[發(fā)明專利]移動式足底內(nèi)力測量系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410178505.7
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN103932721B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉濤;韓梅梅
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州福祉醫(yī)療器械有限公司
• 主分類號: A61B5/22
• 分類號: A61B5/22;A61B5/11
• 代理公司: 浙江五星國泰律師事務(wù)所33245
• 代理人: 王磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子信息技術(shù)及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及人體日常運動條件下適應(yīng)于鞋底彈性變形的足底三維反作用力和三維反作用力矩的實時測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，在臨床醫(yī)學(xué)和體育運動學(xué)等領(lǐng)域，英國VICON和日本NAC等公司產(chǎn)品化的基于多個高速照相機運動捕捉的高速圖像分析和測力板系統(tǒng)通常可以被用來定量分析人體全身的運動和多維的地面反作用[1]-[4]。這種傳統(tǒng)的方法或者系統(tǒng)需要專門的測量空間、專業(yè)操作人員以及昂貴的高速圖像采集和處理設(shè)備，在實時控制和測量的應(yīng)用上，盡管在人體的運動較大關(guān)節(jié)如髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的運動測量上可以實現(xiàn)較高的角度和位移精度，但是由于這樣固定式人體生物力學(xué)分析與測量系統(tǒng)具有低效和高成本等缺點，只能局限于實驗研究和有限的臨床應(yīng)用研究。另外這種傳統(tǒng)的測量方法對人體運動時候的捕捉范圍有限，而且放置在身體表面的大量的標(biāo)識點也會影響到測量對象的正常運動，針對人體的小關(guān)節(jié)例如足底的變形和腳趾頭彎曲的測量，這種依賴標(biāo)識點的圖像分析系統(tǒng)的精度就會比測量下肢的大關(guān)節(jié)運動要相對低下。在日常的環(huán)境中，例如狹小樓梯、多障礙工作區(qū)等環(huán)境下，這種傳統(tǒng)的運動分析系統(tǒng)將很難進行測量；很難實現(xiàn)實時地解算出人體生物力學(xué)信息，并且很難將關(guān)節(jié)三維角度、關(guān)節(jié)力和肌肉力等數(shù)據(jù)實時地反饋到人體運動輔助的外骨骼或者機器人的控制系統(tǒng)中。

隨著計算機與傳感技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)療或者監(jiān)護現(xiàn)場對傳感器網(wǎng)絡(luò)使用的便利程度和信息交互效率提出了更高的要求。無線穿戴式傳感器技術(shù)正是迎合這一要求而迅猛發(fā)展。高效、全方位的信息交互正成為現(xiàn)在和將來醫(yī)療保健傳感器的發(fā)展基調(diào)，擁有巨大的研究價值和潛在市場[5]。近年來國內(nèi)外眾多的研究人員就穿戴式傳感器在人體生物力學(xué)工程領(lǐng)域的研究做了大量的工作[6-14]，在測量三維關(guān)節(jié)角度、六維地面反作用力、壓力中心和關(guān)節(jié)作用力等方面與傳統(tǒng)的人體運動分析系統(tǒng)相比較，這些穿戴式傳感器系統(tǒng)在測量精度、操作便利性、多維力學(xué)信息獲取和價格上都有明顯的優(yōu)勢。然而，如果在不使用可靠性和定量化能力相對較低的腦電信號(EEG)和表面肌電信號(EMG)來直接測量人腦皮層和肌肉運動的情況下，研究人員在考慮人的因素為中心而研制的人體運動輔助智能系統(tǒng)中，尤其在基于人體動力學(xué)的實時人體內(nèi)力信息反饋與機器人控制的研究與應(yīng)用中少見成功的應(yīng)用實例，其原因可以歸納為：人體逆向動力學(xué)研究尚缺少柔性的多維力傳感器及測力板。

參考文獻：

[1]A.Stacoff,I.Quervain,G.Luder,R.List,E.Stussi,“Ground?reactionforcesonstairs.PartII:Kneeimplantpatientsversusnormal,”GaitandPosture,26(1),pp.48-58,2007.

[2]L.I.Wang,“Thekineticsandstiffnesscharacteristicsofthe?lowerextremityinolderadultsduringverticaljumping,”Journalof?SportsScienceandMedicine,7(3),pp.379-386,2008.

[3]Y.B.Seven,N.E.Akalan,C.A.Yucesoy,“Effectsofbackloading?onthebiomechanicsofsit-to-standmotioninhealthychildren,”Human?MovementScience,27(1),pp.65-79,2008.

[4]G.S.Faber,Chien-ChiChang,IdsartKingma,JackT.Dennerlein,“Estimatingdynamicexternalhandforcesduringmanualmaterials?handlingbasedongroundreactionforcesandbodysegmentaccelerations,”JournalofBiomechanics,46,pp.2736–2740,2013.

[5]A.Pantelopoulos,N.G.Bourbakis,“Asurveyonwearable?sensor-basedsystemsforhealthmonitoringandprognosis,”IEEE?TransactionsonSystems,ManandCyberneticsPartC:Applicationsand?Reviews,40(1),pp.1-12,2010.