基于非负矩阵因子化的步行和跑步脚功能单元的机械特性分析
Xiaotian Bai1,2,3, Hongfeng Huo2,3, Jingmin Liu1
1Department of Physical Education, Tsinghua University, Beijing, China.
Frontiers in bioengineering and biotechnology
|August 7, 2023
概括
非负矩阵因子化 (NNMF) 成功地确定了两个关键的脚功能单元 - - 缓冲和推离 - - 在走路和跑步期间. 与走路相比,跑步涉及更早的推开和增加的内脚力.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 运动科学 运动科学 运动科学
- 应用数学 应用数学 应用数学
背景情况:
- 了解移动过程中的脚力学对于预防伤害和提高性能至关重要.
- 非负矩阵因子化 (NNMF) 提供了一种新的方法来剖析复杂的生物力学数据.
- 之前的分析还没有完全阐明在步态变化过程中脚的不同功能单位.
研究的目的:
- 应用非负矩阵因子化 (NNMF) 来分析步行和跑步期间脚功能单元的机械特性.
- 识别和区分脚部区域在缓冲和推开阶段的作用.
- 使用NNMF比较行走和跑步步态循环之间的生物力学差异.
主要方法:
- 十八名健康的受试者 (9名男性,9名女性) 参加了这项研究.
- 平面压力测量系统在走路和跑步时记录了地面反应力.
- 非负矩阵因子化 (NNMF) 将脚力数据分解为功能单位.
- 统计参数映射和t测试比较了步态特异的矩阵差异.
主要成果:
- NNMF有效地模拟了两个功能单元 (VAF > 0.90) 的步态.
- 这两种步态都有一个"缓冲"单元 (脚跟主导) 和一个"推开"单元 (前脚主导).
- 与步行相比,跑步显示出早期支阶段的力量增加 (四足三脚) 和较早的,中侧偏向的推开.
结论:
- 步行和跑步可以通过两个不同的NNMF衍生的脚功能单元来表征:缓冲和推开.
- 前脚在缓冲和推开方面都发挥着重要作用,这表明复杂的横向弧形机制.
- 跑步表现出较早的推开,转向中部脚部和部参与,表明不同的推进策略.
