Войти

Центр Давления (ЦД)

01.05.2025
376 просмотров
Вопросы и комментарии

Введение

Центр давления (Center of Pressure, COP) является фундаментальной концепцией в изучении движения человека и баланса. Когда человек стоит или идет, его тело оказывает давление на землю, на что земля отвечает, оказывая равную и противоположную силу, называемую силой реакции опоры (GRF). COP — это точка, в которой сосредоточена вся сила (GRF), действующая на стопу или стопы человека, и это важный фактор в поддержании стабильности и предотвращении падений.

Траектория COP, обычно известная как стабилограмма, в состоянии статического равновесия часто используется для измерения постурального контроля. При стоянии неподвижно, COP считается индикатором моторных механизмов, задействованных в поддержании равновесия, удерживая центр масс (COM) внутри опорной базы. Падения коррелируются с перемещением COP на границах стабильности, подчеркивая значимость изучения динамического равновесия для оценки риска падения.[1]

Исследователи в области биомеханики используют платформы силы и другие инструменты для измерения COP во время различных действий, таких как стояние, ходьба, прыжки и другие динамические движения. Измерения COP могут предоставить данные о механике движения человека и могут использоваться для разработки моделей и симуляций для улучшения понимания биомеханики и оптимизации производительности в различных приложениях, таких как спорт и физиотерапия.

Область COP и их переменные

Параметры COP относятся к различным измерениям и вычислениям, которые могут быть выполнены на основе перемещений и движения данных COP. Некоторые из наиболее распространенных параметров COP включают:[2]

  1. Перемещение: расстояние и направление, в котором COP перемещается от референтной точки или позиции
  2. Скорость: скорость и направление перемещения COP с течением времени
  3. Ускорение: скорость изменения скорости COP с течением времени
  4. Диапазон: максимальное расстояние между COP и его референтной точкой или позицией
  5. Среднее: средняя позиция COP за определенный период времени
  6. Стандартное отклонение: величина вариации позиции COP за определенный период времени
  7. Частота: количество раз, когда COP перемещается за пределы предопределенного порога в заданный временной промежуток
  8. Площадь: общая площадь, охваченная траекторией COP за определенный период времени
  9. Спектральная плотность мощности: распределение мощности COP по разным частотам
  10. Энтропия: степень нерегулярности или случайности в траектории COP.

Эти параметры используются для анализа данных COP в различных областях, таких как биомеханика, наука о спорте, реабилитация и нейронаука.

Переменные классифицируются на четыре области в зависимости от их зависимости от различных характеристик траекторий COP:[1]

  • Позиционные переменные
    • Переменные, описывающие аспекты дисперсии позиции стопы без учета ее локальных перемещений
  • Динамические переменные
    • Переменные, зависящие от локальных перемещений траектории COP
  • Частотные переменные
    • Элементы, описывающие спектральную плотность мощности траектории COP
  • Стохастические переменные
    • Переменные, полученные из моделей стохастических процессов, в которых изображен COP

*Узнайте больше о переменных и их областях, посетив оригинальные ссылки

Центр давления (COP) против Центра масс (COM)

Здесь приведены несколько видео, объясняющих разницу между COP и COM.

[3]
[4]


Здесь представлена таблица, описывающая различия между Центром давления и Центром масс:

COPCOM
ОпределениеТочка приложения силы реакции опоры (GRF) на стопу или контактную область между человеком и опорной поверхностьюТочка в теле, представляющая среднее положение всей массы тела
Изменяется сВариациями формы, ориентации и угла атаки объекта, и зависит от распределения веса и давления на опорной поверхностиВариациями осанки и движений тела, и зависит от распределения массы в теле
Необходимые инструментыПлатформы силы или датчики давленияСистемы захвата движения
АспектОтражает нейромышечную реакцию для поддержания стабильности путем мониторинга движений CoMОтражает движения (позицию, скорость, ускорение) центра масс тела

[5]

Важность

Определение COP имеет важное значение в различных областях, таких как клиническая и спортивная биомеханика, эргономика и реабилитация. Это позволяет оценивать контроль равновесия и постуральную стабильность, что может помочь в выявлении и управлении нарушениями равновесия. Измерение COP также может предоставить информацию о механизмах, лежащих в основе постурального контроля, и помочь выявить лиц, подверженных риску падения, позволяя принимать профилактические меры. Понимание COP также может помочь в создании вспомогательных технологий и в улучшении спортивной производительности.

COP может использоваться для оценки различных нарушений, связанных с балансом и ходьбой. Эти нарушения включают, например:

  1. Болезнь Паркинсона[6]
  2. Рассеянный склероз[7]
  3. Инсульт[8]
  4. Периферическая нейропатия[9]
  5. Нарушения баланса, связанные с возрастом[1][2]

Анализируя COP, медицинские специалисты могут получить ценную информацию о постуральном контроле и равновесии, что может помочь в оценке, диагностике и лечении этих нарушений.

Заключение

Сегодня исследователи используют различные методы для измерения COP, включая платформы силы, чувствительные к давлению стельки и носимые датчики. Использование этих технологий привело к лучшему пониманию биомеханики стояния, ходьбы и других активностей, и помогло улучшить диагностику и лечение расстройств баланса и других нарушений движения.

Ссылки

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 Quijoux F, Nicolaï A, Chairi I, Bargiotas I, Ricard D, Yelnik A, et al. Обзор переменных центра давления (COP) для количественной оценки устойчивости стояния у пожилых людей: алгоритмы и открытый исходный код. Physiol Rep. 2021;9(22):e15067.
  2. ↑ 2.0 2.1 Quijoux F, Vienne-Jumeau A, Bertin-Hugault F, Zawieja P, Lefèvre M, Vidal P-P, et al. Характеристики сдвига центра давления различают риск падения у пожилых людей: систематический обзор с метаанализом. Ageing Research Reviews. 2020;62:101117.
  3. ↑ timrodes. Центр массы и центр давления: так близко, но так далеко. Доступно из: https://www.youtube.com/watch?v=JY-ipk-EN4U&t=1s&ab_channel=timrhodes1 (дата обращения 28/04/2024).
  4. ↑ Simon Garner Golf. Центр массы против центра давления — передача веса. Доступно из: https://www.youtube.com/watch?v=xERBlMuX8Pg&ab_channel=SIMONGARNERGOLF (дата обращения 28/04/2024).
  5. ↑ Richmond SB, Fling BW, Lee H, Peterson DS. Оценка центра массы и центра давления в состоянии покоя: текущие приложения и будущие направления. Journal of Biomechanics. 2021;123:110485.
  6. ↑ Kamieniarz A, Michalska J, Marszałek W, Stania M, Słomka KJ, Gorzkowska A, et al. Выявление контроля позы на ранних стадиях болезни Паркинсона: клиническое тестирование против модуляции центра давления. PLOS ONE. 2021;16(1):e0245353.
  7. ↑ Emmerik REA, Remelius J, Johnson M, Chung L, Kent-Braun JA. Контроль позы у женщин с рассеянным склерозом: влияние задачи, зрения и симптоматической усталости. Gait & posture. 2010;32:608-14.
  8. ↑ Gray VL, Ivanova TD, Garland SJ. Надежность измерений центра давления внутри и между сеансами у лиц после инсульта и здоровых контрольных групп. Gait & Posture. 2014;40(1):198-203.
  9. ↑ Jamshidi N, Rostami M, Najarian S, Menhaj MB, Saadatnia M, Salami F. Различия траектории центра давления между нормальной и скачкообразной походкой. J Res Med Sci. 2010;15(1):33-40.