步态建模与分析
三维步态分析
三维步态分析引言三维步态分析是一种重要的研究领域，用于评估人类步行和跑步的运动特征。
它可以提供关于运动技术和生物力学参数的详细信息，有助于了解和改善人类运动表现、预防运动损伤以及设计合适的康复措施。
本文将介绍三维步态分析的原理、方法和应用。
原理三维步态分析基于运动捕捉技术，结合力学模型和数学算法，可以精确地测量和分析运动。
常用的运动捕捉系统包括摄像机、传感器和惯性测量单元（IMU），它们可以记录身体的运动轨迹和力量。
然后，通过计算机算法对数据进行处理和分析，得出步态参数和相关指标。
三维步态分析主要包括以下几个方面的内容： 1. 空间参数：包括步幅、步长、步宽等，用于描述运动轨迹。
2. 时间参数：包括步频、步态周期等，用于描述运动的节奏和速度。
3. 关节参数：通过测量关节角度和力量，评估运动的协调性和稳定性。
4. 力学参数：包括力量、能量、冲量等，用于研究运动的机械特征。
方法三维步态分析通常需要使用专业的设备和软件来实施。
以下是常见的步骤和方法：1.数据采集：首先需要选择合适的运动捕捉系统进行数据采集。
根据研究目的和实际情况，可以选择不同的设备和传感器。
然后，在实验室或合适的环境中，对被测试者进行步行或跑步等运动，同时记录相关数据。
2.数据处理：采集到的数据包括时间序列的位置、力量等信息，需要经过数据处理和滤波，去除噪声和异常值。
然后，根据需要，对数据进行插值、平滑和分段等处理。
3.参数计算：根据采集到的数据，利用计算机算法进行参数计算。
常见的计算方法包括关节角度计算、力量计算、轨迹重建等。
这些计算可以使用专业的运动分析软件或自行编写的程序进行实现。
4.数据分析：根据计算得到的步态参数，进行数据分析和统计。
可以使用图表、统计学方法等手段，对不同个体、不同条件下的步态数据进行比较和分析。
应用三维步态分析在许多领域都有广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：1.运动训练与评估：三维步态分析可以帮助运动员和教练员评估和改善运动技术。
步态分析方法
步态分析方法步态分析是生物力学领域里的一个特殊分支学科，是一个新兴的跨学科的研究领域，是一门综合多种学科的当代生物医学的一项高新技术。
步态分析实际上就是利用生物力学，运动学，人体生理学，人体解剖学，生物工程学，计算机学，电子学，精密机械工程学，自动化控制学及数字图像处理技术等多种跨学科知识，对人体行走的功能状态进行对比分析的一种生物力学的方法。
一、步态分析方法步态分析的方法包括录像分析、三维步态分析、力台分析。
录像分析中又包括定性分析和半定量分析，而三维步态分析和和力台分析为定量分析，需要使用高科技专用设备。
下面我们先介绍步态的定性分析。
二、定性分析（一）概述定性分析通常采用目测观察获得第一手资料，通过与正常步态进行比较，并结合以往的临床经验来认识异常步态的特征，对步态进行定性分析是目前临床中最常用的手段。
了解病史和体检有助于诊断和鉴别诊断。
1. 了解病史通过了解病情，可以获知有关疼痛、肌无力、关节不稳等方面的主诉，了解既往有关神经系统疾患或骨关节疾患病史等2. 体检体检包括与行走动作有关的身体各部位（特别是下肢）的肌力、关节活动度、肌张力、本体感觉以及周围神经检查。
体检有助于对步态障碍的发生原因进行鉴别诊断3. 观察步态（1 ）观察内容：步态的总体情况识别步行周期的时相与分期特点观察身体各部位的情况（2 ）观察方法确定观察角度观察具体步态的形成步态目测观察表的内容（二）定性分析的优缺点优点：不需要昂贵的设计，评价快速方便。
缺点：结果具有一定的主观性，与观察者的观察技术水平和临床经验有着直接关系。
检查者难以准确的在短时间内完成多部位、多环节的分析，由于属定性分析，不能够进行量化，所以不利于进行学术交流。
