本發明涉及醫療康復領域，特別是涉及一種評估身體平衡的系統和方法。

背景技術：

平衡功能是人類的一項重要功能和基本運動技能，是指身體處于某一姿態，在運動或者受到外力作用時，能自動調整以恢復穩定的能力，日常生活中的各種動作依賴于有效的平衡功能。許多疾病會引起平衡功能障礙，例如坐立不穩，易跌倒，步行困難等，嚴重影響患者的生活質量。

傳統的評估身體平衡的方法是采用壓力傳感器式平衡系統，但是壓力式傳感器只能測量整體平衡重心的移動情況，無法得知患者身體單一部位的重心移動情況，且是通過側面反映某一感覺對平衡的影響，缺乏說服力。因此傳統的評估身體平衡的方法評估效率低。

技術實現要素：

基于此，有必要針對上述問題，提供一種評估效率高的評估身體平衡的系統和方法。

一種評估身體平衡的系統，包括壓力板、第一姿態傳感器和、第二姿態傳感器、通信裝置和上位機，所述壓力板設置于受檢者的腳底，所述第一姿態傳感器設置于所述受檢者的頭部，所述第二姿態傳感器設置于所述受檢者的胸背部，所述壓力板、所述第一姿態傳感器和所述第二姿態傳感器均通過所述通信裝置連接所述上位機，

所述壓力板用于檢測所述受檢者的身體在所述壓力板的壓力分布得到足底壓力信息并通過所述通信裝置發送至所述上位機；

所述第一姿態傳感器用于檢測所述受檢者的頭部的數據得到第一姿態信息并通過所述通信裝置發送至所述上位機；

所述第二姿態傳感器用于檢測所述受檢者的軀干的數據得到第二姿態信息并通過所述通信裝置發送至所述上位機；

所述上位機用于根據接收的所述受檢者的足底壓力信息、所述第一姿態信息和所述第二姿態信息計算所述受檢者的身體重心的移動情況并評估所述受檢者的身體平衡障礙部位；所述上位機用于根據接收的所述第一姿態信息評估所述受檢者前庭系統對身體平衡的影響；所述上位機用于根據接收的所述第二姿態信息評估所述受檢者本體感覺能力。

一種評估身體平衡的方法，包括以下步驟：

壓力板用于檢測受檢者的身體在所述壓力板的壓力分布得到足底壓力信息并通過通信裝置發送至上位機；

第一姿態傳感器檢測受檢者的頭部的數據得到第一姿態信息，并通過所述通信裝置發送至所述上位機；

第二姿態傳感器檢測受檢者的軀干的數據得到第二姿態信息，并通過所述通信裝置發送至所述上位機；

所述上位機根據接收的所述受檢者的足底壓力信息、所述第一姿態信息和所述第二姿態信息計算所述受檢者的身體重心的移動情況并評估所述受檢者的身體平衡障礙部位；

所述上位機根據接收的所述第一姿態信息評估所述受檢者前庭系統對身體平衡的影響；

所述上位機根據接收的所述第二姿態信息評估所述受檢者本體感覺能力。

上述評估身體平衡的系統和方法，所述壓力板用于檢測所述受檢者的身體在所述壓力板的壓力分布得到足底壓力信息，并通過所述通信裝置發送至所述上位機；所述第一姿態傳感器用于檢測所述受檢者的頭部的數據得到第一姿態信息，并通過所述通信裝置發送至所述上位機；所述第二姿態傳感器用于檢測所述受檢者的軀干的數據得到第二姿態信息，并通過所述通信裝置發送至所述上位機；所述上位機用于根據接收的所述受檢者的足底壓力信息、所述第一姿態信息和所述第二姿態信息計算所述受檢者的身體重心的移動情況并評估所述受檢者的身體平衡障礙部位；所述上位機用于根據接收的所述第一姿態信息評估所述受檢者前庭系統對身體平衡的影響；所述上位機用于根據接收的所述第二姿態信息評估所述受檢者本體感覺能力。通過綜合對比分析受檢者的頭部、軀干、身體整體重心移動軌跡，以及對比分析受檢者運動前后頭部的姿態信息和對比分析受檢者運動前后軀干的姿態信息，能準確地評估受檢者平衡功能障礙的部位、前庭系統對身體平衡的影響和本體感覺能力，分析影響平衡的原因，評估效率高。

