跑步机在步态分析中的作用

开篇之前先了解一个概念“步态分析”(也叫步态研究,Gait Analysis,The Gait Study):
步态分析是一种对动物肢体运动的系统研究,或者更准确点来说,一般是指对人类步行运动的研究。研究分析利用到了观察者的眼睛和大脑,并使用仪器辅助测量身体的运动,身体的机械结构,以及肌肉的活跃度等。


步态分析被用于对个体走路能力的评估,计划,治疗。也常被用于运动生物力学来帮助运动员更高效地跑步、以及确认伤员是姿态相关还是动作相关的相关医学问题等。
步态研究是近年来的研究热点。当前的步态研究实验室主要是通过成列的静态动作捕捉相机记录被检者的步态情况,这就存在很多问题,例如,实验室步行距离有限,使得相机只能记录有限的连续步行周期;虽然佩戴移动感应器如压力传感鞋垫可以记录足够的步行周期,但是却不能提供步行时的空间信息,如关节角度变化。

虽然将跑步机纳入步态研究实验室可以解决上述问题,但是由于跑步机使用的是固定的步行速度同时也缺乏视觉流动,导致被检者不能准确反映其地面步行时的真实步态情况。有研究表明在跑台上安装带有反馈控制的履带即可实现跑步机的自选步行速度(SP)。

本研究以自选步行速度的地面步行为参照,比较给予视觉流动和不给于视觉流动对跑步机上自选步行速度的影响效果,来自以色列巴伊兰大学Gonda脑研究中心的Meir Plotnik博士及其研究团队进行了相关研究,并发表于 J Neuroeng Rehabil 2015年2月的电子期刊上。
所有的年轻的健康志愿者首先自选舒适速度进行96米长的地面步行。之后他们被分成两组,一组在没有视觉流动的情况下,令其在跑步机上时使用自选速度步行,另一组则在虚拟现实的环境中给予逼真的视觉流动,令其在跑步机上时使用自选速度步行。比较步行速度时,主要比较四段10米距离内的步行情况(7.5~17.5,30.5~40.5,55.5~65.5和78.5~88.5m)。
地面步行时平均步行速度与最终跑步机上自选步行速度基本相等,均为1.50m/s。没有视觉流动时,在第一和第二个10米步行距离内,跑步机上自选步行速度小于地面步行速度。第三个和第四个10米步行距离内跑步机上自选步行速度与地面步行速度相当。

当在虚拟现实的环境中给予逼真的视觉流动时,跑步机上自选步行速度在第一个10米步行距离内就与地面步行速度相当。曲线拟合分析评估显示与没有视觉流动相比,在虚拟现实的环境中给予逼真的视觉流动时,跑步机上自选步行速度可以在更短的距离内达到稳定状态。
而且与没有视觉流动相比,在虚拟现实的环境中给予逼真的视觉流动时,被检者所达到的稳定状态速度也更快。
因此,本研究认为在跑步机上进行自选速度步行是一种记录典型自选步速步态的可靠方法,它可以为达到稳定步行状态提供足够的步行距离。而且,在虚拟现实情况下提供视觉流动,可在较短的时间内达到稳定状态的步行速度,同时该速度会更快。
另外,研究者也建议其他的步态研究团队能共同致力于建立一个研究跑步机上自选步行速度的标准,如通过使用统一研究方案或收集规范的数据。