[發明專利]一種基于腳部靜電的膝關節屈曲角度監測裝置

在審

• 申請號: 201710412002.5
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107280678A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 陳曦;王偉;李鵬斐;唐凱
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: A61B5/107
• 分類號: A61B5/107;A61B5/11;A61B5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于腳部靜電的膝關節屈曲角度監測裝置，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：探測電極通過接口連接到主體裝置上，通過靜電感應的方式監測一定范圍內由人體腳部運動引起的靜電場變化信號；

步驟二：探測電路通過對該信號進行信號調理及消噪處理，去除信號中工頻及高頻信號的干擾；

步驟三：信號處理電路對消噪過的信號進行頻譜分析，并對頻域信號進行主成分分析，得到信號的主成分矩陣；

步驟四：數據分析模塊基于預設的膝關節多種屈曲角度標準信號庫，利用K最鄰算法對特征矩陣進行分類識別，得到該次測試信號對應的屈曲角度。

2.根據權利要求1所述一種基于腳部靜電的膝關節屈曲角度監測裝置，其特征在于：所述探測電路需對探測極板獲得的信號進行電荷放大、電流電壓轉換、50Hz工頻陷波和10Hz低通濾波操作；探測極板用于獲取靜電感應電荷量，電荷量的變化會產生靜電感應電流，該電流經過T型反饋網絡組成的微電流放大電路后得到可被測量的電壓值，之后該信號經過50Hz工頻陷波和10Hz低通濾波去除工頻噪聲及高頻信號干擾后，得到表征人體步行運動的電信號。

3.根據權利要求1或2所述的一種基于腳部靜電的膝關節屈曲角度監測裝置，其特征在于：步驟三中的頻譜分析過程為：利用信號處理電路對步驟二采集到的步行靜電信號進行快速傅里葉變換，得到其頻域信息。

4.根據權利要求1或2或3所述的一種基于腳部靜電的膝關節屈曲角度監測裝置，其特征在于：步驟四中主成分分析的過程為：

設得到的步態靜電信號數據矩陣為X∈R^n×m，其PCA模型表示為：

X＝t₁p₁^T+t₂p₂^T+…+t_kp_k^T+E

其中，k為保留的主元數，k≤m，t_i(i＝1…k)為主元，p_i(i＝1…k)為負荷向量，E為殘差。

根據主成分分析的基本原理，可將人體步態靜電信號的主成分分析計算步驟歸納如下：

1.計算n×p階樣本數據矩陣X相關系數矩陣。

2.計算特征值和特征向量。對樣本相關系數矩陣R進行特征分解，得到特征值和特征向量。

3.計算主成分貢獻率及累計貢獻率。前m個主成分的累積貢獻率大于某個閾值(在此選用80％)時可以認為主成分個數為m。

4.計算PCA得分矩陣得到新的特征變量。

利用PCA可對步態靜電信號進行降維處理得到主成分矩陣。