步態訓練矯正儀測量系統的限時模式步態數據分析方法
【專利摘要】本發明公開了一種步態訓練矯正儀測量系統的限時模式步態數據分析方法，包括如下步驟：步驟一：將慣性傳感器固定在待測人體的小腿或大腿的正前部；步驟二：所述終端機采集慣性傳感器的重力傳感值數據；步驟三：終端機通過無線通訊模塊將重力傳感值數據發送至主機；步驟四：主機讀取重力傳感值數據和預設的待測人體的行走時間即限定時間，人工輸入步行距離；步驟五：通過重力傳感值推算待測人體步態參數；步驟六：保存處理結果數據至主機的數據庫中。本發明能快速、準確的分析待測人體的步態數據，為制備醫療器具、康復器具提供可靠依據，也可以幫助醫生為判斷步態表現、制定康復方案提供準確依據。
【專利說明】步態訓練矯正儀測量系統的限時模式步態數據分析方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及人體步態數據分析，尤其是一種步態訓練矯正儀測量系統的限時模式步態數據分析方法。
【背景技術】
[0002]這些年來由于急性腦血管病所致的偏癱患者和由于外傷性精髓損傷所致的偏癱患者越來越多，而這些病癥給患者造成了正常人難以想象的精神和肉體痛苦，并且存在步態異常現象。步態是人體結構與功能、運動調節系統、行為及心理活動在行走時的外在表現，其中某個系統或某些方面的功能障礙，都可引起步態異常。人體步態分析是研究人體步行規律的檢查方法，通過分析人體的步長、步幅、步速、步頻、步寬、足偏角、步行周期等步態特征，可以揭示人體步態異常的關鍵環節、影響因素、功能等等，也可以幫助醫生判斷引起病理步態的原因、指導醫生制定準確的治療方案、檢測病人在治療過程中的恢復情況 。
[0003]傳統的步態數據分析方法非常簡單，通過收集利用卷尺、秒表、量角器等測量工具以及能留下足印的相應物品測得的步距，來粗略推算步速、步頻等數據，分析的步態特征較少、效率較低、且分析的準確性也較差。
[0004]專利號為ZL201220603249.8的中國實用新型，公開了一種《基于步態訓練矯正儀的測量系統》，它徹底改變了傳統的利用卷尺、秒表、量角器等測量工具對步態數據進行測量的落后現狀。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于:提供一種步態訓練矯正儀測量系統的限時模式步態數據分析方法，能快速、準確的分析待測人體的步態數據，為制備醫療器具、康復器具提供可靠依據，也可以幫助醫生為判斷步態表現、制定康復方案提供準確依據。
[0006]為實現上述目的，本發明可采取下述技術方案:
[0007]—種步態訓練矯正儀測量系統的限時模式步態數據分析方法，所述步態訓練矯正儀測量系統包括:步態訓練矯正儀和主機，所述步態訓練矯正儀包括:終端機以及與所述終端機連接的慣性傳感器，步態訓練矯正儀與所述主機無線連接，包括如下步驟:
[0008]步驟一:將慣性傳感器固定在待測人體的小腿或大腿的正前部，使腿部擺動方向與慣性傳感器感應面垂直相切，用于感應待測人體行走時小腿或大腿的重力傳感值；
[0009]步驟二:所述終端機采集慣性傳感器的重力傳感值數據；
[0010]步驟三:終端機通過無線通訊模塊將重力傳感值數據發送至主機；
[0011]步驟四:主機讀取重力傳感值數據和預設的待測人體的行走時間即限定時間，人工輸入步行距離；
[0012]步驟五:通過重力傳感值推算待測人體步態參數
[0013]a.通過重力傳感值推算出待測人體腿部角度的變化:
[0014]g=A+K*COS(0)，其中Θ為腿部角度，g為重力傳感值，A，K為常數；[0015]b.待測人體在行走過程中，隨著腿部周期性擺動，重力傳感值呈“大一小一大”周期性的變化，每個周期選取以下關鍵標記點:
[0016]標記點Nll為傳感值開始連續上升，即擺動相開始時間點，
[0017]標記點N12為慣性傳感值大于脈沖觸發關閉閥值的時間點，