附圖說明

圖1為一實施例中評估身體平衡的系統結構圖；

圖2為一實施例中評估身體平衡的方法流程圖。

具體實施方式

在一個實施例中，如圖1所示，一種評估身體平衡的系統，包括壓力板110、第一姿態傳感器120、第二姿態傳感器130、通信裝置140和上位機150，壓力板110設置于受檢者的腳底，第一姿態傳感器120設置于受檢者的頭部，第二姿態傳感器130設置于受檢者的胸背部，壓力板110、第一姿態傳感器120和第二姿態傳感器130均通過通信裝置140連接上位機150，壓力板110用于檢測受檢者的身體在壓力板110的壓力分布得到足底壓力信息并通過通信裝置140發送至上位機150；第一姿態傳感器120用于檢測受檢者的頭部的數據得到第一姿態信息并通過通信裝置140發送至上位機150；第二姿態傳感器130用于檢測受檢者的軀干的數據得到第二姿態信息并通過通信裝置140發送至上位機150；上位機150用于根據接收的受檢者的足底壓力信息、第一姿態信息和第二姿態信息計算受檢者的身體重心的移動情況并評估受檢者的身體平衡障礙部位；上位機150用于根據接收的第一姿態信息評估受檢者前庭系統對身體平衡的影響；上位機150用于根據接收的第二姿態信息評估受檢者本體感覺能力。

具體地，上位機150用于根據接收的受檢者的足底壓力信息、第一姿態信息和第二姿態信息計算受檢者的身體重心的移動情況并評估受檢者的身體平衡障礙部位包括：上位機根據接收的受檢者的足底壓力信息，計算出受檢者的身體整體重心的移動軌跡的變化曲線，得到第一變化曲線圖；上位機根據接收的第一姿態信息，計算出受檢者頭部重心的移動軌跡的變化曲線，得到第二變化曲線圖；上位機根據接收的第二姿態信息，計算出受檢者軀干重心的移動軌跡的變化曲線，得到第三變化曲線圖；上位機將同一個時間序列的第一變化曲線圖、第二變化曲線圖和第三變化曲線圖進行對比，得出身體整體重心、頭部重心和軀干重心之間的重心轉移吻合度，評估受檢者的身體平衡障礙部位。

第一姿態信息包括第一前姿態信息和第一后姿態信息，上位機150用于根據接收的第一姿態信息評估受檢者前庭系統對身體平衡的影響包括：第一姿態傳感器在受檢者閉目站立，雙臂向前平伸時，記錄受檢者此時的姿態信息，得到第一前姿態信息；第一姿態傳感器在受檢者在預設時間內原地踏步預設步數時，記錄受檢者踏步結束時的姿態信息，得到第一后姿態信息；第一姿態傳感器比較第一前姿態信息和第一后姿態信息，當偏轉角度大于預設閾值時，則受檢者的前庭系統異常。

第二姿態信息包括第二前姿態信息和第二后姿態信息，上位機150用于根據接收的第二姿態信息評估受檢者本體感覺能力包括：第二姿態傳感器在受檢者站立，在睜眼情況下向預設方向擺動身體至預設位置時，記錄受檢者此時的姿態信息，得到第二前姿態信息；第二姿態傳感器在受檢者在閉眼情況下再次向預設方向擺動身體至受檢者自我感覺身體已經到達預設位置時，記錄受檢者此時的姿態信息，得到第二后姿態信息；第二姿態傳感器多次采集并比較第二前姿態信息和第二后姿態信息，得到對應的位置的差距從而評估受檢者本體感覺能力。具體地，預設方向包括前、后、左、右四個方向，第二姿態傳感器需要記錄受檢者分別進行前、后、左、右四個方向的測試得到各方向第二前姿態信息和各方向第二后姿態信息，全面評估受檢者本體感覺能力。

