基于多尺度运动协同分析的人体前向与后向爬行运动模式相似性研究

摘要

目的：证明人体后向爬行运动和前向爬行运动在关节协同运动模式上存在相似性，进一步为利用后向爬行进行康复训练提供重要证据。方法：基于自制的信号采集系统收集9名志愿者前向爬行与后向爬行过程中双侧腕、肘、肩、膝、髋等9处关节在三维空间X、Y、Z方向上的加速度信号以及手掌与地面接触时的压力信号。然后，依次对加速度信号进行预处理、周期分割、加速度矢量化等处理，并基于压力信号将单个爬行周期划分为支撑期和摆动期。同时，利用主成分分析（PCA）算法分别提取了横断面、矢状面、冠状面等不同尺度下的四肢关节协同运动模式（PCs），并分别对比了前向爬行与后向爬行运动在支撑期、摆动期以及完整周期内不同时间尺度下关节协同模式间的Pearson相关系数。结果：横断面尺度下，前向爬行与后向爬行完整周期内提取到的协同模式PC1和PC2相关系数分别为0.813 5和0837 5、支撑期PC2的相关系数为0.901 8；矢状面尺度下，支撑期PC1的相关系数达到0.948 5。结论：初步证明了后向爬行与前向爬行运动过程中，肢体运动协同模式具有一定的相似性。后续研究将探究后向爬行运动对运动障碍患者功能康复效果的影响。

关键词

人体爬行 / 运动协同 / 主成分分析 / 多尺度