人體平衡能力的評價與研究

摘 要：平衡能力作為人體的一項重要生理機能，在維持人體的正常姿態與活動方面有著不可替代的作用。平衡能力的評價是平衡障礙患者進行診斷治療和康復訓練的重要依據。利用現代的傳感器技術和計算機技術，可以綜合采用多主成分分析、聚類分析來處理平衡能力相關的數據，提供更為精確、客觀的評價結果，對于提高平衡能力相關的康復醫學水平具有重要意義。

關鍵詞：主成分分析；聚類分析；平衡能力評價

1.主成分分析法對平衡能力評價

人體的平衡能力主要受視覺系統、本體感覺和前庭系統三大系統的控制與作用。視覺系統對于保持身體的平衡有著重要的作用，人體在睜眼下的平衡能力一般要比閉眼情況下要好，因為睜眼情況下視覺系統獲得的外部視野信息量大，身體可以根據視野信息進行相應的動作調整來保持姿態的穩定，視覺弱的人往往摔倒的機率也比較大。

在對老年人進行靜態和動態平衡能力測試的過程中，往往需要對姿態信息進行重復的多次采集，一方面是為保證數據的可靠性，另一方面則是為了保證在剔除異常樣本后，實驗仍然有足夠的樣本數據進行分析。

在本文的靜態平衡能力實驗中為了采集足夠豐富的姿態信息，實驗結合使用測力板和姿態模塊進行相關的數據采集。在靜態平衡能力實驗中由于有睜眼和閉眼兩種模式使得獲得的最終指標有25個，數目繁多的指標增加了老人平衡能力評價的難度。因此有必要對測力板與姿態模塊的指標進行綜合分析處理，篩選出具有代表性的綜合指標。為了滿足，上述的要求，本節采用主成分分析來進行綜合指標的提取。

主成分分析就是通過線性變換把原來相關的平衡評價的指標變成互相獨立的幾個綜合指標，每個綜合指標能夠代表原來的一個或者多個指標，從而實現對評價指標降維的目的。在進行主成分分析前需要對指標的樣本數據進行KMO檢驗和Bartett's球形檢驗來判斷實驗中的姿態信息是否適合進行主成分分析。

2.聚類分析法對平衡能力評價

為了對獲取得到的主成分進行聚類分析，需要討論各主成分之間的關系，衡量的方法有相似系數和距離，在這里相似系數就是度量主成分之間相似程度的一個統計量，距離則是把主成分看成N維空間的一個點，通過計算點與點之間的距離來進行類型劃分。它的基本操作步驟如：

2.1確定聚類數目N，與層次聚類不同，用戶需要指定最終生成的類別數。

2.2確定N個初始類的中心。一種方法是根據主成分數據結構本身的中心確定每個類別的原始中心點，第二種則是自行指定。

2.3按照距離最近的原則進行分類，分別計算每個數據到中心點的距離，然后按照距離最近的原則進行類別的劃分，并計算新形成的類別的中心點。

2.4根據數據新的中心點位置，再次計算每個數據到新的類別中心點的距離，并再次進行類別劃分。

2.5重復步驟4，直到類別的劃分達到一定的收斂標準。

3.平衡能力的評估

4.實驗結論

人體平衡能力與年齡、體型、觸覺器官、感覺、肌肉視覺、藥物因素、口腔衛生等有一定的關系，是多種因素綜合作用的結果。至于哪些干預措施可以更有效地改善人題平衡，目前還沒有定論。因此，為了改善人的平衡，有必要從多方面和多方面的角度出發，綜合考慮可以達到良好的一天預防和控制效果。

參考文獻

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作者簡介

張靖林（1999-），男，漢族，山東省煙臺市人，在讀本科，山東科技大學泰安校區資源與土木工程系安全工程17級，研究方向為安全工程。