人体运动生物力学测量、分析和模拟

Sport bio-mechanics explores the mechanism behind sport health, sport techniques and rehabilitation. Its development heavily depends on the measurement, analysis and simulation, which is the area where are full of challanges. The proposed research shall focus on the topics of high accuracy motion capture and kinematics analysis, EMG array acquisition and decomposition, neuromuskuloskeletal movement system simulation, in order to scale the neuromuskuloskeletal system down to the muskulotendon units, to extend the kinetics research to motion control and muscle synergies, and to provide methods and means for quantitative analysis and simulation. The resultant methods and means shall be applied and tested in rehabilitation of stroke patients, and training of athletes.

运动生物力学是关系人们运动健康、运动技术和运动康复的重要学科。因其发展制约于测量、分析和模拟技术，在探讨人类运动功能、运动技术和运动康复深层次机理的工作上至今仍差强人意。本项目将从微型传感器高精度运动捕获、表面肌电的阵列获取和解析、神经-肌肉-骨骼运动系统模型和模拟方面入手，寻求运动生物力学测量、分析和模拟理论和方法上的突破，使运动生物力学的研究深度深入到肌肉肌腱单元，研究范围扩展到运动控制和肌肉协同，研究手段从定性和宏观进步到定量数字模拟。并将研究成果应用于中风病人的运动康复和运动员运动技术分析之中，以求对运动缺失和运动效率的机理探讨和数字化描述，达到数字康复和数字体育的水平。

运动生物力学是关系人们运动健康、运动技术和运动康复的重要学科。目前相关研究仅局限于体育和康复界。由于缺乏在测量、分析和模拟技术上的跨学科研究突破，使得在探讨人类运动技术和运动康复深层次机理的工作上至今仍差强人意，我国数千万运动功能缺失者的康复仍然沿用国外手工量表。.本项目从微型传感器高精度运动捕获、表面肌电阵列获取、肌肉骨骼运动系统模型和模拟入手，寻求运动生物力学测量、分析和模拟理论和方法上的突破，使运动生物力学的研究深度深入到肌肉肌腱单元，研究范围扩展到运动控制和肌肉协同，研究手段从定性进步到定量数字模拟。以求对运动缺失和运动效率的机理探讨和数字化描述，达到精准康复和数字体育的目标。.本项目取得的主要成果包括：.1．对人体肌肉骨骼的运动生物力学模型的理论和实验模拟方法进行了深入的研究。在国际上首次建立了一个完善的上肢肌肉骨骼模型，使用同步获取的运动和肌电数据，完成模型的正向和反向最优化模拟，从而获得个性化的模型参数，为运动技术和运动康复的定量和机制研究提供关键技术和关键数据。.2．肌肉冗余度很高，肌肉间的协调和控制成为运动生物力学必须解开的谜团。我们在国际上首次提出并验证了肌肉协同学说：..*人的动作由基本的简单动作组成，复杂动作的肌肉协同也由多个相应简单动作的基本肌肉协同模式所组成；..*简单动作由一组稳定的基本肌肉协同模式所驱动，动作的幅度和角度变化仅改变激励大小，不改变肌肉协同模式。.这一学说对于研究人体运动、设计假肢和机器人控制，具有重要意义。.3、研制了一套128通道的高密度阵列式表面肌电信号采集系统。以腓肠肌、肱二头肌、指伸总肌等骨骼肌为研究对象，实现了肌肉肌腱单元的准确定位和激活水平分析。.4、与康复专家一起，提出了替代现有运动功能评估的国际通用量表的“运动功能数字度量”，同时测量与之对应的肌肉激励序列，为准确定量评测运动功能缺失、定位相应的神经肌肉问题提供手段。并融康复评估与训练为一体，研发了定量化、可视化、游戏化的智能运动康复设备。正在推动制定相应的康复标准。