具體地，第一姿態傳感器120和第二姿態傳感器130的具體類型并不唯一，在本實施例中，具體為MEMS九軸姿態傳感器。平衡系統測試過程中，主要把人體分為三部分來進行數據采集與分析，分別是身體整體、頭部、上軀干。腳底的壓力板110可以實時檢測受檢者的身體重心的移動軌跡，頭部的MEMS姿態傳感器佩戴于頭后部，雙耳耳尖穴連線的中點處，可以實時檢測頭部在矢狀面、額狀面、水平面的第一姿態信息，胸背部的姿態傳感器佩戴于軀干背部，雙腋下兩線的中點處，可以實時檢測軀干在矢狀面、額狀面、水平面的第一姿態信息。

為了能正確的描述人體諸多器官的形態結構和位置，制定了一個標準，稱為“人體的標準解剖學姿勢”，即：身體直立，面向前，兩眼向正前方平視，兩足并攏，足尖向前，上肢下垂于軀干的兩側，掌心向前。在這個標準姿勢上人體可設計互相垂直的3種軸，即垂直軸，矢狀軸和冠狀軸，分3個面，即矢狀面，冠狀面和水平面。通俗來講就是矢狀面是從身體的側面看，冠狀面是從身體的前面看，水平面也就是從身體的頭頂往下看。

在一個實施例中，第一姿態信息和第二姿態信息包括傾斜角度、角度變化率、抖動速率和移動距離中的至少一種。

在一個實施例中，第一姿態傳感器120包括三軸陀螺儀、三軸加速度計、三軸磁感計和處理器，三軸陀螺儀、三軸加速度計和三軸磁感計均連接處理器，三軸陀螺儀用于測量受檢者的旋轉角速率并發送至處理器；三軸加速度計用于測量受檢者的線性加速度和傾斜角度并發送至處理器；三軸磁感計用于測量受檢者和地球磁場北極的磁場偏角并發送至處理器；處理器用于接收三軸陀螺儀、三軸加速度計和三軸磁感計發送的數據，并進行處理得到受檢者的第一姿態信息，通過通信裝置140發送至上位機150。

具體地，第二姿態傳感器130也包括三軸陀螺儀、三軸加速度計、三軸磁感計和處理器，三軸陀螺儀、三軸加速度計和三軸磁感計均連接處理器，三軸陀螺儀用于測量受檢者的旋轉角速率并發送至處理器；三軸加速度計用于測量受檢者的線性加速度和傾斜角度并發送至處理器；三軸磁感計用于測量受檢者和地球磁場北極的磁場偏角并發送至處理器；處理器用于接收三軸陀螺儀、三軸加速度計和三軸磁感計發送的數據，并進行處理得到受檢者的第二姿態信息，通過通信裝置140發送至上位機150。

具體地，三軸陀螺儀可同時測定6個方向的位置，移動軌跡，加速。3軸的體積小、重量輕、結構簡單、可靠性好。三軸陀螺儀最大的作用就是“測量角速度，以判別物體的運動狀態”，所以也稱為運動傳感器。三軸加速度傳感器的可在在預先不知道物體運動方向的場合下，應用三維加速度傳感器來檢測加速度信號。三維加速度傳感器具有體積小和重量輕特點，可以測量空間加速度，能夠全面準確反映物體的運動性質。MEMS類加速度計的工作原理是當加速度計連同外界物體(該物體的加速度就是待測的加速度)一起作加速運動時，質量塊就受到慣性力的作用向相反的方向運動。質量塊發生的位移受到彈簧和阻尼器的限制，通過輸出電壓就能測得外界的加速度大小。

在一個實施例中，壓力板110包括連接通信裝置140的壓力傳感器，壓力傳感器用于檢測得到受檢者的足底壓力信息。

在一個實施例中，通信裝置140包括WIFI裝置、藍牙裝置和GPRS裝置中的至少一種，WIFI裝置、藍牙裝置和GPRS裝置均連接上位機150、壓力板110、第一姿態傳感器120和第二姿態傳感器130。

