应用

•生物力学 

•体育科学和研究

• 运动训练

功能和生物力学参数

•在线用户反馈(例如:运用于训练设施)

•数据记录和分析(例如:运用于研究设施)

•患者评估(例如:运用于临床研究设施)

 

生物力学参数

•步长,步宽,步频

•摆动/站姿持续时间

•接触/悬空时间

•步幅不对称性

•力量峰值(踢步,着陆)

•力量矢量定位

•载卸率

•左/右脚垂直力

•更多生物力学参数

 

测量和计算的信号

•3D力量 (Fz, Fy, Fx)

•压力中心(Opx, Opy)

•力矩(Mx, My)

•摩擦力矩(Tz)

•皮带速度

 

关键词:受力板,集成跑台,步态分析,运动分析,运动生物力学,体育科学,运动疗法,步态训练器,主动步态矫正,步态恢复,跑台训练,减重,体重支持(BWS),体重支持跑台训练(BWSTT)。轮椅使用患者,理疗,中枢神经系统(CNS), 中风幸存者,脊髓损伤(SCI),创伤性脑损伤(TBI),神经康复,脑瘫(CP),多发性硬化症( MS),帕金森,偏瘫,增加的肌张力(痉挛状态),病理步态模式,病理步态,生理步态,神经可塑性,步态对称性,生物反馈,robowalk强身器

系统性能特点

•非常广泛的测量范围

•出色的测量精确度

•内置采集系统放大器

•局域网连接

•包括控制&采集软件

•用于集成EMG和运动分析系统的启动和停止触发输入以及数字同步输出

•可通过端口访问原始数据

•成本效益

•同样可以经济地使用单向垂直地面反作用力Fz版本,包括25% 坡度(h/p/cosmos 跑台gaitway III)

高度精确的3向力测量Fz, Fy, Fx以及单带跑台上步态矫正的生物反馈

步态分析可以提供关于某人的运动学和动力学运动模式,摔倒风险和平衡能力的重要信息。世界范围内的各个运动实验室使用2D或3D运动捕捉系统,EMG,压力分布鞋垫或平台以及测力板等工具来鉴定和量化整体运动,特别是在步行或跑步过程中。新型h/p/cosmos® gaitway® 3D是一款功能强大,创新且精确的生物力学系统,不仅适合于分析,还可提供在线生物反馈,应用于临床步态康复矫正和运动员跑步的应用。

测力板

人们可能需要评估作用在每个下肢上的各个外力,例如通过逆动力学方法来估算踝关节,膝关节和髋关节处产生的关节力和力矩。测量力量的最常见方式是使用测力平台或测试跑台。测力平台可以精确地测量六分力和力矩分量,但是由于较低的初始投资,测力平台具有一些缺点。为了获得精确地数据,受试者只能使用单脚作用于平台上,这是至关重要的。如果受试者错误地使用平台,例如只将脚的一部分置于其上或双脚都触碰平台,测量结果将是不准确的。这迫使受试者必须正确地将脚踩在测试平台上。这将导致运动学和动力学参数,特别是步长的变化受到影响(Meurisse等人,2016)。Oggero及其同事 (1998)回顾了他们的实验,发现只有25%的受试者需要三次或更少的实验次数来获得单脚的准确实验数据。因此,为双脚提供足够的数据对研究人员和受试者来说非常具有挑战性,耗时,疲劳和令人沮丧的,大大降低了实验室的效率。此外,测力板的设置使用需要相对更多的空间,以便在踏击平台之前达到并保持一定的速度。尽管如此,测力板必须不偏不倚地安装在地板上,无论是在一个坑内还是被一个平台所包围,这使得改装到现有设施中变得非常困难。

测试跑台

目前市面上有很多不同规格的测试跑台。例如,将压力分布平台集成在跑台皮带下方。借助这种技术(例如:Zebris)可以计算出压力分布,各种步态和跑步参数,COP,足部旋转,内旋,外旋,步态对称以及垂直力。此外,可以嵌入像OPTOGAIT (Microgate)这样的验光系统测量定时和定位参数。然而,应变计或压电式荷重元力量测量被认为是现有技术最高发展水平并且是生物力学实验室的黄金标准。作为地面步态分析的替代方案,力量测量跑台在生物力学实验室中变得越来越普遍,因为它们允许测量重复步伐,需要更少的实验室空间并且便于通过嵌入测力板测量地面反作用力(Sloot 等人,2014)。最初较高的投资将通过更快的数据采集和提高的实验室效率来达到平衡。同样值得注意的是,从老年人至短跑健将的步态范围都可以轻松调节跑台的恒定速度。

特别是在病理步态和运动疗法等临床应用中,跑台是不可或缺的工具。与测力板不同,测试跑台可以在跑台上的安全环境(用于防止跌倒和/或减轻部分体重的安全背带)中记录无限数量的步伐。通过结合生物反馈以及提供额外步态支持的robowalk®强身器系统,现代测试跑台在几乎所有步态应用中都远远优于传统的测力板。

