步行运动是广受老年人喜爱的运动方式,而步态分析对于老年人保持正常步态及运动健身有重要意义。本研究邀请35位老年人(18位女性、17位男性,年龄65.2±3岁)和16位年轻人(男性,年龄20±1.5岁)参加步行测试,利用表面肌电传感器采集右下肢8块肌肉的肌电信号,利用惯性传感器采集髋、膝及踝关节在矢状面、冠状面及水平面内的活动范围。应用小波分析与主成分比较了年龄(老年人、年轻人)、步行速度(慢速走、中速走、健步走)、性别(男性、女性)肌肉协同的差异;并对步行过程中运动学参数进行了定量分析。明确了不同年龄、不同步行速度及不同性别之间的步态差异。本文研究工作及结论主要有以下三个方面:(1)不同年龄与步行速度的肌肉协同差异分析。对肌电信号采用小波分析与主成分分析,结果显示第一主成分存在年龄及速度差异。第二主成分表明速度增加,不同年龄受试者采取不同策略。年轻人通过增加摆动末期至支撑前期股四头肌与股二头肌共激活保持稳定,并且增加预摆期腓肠肌和比目鱼肌活动产生向前推动力;而老年人肌肉力量下降,通过提前激活更多腓肠肌和比目鱼肌保持支撑期稳定并增加预摆期股直肌活动帮助身体摆动。第三主成分表明在身体承重时,老年人利用更多的股四头肌活动而年轻人在预摆期会利用更多的比目鱼肌摆动身体。(2)不同步行速度对于老年人下肢肌肉协同与运动学参数的影响。肌电信号的小波分析与主成分分析结果表明第一主成分的载荷分数随步行速度增加依次增加。第二主成分与健步走承重期股直肌和股外侧肌活动更多、慢速走及中速走股二头肌激活更多相关;第三主成分中健步走在支撑末期小腿肌肉存在共激活,预摆期股直肌活动更多,慢速走及中速走腓肠肌和比目鱼肌在预摆期激活更多。并且速度增加时关节角度变化较小,表明健步走可以改善健康老年人下肢肌肉的协调。(3)老年人健步走运动学参数及肌肉协同性别差异分析。对肌电信号采用小波分析与主成分分析,结果显示第一主成分无性别差异。第二主成分女性在足跟着地至承重期股直肌和股外侧肌活动更多,而股内侧肌活动更少,同时腓肠肌外侧在支撑中期至足跟离地时期激活更多而腓肠肌内侧激活更少,这与女性髋关节内收角度更大相关。男性在支撑中期小腿肌肉存在共激活。第三主成分女性在摆动末期股四头肌激活更多,而男性在支撑末期存在小腿肌肉共激活。并且对运动学进行了定量分析,结果显示只有髋关节内收/外展活动范围在性别间存在显著差异。本研究结合表面肌电与运动学方法,分析老年人下肢各个关节、各块肌肉的协调方式。结合小波分析与主成分分析,本文能够从大量步态周期的肌电信号中提取出肌肉协同及载荷分数。主成分分析在步态分析中的应用可以深入研究老年人步态的关键特征,以及不同年龄、不同步行速度和不同性别对于肌肉协同的影响。本文的研究结果可以为科学制定老年人运动健身方案、平衡训练提供支持,并且为分析异常步态原因和矫正异常步态、制订治疗方案及评定康复治疗的效果提供必要的依据。