专业生物力学软件通过生成一个与受试者同步移动的“虚拟实验室段”来解决弯曲行走中的复杂性。软件不是测量相对于静态房间的运动，而是构建一个以受试者骨盆方向为锚点的以自我为中心的参考系，从而可以相对于人而不是地板来定义滑倒方向。
弯曲行走分析的核心挑战在于受试者的“前进”方向不断变化。通过将坐标系重新对准受试者的解剖结构，研究人员可以忽略房间的全局几何形状，而只专注于相对于身体的滑倒力学。
弯曲运动的挑战
全局系统的局限性
在标准的生物力学实验室中，运动通常使用全局坐标系进行跟踪。这是一个映射到物理房间的固定网格（X、Y 和 Z 轴）。
为什么全局系统在曲线路径上会失效
当受试者直线行走时，全局 X 轴很容易与其行走方向对齐。然而，在曲线路径中，受试者的航向会不断变化。
在这种情况下，静态全局坐标系无法区分横向（侧向）移动和转弯时的自然旋转。这使得原始全局数据几乎无法用于定义特定的滑倒矢量。
技术解决方案：以自我为中心的参考系
创建虚拟实验室段
为了解决航向问题，专业软件会创建一个虚拟实验室段。这是一个动态计算，有效地将坐标系与地板分离。
以骨盆为锚点
这个虚拟段是使用以自我为中心的参考系建立的。软件根据受试者骨盆的特定方向来定义这个参考系。
当受试者转弯时，坐标系会随之旋转。软件将骨盆视为该特定数据集的“宇宙中心”，确保数学计算跟随人而不是房间。
将数据转化为有意义的见解
定义解剖平面
建立以自我为中心的参考系后，软件就可以计算出具有生物力学意义的滑倒速度和方向。
它将复杂的 3D 房间数据转换为直观的解剖平面：
- 前后向：方向严格与受试者的前后相关。
- 内外侧向：方向严格与受试者的左右相关。
隔离滑倒
这种分离至关重要。它使研究人员能够确定滑倒是因为脚向外滑动（内外侧向）还是向前打滑（前后向），而不管该人当时在房间里的朝向如何。
理解技术限制
对骨盆稳定性的依赖
此方法的准确性完全取决于骨盆代表身体真实轨迹的前提。
如果受试者表现出与行走路径无关的过度骨盆旋转，或者标记放置不正确，则“虚拟实验室段”可能会错位，导致滑倒方向数据失真。
为您的研究做出正确选择
如果您正在为非线性步态分析设置协议，请考虑您如何定义“方向”。
- 如果您的主要重点是将滑倒力学与转弯力学分开：确保您的软件支持动态的、以自我为中心的参考系，以中和路径的曲线影响。
- 如果您的主要重点是临床适用性：优先导出前后向和内外侧向的值，因为这些值与人类平衡策略和跌倒风险最直接相关。
通过将坐标系锁定到骨盆，您可以将混乱的全局数据转化为清晰的、以受试者为中心的稳定性视图。
总结表：
| 特征 | 全局坐标系 | 以自我为中心的参考系 |
|---|---|---|
| 参考点 | 静态房间/地板 (X, Y, Z) | 受试者骨盆 |
| 运动类型 | 理想用于直线路径 | 对于曲线/非线性路径至关重要 |
| 航向 | 固定；无法适应转弯 | 动态；随受试者旋转 |
| 数据输出 | 原始房间坐标 | 解剖平面 (AP/ML) |
| 主要用途 | 通用运动跟踪 | 精确的滑倒与稳定性研究 |
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参考文献
- Corbin M. Rasmussen, Nathaniel H. Hunt. Slipping mechanics during walking along curved paths depend on the biomechanical context at slip onset. DOI: 10.1038/s41598-022-21701-7
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .