[發(fā)明專利]一種步態(tài)分析方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910694487.0
• 申請(qǐng)日: 2019-07-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110558990B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡清來(lái);許金泰;楊曉川;王明佳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福建省萬(wàn)物智聯(lián)科技有限公司
• 主分類號(hào): A61B5/11
• 分類號(hào): A61B5/11;A61B5/00
• 代理公司: 泉州勁翔專利事務(wù)所(普通合伙) 35216
• 代理人: 林楓

1.一種步態(tài)分析方法，其特征在于：其具體分析過(guò)程如下：

1)信號(hào)采集：利用傳感器采集人體行進(jìn)過(guò)程中下肢在空間上X、Y、Z三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)包括三維加速度信號(hào)和三維角速度信號(hào)；所述X、Y、Z方向相互垂直，所述X、Y、Z方向分別為以待測(cè)人體為參照的水平前后方向，水平左右方向和豎直方向；

2)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行兩次濾波：對(duì)行進(jìn)方向的加速度進(jìn)行高通濾波，對(duì)高通濾波后的數(shù)據(jù)取絕對(duì)值，再進(jìn)行長(zhǎng)度為N的均值濾波得到acc_speed_me序列；

3)單步信號(hào)劃分：序列acc_speed_me以th_K的變化量進(jìn)行分割，即(acc_speed_mea(n)-acc_speed_mea(n-1))th_K作為一步運(yùn)動(dòng)開(kāi)始，(acc_speed_mea(n-1)-acc_speed_mea(n))th_K作為一步運(yùn)動(dòng)結(jié)束，這段間隔為有效的一步；

4)判斷著地方式：當(dāng)(Zacc-1G)/Y0.1時(shí)為后跟著地，Z變大；當(dāng)(Zacc-1G)/Y-0.1時(shí)為前掌著地，Z變小；其他為全掌著地情況，其中Zacc為Z軸方向加速度，G為重力加速度，G＝9.8m/s²，Zacc-1G為全掌落地時(shí)的情況；

5)判斷足內(nèi)旋：當(dāng)0X/Zmax0.1，為正常著地；當(dāng)X/Zmax0.1，X方向加速度為正，為外翻著地；當(dāng)X/Zmax0.1，X方向加速度為負(fù)，為內(nèi)翻著地，其中X為X軸加速度，Zmax為Z軸最大加速度；

6)判斷內(nèi)外八字：當(dāng)(X/Y)0.1，測(cè)量加速度的方向與行進(jìn)方向相反為外八字步；當(dāng)(X/Y)0.1，測(cè)量加速度的方向與行進(jìn)方向相同為內(nèi)八字步，其中X為X軸加速度，Y為Y軸加速度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種步態(tài)分析方法，其特征在于：th_K的取值范圍為10-80。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種步態(tài)分析方法，其特征在于，還包括以下步驟：

1)重新采樣：設(shè)置加速度采樣率FS，將采樣率為FS的序列重采樣至10Hz，即每隔FS/10抽取采樣點(diǎn)；

2)獲取單步數(shù)據(jù)：將重采樣后獲取的有效行進(jìn)方波時(shí)間擴(kuò)展至實(shí)際時(shí)間，對(duì)行進(jìn)方向加速度進(jìn)行低通濾波，以有效行進(jìn)方波下降沿為單步開(kāi)始，并查找每個(gè)方波周期內(nèi)的最小值以此采樣點(diǎn)為單步行進(jìn)的結(jié)束時(shí)間；

3)獲取騰空時(shí)間和著地時(shí)間：由一步行進(jìn)的結(jié)束點(diǎn)逐次累加計(jì)算獲取單步運(yùn)行由結(jié)束到開(kāi)始的速度變化，對(duì)速度曲線進(jìn)行高通濾波，獲取由高通濾波后的速度曲線最小值開(kāi)始至第一個(gè)極點(diǎn)，取為騰空時(shí)間點(diǎn)，總時(shí)間減去騰空時(shí)間得出著地時(shí)間；

4)獲取步幅大小：s＝-v_min÷Preg÷FS×10÷2×t÷FS，式中s為步幅，Vmin為速度曲線最小值，Preg為傳感器1G的數(shù)據(jù)點(diǎn)，t騰空時(shí)間，F(xiàn)S為采樣率；

5)獲取沖擊力和騰空高度：獲取單步結(jié)束點(diǎn)前后FS/10個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)內(nèi)垂直方向的最大值，取為沖擊力；獲取單步結(jié)束點(diǎn)前后FS/10個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)內(nèi)垂直方向的最小值Z_min，取為觸地點(diǎn)；以觸地點(diǎn)開(kāi)始向前取FS/10個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，并減去中獲取的最小值Z_min，即Z_n＝Z_n-Z_min；對(duì)Z_n進(jìn)行累加估算著地速度vz＝Zn+Zn-1+…+Z1；v_z'＝v_z÷Preg÷FS×10，其中Preg為傳感器1G的數(shù)據(jù)點(diǎn)，F(xiàn)S為采樣率；計(jì)算離地高H,H＝v_z'×0.1。

4.一種采用權(quán)利要求1所述的步態(tài)分析方法的裝置，其特征在于：包括載體、數(shù)據(jù)采集器、微處理器和電池；所述載體為一智扣，所述智扣包括上蓋、透光片和底座，所述上蓋和底座之間形成放置槽，所述放置槽內(nèi)用于放置數(shù)據(jù)采集器、微處理器和電池，所述數(shù)據(jù)采集器用于至少采集人體在空間X、Y、Z三個(gè)方向上的線加速度及角加速度數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)采集器的輸出端電性連接微處理器的信號(hào)輸入端，所述微處理器具有A/D轉(zhuǎn)換功能、串口通信功能以及藍(lán)牙通信功能，并通過(guò)藍(lán)牙通訊連接智能終端，微處理器將采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，進(jìn)而計(jì)算出對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)傳輸至智能終端。