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1、毕业论文开题报告课 题名称人体平衡测量仪的研究与设计院系信息科学与工程学院专业班光电1201班姓名黄斌评 分指导教师李晴武昌首义学院毕业论文开题报告撰写要求1. 开题报告的主要内容1）课题研究的目的和意义；2）主要参考文献综述；3）课题研究的主要内容；4）研究方法；5）实施计划。6）主要参考文献：不少于5篇，其中外文文献不少于1篇。2. 撰写开题报告时，所选课题的课题名称不得多于25个汉 字，课题研究份量要适当，研究内容中必须有自己的见解和观点。3. 开题报告的字数不少于3000字（艺术类专业不少于2000字）， 其中，主要参考文献综述字数不得少于1000字，开题报告的格式按 学 校本科毕业设
2、计/论文撰写规范的要求撰写。4. 指导教师和责任单位必须审查签字。5. 开题报告单独装订，本附件为封面，后续表格请从网上下载并 用A4纸打印后填写。6. 此开题报告适用于全校各专业，部分特殊专业需要变更的，由所在院（系）在此基础上提出调整方案，报学校审批后执行。武昌首义学院本科生毕业论文开题报告学生姓名20121616012专业班级光电1201院（系）信息科学与工程学院指导教师课题名称人体平衡测量仪的研究与设计1.课题研究的目的和意义1.1课题研究的目的建立一套有效的人体平衡监测与伤害信息报告系统非常至要。研究n标的实现拟设 计实现的一个高精度人体平衡测量装置由压力传感器、单片机、信号处理部分
3、等组成。 信号采集侧重考虑了滞后误差、重复性误差、区域误差、力台频率响应、分辨率等主 要技术指标，以保证系统能够获得精确可靠的原始数据。系统的硬件部分包括测试平台和目标板两部分。前者是一块带有三个压力传感器 的铁三角板，后者是包括LM3S9D90单片机、放大电路、通讯模块、存储模块、显示 模块以及电源等几个部分；软件的核心部分是数据分析处理模块，此外还包括通信模 块、人机交互界面、会员管理模块。系统采用三角形测力平台，平面性稳定且结构简单，会由于人体的微小的晃动会使 三个传感器产生大小不等的电压信号，再经过放大滤波处理后传给单片机进行处理。处 理后通过LCD显示人体在单位时间（1分钟）内单位时
4、间间隔（10毫秒）人体重心的变 化情况，并将采集到的数据储存在存储器中，以备后续建立数据库。可以通过有针对性 对所显示的图样和数据进行综合的分析，判定人体的平衡能力和健康状况。1.2课题研究的意义进入21世纪以来，人口结构老龄化问题发展的越来越严重。根据中国社会科学院 财政与贸易经济研究所发布的中国财政政策报告2010/201D指出，到2030年，中 国65岁以上人曰占比重将超过FI本，成为全球人口老龄化程度最高的国家。到2050 年，60岁及以上老人占比重将超过30%,中国社会将进入深度老龄化阶段。根据国外资 料，超过65年龄的老人有1/3以上的概率会发生跌倒。在我国的这个年龄区间的老年 人
5、也很容易发生跌倒事件，而起随着年龄越来越高，其发生率也越高。由于现代社会的生活模式，很多老人在生活中要经历-一定的独居时间，在缺少监 护的环境下，失去平衡后跌倒是对老人健康和生命安全的最严重威胁事件，但老人往 往没 有意识到要通知监护人寻求帮助，或者是在还来不及通知监护人时就已经失去了 这种能力。失去平衡后跌倒造成的很多伤害是由于失去平衡跌倒后没能得到及时的救 助而长时间平躺造成的，这种平躺的事件通常都超过一个小时甚至更多。造成这种情 况的原因很 复杂，比如失去平衡跌倒后昏迷，肌肉拉伤或骨折，体温迅速降低，身体 大量脱水，恐惧带来的心里紧张或者是诱发了本身潜在的疾病等。山此可知，在老年人失去平
