1绪论
1.1研究背景与意义
随着社会和经济的高速发展，人们越来越关注自身和家人的保健与康复，对保健康复类服务和技术的需求日益增长。目前脑卒中（脑中风）或外伤引起足下垂患者数量十分庞大，这些患者由于行走困难，生活质量因足下垂病症而受到较大的影响。如何使此类足下垂患者通过辅具的帮助完成行走、适应日常生活并逐步得到康复是目前康复领域研宄的焦点之一。由于足下垂患者足部运动不便，在日常生活中极容易发生跌倒，如何及时准确检测患者的跌倒和对跌倒进行有效预警是非常重要的保健措施。此外，随着社会老龄化日趋严重，空巢老人日益増多，老人因跌倒造成伤害和不幸的事件时有发生。
因此，如何对人体跌倒进行准确检测和预警提高保健水平，也是保健领域研究的重点之—。足下垂患者康复过程中需要一定的运动锻炼，同时伴随生活水平的不断提高，人们对无病防病、增强体质的医疗保健意识也越来越强，如何选择合适的运动锻炼的方式既达到康复目的又达到改善自身的生理功能如血液循环系统的功能，也是目前研宄的热点之一。诸如此类的问题，己成为保健和康复工程中亟待解决的问题。
1.1.1足下垂辅助行走与康复技术研究的重要性
足下垂表现为不能背屈足部，患者在行走过程中不能自主抬起脚尖，行走时或是拖拽病足或是将该侧下肢举得较高，落地时总是足尖先触地面的一种症状，医学称之为足下垂（Footdrop) [1-3]。足下垂病症使患者的行走动作变得十分危险，因为地面不平或稍有障碍就会使患者跌倒，造成更为严重的后果。由于不能自主、自由地行走，在很大程度上影响了患者生活质量。同时，对于足下垂患者需要尽早采取适合的方式进行康复训练以利于康复。
引起脑中风的因素有很多，其中动脉粥样硬化已成为困扰人类健康的常见病和多发病，也是脑中风发生的主要原因之一》据全国流行病调查结果显示[1-3]，我国脑中风的患者约650万人、每年新增患者约120万人、直接治疗花费高达约400亿人民币，给家庭和社会造成沉重负担。由此可见，在我国中风发病率较高，患者家庭为此付出的人力、物力等隐性成本更高。由于脑中风具有发病率、致残率、死亡率和复发率高，以及并发症多等特点，而目前对于脑中风尚无完备的干预手段
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2足下垂自适应剌激康复系统研究与实现
2.1概述
足下垂表现为不能背屈足部，行走时或是拖拽病足或是将该侧下肢举得较高，落地时总是足尖先触地面的一种症状，医学称之为足下垂[1)] (Foot drop)。足下垂多由脑中风或外伤引起，其中绝大多数足下垂患者是由脑中风引起的_。足下垂症状给患者的生活带来了极大的不便。由于脑中风引起足下垂患者的数量庞大，需要进行康复治疗的社会需求较大，因而足下垂患者康复的研究工作日渐受到重视[1,3]，本文主要研究脑中风引起的足下垂。FES技术在足下垂康复中以接近正常方式剌激相应的神经、肌肉组织收缩使足部外翻形成抬脚动作，以完成正常的行走；同时，通过ES刺激相应的神经、肌肉组织可以保持神经和肌肉组织的功能，尽快达到康复效果[3]。因而在国际上，有许多科研、技术人员致力于研究基于FES技术的足下垂康复系统，积极研究开发一些基于FES的有效的产品为足下垂患者服务[29，3G_35，49-53]。国内对于足下垂康复的研宄工作开展的较少，研宄水平较国际水平还有相当的差距。
目前，无论国际还是国内对于足下垂康复的研究主要利用各种传感器检测跨骨、腔和足部的状态，将其与足尖抬起时刻建立关联，适时实施刺激以达到辅助行走和康复的目的。上述方法基本局限于仅在行走过程中的使，对于生活中的其它日常动作则需要患者根据具体情况进行手动调节，这给患者的日常生活带来极大的不方便。
针对目前研宄的现状，本文研宄工作的目的是力图使足下垂剌激康复系统可以自动检测和识别患者的状态，在判定患者处于行走、上下楼梯时自动开启剌激；在患者处于其它状态时自动关闭刺激，使足下垂刺激康复系统自动适应患者正常的日常生活。
研究工作按照以下步骤进行：
(1)使用双轴倾角传感器作为检测传感器，设计检测人体腔骨运动姿态和足跟、足尖状态的“数据采集系统。
