手的抓握運(yùn)動(dòng)在人們?nèi)粘Ｉ钪姓紦?jù)重要作用。近年來(lái)抓握操作的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)控制分析方法不斷進(jìn)步,主要集中于單一因素(大小,形狀,重量等因素)的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)控制,而對(duì)于視覺(jué)和觸覺(jué)的多模式感知運(yùn)動(dòng)控制的研究相對(duì)較少。并且當(dāng)今社會(huì)隨著人口老齡化形式愈發(fā)嚴(yán)重,阿爾茲海默病(AD)的發(fā)病率也逐年上升,AD會(huì)造成不同程度的手功能運(yùn)動(dòng)障礙,在臨床上對(duì)AD早期的診斷多集中于問(wèn)卷調(diào)查,未能很好的預(yù)防該疾病的發(fā)生。因此,本論文的目的是研究視覺(jué)和觸覺(jué)的多模式感知條件下大腦對(duì)手功能的運(yùn)動(dòng)控制、鏡面系統(tǒng)下伸手抓取運(yùn)動(dòng)控制以及AD患者三在維空間中伸手抓握運(yùn)動(dòng)學(xué)研究,發(fā)現(xiàn)了多感知條件下手運(yùn)動(dòng)的控制模式,對(duì)臨床上AD的早期診斷和評(píng)估提供量化的行為學(xué)參數(shù),具有重要意義。本文主要完成以下工作:1.鏡面系統(tǒng)下伸手抓取運(yùn)動(dòng)學(xué)研究。手的運(yùn)動(dòng)控制需要整合環(huán)境因素、任務(wù)要求和人體的感覺(jué)信息。手的運(yùn)動(dòng)速度和協(xié)調(diào)性是衡量在不同的環(huán)境、任務(wù)以及感覺(jué)信息傳入情況下的運(yùn)動(dòng)學(xué)信號(hào)。本研究設(shè)計(jì)了鏡面系統(tǒng)下的伸手抓取運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn),主要包含三種實(shí)驗(yàn)環(huán)境:(1)在無(wú)鏡面條件下抓握真實(shí)物體,(2)在鏡面條件下抓握真實(shí)物體——在物體鏡像處放置真實(shí)物體,(3)在鏡面條件下抓握虛擬物體——在物體鏡像處不放置真實(shí)物體。然后將速度進(jìn)行時(shí)間歸一化,即將一個(gè)抓握周期重采樣為1至100—共100個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。后續(xù)對(duì)比歸一化之后三種實(shí)驗(yàn)條件速度之間的差異性。結(jié)果表明物體的高度,真實(shí)和虛擬以及手的視覺(jué)反饋對(duì)手的運(yùn)動(dòng)速度都產(chǎn)生顯著差異性(P0.05)。同時(shí),在對(duì)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性方面發(fā)現(xiàn)在有視覺(jué)反饋情況下隨著物體的高度的增加,運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性呈現(xiàn)負(fù)相關(guān);在視覺(jué)反饋下,抓握相對(duì)較高的物體時(shí),運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性最差。2.多感知條件下抓握傾倒一杯水的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究。感覺(jué)系統(tǒng)是人們夠物抓握操縱過(guò)程中的一個(gè)必不可少的成分。本研究中通過(guò)改變物體的視覺(jué)信息和觸覺(jué)信息來(lái)探究左右手分別抓握傾倒一杯水時(shí)多感知融合下的運(yùn)動(dòng)控制。