6、衡发生跌倒后，最重要的是要及时获得救助，以减低 伤害。人体平衡的控制与保持机制十分复杂，老龄化、中风、肢体残障等因素都会导 致人体运动平衡功能的障碍，故平衡功能的测试与评价在该类相关疾病的诊断与评判 中起着至关重要的作用。2.主要参考文献综述平衡能力是维持身体姿势的能力，国外相关研究开展十分广泛。评定平衡常用方 包 括临床评定和实验室测试，临床评定以观察和量表为主，实验室测试则是利用平衡 测试 仪器进行评定。多数平衡仪器通过记录人体压力中心(COP)分析、评价人体静态 与动态平衡能力。就其信度与效度而言，部分学者对COP法提出了质疑。研制人体 重心(CoG)法的人体平衡仪器是未来揭开人体平衡机
7、制的发展方向。日常生活中行走、站立以及各种动作都依赖有效的平衡作保障EP. , de, 2002 o 人体平衡是一个复杂的过程，它需要感觉信息与适当的身体反应共同完成。为了维持人 体站立姿势的平衡与稳定，中央神经系统就必需时时根据视觉系统、本体感觉系统和前 庭系统提供的感觉信息对相应的关节与骨肉进行不断的调整。既然人体平衡调节是由多 个感觉系统共同完成，那么不同条件下中央神经系统调节人体平衡的机制就会有所不 同。因此，研究人体平衡机制将会有助于理解人体姿势控制系统(Sakind, , 2008)。2. 1人体平衡能力测试仪器人体平衡测试仪由受力平台(force plate)即压力传感器、显示器
8、、电子计算机及 专用软件构成。受力平台可以记录到身体摇摆情况，并将记录到的信号转化成数据输 入 计算机。平衡测试仪的出现是人类研究自身平衡功能的一个里程碑。般通用的仪器为三维测力平台，Balance Master和Equi. test。这三种仪器 都 可以测量地面反作用力。通过地面反作用力，可能计算出压力中心(CoP)位移，重 心的摇摆程度(Corn),平衡分数(Es),姿势稳定性指数和其它相关的参数。通过 Equi test (2001)和Balance IVlasler (2001)的动态实验,提供关于视觉,本体感觉和 前庭系统综合测量的平衡分数，可以全面反映这些系统相互协调以保持身体站立
9、姿势 的情况(Cha. dhry al. , 2004)。平衡实验要求测试者进行六种条件测试：睁眼，环境和平台固定；闭眼，环境和平 台 固定；睁眼，环境移动；睁眼，平台移动；闭眼，平台移动；睁眼，环境和平台移动。 2.1.1测试平台与压力板测力平台与压力板可以测量出人体地面作用力，进而来计算人体的CoP变化，来评价人 体静态站立时的平衡状态。这类测试仪的生产单位比较多，如美国的Beret公司生 产的 Bertecs Balnnce Check 系统；美国 NEUR0C0M 研发的 Basic Balance Master 系统； 德国 生产的Bismarck SuperBalance系统；英国
10、生产的Mcdica Balance Trainer系统；日本 ANNA的重心动摇平衡检查系统；以色列的Tetrax平衡及稳定性测试系统；瑞士 Kistler公司生产的测力平台中Type 9281c, 9286A 9285都具有测试人体静态平衡的 功能。优点是造价低廉，易操作，缺点是只能完成条件1与条件2的静态测量。2.1.2 Ba lance Master这种设备是由可移动的测力平台与可视的环境组成，另外还配备了防止受试者滑倒 的安全带。它能够完成条件1, 2, 4,5的静态和动态平衡测量。动态平衡测试仪器相 对静态的静态与动态平衡测量。动态平衡测试仪器相对静态平衡测量仪器来说，生产 厂家 较
