摘 要：平衡能力作為人體的一項(xiàng)重要生理機(jī)能，在維持人體的正常姿態(tài)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(jìn)行診斷治療和康復(fù)訓(xùn)練的重要依據(jù)。利用現(xiàn)代的傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，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(guān)的數(shù)據(jù)，提供更為精確、客觀的評價結(jié)果，對于提高平衡能力相關(guān)的康復(fù)醫(yī)學(xué)水平具有重要意義。

關(guān)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(tǒng)、本體感覺和前庭系統(tǒng)三大系統(tǒng)的控制與作用。視覺系統(tǒng)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?yàn)楸犙矍闆r下視覺系統(tǒng)獲得的外部視野信息量大，身體可以根據(jù)視野信息進(jìn)行相應(yīng)的動作調(diào)整來保持姿態(tài)的穩(wěn)定，視覺弱的人往往摔倒的機(jī)率也比較大。

在對老年人進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)平衡能力測試的過程中，往往需要對姿態(tài)信息進(jìn)行重復(fù)的多次采集，一方面是為保證數(shù)據(jù)的可靠性，另一方面則是為了保證在剔除異常樣本后，實(shí)驗(yàn)仍然有足夠的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

在本文的靜態(tài)平衡能力實(shí)驗(yàn)中為了采集足夠豐富的姿態(tài)信息，實(shí)驗(yàn)結(jié)合使用測力板和姿態(tài)模塊進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)采集。在靜態(tài)平衡能力實(shí)驗(yàn)中由于有睜眼和閉眼兩種模式使得獲得的最終指標(biāo)有25個，數(shù)目繁多的指標(biāo)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(tài)模塊的指標(biāo)進(jìn)行綜合分析處理，篩選出具有代表性的綜合指標(biāo)。為了滿足，上述的要求，本節(jié)采用主成分分析來進(jìn)行綜合指標(biāo)的提取。

主成分分析就是通過線性變換把原來相關(guān)的平衡評價的指標(biāo)變成互相獨(dú)立的幾個綜合指標(biāo)，每個綜合指標(biāo)能夠代表原來的一個或者多個指標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)對評價指標(biāo)降維的目的。在進(jìn)行主成分分析前需要對指標(biāo)的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行KMO檢驗(yàn)和Bartett's球形檢驗(yàn)來判斷實(shí)驗(yàn)中的姿態(tài)信息是否適合進(jìn)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(jìn)行聚類分析，需要討論各主成分之間的關(guān)系，衡量的方法有相似系數(shù)和距離，在這里相似系數(shù)就是度量主成分之間相似程度的一個統(tǒng)計(jì)量，距離則是把主成分看成N維空間的一個點(diǎn)，通過計(jì)算點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離來進(jìn)行類型劃分。它的基本操作步驟如：

2.1確定聚類數(shù)目N，與層次聚類不同，用戶需要指定最終生成的類別數(shù)。

2.2確定N個初始類的中心。一種方法是根據(jù)主成分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身的中心確定每個類別的原始中心點(diǎn)，第二種則是自行指定。

2.3按照距離最近的原則進(jìn)行分類，分別計(jì)算每個數(shù)據(jù)到中心點(diǎn)的距離，然后按照距離最近的原則進(jìn)行類別的劃分，并計(jì)算新形成的類別的中心點(diǎn)。

2.4根據(jù)數(shù)據(jù)新的中心點(diǎn)位置，再次計(jì)算每個數(shù)據(jù)到新的類別中心點(diǎn)的距離，并再次進(jìn)行類別劃分。

2.5重復(fù)步驟4，直到類別的劃分達(dá)到一定的收斂標(biāo)準(zhǔn)。

3.平衡能力的評估

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)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(wèi)生等有一定的關(guān)系，是多種因素綜合作用的結(jié)果。至于哪些干預(yù)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(fā)，綜合考慮可以達(dá)到良好的一天預(yù)防和控制效果。

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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(xué)泰安校區(qū)資源與土木工程系安全工程17級，研究方向?yàn)榘踩こ獭?/p>