步態(tài)分析主要是指從運動學和力學的層面對足踝步態(tài)進行理論研究和模擬仿真,從而為研究人體運動提供一定的理論指導和學理支撐。針對足踝在運動過程中各組織受力及力傳遞復雜的問題,本文以足踝為研究對象,建立足部骨骼模型,通過步態(tài)運動介紹、逆向工程技術、Opensim仿真以及有限元仿真對足部運動及其力學功能進行了理論分析與仿真研究,并根據探究結果針對跟骨及骨折模式的治療做進一步分析。本文的主要研究內容及結果如下:（1）足踝步態(tài)介紹及運動學分析。通過對足踝骨肌系統(tǒng)的簡介,步態(tài)分析流程和周期的研究以及踝關節(jié)活動方式的研究,建立系統(tǒng)坐標,并以此為基礎結合步態(tài)理論研究進行運動學分析。（2）足踝骨肌模型的逆向重建。以計算機斷層成像理論為依據,進行研究對象的數據采集和處理,生成足部醫(yī)學圖像,并根據逆向工程技術,通過MIMICS軟件對足踝模型進行逆向建立,同時根據表面處理技術,利用Geomagic Warp軟件對腿足模型做精細化處理。（3）足踝行走、跑步和跌落的步態(tài)研究。利用人體運動仿真軟件Opensim對人體正常行走、跑步和高處跌落等步態(tài)展開研究,生成步態(tài)變化的一系列曲線,根據研究結果結合骨肌建模仿真基本原理,... 

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學遼寧省

【文章頁數】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

足踝部組織構造Fig.1.1AnkleandTissueStructure

括內部結構，但是很難保證切片同等厚度且工作量較大，可能會使數據結果產生誤差甚至錯誤。③幾何建模法。這種方法針對形狀比較規(guī)則，可以進行參數化建模的物體能夠達到非常好的效果，但是在足踝骨骼研究方面由于骨骼形狀復雜，無法準確的捉捕其參數特征。④圖像處理。這種方法是通過CT掃描得到模型的二維數據圖像，但需要人工識別和操作，操作量較大且難免會產生定位方面的錯誤。⑤CT逆向重建。這種方法是通過CT掃描后得到模型數據，它既保證了模型結構的準確性又方便快捷，非常適用于人體骨骼這種形狀結構不規(guī)則的模型。如圖1.2所示是通過逆向重建得到的股骨模型。圖1.2逆向重建的股骨模型Fig.1.2Femoralmodelofreversereconstruction（2）足踝生物力學仿真分析目前數字化醫(yī)療中足踝生物力學仿真分析的主要方法是通過健康的組織來模擬衰老，病變或者發(fā)生突變斷裂情況。通過有限元方法來仿真一些實際的運動狀態(tài)，研究運動機理，或者是來模擬一些病變狀態(tài)，來研究病變形成機理，通過分析和比較內外部因素對足踝產生的作用，研究足踝各組織產生變化時的應力、應變和位移變化，包括各關節(jié)面的接觸變化、各組織見應力傳遞、外界產生的接觸反應等，通過這些變化量來研究和探討足踝在臨床上的出現的各類難題。如圖1.3所示是考慮穿高跟鞋后不同的步態(tài)周期對足踝關節(jié)和韌帶產生的影響[11]：

第1章緒論3（a）后跟著地期（b）站立中期（c）蹬地階段圖1.3穿高跟鞋下的步態(tài)模擬Fig.1.3Gaitsimulationinhighheels（3）跟骨骨折研究目前研究過程中，對于跟骨骨折機制的研究主要有兩種方法[12]：即實驗分析法與理論分析法。實驗分析包括尸體實驗與動物實驗，其中尸體實驗仍被認為是生物力學研究的金標準，但是也存在很多缺陷如：實驗的標本、手段、資本、時間、效率等條件比較苛刻，而且無法反映不同受力情況下足踝內部各部位的應力傳遞機制，并且不能模擬受傷的動態(tài)過程；動物實驗標本獲取相對容易，但是實驗結論無法推論到人。而理論分析可克服上述缺點，通過圖像建立人體模型，進行相應的分析仿真。尤其是近年來隨著科技的提高，越來越多的人通過有限元法對足踝進行研究，并取得了一定的進展，但許多研究仍然存在結構等方面的缺陷。而對于跟骨的三維模型建立及生物力學分析的實驗研究在文獻中報道也不多，其骨折機制以及分型多種多樣，因此至今未形成一致的意見。1.2.2研究意義人體足踝步態(tài)的研究，屬于交叉學科領域，涉及了運動學、力學、機械學、人體生理學、數學、醫(yī)學等眾多學科領域，其相關研究在康復工程、助力行走、足部醫(yī)療、體育訓練等領域均具有重要的科學意義與應用價值。（1）康復工程利用很多技術和方法分析人體足踝結構特征和運動機理，研制出促進人體恢復的器械或輔助人體康復的相關產品。如圖1.4所示為典型的一種踝足矯形器（AFO）——一種戴在小腿和腳上的支撐器，用于支撐踝關節(jié)，將腳和踝關節(jié)保持在正確的位置，并糾正腳的跌落。圖1.5是設計的足底測力鞋墊，在研究和臨床設置中通常使用鞋內壓力測量裝置來量化足底壓力。

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3487343