具體地，可根據應用需要選擇合適的通信方式，提高了便利性和靈活性。

上述評估身體平衡的系統，壓力板110用于檢測受檢者的身體在壓力板110的壓力分布得到足底壓力信息并通過通信裝置140發送至上位機150，第一姿態傳感器120測量出受檢者的頭部的原始數據(如旋轉角速率、線性加速度、傾斜角度、受檢者和地球磁場北極的磁場偏角等)，通過卡爾曼濾波姿態融合算法，可得到受檢者的頭部的第一姿態信息(如傾斜角度、角度變化率、抖動速率和移動距離等)，并通過通信裝置140發送至上位機150，第二姿態傳感器130測量出受檢者的軀干的原始數據，通過卡爾曼濾波姿態融合算法，可得到受檢者的軀干的第二姿態信息，并通過通信裝置140發送至上位機150，上位機150用于根據接收的受檢者的足底壓力信息、第一姿態信息和第二姿態信息計算受檢者的身體重心的移動情況并評估受檢者的身體平衡障礙部位；上位機150用于根據接收的第一姿態信息評估受檢者前庭系統對身體平衡的影響；上位機150用于根據接收的第二姿態信息評估受檢者本體感覺能力。通過在同一個時間序列對三組數據進行綜合對比分析綜合對比分析受檢者的頭部、軀干、身體整體重心移動軌跡，以及對比分析受檢者運動前后頭部的姿態信息和對比分析受檢者運動前后軀干的姿態信息，準確找出在測試異常點，從而客觀、準確地評估受檢者平衡功能情況，分析影響平衡的原因，評估效率高，進而為受檢者提供平衡功能改善訓練的建議方向。

維持平衡是一種復雜的生理過程，依賴于中樞神經系統、運動系統、感覺系統的完整性。人體平衡有三大環節：感覺輸入，中樞整合，運動控制。任何一個環節出現異常都會引起平衡障礙。其中，感覺輸入包括視覺、本體感覺、前庭感覺輸入，俗稱“平衡三聯”。

在一個實施例中，如圖2所示，一種評估身體平衡的方法，包括以下步驟：

步驟S110：壓力板用于檢測受檢者的身體在壓力板的壓力分布得到足底壓力信息并通過通信裝置發送至上位機

步驟S120：第一姿態傳感器檢測受檢者的頭部的數據得到第一姿態信息，并通過通信裝置發送至上位機。

步驟S130：第二姿態傳感器檢測受檢者的軀干的數據得到第二姿態信息，并通過通信裝置發送至上位機。

步驟S140：上位機根據接收的受檢者的足底壓力信息、第一姿態信息和第二姿態信息計算受檢者的身體重心的移動情況并評估受檢者的身體平衡障礙部位。在本實施例中，步驟S140包括步驟142至步驟148。

步驟142：上位機根據接收的受檢者的足底壓力信息，計算出受檢者的身體整體重心的移動軌跡的變化曲線，得到第一變化曲線圖。

步驟144：上位機根據接收的第一姿態信息，計算出受檢者頭部重心的移動軌跡的變化曲線，得到第二變化曲線圖。

步驟146：上位機根據接收的第二姿態信息，計算出受檢者軀干重心的移動軌跡的變化曲線，得到第三變化曲線圖。

步驟148：上位機將同一個時間序列的第一變化曲線圖、第二變化曲線圖和第三變化曲線圖進行對比，得出身體整體重心、頭部重心和軀干重心之間的重心轉移吻合度，評估受檢者的身體平衡障礙部位。

步驟S150：上位機根據接收的第一姿態信息評估受檢者前庭系統對身體平衡的影響。在本實施例中，第一姿態信息包括第一前姿態信息和第一后姿態信息，步驟S150包括步驟152至步驟156。

