第三章步态分析

第三章 热分析

一、教学目的

理解掌握差热分析、热释光谱分析的基本原理，掌握差热曲线的判读及影响因素，掌握热释光谱分析，了解差热分析仪的结构，了解热重分析和示差扫描量热分析。

二、重点、难点

重点：差热分析、热释光谱分析基本原理、差热曲线的判读。

难点：差热曲线的判读。

三、教学手段

多媒体教学

四、学时分配

4学时

第一节 概述：

一、三种基本、常用性能测试手段

X射线物相分析、电子显微分析与热分析（材料分析三大手段）

1.X射线衍射物相分析----物相、结构等

2.电子显微分析 -----形貌、成分微区分析、结构、位错等

3.热分析：专门分析加热或冷却过程发生的变化（物理、化学变化）

①过程分析

②动态

二、热分析及热分析方法

（一）热分析：

把根据物质的温度变所引起的性能变化（热能量，质量，结构，尺寸等）来确定状态变化的分析方法，统称为热分析。

（二）热分析主要方法

1.热重分析法

把试样置于程序可控加热或冷却的环境中，测定试样的质量变化对温度或时间作图的方法。记录称为热重曲线，纵轴表示试样质量的变化。

2.差热分析

把试样和参比物（热中性体）置于相同加热条件，测定两者温度差对温度或时间作图的方法。记录称为差热曲线。

3.示差扫描量热法

把试样和参比物置于相同加热条件，在程序控温下，测定试样与参比物的温度差保持为零时，所需要的能量对温度或时间作图的方法。记录称为示差扫描量热曲线。

4.热机械分析（形变与温度的关系）

5.热膨胀法

在程序控温环境中测定试样尺寸变化对温度或时间作图的一种方法。纵轴表示试样尺寸变化，记录称热膨胀曲线。

第二节 差热分析：（Differential Thermal Analysis）（ＤＴＡ）

是材料科学研究中不可缺少的方法之一。

一、差热分析的基本原理

差热分析原理示意图

如图所示：

1.在样品库中分别装入被测试样和参比物。

2.插入两支相同的热电偶。

步态分析

步态分析

一、概述

行走是人体躯干、骨盆、下肢以及上肢各关节和肌群的一种周期性规律运动，步态是指行走时人体的姿态，是人体结构与功能、运动调节系统、行为以及心理活动在行走时的外在表现。正常的步态有赖于中枢神经系统以及骨骼肌肉系统的正常、协调工作，当中枢神经系统或/和骨骼肌肉系统因疾病或损伤而受到损害时，就有可能出现步态的异常。步态分析是利用力学的概念和人体解剖、生理学知识对人体行走功能状态进行对比分析的一种生物力学研究方法。

（一）步态分析步骤

1、描述研究对象的步态模式和步态参数，并与正常步态进行比较找出其差异；

2、分析出现差异的原因，研究产生异常步态的机制；

3、确定改善步态的治疗方案，包括步态训练的方法、假肢或矫形器的装配、助行器的选择。

（二）步态分析方法

1．运动性步态分析

对步行的运动模式或步行时身体节段间的相关进行描述，此类分析既可定性也可定量，临床上应用简单，易于开展，后面将详细介heel

off，

HO terminal

stance

足尖离地 支撑腿仅剩足尖着地 摆动前期 从对侧下肢开始着地到支撑腿足趾即将离地的阶段 toe off，

TO Pre-swing

摆 动 相

加速期 从支撑腿足尖离开地面摆动到身体下方的一瞬间 摆动初期 由足尖离地以后到摆动腿膝关节屈曲到最大限度为止 acceleration，

ACC initial swing

摆动中期 摆动腿刚好在身体的正下方 摆动中期 由膝关节屈曲到最大限度继续向前摆动到胫骨与地面垂直 mid-swing，

MSW mid-swing

减速期 摆动腿继续向前摆动，减速准备足跟着地的瞬间 摆动末期 由胫骨与地面垂直开始直到再次开始着地之前 deceleration，

DEC

terminal

swing

（三）步态参数

1、步长 从一侧足跟着地处至另一足足跟着地处之间的线性距离，以cm为单位，正常人约为50~80cm。

步态分析完整版

步态分析是研究人类行走过程中身体各部位运动规律和协调性的科学方法。它通过观察和分析人的行走姿态，评估人的运动功能，帮助医生、康复师和运动教练制定个性化的治疗方案和训练计划。本完整版文档将详细介绍步态分析的基本概念、方法、应用以及最新研究成果。