分体式跑带的跑台和前后排布式跑带的跑台

由于在人们行走中出现双接触阶段,一些测力跑台制造商就遵循分别测量左脚和右脚下的力量的想法,制造出的一些跑台具有并排式以及一些具有前后分布式的两条独立且嵌入测力板的跑带。在这两种情况下,跑台的跑带都是分开的,这就需要在跑台上为受试者提供特定的位置,以便清楚地对力量进行测量。 这种强制性位置抑制了受试者在跑台上的自由和自然运动。例如,Altman及其同事(2012年)发现,在并排的分体式跑带上,受试者的步态宽度加宽了3.7厘米。此外,他们还发现这种跑带设计的改变与膝关节峰值以及髋关节内角的减少之间存在相关性,这可能是因为当受试者试图将脚保持在各自皮带相应位置上时受到的足部限制所引起。他们还指出,与其他大多数分带式跑台(例如BERTEC 20 mm)的1-2厘米间隙相比,他们研究中使用的跑台皮带之间的4毫米间隙已经属于非常细窄的类型。如果间隙宽3至4倍,则对步态的基本影响可能更大,这将可能对在医学范畴里重要的运动学层面产生更显着的影响。 此外,Zeni和Higginson(2010)在他们的研究中得出结论,步宽可能是使用分带式跑台时最大的问题。 此外,在分带式跑台上行走时的初始焦虑会导致不自然的步态模式。

单带跑带式跑台

h/p/cosmos® gaitway® 3d不同于其他制造商的产品,由一个没有分裂带的大型单个平台组成。这款跑台具有不同运行甲板尺寸,比如:150/50 (图1), 170/65 以及190/65cm。

由于跑步由单次接触阶段组成(一次仅有一只脚在地面上),跑台也非常适合在较高速度下测量力量。 宽敞的跑带面积为受试者提供能自然跑步的位置。稍微向前或向侧移动不会影响测量精确度。

此外,当在跑台上行走时,受试者无需担心位置的问题。他们不需要将鞋跟放在前方跑带上,也不需要用右脚踩右跑带,反之亦然。在单个平台上行走时,荷重元将测量左右肢体力的总和,但仅在双站立阶段。专用算法可以分解该总和。该程序在几年前发表并在随后的几年中得到改进(Davis & Cavanagh, 1993; Dierick 等人,2004;  Meurisse 等人,  2016;Raison 等人2005)。 此算法现针对健康和临床步态已获得验证,并已经在高评级期刊上发表。

有人可能会说,算法是一种数学模型,所有模型都有其缺点。确实如此,但相对于分体跑带式跑台或常规力板上的不自然行走模式所产生的相对误差几乎可以忽略不计。例如,Meurisse等人(2016)在健康的374步和临床步态的437步验证了该算法。在计算值和实际测量力之间,他们健康步态的相对误差中位数为1.8%,临床步态的相对误差中位数为2.5%。双重接触阶段的计算值和真实地面反作用力与健康和临床步态数据密切相关。其中的一个例子如图3所示。

h/p/cosmos与Arsalis合作开发的gaitway®3d单带跑台的附加价值可以通过将Zebris制造的压力分配平台结合到运行甲板中来增加,如图5所示。压力分布评估不仅可以增加有价值的信息,例如双接触阶段每只脚下的COP,足部旋转角度和滚降分析,还提供了一种原始方法来提高gaitway®分解算法的准确性,并将其应用扩展到水平地面反作用力分力上。

参考

Altman, Reisman, Higginson & Davis, I. S. (2012). Kinematic comparison of split-belt and single-belt treadmill walking and the effects of accommodation. Gait & posture, 35(2), 287-291. 

Bastien, G. J., Gosseye, T. P., & Penta, M. (2019). A robust machine learning enabled decomposition of shear ground reaction forces during the double contact phase of walking. Gait & Posture.

Davis & Cavanagh (1993). Decomposition of superimposed ground reaction forces into left and right force profiles. Journal of biomechanics, 26(4-5), 593-597. 

Dierick, Penta, Renaut & Detrembleur (2004). A force measuring treadmill in clinical gait analysis. Gait & posture, 20(3), 299-303

Meurisse, Dierick, Schepens & Bastien (2016). Determination of the vertical ground reaction forces acting upon individual limbs during healthy and clinical gait. Gait & posture, 43, 245-250. 

Oggero, Pagnacco, Morr, Simon & Berme (1998). Probability of valid gait data acquisition using currently available force plates. Biomedical sciences instrumentation, 34, 392-397.  

Raison, Detrembleur, Fisette, Penta, Samin & Willems (2005). Determination of ground reaction forces and centres of pressure of both feet during normal walking on a single platform. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, 8(S1), 227-228. 

Sloot, Van der Krogt & Harlaar (2014). Self-paced versus fixed speed treadmill walking. Gait & posture, 39(1), 478-484. 

Zeni & Higginson (2010). Gait parameters and stride-to-stride variability during familiarization to walking on a split-belt treadmill. Clinical Biomechanics, 25(4), 383-386.

These application included:

Treadmill
位置 SKU(唯一库存标识) 产品 预览 数量 价格
1 cos30000va02 stratos®

•跑台运行面积:长度为 150 cm (4ft 11.06") ,宽度为50 cm (1ft 7.69")

•速度范围:0至22.0 km/h (0至6.1 m/s) (0至13.6 mph)

•坡度:0%;坡度升级改造需额外付费

•数字接口:1个RS 232 com1端口 ,9600 bps:包括PC-协议,h/p/cosmos coscom® 和 打印机协议串口。

•框架颜色:纯白RAL 9010 (粉末涂层)

•分类:体育和健身设备;不适用于治疗等的医疗领域

•使用类别:S, 根据ISO 20957-1

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组件
位置 SKU(唯一库存标识) 产品 预览 数量 价格
2 cos102999_150-50 跑台升级至 gaitway 3D 150/50
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