具體地，正常人在一般狀態下由前庭系統和與其保持密切關系的視覺和本體感覺(軀干、肌肉張力等方面)的參與及合作而使之隨時明確自己在空間的正確定位關系，即使在閉目或動態狀況下亦可確定自身的方位而保持平衡。當前庭功能減退或受到病理性、生理性刺激時則各方面的協調關系混亂，表現為平衡功能障礙。

步驟152：第一姿態傳感器在受檢者閉目站立，雙臂向前平伸時，記錄受檢者此時的姿態信息，得到第一前姿態信息。

步驟154：第一姿態傳感器在受檢者在預設時間內原地踏步預設步數時，記錄受檢者踏步結束時的姿態信息，得到第一后姿態信息。

步驟156：第一姿態傳感器比較第一前姿態信息和第一后姿態信息，當偏轉角度大于預設閾值時，則受檢者的前庭系統異常。

具體地，受檢者閉目站立，雙臂向前平伸，在1分鐘時間內原地踏步50～100步，利用MEMS九軸姿態傳感器記錄受檢者踏步結束時的偏斜角度，當身體旋轉>30°時，則判斷受檢者的前庭系統異常，預設閾值可以根據需要進行適當調整。

步驟S160：上位機根據接收的第二姿態信息評估受檢者本體感覺能力。在本實施例中，第二姿態信息包括第二前姿態信息和第二后姿態信息，步驟S160包括步驟162至步驟166。

步驟162：第二姿態傳感器在受檢者站立，在睜眼情況下向預設方向擺動身體至預設位置時，記錄受檢者此時的姿態信息，得到第二前姿態信息。

具體地，預設位置可以根據需要進行適當調整，提高了靈活性。

步驟164：第二姿態傳感器在受檢者在閉眼情況下再次向預設方向擺動身體至受檢者自我感覺身體已經到達預設位置時，記錄受檢者此時的姿態信息，得到第二后姿態信息。

步驟166：第二姿態傳感器多次采集并比較第二前姿態信息和第二后姿態信息，得到對應的位置的差距從而評估受檢者本體感覺能力。

具體地，具體的評估的方式并不唯一，可根據具體需要進行制定，例如當第二姿態傳感器兩次分別采集第二前姿態信息和第二后姿態信息時，得到的對應的位置的差距為X和Y，比較X與Y的大小，若X＞Y，則說明患者本體感覺能力有好轉，反之則惡化，當第二姿態傳感器四次分別采集第二前姿態信息和第二后姿態信息時，得到的對應的位置差距為X、Y、Z、K，則可制定評估的方案為好轉的次數大于惡化的次數，則判斷為好轉，或者直接比較最后一次獲取的對應的位置差距和第一次獲取的對應的位置差距進行評估。

在一個實施例中，預設方向包括前、后、左、右四個方向，第二姿態傳感器需要記錄受檢者分別進行前、后、左、右四個方向的測試得到各方向第二前姿態信息和各方向第二后姿態信息，全面評估受檢者本體感覺能力。

上述評估身體平衡的方法，壓力板檢測受檢者的身體在壓力板的壓力分布得到足底壓力信息，并通過通信裝置發送至上位機；第一姿態傳感器檢測受檢者的頭部的數據得到第一姿態信息，并通過通信裝置發送至上位機；第二姿態傳感器檢測受檢者的軀干的數據得到第二姿態信息，并通過通信裝置發送至上位機；上位機根據接收的受檢者的足底壓力信息、第一姿態信息和第二姿態信息計算受檢者的身體重心的移動情況并評估受檢者的身體平衡障礙部位；上位機根據接收的第一姿態信息評估受檢者前庭系統對身體平衡的影響；上位機根據接收的第二姿態信息評估受檢者本體感覺能力。通過綜合對比分析受檢者的頭部、軀干、身體整體重心移動軌跡，以及對比分析受檢者運動前后頭部的姿態信息和對比分析受檢者運動前后軀干的姿態信息，能準確地評估受檢者平衡功能障礙的部位、前庭系統對身體平衡的影響和本體感覺能力，分析影響平衡的原因，評估效率高，進而為受檢者提供平衡功能改善訓練的建議方向。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。