偏癱患者三維步態數據採集與分析虛擬仿真實驗是中山大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：偏癱患者三維步態數據採集與分析虛擬仿真實驗
- 建設院校： 中山大學
- 課程負責人： 羅潔
- 授課教師：宋嶸、張先熠、毛玉珞、劉傑
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
本虛擬仿真實驗項目所涉及的人體運動分析系統綜合運用人體解剖、運動機能、生物力學、信號分析等多學科知識,提供數位化、動態化的運動分析,在臨床評估、骨科創傷、體育競技動作分析等方面套用廣泛,然而，由於技術複雜,實驗教學遇到了實際困難。
首先,實驗是危的,請現實中的真實患者當實驗教學的受試者,患者存在跌倒等風險,可能引發病情惡化,甚至危及生命;欺,實驗設備成本高達百萬人民幣量級,且實驗場地占地空間較大,還需配備具有相關學科背景的實驗員,相關資源稀缺;另外,實驗屬於大型綜合訓練,全流程實驗耗時長,涉及多課程、多色、多流程操作,學生學習吃力;後,患者易疲勞,實驗不可逆,數據採集過程的失誤,在數據分析階段通常難以彌補,導致實驗失敗。
為加強學生對人體運動分析臨床價值與操作方法的認知和理解,本虛擬仿真實驗以偏癱患者三維步態分析為例,結合真實的臨床案例構建了標準化虛擬病人,可以與學生進行智慧型互動。系統對學生的不同操作會給出多路徑的不同的反饋和操作結果,再現真實實驗的各種結果。同時系統對三維運動學和三維動力學系統搭建、數據採集、數據分析的實驗過程進行了全流程的覆蓋,達到”兩性-度”的要求。另外,本實驗利用信息化技術,汾“以學生為中心”, 使學生通過任務驅動,角色扮演，自主探究,學練一-體的教學方法,相對輕鬆地全面掌握相關理論知識和實驗方法。
本虛擬仿真實驗全面如實再現人體運動分析實驗室,經專家點評為國內該領域實驗教學的創新之舉,具有很高的先進性。本實驗三維效果逼真,現場體驗好,實驗操作強,實驗設備配置完整,如實展現了運動實驗室的操作過程,高度還原了臨床採集的數據。本實驗沉浸感強,自學資源豐富,學生關注度高、參與性好,老師可在課堂上讓學生看到實驗現場,生認為本實驗融合了以人為本的人文關懷。整體而言,本虛擬仿真實驗是生物醫學工程專業”醫工融合”的亮點,教學套用取得顯著效果。
教學目標
本虛擬仿真實驗項目解決真實實驗高危、成本.綜給性強、可逆的問題,激發學生興趣,提高學生步態評估能力,為創新康複評定方法打下堅實基礎。
基於高仿真度的虛擬偏癱患者模型,三維步態數據採集及分析虛擬仿真實驗的具體實驗目的如下:
1.掌握三維運動學所需設備 ,即高精度光學運動捕捉系統(下文簡稱運動捕捉系統)的系統組成及使用方法;
2.掌握三維動力學所需設備 ,即多分量測力台(下文簡稱測力台)的工作原理及使用方法;
3.掌握運動捕捉 系統和測力台同步工作的意義及實驗方法;
4.掌握世界坐標系、 測力台坐標系、局部坐標系的概念,以及剛體三維運動的平移向和旋轉矩陣的定義和計算方法;
5. 了解正常步態關節角度的範圍，了解偏癱步態的特徵;
6. 掌握Plug-in gait全身模型的工作原理及標記點的解剖位置;
7.能夠弓 |導患者進行步態試驗的全過程,包括對話了解身體狀況及介紹實驗、測量身體尺寸、穿緊身衣、貼標記點靜態標定、動態試驗、解除標記點和緊身衣等;
8.了解三維步態數據後處理和分析的基本流程和方法 ;
9. 了解運動學預處理的原因和常用方法;
10.掌握步態周期中的基本事件 (足著地、足離地)、步態時相(支撐期、擺動期、單雙支撐期)、步態時空參數(步長、步寬、步頻等) ;
11.掌握身體Plug-in gait模型下半身各節段局部坐標系的定義及三維關節角度數據的解讀;
12.了 解質心( COM )及行走速度的計算方法;
13.掌握步行過程中三維地反 力的變化規律;
14.對比理解COM在地面的投影 點運動軌跡與足底壓力中心運動軌跡的區別;
15.了 解關節力矩和關節功率的生理意義,能夠藉助數據個性化分析患者步行過程中關節力矩和關節功率與正常人的區別。