（三）注意事项观察场地内光线要充足，检查时被检查者应尽量少穿衣服，以便于观察患者的真实表现。
依次观察某一个关节在站立相和迈步相各个环节中的表现，并按照踝、膝、髋、骨盆和躯干等顺序逐一进行观察，为了减少病人的观察时间，我们应采用录像分析法，这样可以反复播放病人的行走情况，便于细致观察。
临床步态分析
临床步态分析临床步态分析是指通过观察、分析和评估患者的步态，揭示患者的运动障碍、神经肌肉功能异常和骨关节病变等临床问题，为制定有效的康复方案和治疗计划提供依据。
步态分析常常与临床病史、体格检查和影像学检查等综合使用，以全面了解患者的病情，评估患者的康复进展以及判断治疗效果。
临床步态分析的步骤主要分为观察、记录、解剖分析和诊断评估四个方面。
观察步态是步态分析的第一步，包括站立、行走和跑步等动作。
观察站立时，可以评估患者的身体对称性、肢体姿势、重心平衡和肌肉张力等指标。
例如，站立时偏斜的头部可能是由颈椎病变引起的，下肢无力可能与脊髓病变有关。
观察行走时，可以评估患者的步幅、步频、步态节律以及双下肢的协调等指标。
例如，短步态和小步幅可能是肌无力患者的共同特点，脚拖地可能是神经病变引起的步态异常表现。
记录步态是步态分析的第二步，主要通过摄像、运动捕捉系统和测量工具等方式进行记录。
一般情况下，可以使用2D或3D摄像仪拍摄患者的正面、侧面和背面等不同角度的步态图像。
运动捕捉系统可以测量患者的步态角度、力量和速度等指标。
测量工具主要有步态仪、脚踝支持器和歩数计等，可以评估步态的稳定性、对称性和协调性等指标。
通过记录步态，可以客观地分析患者的步态异常，为进一步的解剖分析和治疗计划的制定提供依据。
解剖分析是步态分析的第三步，主要通过临床解剖学的知识和相关生物力学原理，分析患者的步态异常所涉及的骨骼、肌肉、神经和关节结构等。
解剖分析中常用的指标包括支撑期、摆动期、步长、步频和步态周期等。
例如，摆动期缩短和跨越期延长可能是因为肌肉功能不良或神经损伤导致的。
关节活动度和肌力评估是解剖分析的重要参数之一，可以评估关节的活动度、受损的肌肉和神经功能，并帮助判断步态异常的原因。
诊断评估是步态分析的最后一步，主要根据观察、记录和解剖分析的结果，评估患者的步态异常类型、程度和影响等。
常见的步态异常类型有瘫痪性、痉挛性、跛行性和病态性步态等。
步态建模与分析
步态建模与分析1 步态分析的基本理论与方法1.1步态研究的意义行走是我们每个人日常生活的重要组成部分，所以对步态的各方面进行研究显得至关重要。
国外很早就在步态方面进行了大量的研究，起源于17世纪欧洲，延续至今已有近四百年的历程。
国内则从1982年开始戴尅戎等人逐渐接触和研究，在近几年日趋成熟，从内容、方法、结论等多方面都有较大进展。
除医学研究外，许多工程领域都与步态研究密切相关：1．临床诊断。
临床医学上对于病症，特别是运动功能障碍病症的正确诊断及治疗手段都是基于对人体正常与非正常运动充分了解的基础上的，因此关于人体运动参数的检测与分析方法的研究是该领域的必须环节。
2．康复工程。
肢体残疾是所有残疾中发生率最高的一种，肢体残疾直接导致的是患者的运动功能障碍。
肢体残疾者使用的假肢和矫形器是康复工程领域中两项很具代表性的主要技术，也是将人体运动机理分析的成果进行应用研究的典型范例。
3．人机工程学。
人机工程学研究的是人与机械、人与环境以及机械与环境之间的相互作用。
作为人机系统中的两大组成部分之一，人体的各种功能（包括运动功能）和限度是人机工程学的重要研究对象，也是人机工程学研究的基础之一。
4．体育科学。
体育科学包括运动医学、运动生理学等与体育运动相关的学科，它们均是以体育运动作为研究对象，通过对人体运动的研究来提高体育运动的水平，减少和避免运动中的意外伤害，治疗运动损伤等。
在对很多体育运动（如体操、跳水等）的研究中，运动的协调和身体的平衡是重要的关注方向。