一、基本概念

1. 步态周期：行走过程中，从一侧脚跟触地到下一次该脚跟触地的整个过程，称为一个步态周期。一个完整的步态周期可以分为两个阶段：支撑相和摆动相。

2. 支撑相：指脚与地面接触的时间段，占整个步态周期的60%左右。在这个阶段，身体的重心从一侧脚转移到另一侧脚。

3. 摆动相：指脚离开地面向前摆动的阶段，占整个步态周期的40%左右。在这个阶段，身体的重心向前移动。

4. 步态参数：包括步长、步频、步宽、步速等。这些参数可以反映一个人的行走能力和运动状态。

二、步态分析方法

1. 观察法：通过肉眼观察行走过程中的姿态和动作，评估步态的异常情况。这种方法简单易行，但主观性强，误差较大。

2. 动态足迹分析：通过测量行走过程中脚与地面接触的痕迹，分析步态的稳定性和协调性。这种方法可以提供较为客观的数据，但无法观察整个行走过程。 3. 三维运动捕捉技术：利用多个摄像头捕捉行走过程中身体各部位的运动轨迹，三维模型，进行详细分析。这种方法可以提供最全面、最精确的数据，但成本较高，技术要求较高。

4. 动力分析：通过测量行走过程中地面反作用力和关节力矩，分析步态的动力学特征。这种方法可以深入了解行走过程中的能量消耗和肌肉活动，但需要专业的设备和技术支持。

三、步态分析应用

步态分析在临床医学、康复医学、运动训练等领域具有广泛的应用价值。例如：

1. 诊断神经系统疾病：通过步态分析，可以早期发现帕金森病、脊髓损伤等神经系统疾病，为治疗提供依据。

2. 评估康复效果：在康复训练过程中，通过步态分析，可以实时监测患者的行走能力变化，评估康复效果，调整训练方案。

页码：1 第三章 人体运动学 人体运动学是从几何学的角度来观察人体的运动规律与特征，即通过位置、速度、加速度等物理量描述和研究人体位置随时间变化的规律，而不考虑导致人体或器械位置和运动状态改变的原因 人体运动模型可分为质点模型、刚体模型和多刚体模型三类 质点模型：即把人体看成一个具有一定质量，而忽略其大小形态的几何点。 刚体模型：即把人体看作一个不可变形的直杆刚体结构 多刚体模型：根据人体的自然环节的组合，把人体看作各环节不可变形的多刚体系统 一、人体运动学的基本概念与理论 （一）定标 1.参考系与坐标系 参考系：描述物体运动时选作为参考的物体或物体群 坐标系：在参考系上标定的尺度，可分为一维、二维、三维坐标系 2. 时间参考系：以时间为单位的一维数轴 瞬时(t)：某个特定的时刻，为时间参考系上的一个点 时间间隔(∆t)：两个瞬时之间的一段时间，为时间参考系上的一个区间 （二）点运动的描述——质点运动学 1.矢量法描述点的位置

2.点的运动的直角坐标法

O

r M （1）点的运动方程

（2）点的速度

O r M

M'

r ' ∆r

（3）点的加速度

O M

M

（1）点的运动方程

tzztyytxx



i,j,k分别为沿三个坐标轴单位常矢量 页码：2 3.点做匀变速运动的基本运动方程

4. 点的特殊运动形式 （1）自由落体运动：如悬崖跳水运动 （2）竖直下抛 （3）竖直上抛 （

4）抛射体运动 用一定的初速度使物体与水平方向成一角度斜向上方或下方抛出的运动叫做斜抛物体的运动，又称抛射体运动

（2）点的速度

（3）点的加速度

页码：3 （5）点的圆周运动

（二）体运动的描述——刚体运动学 1.刚体的定义：相互间距离始终保持不变的许多质点组成的连续体（运动过程中，刚体内任意两点距离始终保持不变） 2.刚体的运动（平动、转动、复合运动） 3.基本力学参量 （1）角位移：力学计算中常用弧度（rad）作为角位移单位 1弧度角=长度与半径相等的圆弧所对的圆心角（57 ° 18'） 1周（360°）对应的弧度为2π（ 2π R/R= 2π ） （2）角速度和线速度