首先,視覺(jué)和觸覺(jué)反饋的控制分別通過(guò)量杯的種類和液體的體積(200 ml VS 400 ml)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其次,根據(jù)抓握任務(wù)和時(shí)刻點(diǎn)將整個(gè)過(guò)程劃分為四個(gè)階段:抓握階段、上提階段、倒水階段和回放階段。并計(jì)算了每個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間,以及上升階段、倒水階段和回放階段量杯偏轉(zhuǎn)角度曲線的擬合斜率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在上升階段和倒水階段的持續(xù)時(shí)間隨著液體質(zhì)量的增加呈現(xiàn)正相關(guān)。同時(shí),在抓握操作較重的量杯時(shí)(400 ml),上升階段和倒水階段的斜率值在左右手之間存在顯著差異性(P0.05),呈現(xiàn)左手的斜率值小于右手的趨勢(shì)。物體的視覺(jué)反饋僅僅影響了上升階段左手量杯偏轉(zhuǎn)曲線的斜率值(p0.05)。然而,夠物、回放階段的持續(xù)時(shí)間,以及回放階段的斜率值在各因素之間沒(méi)有顯著差異性。3.基于三維空間伸手抓取運(yùn)動(dòng)特征計(jì)算的AD早期診斷方法研究。AD患者的記憶功能降低以及視空間技能損害,出現(xiàn)手運(yùn)動(dòng)功能缺陷。抓握的準(zhǔn)確性、精準(zhǔn)度和變化性,以及手運(yùn)動(dòng)的平滑性能夠很好的評(píng)估手功能運(yùn)動(dòng)。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了AD三維空間的伸手抓取實(shí)驗(yàn),采集了抓取過(guò)程中手的空間坐標(biāo)。運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)包括:X、Y和Z方向上的位置和準(zhǔn)確性,相對(duì)虛擬標(biāo)記點(diǎn)的精準(zhǔn)度和變化性,以及整個(gè)抓握周期中手的運(yùn)動(dòng)平滑度(spectral arc length,SPARC)。差異性結(jié)果表明:在X和Y方向上的位置對(duì)照組和健康組之間有顯著差異性(P0.05);健康者抓握的精準(zhǔn)度明顯高于患者,主要體現(xiàn)在X方向。同時(shí),患者在抓握過(guò)程中拇指和食指確定的接觸點(diǎn)與虛擬目標(biāo)點(diǎn)的變化性顯著增大。在對(duì)手運(yùn)動(dòng)平滑性分析中發(fā)現(xiàn),患者組與對(duì)照組的差異性主要體現(xiàn)在無(wú)視覺(jué)條件下。這些結(jié)果反映AD降低抓握的準(zhǔn)確性、精準(zhǔn)度,并加大了運(yùn)動(dòng)的變化性,并使得運(yùn)動(dòng)平滑性降低,從而導(dǎo)致了AD患者手功能降低。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：R749.16
【部分圖文】：

Ｖ［ｋ］＝（２．４ｖ［ｏ］??４、選擇截止頻率：??Ｋ?ｃ?＝?ｍ?ｉｎ?｛?Ｋ?，?ｍ?ｉｎ?｛?Ｋ?｜ｖ?［ｒ］?＜?Ｖ?Ｖ?ｒ?＞?Ｋ?｝?｝?（２５）??其中ＫＣ是上限Ｋ廠內(nèi)的離散傅里葉變換的指數(shù)，幅度譜值小于了，??Ｋ廠是截止頻率上界所對(duì)應(yīng)的指標(biāo)。??５、根據(jù)公式２．６和２．７計(jì)算平滑度??Ｋｒ－１?Ｉ?ｊ??ＳＰＡＲＣ?＝?－?Ｖ?／（?）２?＋?（Ａ?Ｖ［ｋ］）２?（２－６）??Ｉｔ，?Ｖ?Ｋｃ?－＞??ＡＶ［ｋ］?＝?Ｖ［ｋ］－?Ｖ［ｋ－?１］，?ｋ?ｅ?｛１，２，．．．．．．Ｋ－?１｝?（２．７）??如圖２．１所示，以無(wú)視覺(jué)條件為例，根據(jù)上述計(jì)算方法計(jì)算了?ＡＤ患者和??健康者在每個(gè)周期的ＳＰＡＲＣ的參數(shù)值。??（ａ）健康受試者?［ＳＰＡＲＣ：－３．６７?－３．１９?－４．４５?－２．９６?－３．７５?］??