5．仿生机构与仿生制造。
自然界的生物经过了漫长的进化，构造了相当完美的生命系统，模仿生命系统来改进现有设计、制造方法和制造系统具有重要的实际意义，生物学与机械工程结合产生了生物机械工程学(biomechanical engineering)；医学与工程科学结合形成了生物医学工程学(biomedical engineering)[1]。
1.2 人体步态周期每个人独特的步行方式代表了他如何解决以最小的力量，足够的稳定性和优美的姿势从一个地方移至另一个地方的问题。
步态分析与训练课件
运动控制
研究如何通过肌肉收缩和 协调来控制身体的运动。
神经生理学基础
感觉输入
通过感觉神经元将来自皮肤、肌 肉和关节的信息传递到大脑。
大脑处理
大脑对信息进行处理，并产生相 应的运动指令。
运动输出
通过运动神经元将指令传递到肌 肉，引起肌肉收缩，产生运动。
CHAPTER 02
步态分析的理论基础
人体解剖学基础
01
02
03
骨骼系统
骨骼为身体提供支撑，承 载肌肉附着点，并参与运 动。
肌肉系统
肌肉收缩产生运动，调节 身体姿势和平衡。
关节系统
关节提供灵活性和稳定性 ，使身体能够进行各种运 动。
生物力学基础
静力平衡
研究身体各部分在静止状 态下的受力关系。
动力学
步态分析与训练课件
目录
• 步态分析简介 • 步态分析的理论基础 • 步态分析的应用 • 步态分析与评估 • 步态训练的方法 • 步态训练的实践案例 • 总结与展望
CHAPTER 01
步态分析简介
步态分析的定义
步态分析是一种对人体行走过程中姿态、速度、步长、肌肉活动等特征进行详细 观察和测量的方法。它可以帮助医生和运动科学家评估个体的步态和运动能力， 从而制定出个性化的训练计划和康复方案。
观察与测量
在平坦、安全、无障碍的场地 进行观察和测量。
分析
对观察和测量的结果进行分析 ，评估步态的各个方面。
建议与训练
根据评估结果，提出个性化的 建议和训练方案。
步态评估的结果分析
步态对称性
评估个体的步态是否对称，左 右脚的动作是否协调。
步态周期性
临床步态分析
临床步态分析步态是指人体行走时身体各部位的运动模式和节奏。
通过对患者步态的观察和分析，可以揭示出很多的临床信息，对疾病的诊断和治疗具有重要意义。
本文将从步态分析的方法和步态异常的临床应用等方面进行探讨。
一、步态分析的方法步态分析的方法主要有以下几种：1. 观察法：通过肉眼观察患者的步行动作、步态特点以及上肢、下肢的协调情况等，进行初步的步态评估。
观察时需要注意患者的站立姿势、步行过程中的姿态和动作是否对称、节奏是否正常等。
2.电子步态分析系统：利用高精度传感器、摄像机等设备，对患者的步态进行全面的客观测量和分析。
这种方法可以获取更为准确和详细的步态参数，如步幅、步频、着地方式、支撑时间和摆动时间等。
3. 电子地板压力分布系统：通过在地板上布置感应器，可以实时记录患者不同部位的压力分布情况，从而分析步态的负重移动、动态平衡以及异常压力点等信息。
4. 高速摄像仪：通过高速摄像仪捕捉患者的步态图像，然后进行帧间分析和图像处理，可实现对步态的准确量化和评估。
二、步态异常的临床应用步态异常是指患者步行过程中出现的不正常的步态特征或节奏。
下面列举了几种常见的步态异常及其临床应用：1. 门卧不稳：患者在行走过程中摇晃不稳、容易失去平衡，并且常出现外展腿、膝关节屈曲、抬高踩过地面等现象。
这种异常可提示中枢神经系统病变，如小脑功能障碍等。
2. 阵挛步态：患者在行走时出现肢体强直、震颤和不协调等症状，步态显得僵硬、不灵活。
这种异常常见于帕金森病等神经系统疾病。
3. 踝跳步态：患者在行走时下肢出现异常抬高踩过地面的现象，通常伴有扭转或弯曲的踝关节动作。
这种异常常见于下肢肌肉或神经的功能障碍。
4. 顾盼步态：患者在行走时头部始终固定朝向，用眼睛顾盼四周寻找平衡，步态显得僵硬、迟缓。
