本期《学术前沿》为您分享2023年4月份国内外期刊刊登的使用Qualisys运动捕捉系统采集实验数据的学术论文。研究方向涉及服装、医学、兽医学、外骨骼等领域。
论文来源于以下期刊：
丝绸
Scientific reports（IF=4.996 ）
Veterinary Surgery（IF=1.618 ）
Sensors（IF=3.847 ）
01 运动速度及文胸支撑强度对乳房运动的影响
作者：郭路清，吴巧英
期刊：丝绸
受试者乳房和躯干的反光标记点位置
摘要:
为探究在运动中不同支撑强度文胸对乳房晃动的影响，本文选择3名75C罩杯女性和3件不同支撑强度文胸，利用QUALISYS 动态捕捉仪采集了受试者在3种运动速度下的乳房位移数据。通过建立躯干坐标系，获得乳房相对躯干的位移，并运用SPSS 进行统计分析。结果表明: 随着运动速度的增加，乳房相对位移极差在X、Y、Z 方向上均随之增大，且当速度从6 km/h 增加到8 km/h 时，乳房在Z方向上的增幅约为X 方向的2倍; 相较于普通文胸，高支撑运动文胸可减少乳房X、Y方向上约30% ～ 50%的晃动，Z方向约20% ～ 40%，总体优于中支撑运动文胸约5% ～15%。对C罩杯女性而言，运动时穿着高支撑运动文胸可有效减小乳房三维晃动幅度，尤其是前后和左右方向的晃动。
关键词：运动速度; 支撑强度; 乳房晃动; 三维动态捕捉; 躯干坐标系; 相对位移极差
DOI: 10.3969 /j.issn.1001-7003.2023.04.011
02 Optimism persists when walking in unpredictable environments
在不可预知的环境中，积极策略持续存在
作者：Mary A. Bucklin, Jasjit Deol, Geoffrey Brown, Eric J. Perreault & Keith E. Gordon
期刊：Scientific reports（IF=4.996 ）
测试过程
摘要：
在行走过程中，人类根据自己对干扰的预测，不断调整自己的控制策略。然而，人们如何在不可预知的环境中创造稳定的行走的适应和使用运动计划还不是很清楚。我们的研究目的是观察受试者在一个新的和不可预测的环境中行走时如何适应运动计划。我们评估了受试者在步行测试中的全身质心（COM）的轨迹：受试者进行离散目标定向步行任务，在此过程中对质心施加一个侧向的力。力的大小与行走速度成正比，并在每次测试中施加的力随机向左边或向右边。我们假设受试者会采用一种控制策略来减少不可预知的力造成的COM横向偏差。实验结果支持了我们的设想，我们发现实验中COM横向偏差减少了28% (向左边施加力)和44%（向右边施加力)。无论施加向左边还是右边，受试者采用了两种不同的单边策略，这两种策略共同产生了对不可预知的力的双边抵抗力。这些策略包括一个提前的姿势调整，以抵抗施加向左边的力，以及更往侧面的第一步，以抵抗施加向右边的力。另外，当实验组中力突然被去掉时，受试者的运动轨迹与参考组的类似。这些发现与阻抗控制策略一致，该策略提供了对不可预测扰动的强大抵抗力。然而，我们也发现受试者根据自己的经验做出了预测适应，这种适应持续了三次测试。由于力的不可预测性，当预测不正确时，这种预测策略有时会导致更大的横向偏差。这些相互竞争的控制策略的存在可能具有长期的好处，因为它允许神经系统识别出在新环境中使用的最佳整体控制策略。
DOI：10.1038/s41598-023-33662-6
03 Measurement properties of 72 movement biomarkers aiming to discriminate non‑specific chronic low back pain patients from an asymptomatic population
区分非特异性慢性腰痛患者和无症状人群的72种运动生物标志物的测量特性
作者：Florent Moissenet, Stéphane Armand & Stéphane Genevay
期刊：Scientific Reports（IF=4.996 ）
实验中，受试者贴的反光标记位置
摘要：
