[發(fā)明專利]基于足底壓力信息時空域特征的糖尿病足風(fēng)險預(yù)警裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010111882.4
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111329484A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 歐陽濟;舒琳;徐向民
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: A61B5/103
• 分類號: A61B5/103;A61B5/11
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 林梅繁

本發(fā)明為可穿戴設(shè)備的步態(tài)分析技術(shù)，涉及基于足底壓力信息時空域特征的糖尿病足風(fēng)險預(yù)警裝置，包括可穿戴鞋系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理單元、運動學(xué)特征提取單元和預(yù)測模型；可穿戴鞋系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集單元，采集受試者的動態(tài)足底壓力數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理單元獲取連續(xù)一段時間內(nèi)的足底壓力數(shù)據(jù)，將其切分為一個個步態(tài)周期內(nèi)的足底壓力信號；運動學(xué)特征提取單元從切分后的足底壓力信號中進(jìn)行運動學(xué)特征提取，獲取數(shù)據(jù)標(biāo)簽對集；將數(shù)據(jù)標(biāo)簽對集分成訓(xùn)練集與測試集，構(gòu)建、訓(xùn)練預(yù)測模型；向訓(xùn)練好的預(yù)測模型中輸入測試者足底壓力分布的特征參數(shù)，得到受試者是否步態(tài)異常的結(jié)果。本發(fā)明充分利用了足底多個特征區(qū)域的壓力信息，及時地預(yù)警受試者是否步態(tài)異常。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于模式識別領(lǐng)域，為可穿戴設(shè)備的步態(tài)分析技術(shù)，具體涉及基于足底壓力信息時空域特征的糖尿病足風(fēng)險預(yù)警裝置。

背景技術(shù)

進(jìn)入21世紀(jì)以來，人類社會飛速進(jìn)步，生活質(zhì)量也迅速提高，人們也越來越關(guān)注自身的健康。雙腳是身體必不可少的重要組成部分，人的日常生活離不開一雙健康的腳。影響人正常行走步態(tài)的原因有很多，糖尿病、帕金森病患者、腦癱、肥胖、足部潰瘍和輕度偏癱等疾病都會導(dǎo)致足部結(jié)構(gòu)變化，從而影響人的正常行走并影響人的生活。糖尿病患者致殘致死的很大一部分原因是由于糖尿病足潰瘍和壞疽引起的糖尿病并發(fā)癥。

隨機計算機的發(fā)展，步態(tài)分析與計算機結(jié)合起來了。目前主流的步態(tài)識別方法主要包括基于視頻及圖像處理的計算機視覺系統(tǒng)、基于可穿戴鞋系統(tǒng)。前者所用設(shè)備價格昂貴，操作笨重；而基于可穿戴鞋系統(tǒng)的足底壓力測定作為一種簡單易用的檢測方法，是未來判定糖尿病足的一個重要發(fā)展方向，可以測試靜態(tài)以及動態(tài)足底狀態(tài)，用于走、跑等不同運動形態(tài)類型分析。然而，現(xiàn)有基于可穿戴鞋系統(tǒng)的步態(tài)識別系統(tǒng)大都只負(fù)責(zé)日常監(jiān)測，提供各數(shù)字指標(biāo)，存在對足底壓力信息利用的不足，無法預(yù)警受試者是否存在糖尿病足高危風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提供基于足底壓力信息時空域特征的糖尿病足風(fēng)險預(yù)警裝置，充分利用了足底多個特征區(qū)域的壓力信息，及時地預(yù)警受試者是否步態(tài)異常。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：基于足底壓力信息時空域特征的糖尿病足風(fēng)險預(yù)警裝置，包括依次連接的可穿戴鞋系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理單元、運動學(xué)特征提取單元和預(yù)測模型；

可穿戴鞋系統(tǒng)包括壓力監(jiān)測鞋墊和數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元包括多個設(shè)置在壓力監(jiān)測鞋墊的壓力傳感器；各壓力傳感器分別用于實時采集受試者的動態(tài)足底壓力數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元中；

數(shù)據(jù)處理單元獲取連續(xù)一段時間內(nèi)的足底壓力數(shù)據(jù)，并對獲取的連續(xù)一段時間的足底壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，切分為一個個步態(tài)周期內(nèi)的足底壓力信號；

運動學(xué)特征提取單元從切分后的足底壓力信號中進(jìn)行運動學(xué)特征提取，得到足底壓力分布的特征參數(shù)，并根據(jù)是否為糖尿病足患者打上標(biāo)簽，形成數(shù)據(jù)標(biāo)簽對集；

將數(shù)據(jù)標(biāo)簽對集分成訓(xùn)練集與測試集，通過訓(xùn)練集構(gòu)建線性預(yù)測模型，利用測試集評估預(yù)測模型的效果；向訓(xùn)練好的預(yù)測模型中輸入測試者足底壓力分布的特征參數(shù)，得到受試者是否步態(tài)異常的結(jié)果。

在優(yōu)選的實施例中，多個壓力傳感器分布在壓力監(jiān)測鞋墊的八個特征區(qū)域，其位置分別在于：第一跖骨關(guān)節(jié)位置、第二跖骨與第三跖骨之間關(guān)節(jié)位置、第四跖骨與第五跖骨之間關(guān)節(jié)位置、腳中間內(nèi)側(cè)、腳中間外側(cè)、腳跟位置內(nèi)側(cè)、腳跟位置外側(cè)、大拇指位置。

在優(yōu)選的實施例中，所述數(shù)據(jù)處理單元通過多個壓力傳感器獲取左右腳足底八個不同特征區(qū)域在連續(xù)一段時間內(nèi)的足底壓力數(shù)據(jù)，將獲取的左右腳足底八個不同特征區(qū)域的足底壓力信號疊加在一起，得到連續(xù)一段時間內(nèi)各特征區(qū)域的足底壓力信號的總壓力值；并按照一個步態(tài)周期足底壓力曲線的形狀找到左右腳每個特征區(qū)域的足底壓力信號的一個步態(tài)周期的切分點，用于切分所有特征區(qū)域的足底壓力信號，一個步態(tài)周期內(nèi)的左右腳不同特征區(qū)域信號為一個樣本。

本發(fā)明由于采取了以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：