[0018]標記點N13為最大傳感值時間點，
[0019]標記點N14為傳感值低于脈沖觸發開啟閥值的時間點，
[0020]標記點N15為傳感值低于站立狀態傳感值的時間點，
[0021]標記點N21為下一個周期傳感值開始連續上升的擺動相開始點，
[0022]......[0023]則:
[0024]總步數:統計波峰和波谷數量，可以得到步數
[0025]總步行時間:預設的待測人體的行走時間
[0026]步頻:總步數/總步行時間
[0027]步行周期:標記點NI I至標記點N21為完整的一個步行周期，步行周期為ρ=(Ν21-Ν11)
[0028]平均步行周期:總 步行時間/總步數
[0029]步行速度:步行距離除以總步行時間
[0030]步長:步行速度*步行周期
[0031]平均步長:總距離/總步數
[0032]擺動相:標記點Nll至N15為該步擺動相
[0033]平均擺動相:每一步擺動相之和除以總步數
[0034]站立相:標記點N15至N21為該步站立相
[0035]平均站立相:每一步站立相之和除以總步數；
[0036]步驟六:保存處理結果數據至主機的數據庫中。
[0037]在所述步驟五進行之前，所述主機對原始數據進行過濾，消除干擾信號。
[0038]與現有技術相比本發明的有益效果是:由于采用上述技術方案，將慣性傳感器固定在待測人體的小腿或大腿的正前部，使腿部擺動方向與慣性傳感器感應面垂直相切，用于感應待測人體行走時小腿或大腿的重力傳感值，通過重力傳感值，能快速、準確的推算待測人體的腿部擺動角度、總步數、總步行時間、步頻、步行周期、平均步行周期、步行速度、步長、平均步長、擺動相、平均擺動相、站立相及平均站立相等步態參數，為制備醫療器具、康復器具提供可靠依據，也可以幫助醫生為判斷步態表現、制定康復方案提供有價值的量化依據。限定時間模式的分析方法，可以根據實際情況輸入預設的行走時間，能夠分時段分析步態的功能，了解待測人體在步行一段時間后，步態隨時間變化的情況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1是本發明所述的步態訓練矯正儀的結構示意圖；
[0040]圖2是圖1中慣性傳感器的角度變化示意圖；
[0041]圖3是重力傳感值與腿部擺動角的關系；
[0042]圖4是重力傳感值的動態示意圖。【具體實施方式】
[0043]如圖1至4所示，本發明一種步態訓練矯正儀測量系統的限時模式步態數據分析方法，所述步態訓練矯正儀測量系統包括:步態訓練矯正儀和主機，所述步態訓練矯正儀包括:終端機11以及與所述終端機連接的慣性傳感器12，步態訓練矯正儀與所述主機無線連接，其特征在于包括如下步驟:
[0044]步驟一:將慣性傳感器12固定在待測人體的小腿或大腿的正前部，使腿部擺動方向與慣性傳感器12感應面垂直相切，用于感應待測人體行走時小腿或大腿的重力傳感值；
[0045]步驟二:所述終端機11采集慣性傳感器的重力傳感值數據；[0046]步驟三:終端機11通過無線通訊模塊將重力傳感值數據發送至主機；
[0047]步驟四:主機讀取重力傳感值數據和預設的待測人體的行走時間即限定時間，人工輸入步行距離；
[0048]步驟五:通過重力傳感值推算待測人體步態參數
[0049]a.通過重力傳感值推算出待測人體腿部角度的變化:
[0050]g=A+K*COS(0)，其中Θ為腿部角度，g為重力傳感值，A，K為常數；
[0051]b.待測人體在行走過程中，隨著腿部周期性擺動，重力傳感值呈“大一小一大”周期性的變化，每個周期選取以下關鍵標記點:
[0052]標記點Nll為傳感值開始連續上升，即擺動相開始時間點，
[0053]標記點N12為慣性傳感值大于脈沖觸發關閉閥值的時間點，
[0054]標記點N13為最大傳感值時間點，
[0055]標記點N14為傳感值低于脈沖觸發開啟閥值的時間點，
[0056]標記點N15為傳感值低于站立狀態傳感值的時間點，
