 名，分为超重( O) 组( 20 名) 和正常体重对照( C) 组( 22 名) 。利用 SMAＲT DX 三维步态分析仪测量并分析在常速行走( 1. 05 m/s) 、快走( 1. 41 m/s) 和急行( 1. 74 m/s) 状态下的步态运动学参数。

结论：步速可显著影响老年人步态的时-空特征和下肢关节角度，尤其对步态空间位置及膝关节三维层面的活动度影响较大。快速行走对离地瞬间下肢关节活动角度的影响大于着地瞬间，超重肥胖老年人在急行时离地瞬间的跌倒风险较高。

Characterizing knee loading asymmetry in individuals following anterior cruciate ligament reconstruction using inertial sensors

  本研究调查了个体（n = 19）在aclr后16.8天（96.7 ）步态中小腿角速度和膝关节伸肌力矩的关系。步态评估同时使用惯性传感器和基于标记的运动系统与力平台。在时空步态参数不存在差异的情况下，腿峰角速度与膝关节伸肌力矩呈强相关（r = 0.75, p < 0.001），而腿峰角速度与膝关节伸肌力矩的四肢比值预测呈强相关（r2 = 0.57, p < 0.001）。这些关系的强度表明，小腿运动学数据提供了关于膝关节负荷的有意义的信息，并提供了一个潜在的替代全运动分析系统，用于识别ACLr后膝关节负荷的改变。

Characteristics of Gait Event and Muscle Activation Parameters of the Lower Limb on the Affected Side in Patients With Hemiplegia After Stroke: A Pilot Study

方法：参加研究前3个月以上和9个月以内诊断为缺血性卒中的门诊患者(N=29；11名男性，18名女性)。采用肌电无线系统以及BTS运动捕捉，测定患侧和未患侧下肢的步态事件参数和时频域肌电（EMG）参数。

三、体育

24 式太极拳典型动作的下肢生物力学特征

方法: 应用 BTS 三维运动捕捉系统、三维测力台和表面肌电测试系统同步采集了两组太极拳典型动作野马分鬃、倒卷肱和云手原始数据。结合 AnyBody 人体建模仿真软件计算三种动作过程中膝关节垂直轴方向受力峰值时刻的下肢运动学、动力学以及下肢肌肉力。

结论与建议:太极拳练习过程中，膝关节在垂直轴方向上受力的峰值时刻，专业太极拳练习者髋关节会表现出较大的髋关节旋转角度，较大的踝关节屈曲角度; 较大的矢状轴方向上受力，较小的额状轴和冠状轴方向上的受力。初学者在太极拳练习过程中应注意躯干的旋转，控制髋关节内收、外展的角度，在练习中应感受髋关节及躯干周围大肌群肌肉用力，进而促进太极拳练习过程中姿势的控制能力。

Development of a new experimental protocol for analysing the Racewalking technique based on kinematic and dynamic parameters

  本文介绍了一种新的竞走运动分析协议。该协议已在实验室条件下对意大利国家竞走队的一名真正运动员进行了测试。实验装置包括一个动作捕捉系统和一个力平台，以记录运动动作的运动学和动力学方面。因此，任何违反规则的行为都可以通过测量膝关节屈伸和与地面接触的损失来检测。生物力学效率可以通过关节角度和步态的时间分量来确定。实验结果表明，该协议可作为辅助运动员和教练员提高竞走技术的有效工具。

基于AnyBody仿真和肌电测试分析不同体质量指数男性青年球类运动中的生物力学特征

方法：将 24 名男大学生按体质量指数分为正常组、超重组、肥胖组，用 BTS 三维红外动作捕捉系统、Kistler 三维测力台、BTS 表面肌电测试系统，同步记录动力学和肌电参数，以单因素方差分析定性比较不同组间肌力和肌电参数差异，用定量差异分析法对比均值差异。

结果与结论：①肌肉力量方面，由坐到站过程中，正常组与肥胖组相比，股直肌、半膜肌、股二头肌长头、腘肌、比目鱼肌、胫骨前肌差异显著(P < 0.05，0.47≤QD<0.80)，股方肌与耻骨肌的两组肌肉力差异极其显著(P < 0.01，QD≥0.80)；超重组与肥胖组肌肉力相比，股方肌具有显著性差异(P < 0.05，0.47≤QD<0.80)，由站到坐过程中，正常组与肥胖组相比，缝匠肌、拇长伸肌、腓肠肌肌肉力差异显著(P < 0.05，0.47≤QD<0.80)；②均方根肌电值方面，坐平凳状态下，由坐到站过程中，正常组与肥胖组相比，股二头肌和腓肠肌差异显著(P < 0.05，0.47≤QD<0.80)，由站到坐过程中，正常组与肥胖组相比，股直肌差异显著(P < 0.05，0.47≤QD<0.80)；坐瑞士球状态下，由坐到站过程中，正常组与肥胖组相比，胫骨前肌、股二头肌差异显著(P < 0.05，0.47≤QD<0.80)；由站到坐过程中，正常组与肥胖组相比，腓肠肌、右竖脊肌肌电值差异显著(P < 0.05，0.47≤QD<0.80)。

基于 AnyBody 仿真及有限元建模下的八段锦运动生物力学研究 *

  八段锦是左右对称性运动，双侧同块肌肉积分肌电值、肌肉力值无显著性差异，有利于锻炼双下肢稳定性及协调性，运动中人体需要通过移动来保持平衡，膝关节在垂直轴方向力最大，伸展力矩值最大；做八段锦运动过程中，髋关节主导发力肌肉为臀中肌，膝关节主导发力肌肉为比目鱼肌、股外侧肌、腓肠肌，踝关节主导发力肌肉为拇长屈肌；表面肌电验证是评价人体肌肉激活程度的主要方式，八段锦运动中胫骨前肌、腓肠肌、股直肌、股二头肌的肌肉活性仿真结果与积分肌电值具有较高的一致性.以 AnyBody 软件分析下肢动作特征和有限元软件建构的胫骨模型，适用于八段锦动作的动态研究，可为计算八段锦运动时动力学变化提供新思路与实践价值参考。