（或者是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)自身）中物體的表現(xiàn)形式，從而改善未來(lái)的控制和中操作過(guò)程是抓握目標(biāo)量杯并舉起，將目標(biāo)量杯中的液體倒入制定標(biāo)量杯放回起始位置，根據(jù)上述理論，我們將從抓握開始到目標(biāo)量為四個(gè)子任務(wù)，分別是：抓握階段、上提階段、倒水階段和回放階杯偏轉(zhuǎn)角度的計(jì)算及曲線擬合??研究中，量杯和水平面呈一條直線的狀態(tài)定義為〇°，隨著量杯被舉，彎曲角度逐漸變大。量杯的偏轉(zhuǎn)角度通過(guò)量杯頂面的法向量和桌進(jìn)行計(jì)算。如圖２．２所示，在一個(gè)抓握操作周期內(nèi)的量杯彎曲角度分表示了抓握的完整階段，在此階段①時(shí)刻作為手指運(yùn)動(dòng)的起始時(shí)為量杯被舉起的時(shí)刻，③時(shí)刻作為開始倒水的時(shí)刻，④時(shí)刻作為倒點(diǎn)作為量杯放回桌面時(shí)刻，五個(gè)時(shí)刻的定義在第三章中會(huì)具體介中，②－③之間、③－④之間和④－⑤之間的彎曲曲線用一次函數(shù)進(jìn)行的斜率分別為：ａ、ｐ和丫。時(shí)間和速度參數(shù)定義如表２．１所示。??１４０＇（ｇ）??

?２．２．２階段劃分和持續(xù)時(shí)間定義??本研宄中的抓握階段劃分和持續(xù)時(shí)間定義如圖２．３所示。??…廣—?．ｆ尺骨蘋突標(biāo)記點(diǎn)速度大Ｔ５ｍｍ／ｓ，??Ｍ?働■?＂并持續(xù)２００咖以上??抓握階段???ＬＩ?｜定義Ｍ杯虛擬標(biāo)記點(diǎn)速度大于閾值￣＇??ｐ］?一５ｎｉｍ／ｓ，并保持２００ｉｍ以上??Ｉ．提階段???Ｕ￣￣編乂靜、￣￣丨定義ｊ?Ｙ方向曲線紓數(shù)為零，并１ＬＹ坐’????ＦＩ?％標(biāo)第次大于０．２２〇１１的時(shí)刻點(diǎn)??例水階段???Ｍ?抑上．｜定義從例水幵始后，Ｙ方向?qū)?shù)為零’??Ｍ?１娜娜?Ｉ?ＨＹ坐標(biāo)敁小的時(shí)刻點(diǎn)?????＼?！?ｙ??Ｍ放階段???ｌ?Ａ丨淀義撤杯虛擬標(biāo)記點(diǎn)速度小于閑值??—祕(mì)１＂職冰［－－?５＿／ｓ，并保持２００ｉｍ以上??Ｖ?ｙ??（實(shí)－驗(yàn)結(jié)束）??圖２．３抓握階段劃分和持續(xù)時(shí)間定義圖??表２．１實(shí)驗(yàn)參數(shù)及其定義??實(shí)驗(yàn)參數(shù)?參數(shù)定義??￣ＧＴ?抓握階段運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間??ＬＴ?上提階段運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間??ＰＴ?倒水階段運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間??ＲＴ?回放階段運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間??ａ?上提階段量杯偏轉(zhuǎn)角度曲線擬合斜率??Ｐ?倒水階段量杯偏轉(zhuǎn)角度曲線擬合斜率??ｙ?回放階段量杯偏轉(zhuǎn)角度曲線擬合斜率???２．３運(yùn)動(dòng)調(diào)和性（Ｍｏｖｅｍｅｎｔ?Ｈａｒｍｏｎｉｃｉｔｙ?－?ＭＨ）參數(shù)的計(jì)算??提取抓握中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的來(lái)回運(yùn)動(dòng)，并根據(jù)位置曲線求取對(duì)應(yīng)的速度曲線，繪??制位置速度曲線，如圖２．４所示。下一步，將這類橢圓的周長(zhǎng)與面積之比（實(shí)??際測(cè)量值）與真實(shí)橢圓周長(zhǎng)與面積之比聯(lián)系起來(lái)
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