[0057]標記點N21為下一個周期傳感值開始連續上升的擺動相開始點，
[0058]......[0059]則:
[0060]總步數:統計波峰和波谷數量，可以得到步數
[0061]總步行時間:預設的待測人體的行走時間
[0062]步頻:總步數/總步行時間
[0063]步行周期:標記點NI I至標記點N21為完整的一個步行周期，步行周期為ρ=(Ν21-Ν11)
[0064]平均步行周期:總步行時間/總步數
[0065]步行速度:步行距離除以總步行時間
[0066]步長:步行速度*步行周期
[0067]平均步長:總距離/總步數
[0068]擺動相:標記點Nll至N15為該步擺動相
[0069]平均擺動相:每一步擺動相之和除以總步數
[0070]站立相:標記點N15至N21為該步站立相
[0071]平均站立相:每一步站立相之和除以總步數；
[0072]步驟六:保存處理結果數據至主機的數據庫中。[0073]作為優選，在所述步驟五進行之前，所述主機對原始數據進行過濾，消除干擾信號。
[0074]例如，6分鐘限時測試模式，可以分成3個時段，即每兩分鐘為一個時段。對每個時間段可以分析出上述的各個步態參數，同時，可以分析6分鐘整個時間段的上述各個指標。通過比較每個時間段的步 態參數，可以了解患者體力，肌肉力量等指標隨時間變化的情況。
【權利要求】
1.一種步態訓練矯正儀測量系統的限時模式步態數據分析方法，所述步態訓練矯正儀測量系統包括:步態訓練矯正儀和主機，所述步態訓練矯正儀包括:終端機以及與所述終端機連接的慣性傳感器，步態訓練矯正儀與所述主機無線連接，其特征在于包括如下步驟: 步驟一:將慣性傳感器固定在待測人體的小腿或大腿的正前部，使腿部擺動方向與慣性傳感器感應面垂直相切，用于感應待測人體行走時小腿或大腿的重力傳感值； 步驟二:所述終端機采集慣性傳感器的重力傳感值數據； 步驟三:終端機通過無線通訊模塊將重力傳感值數據發送至主機； 步驟四:主機讀取重力傳感值數據和預設的待測人體的行走時間即限定時間，人工輸入步行距離； 步驟五:通過重力傳感值推算待測人體步態參數 a.通過重力傳感值推算出待測人體腿部角度的變化: g=A+K*COS(0)，其中Θ為腿部角度，g為重力傳感值，A，K為常數； b.待測人體在行走過程中，隨著腿部周期性擺動，重力傳感值呈“大一小一大”周期性的變化，每個周期選取以下關鍵標記點: 標記點Nll為傳感值開始連續上升，即擺動相開始時間點， 標記點N12為慣性傳感值大于脈沖觸發關閉閥值的時間點， 標記點N13為最大傳感值時間點， 標記點N14為傳感值低于脈沖觸發開啟閥值的時間點， 標記點N15為傳感值低于站立狀態傳感值的時間點， 標記點N21為下一個周期傳感值開始連續上升的擺動相開始點， 則: 總步數:統計波峰和波谷數量，可以得到步數 總步行時間:預設的待測人體的行走時間 步頻:總步數/總步行時間 步行周期:標記點Nll至標記點N21為完整的一個步行周期,步行周期為ρ=(Ν21-Ν11) 平均步行周期:總步行時間/總步數 步行速度:步行距離除以總步行時間 步長:步行速度*步行周期 平均步長:總距離/總步數 擺動相:標記點Nll至N15為該步擺動相 平均擺動相:每一步擺動相之和除以總步數 站立相:標記點N15至N21為該步站立相 平均站立相:每一步站立相之和除以總步數； 步驟六:保存處理結果數據至主機的數據庫中。
2.根據權利要求1所述的步態訓練矯正儀測量系統的限時模式步態數據分析方法，其特征在于: 在所述步驟五進行之前，所述主機對原始數據進行過濾，消除干擾信號。
【文檔編號】A61B5/11GK103536293SQ201310544230
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年11月6日 優先權日:2013年11月6日
【發明者】應佳偉, 錢增友, 張金輝, 張紅偉 申請人:杭州共遠科技有限公司