(2)确定检测人体正常行走、上下楼梯、蹲站和坐站等动作的实验方案，使用“数据采集系统”获取实验动作的详细信息。
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3跌倒检测和预警的研宄与实现................57
3.1 驗 ..................57
3.2跌倒检测与预警系统设计......................58
3.2.1跌倒检测与预警系统组成......................58
3.2.2双轴倾角传感器.....................61
4无氧下肢运动对颈总动脉血液动力学的影响................90
4.2运动干涉实验和数据采集..................91
4.2.1 实验设备和器材......................91
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4无氧下肢运动对颈总动脉血液动力学的影响
4.1概述
足下垂患者通常会选择不同的运动训练方式来提高身体素质，保持肌肉组织的功能以达到康复的目的。随着各种运动器械进入社区和家庭，对于足下垂患者和社区居民如何合理健康地使用运动器械和方法以达到良好的康复和锻炼目的，是值得进行研究的课题之一。
按照运动时肌肉收缩的能量是无氧代谢还是来自有氧代谢，运动生理学将运动方式分为无氧运动和有氧运动两类，。无氧训练属于短距、快速和缺乏耐久性力的训练，又称“力量训练”有氧训练属于长距离耐久性的训练，又称“心肺功能训”，是通过连续不断和反复多次的活动，并在一定时间内，以一定的速度和一定的训练强度，要求完成一定的运动量，使心率逐步提高到规定的最高和最低的安全心跳范围内大量研究证实，人体在氧气充分供应的情况下进行的具有中等（或中上）强度负荷的长时间有筑运动训练能有效降低动脉硬度[14_17]。然而，以增强肌肉和体能为锻炼和康复目的，肌肉在"缺氧/’的状态下进行的具有高强度负荷的瞬间性无氧运动训练对动脉硬度的影响则存在很多相互矛盾的结果报道这些不同的研究结果说明，不同无氧运动方式和强度，可对不同部位的动脉硬度产生“正面"或“负面”两种不同的影响。
颈总动脉作为脑循环系统的主要供血器官之一，汇集了来自上游心脏和下游脑血管床的血液动力学信息，是心脑血管疾病早期诊断的重要检测“窗口”研宄表明，颈总动脉血液动力学与心脑血管疾病的发生和发展密切相关
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5结论与展望
本文就足下垂自适应刺激康复、跌倒检测和预警和无氧下肢运动对颈总动脉血液参数影响等保健和康复的几个主要关键技术进行深入探索和研宄，并取得一些有意义的
研究结果。本文的主要工作及研究成果包括以下几个方面：
(1)针对现存的足下垂刺激康复系统需要人工介入的问题，研宄提出利用双轴倾角传感器检测腔骨运动倾角的方法，利用STFT和小波算法对腔骨行走时的倾角变化与足尖抬起时刻进行分析，寻找到准确的刺激时刻，达到自适应患者行走的要求；通过模式识别方法，在确定患者处于行走、上下楼梯时自动开启刺激达到自适应患者的日常生活的目的；并且在对足下垂患者辅助行走的同时通过FES达到辅助康复治疗的效果。实验表明，本文提出的足下垂自适应剌激康复系统的刺激时刻正确率在正常行走时超过97.5%，在上楼梯时超过95.8%,在下楼梯时接近99%，具有很好的患者状态自适应功
能。
(2)针对足下垂患者易于发生跌倒，而目前对人体跌倒的检测方法不能实现跌倒预警的现状，本文在研究人体解剖结构的基础上提出使用双轴倾角传感器检测人体两个轴面的倾角变化对跌倒进行检测和预瞀的方法并设计实现。利用BP神经网络对倾角信息进行粗分类，区分人体行走、坐和縛等日常动作。对于弯腰等不容易与跌倒区分的动作，本文提出对BP神经网络粗分类的结果利用数学形态学、倾角变化率和跌倒与倾角关系函数组成的跌倒三段法对倾角信息再进行分析确认的方法。
参考文献（略）