这种异常常见于前庭功能障碍。
三、步态分析在疾病诊断和治疗中的意义步态分析在临床上被广泛应用于疾病的诊断和治疗过程中，其意义主要体现在以下几个方面：1. 早期诊断：一些疾病在早期可能没有明显的症状，但通过步态分析可以发现潜在的异常，从而帮助医生及时进行诊断和治疗。
动作分析与步态分析
动作分析与步态分析动作分析的研究对象可以是各种各样的动作，包括运动员的运动技术、工人的劳动动作、老年人的日常动作等。
通过使用各种技术手段，如高速摄影、电磁感应等，可以记录和分析每个关节的角度变化、肌肉的收缩和伸展、力的应用等信息。
通过对这些信息进行分析，可以解析出动作的基本组成部分、特点和规律，从而优化和改进动作技术。
动作分析的应用非常广泛。
在体育领域，动作分析可用于帮助运动员改善运动技术，提高训练效果；在生产领域，动作分析可用于评估工人的劳动动作，设计和改进工作环境，提高生产效率和安全性；在医学领域，动作分析可用于研究和评估患者的运动功能，诊断和治疗运动相关的疾病等。
步态分析是一种特殊的动作分析方法，研究人体行走的动作特征和机制。
人体的步态是由一系列动作组成的，包括睡相（即获得和维持平衡的动作）、摆腿相（即离地和进展的动作）和支撑相（即着地和支撑的动作）。
通过对这些动作进行详细的分析，可以了解步态的特点、变化和参数，如步长、步频、步态对称性等，以及与步态有关的各个关节和肌肉的动作。
步态分析的技术非常多样，包括地面反作用力测量、电磁感应、压力敏感垫等。
这些技术能够提供关于步态的各种参数，如步态周期、步态曲线、步态能量等信息。
通过对这些信息进行分析，可以判断步态是否正常，发现步态异常的原因和程度，预测和评估患者的康复进展，设计和改进助行器和义肢等。
步态分析在康复医学、运动医学、老年护理等领域有很广泛的应用。
在康复医学中，步态分析可用于评估患者的运动功能和康复进展，制定个体化的治疗方案；在运动医学中，步态分析可用于帮助运动员改善步态技术，预防和诊断运动相关的损伤；在老年护理中，步态分析可用于评估老年人的行动能力和跌倒风险，提供相应的康复措施和建议。
总之，动作分析和步态分析是运动科学领域重要的研究方法和实践工具。
通过对人体动作和步态的详细分析，可以深入了解运动的机制，优化和改进运动技术，评估和促进康复进展，提高生产效率和安全性，提供老年护理和运动医学等领域的相应服务。
步态分析报告
步态分析报告1. 引言步态分析是指对人体行走时的动作、姿势和力量进行定量评估和分析的过程。
通过步态分析，我们可以了解一个人的行走方式，识别潜在的步态异常，并为康复和治疗提供可靠的依据。
本文将对步态分析的方法和应用进行介绍，并对其在医疗领域中的重要性进行讨论。
2. 步态分析方法2.1 视觉观察视觉观察是最简单且常用的步态分析方法之一。
通过观察一个人行走的过程中的姿势、步态周期、步伐长度等特征，可以初步判断其步态是否正常。
然而，纯粹依靠视觉观察往往难以准确地评估步态异常，因此需要结合其他分析方法。
2.2 传感器技术近年来，随着传感器技术的发展，越来越多的步态分析方法基于各种传感器进行。
常见的传感器包括加速度计、陀螺仪、压力传感器等。
通过在身体的不同部位安装传感器，可以记录行走过程中的各种动作和力量数据，并通过数据分析来评估步态特征和异常。
2.3 电子地板电子地板是一种特殊的地板，其表面布满了各种传感器。
当人们行走在电子地板上时，传感器可以检测到受力情况，并记录相应的数据。
通过对这些数据的分析，可以对人的步态进行更精确和全面的评估。
3. 步态分析应用3.1 医疗领域步态分析在医疗领域中具有重要的应用价值。
通过对步态特征和异常的分析，可以帮助医生判断患者是否存在步态障碍，并找到病因。
在康复治疗中，步态分析可以帮助医生评估患者的康复进展，制定个体化的康复计划。
此外，步态分析还可以用于评估特定药物或治疗方法对步态的影响。