11、少，大多集中在美国各大公司。AMTT公司与NeuroCom共同研发的动态平衡 测试系统；美国身体康复管理服务公司开发的安全平衡一动态平衡测试系统；美国生 产的Biodex平衡系统动态平衡系统；优点是可以完成静态平衡与动态平衡，缺点是周围的环境还不能移动，这对人体动 态平衡测试来说是不完全的。2. 1.3 Equ i test这种装置是由可移动的测力平台，可移动的可视环境和防止滑倒的安全带组成。可 以同时测量人体COP的位置与COM的摆动。6种条件下的测试都可以完成。美国 NeuroCorn Inc 产的 Smart EquiTest,美国 MicmMedical Tech.生产的 Balanc
12、eQuest, 法国 Synapsys 产的 SYNAPSYS platform。这三种平衡仪中只有美国NeuroCm Inc生产的Smart EquiTest为真正的动态平衡仪， 其它产品基本是鉴于动态平衡仪的临床价值模仿或派生出的产品。虽然BalaneeQuest 和SYNAPSYS platform具有Smart EquiTest动态平衡功能，但出于知识产权问题做了 一些变动，但还缺乏长时间的实际临床应用考验。另外，美国Smart EquiTest是真正 以至心移动为参量计算和分析人体静、动态下的姿态平衡，而BalaneeQuest和SYNAPSYS platform都不是用重心移动为计
13、算参量，而是用压力中心变化为计算参量，这决定了这 两种平台具有先天不足的，会严重影响测量准确性的缺陷。这类仪器达到了目前所有平衡测试的要求，缺点是造价过于昂贵，非专业人员不 易操作。2.2对人体平衡能力测试方法的质疑人体平衡可分为动态平衡与静态平衡(Lexandta, 2000)。静态平衡即人体或人体 某一部位处于某种特定姿势，例如坐或站等姿势时保持稳定状态的能力。另一类是动 态平衡，包括2个方面：1)自动态平衡，即人体在进行各种自主运动，例如由坐到站 或由站到坐等各利，姿势间的转换运动时能重新 获得稳定状态的能力；2)他动态平衡， 即人体对外界干扰，例如推、拉等产生反应、恢复稳定状态的能力。
14、平衡的这种分 类 包括了人体在各种运动中保持、获得或恢复稳定状态的能力，具有一定的科学性 和完整性。一些学 (Teasdale, 2001； Woollacott, 2002)经常采用人体 安静站立时身体 姿势变化模式来评价与研究个体平衡系统。然而，人体的静态平衡能力与动态平衡 能力是没有相关性的(Owings, 2000； Mackey, 2005)。从机械力学的观点来看，当人体姿势受到干扰时有三种机制可以完成身体的自我调 节(Hof, 2007): 1)扩大与质心Cobt相关的身体支撑面的面积；2)围绕人体Col-1 反向旋转人体关节；3)借助人体外部的力(推或拉等动作)。当人体受到外界干
15、扰时，中枢神经系统会通过一系列的身体动作来维持身体的动态平衡。但是当人体安静站立时，CoM位于人体支撑面内，因此，人体姿势的自我调节 并不需要以上三种机制，而动态平衡却需要O因此，可以得出结论：通过测量人体站立姿势静态平衡所获得的信息不能用来作 为 人体维持动态平衡的机制研究(An, mpatzis, 2008) o2.3问题与发展趋势FI前，国际上主要是通过记录CoP来分析和评价人体静态站立平衡能力。这种作法是 建立在简单的将人体姿势的摇摆一个静态过程的假设基础之上。另外，很多学者只局 限于 研究CoP轨迹的标准统计上面。然而，CoP轨迹不能代表所有评价方式。大量研究 表明 多数生理系统如身体姿势摇摆是一个混乱的过程，基本没有规律可寻（Doyle, 2004； Buzzi, 2003； Hamdol-ff, 2001） o这种以CoP为基础的测量方法（如包络面积,平均 CoP速率等）已经测量出了年龄，感觉条件，病理学等与跌倒的风险有着密切的关系，但是这 种测量方法忽略CoP运动过程中的动态特性，它并不能代表姿势控制的细微变化。这种把 CoP简单的认为是“身体姿势的摆动”，甚至等同于CoG是不合理的（Winter
