基于步态脚下压力分析的足部软组织刚性的可解释模型的开发

科学领域:

• 生物力学 生物力学
• 生物医学工程 生物医学工程
• 整形外科 整形外科 整形外科

背景情况:

• 脚部软组织特性显著影响脚部在移动过程中的生物力学.
• 了解软组织硬度和足部压力之间的关系对于足部健康和性能至关重要.

研究的目的:

• 探索脚下压力特征与脚软组织硬度之间的关系.
• 利用可解释的神经网络模型来预测软组织硬度.
• 为改善脚部功能和舒适性提供正内设计的信息.

主要方法:

• 招募了30名健康的年轻男性受试者,他们的脚正常.
• 在步行时采集的足部压力数据以首选的速度行走.
• 使用MyotonPRO设备测量了脚软组织的刚性.
• 开发了一种通过粒子群优化和基因算法优化的反向传播神经网络,以从压力数据中预测刚性.

主要成果:

• 神经网络模型在足软组织硬度方面的预测误差很低 (平均相对误差为1.98%的训练和2.55%的测试).
• 导致硬度预测的关键区域包括第三大脚 (13.58%),第四大脚 (14.71%),中脚 (12.43%) 和中脚跟 (12.58%).
• 这些关键区域占度预测总贡献的53.3%.

结论:

• 在中部,中脚部和横部中部区域的脚部压力特征是软组织硬的强有力的指标.
• 未来的研究应该集中在这些地区的测量稳定性.
• 这些发现可以指导整形内设计的改进,以解决脚部软组织疲劳的问题.