3.2 运动领域步态分析在运动领域中也有广泛的应用。
对运动员的步态进行分析可以帮助教练发现运动技术上的问题，并制定相应的训练计划。
此外，步态分析还可以用于运动员的伤后康复监测，帮助运动员尽快恢复到正常水平。
3.3 职业安全步态分析可以用于职业安全领域，帮助评估和预防工人可能面临的步态相关问题。
某些职业可能需要长时间站立或走动，如果姿势或步态不正确，可能会增加工伤风险。
通过对工人的步态进行分析，可以发现潜在的问题，并采取相应的措施来减少工伤风险。
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步态建模与分析1 步态分析的基本理论与方法1.1步态研究的意义行走是我们每个人日常生活的重要组成部分，所以对步态的各方面进行研究显得至关重要。
国外很早就在步态方面进行了大量的研究，起源于17世纪欧洲，延续至今已有近四百年的历程。
国内则从1982年开始戴尅戎等人逐渐接触和研究，在近几年日趋成熟，从内容、方法、结论等多方面都有较大进展。
除医学研究外，许多工程领域都与步态研究密切相关：1．临床诊断。
临床医学上对于病症，特别是运动功能障碍病症的正确诊断及治疗手段都是基于对人体正常与非正常运动充分了解的基础上的，因此关于人体运动参数的检测与分析方法的研究是该领域的必须环节。
2．康复工程。
肢体残疾是所有残疾中发生率最高的一种，肢体残疾直接导致的是患者的运动功能障碍。
肢体残疾者使用的假肢和矫形器是康复工程领域中两项很具代表性的主要技术，也是将人体运动机理分析的成果进行应用研究的典型范例。
3．人机工程学。
人机工程学研究的是人与机械、人与环境以及机械与环境之间的相互作用。
作为人机系统中的两大组成部分之一，人体的各种功能（包括运动功能）和限度是人机工程学的重要研究对象，也是人机工程学研究的基础之一。
4．体育科学。
体育科学包括运动医学、运动生理学等与体育运动相关的学科，它们均是以体育运动作为研究对象，通过对人体运动的研究来提高体育运动的水平，减少和避免运动中的意外伤害，治疗运动损伤等。
在对很多体育运动（如体操、跳水等）的研究中，运动的协调和身体的平衡是重要的关注方向。
5．仿生机构与仿生制造。
自然界的生物经过了漫长的进化，构造了相当完美的生命系统，模仿生命系统来改进现有设计、制造方法和制造系统具有重要的实际意义，生物学与机械工程结合产生了生物机械工程学(biomechanical engineering)；医学与工程科学结合形成了生物医学工程学(biomedical engineering)[1]。
1.2 人体步态周期每个人独特的步行方式代表了他如何解决以最小的力量，足够的稳定性和优美的姿势从一个地方移至另一个地方的问题。
研究表明[2]：对于人体步态影响较大的有六项决定性因素分别是骨盆转动，骨盆倾斜，在足跟着地后屈膝，足和踝的运动，膝关节运动和骨盆的运动。
不过只有人体在平面上以正常速度行走时才能被应用。
他们在步态周期中的肌肉活动起着动力、震荡吸收和稳定性的作用。
步行，类似于其他身体动作，有五种功能需要，每种需要有一种专门的解剖结构系统所提供。
功能需要与解剖结构系统对应表需要对应的解剖结构系统运动来源关节杠杆需要和意识运动的控制能量供应动力单元（肌肉）骨和关节神经系统运动中枢系统循环系统需要对应的解剖结构系统而对于步态的周期划分，在 1 个动作周期中，根据腿部动作的特征，可以分为支撑阶段和摆动阶段。
步行的周期国内的戴尅戎[3]根据8个转变点将步态周期分为7个期，即(以右下肢为例)跟着地期、站立中期（此期全足接触地面，身体在右下肢的支撑下不断向前移动）、推离期（右足跟离地至右膝关节开始增加屈曲度）、加速期、摆动前期、摆动中期、摆动后期。
