柔性人体动力学建模分析与仿真研究

基本信息
批准号:61673369
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:葛运建
学科分类:
依托单位:中国科学院合肥物质科学研究院
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李珊红,张玉刚,王俊,朱旻,汪玉冰,潘宏青,刘伟,石朝毅,孟芳芳
关键词:
生物系统数学模型柔性人体动力学模型复杂系统建模与仿真三维力柔性触觉传感器
结项摘要

Human body is a very complex and material huge system. The establishment of human body dynamic model has been a challenging international issue. The current domestic and international study on dynamic model of human body are mostly based on multi-rigid body motion of human body modeling under non-stimulated condition. However, the model cannot fully reflect the comprehensive real-time change of the muscles, nerves and blood when external force stimulates. There is a long distance to describe complexity and high coordination of human behavior, which is composed by a large of subsystem. This project aims to investigate law and characteristics between surface mechanical stimulation and human physiological effects from the perspective of informatics and systematics based on human physiology change under the force stimulus of clinical massage by quantitative study on traditional Chinese medicine (TCM) massage, and explore the complex laws on the mechanical stimulation transmission through muscles, nerves, blood flow and other physiological effects. A series of key problems will be solved like acquirement of massage force information, coordinated expression on complex system, information fusion of dynamic multi-objective parameters etc., so as to construct the flexible human kinetics model based on muscle changes and blood flow etc. The establishment of the model can determine the dynamic correlation between the surface mechanical stimulation and physiological parameters of relevant parts in body, help to promote quantization, normalization and scientific research of massage therapy technique, also be widely used in exercise rehabilitation, massage teaching demonstration, etc. It has important scientific significance and practical value.

人体是一个复杂巨系统,建立人体动力学模型一直是一项极具挑战性的国际性课题。当前国内外研究人体动力学模型多是基于多刚体运动和非受激状态下的人体建模,不能全面反映人体肌肉、神经、血液在外力刺激下的综合实时变化,距离能描述由大量子系统构成的人体表现出的行为复杂性和高度协调性有相当的差距。本申请以中医推拿的定量研究为切入点,基于临床推拿过程力学量刺激下的人体生理学变化,从信息学和系统学的角度挖掘体表力学刺激与人体生理学效应之间的规律和特征,探讨外力刺激通过肌肉、神经和血液流动等生理学效应的复杂传递规律;解决力信息提取、复杂系统信息的协同表达、动态多目标参数融合等一系列关键问题,构建基于肌肉变化和血液流动等的柔性人体动力学模型。该模型的建立可以确定体表力学刺激与相关部位生理学参数的动态关联,有助于推动推拿疗法规范化和科学化研究,还可广泛用于运动康复、教学示范等场合,具有重要的科学意义和应用价值。

项目摘要

人体是一个复杂巨系统,建立人体动力学模型一直是一项极具挑战性的国际性课题。本项目以中医推拿的定量研究为切入点,基于临床推拿过程中力学量刺激下的人体生理学变化,挖掘体表指按法刺激与人体生理学效应之间的规律和特征。考虑到市场上现有的力传感器不适用于采集施加于体表的力学量刺激的现实问题,在课题组已有的研究基础上,进一步研制出全柔性一体化触觉传感器,并自制了可视化的测力平台,适用于力学量的检测。设计科学的实验方案,利用测力平台、肌电传感器、脉搏传感器、血氧传感器、呼吸传感器、体温计等器件,采集了大量实验数据,包括力学量的大小和周期、实时脉搏信号、实时血氧饱和度、实时的呼吸波以及体温等含时参数。搭建力信息与相关生理学参数的综合数据库,便于保存、管理实验数据。基于实验数据,分别讨论了外力刺激与肌肉(肌电信号)、血液(脉搏、血氧)等生理学效应之间的关联性,并利用BP神经网络构建了基于肌肉电生理变化和血液流动等参数的柔性人体动力学模型。该项目的研究成果表明体表力学刺激与相关部位生理学参数确实具有动态关联性,从一定程度上证实了中医推拿的机理,有助于推动推拿疗法规范化和科学化研究,还可广泛用于运动康复、教学示范等场合,具有重要的应用价值。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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