本期《学术前沿》为您分享2023年3月份国内外使用Qualisys运动捕捉系统采集实验数据的学术论文，研究方向涉及医学、机器人、海洋工程和体育等领域。
论文来源于以下期刊：
河北医学
Journal of Intelligent Manufacturing（IF=7.136）
European Journal of Mechanics / B Fluids（IF=2.598 ）
diagnostics（IF=3.992 ）
01 骨软骨移植术对距骨骨软骨损伤术后凝血功能
步态参数下肢力线的影响
作者：赵振拴，李军，于晓光，刘国彬，赵峰
期刊：河北医学
摘要:
目的：探讨骨软骨移植术对距骨骨软骨损伤( OLTs) 术后下肢力线及踝关节功能的影响。
方法：收集2018 年7 月至2020 年9 月我院104 例OLTs 患者临床资料进行回顾性分析，根据手术方案分为对照组( n = 52) 和观察组( n = 52) ，分别行微骨折手术、骨软骨移植术。观察两组下肢力线改善程度、踝关节恢复优良率、并发症及手术前后凝血功能指标［D－二聚体( D－D) 、纤维蛋白原( Fib) ］、美国纽约特种外科医院( HSS) 膝关节评分、视觉模拟评分法( VAS) 、美国足踝外科医师协会( AOFAS) 踝与后足功能评分、步态参数( 标准化步幅、患足支撑时间百分比、步频) 。
结果：术后6 个月、12 个月观察组VAS 评分低于对照组，HSS、AOFAS 评分及标准化步幅、步频、患足支撑时间百分比高于对照组( P ＜0.05) ; 术后3d 两组D－D、Fib 水平高于术前( P＜0.05) ，术后3d、7d 两组D－D、Fib 水平比较，差异无统计学意义( P＞0.05) ；术后12 个月观察组下肢力线改善程度及踝关节恢复优良率优于对照组( P＜0.05)；术后12 个月两组并发症发生率比较，差异无统计学意义( P＞0．05) 。
结论：骨软骨移植术有助于改善OLTs患者改善下肢力线及步态参数，恢复踝膝关节功能，且对凝血功能影响较小。
关键词：骨软骨移植术；距骨骨软骨损伤；下肢力线；凝血功能；踝关节功能
DOI: 10.3969 /j.issn.1006-6233.2023.02.028
02 Development of adaptive safety constraint by predicting trajectories of closest points between human and co-robot
通过预测人与协作机器人最近点的轨迹，开发自适应安全约束
作者：Yufan Zhu, Silu Chen, Chi Zhang, Zhongyu Piao & Guilin Yang
期刊：Journal of Intelligent Manufacturing（IF=7.136）
摘要：
安全是人机共存的关键因素。控制屏障函数（CBF）为建立约束和保证人机交互提供了一种有效的工具。然而，人机交互过程中人与机器人一直在移动，因此两者之间的最近点也随之变化。尤其是人体轨迹事先不可知，可能导致上述安全约束失效。本文将机器人各连杆与人体各部分之间的距离重新定义为空间中两线段之间的距离，构建了基于离散控制障碍函数（DCBF）的安全约束。此外，为了有效地预测人体的运动轨迹，采用前瞻回溯策略更新神经网络模型。同时，将均方根估计误差作为不确定性的参数纳入安全约束中，对预测轨迹的估计误差进行补偿。结合离散时间控制李雅普诺夫函数，形成人机共存时的综合控制方法。通过Qualisys运动捕捉系统采集人体右臂运动轨迹。将上述试验平台与MATLAB搭建的虚拟KUKA iiwa模型同步，进行实验测试。结果表明，当采用基于DCBF的约束和预测信息时，机器人能够与人类保持安全距离，验证了所提出的方法有效。
DOI：10.1007/s10845-023-02102-7
03 Floating hydroelastic circular plate in regular and irregular waves
规则波和不规则波中的浮动水弹性圆盘
作者：Simone Michele, Siming Zheng, Federica Buriani, Alistair G.L. Borthwick, Deborah M. Greaves
期刊：European Journal of Mechanics / B Fluids（IF=2.598 ）
实验装置
摘要：对柔性圆盘对水波的水弹性响应的理解与海洋工程中的许多问题有关：从海上波浪能转换装置和太阳风装置，到超大浮动结构，如浮动机场和冰盖。本文是关于普利茅斯大学COAST实验室进行的物理模型试验的结果。对入射单色波列和不规则波列确定了浮动柔性圆盘的响应幅值算子(RAOs)，其中不规则波列由JONSWAP谱定义。使用测波仪测量自由表面位移，使用QUALISYS运动捕捉系统采集圆盘运动。为了量化水深和弯曲板刚度对圆盘整体动力性能的影响，我们对不同的深度和板的厚度进行了测试。我们给出了单色波的同步和非线性次谐波响应，以及不规则波的位移谱。实测的波浪水动力和圆盘水弹性响应符合基于线性势流理论的理论预测。
关键词：Fluid–structure interaction; Floating flexible plate; Ocean waves
DOI：10.1016/j.euromechflu.2023.01.008
04 Diagnostics Using the Change-of-Direction and Acceleration Test (CODAT) of the Biomechanical Patterns Associated with Knee Injury in Female Futsal Players: A Cross-Sectional Analytical Study
对女性五人制足球运动员使用膝关节损伤生物力学模式的转向和加速测试（CODAT）进行诊断：横断面分析研究
作者：Loreto Ferrández-Laliena, Lucía Vicente-Pina, Rocío Sánchez-Rodríguez, Eva Orantes-González, José Heredia-Jimenez, María Orosia Lucha-López, César Hidalgo-García, José Miguel Tricás-Moreno
期刊：diagnostics（IF=3.992 ）
CODAT测试期间的运动学数据捕捉瞬间：(a) 2D视图中，受试者进行测试的瞬间；(b) 用Visual3D软件处理的12个红外高速摄影机的信号；(c)虚拟3D软件处理的骨架形象
摘要：
本研究的主要目的是通过功能性运动模式，确定女性五人制足球运动员在有/无膝关节损伤的初始着地期的运动学差异。次要目的是使用相同测试来确定全组中优势侧和非优势侧的运动学差异。对16名女性五人制足球运动员进行横断面研究，分为两组：8名女性，有膝关节损伤既往史（比如未进行手术的膝外翻机制的影响）；8名女性无既往损伤史。评估方案包括转向和加速测试（CODAT）；每一个下肢都进行标记，即优势侧（踢球时的首选下肢）和非优势侧肢体。采用三维运动捕捉系统（Qualisys AB，瑞典哥德堡）进行运动学分析。组间Cohen’s d效应量显示，在优势侧的以下运动学数据中，非损伤组在较多的部位表现出较强效应量：髋关节内收（Cohen ‘ s d = 0.82），髋关节内旋（Cohen ‘s d = 0.88），同侧骨盆旋转（Cohen’s d = 1.06）。对全组优势侧与非优势侧肢体进行t检验，膝关节外翻存在以下差异：优势侧肢体（9.02±7.31°），非优势侧肢体( 1.27±9.05°) ( p = 0.049)。结论：无膝关节损伤既往史的运动员在髋关节内收和内旋、优势侧肢体骨盆旋转的动作更好地避免了膝关节外翻。所有运动员的优势侧肢体具有较多的膝外翻表现，受伤风险较大。
关键词：knee injury; kinematics; soccer; sports; anterior cruciate ligament; prevention; physiotherapy; CODAT
DOI：10.3390/diagnostics13050928