赵吉凤、刘永斌[4]则采用RLA步态周期划分法（美加利福尼亚州Rancho Los Amigos步态分析研究室提出的最新步态分期，图1.2），即将步态分为承重期、支持中期、支持末期、预摆动期、摆动初期、摆动中期、摆动末期七个阶段。
RLA步态周期赵芳[5]等在周期的划分上，强调了足跟着地和足跟离地时相中老年人的步态的特点和区别，将其划分为:单支撑相、双支撑相、摆动相。
指出，老年组单双支撑时相约占周期的67%，中年组约占63%，在双支撑时相，老年组的双支撑时相约占周期的35%，中年组约占26%，二者存在极显著差异。
陆爱云等[6]在步态周期的划分上，也是分为站立相、摆动相、双肢负重相。
铃木键二[7]指出人类步行从一侧足到该侧再次着地为止所用的时间为一步行周期。
在一个步行周期中要经过足底着地负重的站立相和足底离地移动的迈步相。
1.3步态的研究指标1.3.1步态的时空参数步态时空参数包括：步行的时间参数、步行的空间参数和步行的时-空参数。
步态周期的划分及各时相所占比例是时间参数的指标。
正常步态具有稳定性、周期性和节律性、方向性、协调性以及个体差异性，然而，当人们存在疾病时，以上的步态特征将有明显的变化。
步长、步宽、步速、步频（图3.6）作为空间参数的指标被大量选用。
为了消除身高对速度和步长的影响，赵芳、陆爱云等采用速度/身高，步长/身高两个参数更准确地反映其变化。
步的周期跨距时-空参数主要是髋关节、膝关节、踝关节的角度-时间关系（图3.7）。
戴尅戎[3]还分析了髋、膝、踝关节在平地常速行走时的角度-角度关系。
髋、膝、踝关节在冠状面、矢状面和水平面角度与时间的关系[30]1.3.2步态的动力学特征正常步行时身体的质心沿一复杂的螺旋形曲线向前运动。
在矢状面内表现为周期性上下移动，运动轨迹为正弦波，垂直方向上的高度变化幅值约为5 cm。
在水平面内表现为左右往复运动，轨迹同样形成正弦波[31]。
足-地接触力通常可按垂直、前后和左右方向做三维记录。
行走时足一地接触力在垂直方向上的分力最大，在每个步态周期转折点出现极值，足跟着地时有一极大值，随足部逐渐放平，受力面积逐渐增大，受力减小，足部完全放平时受力达最小，至足跟离地，足趾登地时出现另一极大值，即在整个步态周期中，垂直方向受力曲线具有典型的对称双峰性质。
正常人足一地接触力在水平、前后方向受力较小.且基本对称。
Winter在前人成果的基础上，经过多年潜心研究基本建立了人体行走（走路）的生物力学模型。
着地脚在垂直方向上，受力的方向不变，力的大小形似一条“双峰曲线”，虽然两峰值的大小随速度的改变而变化，但在正常行走时两力大小基本相同并占人体重量的110%左右。
在前后方向上，受力的方向有所改变，在脚着地的前半段与人体运动方向相反，后半段与人体运动方向相同，前后方向两力最大值的大小基本一致并占体重。
的25%左右。
左右方向上力的方向相同，力的大小约占体重的5%。
(a)F x(t) (b)F y(t)(c)F z(t)步态分析实验中测得的受力曲线[32]同时，经过相应的计算，可以得到关节力、关节力矩、关节功率、关节运动的速度和加速度等一系列的数据。
现有的各种步态分析软件中，这些都是可以直接得到的。
从而，为步态分析过程中的各种判断提供依据。
由测力板进行测试后，可以对足部进行分区，一般分为如下九个区域：第一趾（T1）、第二到五趾（T2-5）、第一跖骨头（M1）、第二跖骨头（M2）、第三跖骨头（M3）、第四跖骨头（M4）、第五跖骨头（M5）、足跟内侧（HM）、足跟外侧（HL）。
通过测力板或者测力鞋垫只能得到地面反作用力，不能像测力台一样得到力的空间矢量。
但是他们可以得到各个不同区域地面反作用力的值。
同时，经过相应的计算还可以得到压强，冲量，接触面积，步态中各分段的时间，以及在一个步态周期中的足底的压力中心轨迹。
(a)足底的压力以及中心轨迹线（b）压力的三维图(c)足底的分区(d)各区域压强随时间的变化曲线步态分析实验中由测力板测得数据]1.3.3步态的肌电信号特征下肢肌较上肢肌粗大，这与维持直立姿势，支持体重和行走相适应。