识别相关和有效的生物标志物，以区分非特异性慢性腰痛（NSCLBP）患者和无症状人群的肌肉骨骼因素，有助于对患者进行跟踪和评估治疗方案。在这方面，既往文献中提出了几个与运动障碍有关的参数。然而，它们中的大多数只在一项研究中被评估过，而且只有8%在信度、效度和互用性方面被评估。本研究的目的是巩固目前有关运动生物标志物的知识，以便将NSCLBP患者从无症状人群中区分出来。为此，我们制定了一个实验方案，对30名无症状受试者和30名NSCLBP患者的72种运动生物标志物的信度、效度和互用性进行评估。同时还分析了生物标志物和普通患者报告的结果测量之间的相关性。四个生物标志物在信度（ICC≥0.75）和效度（无症状参与者和NSCLBP患者之间的显著差异，P≤0.01）方面至少达到了良好的水平，因此可以被认为是有价值的生物标志物：最大腰椎矢状角、腰椎矢状角运动范围、平均腰椎矢状角速度和躯干矢状弯曲时最大腰椎上角。这四个生物标志物在无症状的受试者中的数值通常比NSCLBP患者大。总体而言，这些数值与患者报告的结果指标相关性较弱，说明在建立有价值的诊断和治疗过程中，将相关的肌肉骨骼因素纳入其中具有潜在意义。
DOI：10.1038/s41598-023-33504-5
04 Evaluation of the accuracy and intra- and interobserver reliability of three manual laxity tests for canine cranial cruciate ligament rupture—An ex vivo kinetic and kinematic study
犬前十字韧带断裂的三种人工松弛试验的准确性和观察员内部和观察员之间的可靠性评价——离体动力学和运动学研究
作者：Lampart M, Park BH, Husi B, Evans R, Pozzi A
期刊：Veterinary Surgery（IF=1.618 ）
实验方案：A为内侧视角，B为俯视视角。▷是测压元件；*是标本的跟踪坐标系；►是可调节的支撑杆，用于保持标本的位置。
摘要：
目的：探讨在类似急性前十字韧带断裂（CCLR）的实验中，前抽屉试验（CD）、胫骨压缩试验（TCT）和新型胫骨枢轴压缩试验（TPCT）的准确性和观察员间的可靠性，并阐明在试验过程中主观估计胫骨平移（CTT）的能力。
研究方案设计：实验性体外研究。
样本：10具大型犬的尸体后肢。
方法：在采集动力学和三维运动数据同时，三名观察员对每个样本进行完整（INTACT）和横切前十字韧带（CCLD）测试，并使用三因素重复测量方差分析进行比较。在单独的测试中获得的主观评估的CTT（SCTT）通过Pearson相关性与运动学数据进行比较。
结果：在所有测试中，CCLD的CTT明显高于INTACT，导致100%的敏感性和特异性。TPCT诱导了最高的CTT和内旋。观察员内和观察员间一致认为对平移效果好。对于旋转和动力学，一致性的差异更大。SCTT与客观测量值密切相关。
结论：CD、TCT和新TPCT均准确可靠。TPCT期间的高平移和旋转是有希望的，应该鼓励进一步发展该测试。SCTT在我们的实验环境中是可靠的。
临床意义：兽医人工松弛试验在急性CCLR中是准确可靠的。TPCT可能对评估细微和旋转的犬类后膝关节不稳定性具有潜在作用。高可靠性的SCTT意味着可以开发类似于人类医学的后膝关节松弛分级方案。
DOI：10.1111/vsu.13957
05 A Trade-Off between Complexity and Interaction Quality forUpper Limb Exoskeleton Interfaces
上肢外骨骼接口复杂性和交互质量的权衡
作者：Dorian Verdel, Guillaume Sahm, Olivier Bruneau, Bastien Berret，Nicolas Vignais
期刊：Sensors（IF=3.847 ）
试验测试：A受试者穿戴外骨骼的姿势；B任务和目标位置的示意图，参考位置用阴影表示
摘要:
外骨骼是最有前途的设备之一，能协助人类运动和预防工作中的肌肉骨骼疾病。然而，它的潜力在目前是有局限的，部分原因是影响它们设计的内部根本矛盾。事实上，提高交互质量往往需要在人-外骨骼界面设计中加入被动自由度，这增加了外骨骼的惯性和复杂性。因此，它的控制也变得复杂，不必要的交互工作可能变得重要。在本文中，我们研究了前臂的两个被动旋转对矢状面伸手运动的影响，同时保持手臂界面未被改变（即没有被动自由度）。这一设想表明了在相互冲突的设计限制之间的可能的妥协。在交互作用、运动学、肌电信号和受试者的主观反馈等方面的深入研究都证实了这种设计的好处。因此，所提出的折衷方案可能适用于康复训练、工作中的特定任务，以及未来外骨骼对人类运动的研究。
关键词：
human-exoskeleton interactions; self-aligning mechanisms; passive degrees of freedom
人-外骨骼交互；自调整机制；被动自由度
DOI: 10.3390/s23084122