下肢肌按部位的不同可分为髋肌、大腿肌、小腿肌和足肌四大肌肉群。
每个肌肉群中又存在数额不同的几块肌肉。
在步行过程中，各关节会根据需要做屈伸运动，关节的屈伸是由不同的肌肉在步态的不同阶段收缩和舒张以及韧带共同作用的结果。
其中肌肉的收缩会造成肌电信号的不同。
通过肌电信号的采集测试，我们可以得到一个步态周期中各肌肉的活动情况（如表3.2）。
步态周期中各肌肉的活动注：摘自泽村诚志从解剖结构我们能知道不同肌肉对于各关节的不同屈伸运动所起到的作用，考虑到一般的实验均采用的是对人无害的表面肌电测试，故在步态的肌电测试中主要选择的肌肉如表3.3所示。
步态周期中表面肌电常选肌肉以及所对应的关节运动关节主要运动主要作用浅层肌肉髋关节屈股直肌伸臀大肌、股二头肌膝关节屈半腱肌（较小）、股二头肌伸股四头肌（股直肌）踝关节屈（跖屈）腓肠肌伸（背屈）胫骨前肌2 实验设备设备统计表明，对步态的分析国内外己经进行了多方面的研究，内容虽各有不同，但就对步态的测试方面，使用的仪器和方法几乎一致，即用摄影或摄像记录和计算测量运动学参数，使用测力台记录动力学参数，也有少数使用足底压力分布器测量更精确的足-地压力分布规律，有些也使用肌电仪采集相关肌肉的肌电信号。
然后，进行综合的统计分析等。
2.1三维运动捕捉系统人体运动捕捉和分析的研究始于20世纪80年代初[12]，因其在人体生物力学研究领域重要的学术价值和广阔的应用前景，近年来已成为从事该领域的研究工作人员必须要掌握的一门技术。
人体运动测量技术广泛应用于手术导航[13-14]、康复治疗[15-16]、虚拟现实[17-18]、动画仿真[29]、运动员动作校正等研究领域[20]，并涉及到与生物力学相关的许多基本问题，如运动检测、人体解剖、光学原理和刚体跟踪等，其捕捉数据的精确度直接关系到后续运动学与反向动力学计算结果的准确性。
所以能否采集到高精度的运动数据是该领域研究的前提。
从技术的角度来说，运动捕捉的实质就是要测量、跟踪、记录物体在三维空间中的运动轨迹。
典型的运动捕捉设备一般由以下几个部分组成：传感器、信号捕捉设备、数据传输设备和数据处理设备。
到目前为止，常用的运动捕捉技术从原理上说可分为机械式、声学式、电磁式和光学式。
同时，不依赖于专用传感器，而直接识别人体特征的运动捕捉技术也将很快走向实用。
不同原理的设备各有其优缺点，一般可从以下几个方面进行评价：定位精度；实时性；使用方便程度；可捕捉运动范围大小；成本；抗干扰性；多目标捕捉能力。
Optotrak® Certus™三维运动测量系统Optotrak® Certus™仪器系统Optotrak® Certus™是全球著名的加拿大NDI（Northern Digital Inc.）公司的主打成果产品，该仪器是专门为动态运动捕捉开发研制的，并且可以同步进行肌电信号测量。
Optotrak® Certus™仪器系统主要包括：若干台高精摄像头、S-type系统控制单元（SCU）、可调型摄像头支架、数-模转化仪、Marker点等（图3.1）。
该系统利用三个精确标定好的线阵CCD，组成一个位移传感器。
通过CCD 捕捉到主动发光的Marker点所发出的近红外光，可以实时得到每个Marker点在不同时刻的三维空间坐标（图3.2）。
Optotrak®Certus™三维运动测量工作原理Optotrak®Certus™三维运动测量系统的优点[21]：(1)精度高（0.1mmRMS），分辨率可达0.01mm；(2)数据可实时采集和显示，可同时作动态和静态测量；(3)三维/六维自由度测量；(4)最多可支持512个Marker点；(5)最小Marker点的直径4mm，重量只有2.5g~5.5g；(6)Marker点发光频率是4600Hz，整个系统的最大数据频率是1500Hz。