[發明專利]一種人體步態穩定性評估方法及裝置

有效

• 申請號: 202011347890.5
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112418110B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 寧鋼民;徐勝前
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06V40/20
• 分類號: G06V40/20;G06T7/66;G06T7/73;G01L5/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

1.一種人體步態穩定性評估方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)利用3D深度攝像頭捕捉人體在行走時的各關節點坐標，再結合人體各部分質量分布信息估計出人體質心COM在每個時刻的位置；

2)根據步驟1)估計出的人體質心COM在行走時的每個時刻的位置信息計算出人體在步行過程中外推的質心位置XCOM；

3)使用電子步道獲取人體在行走時的支撐面位置BOS；

4)基于XCOM和BOS在同一時刻的3維空間位置關系計算得到每一時刻的AMOS值；

AMOS＝sin(θ)

其中θ是XCOM與BOS邊界點的連線與垂直方向傾斜角；

再計算步行期間AMOS的平均值作為步態穩定性評估參數，其中AMOS的平均值越大表示人體的步態越穩定；具體包括以下子步驟：

4.1)通過步驟3)得到的人體步行期間支撐面BOS的位置，獲取支撐面的邊界點，包括前邊界點B_A、后邊界點B_P、左邊界點B_L和右邊界點B_R；計算人體前后方向即矢狀面的穩定性時，只需要BOS前邊界的位置，計算人體左右方向即額狀面的穩定性時，只需要BOS左右邊界的位置；

4.2)已知步行期間某時刻外推質心的位置和支撐面的邊界，計算得到該時刻步態穩定性參數AMOS的值：

其中B是該時刻支撐面的某個邊界點，P是該時刻XCOM在支撐面的投影點，s是XCOM到B的連線，h是XCOM在Z方向的高度，θ是s和h的夾角；

當要計算矢狀面的穩定性時，只與支撐面前邊界有關，P-B＝B_A-P；

當要計算額狀面的穩定性時，如果該時刻，落地腳中左腳在前，則P-B＝P-B_L；

當要計算額狀面的穩定性時，如果該時刻，落地腳中右腳在前，則P-B＝B_R-P。

2.根據權利要求1所述的一種人體步態穩定性評估方法，其特征在于，所述步驟1)具體包括以下子步驟：

1.1)3D深度攝像頭放置于實驗者的正前方，捕捉人體在行走時的全身運動數據，然后輸出人體多個關節點的坐標，坐標軸為右手系，其中x為左右方向坐標，向右為正；y為前后方向坐標，向前為正；z為上下方向坐標，向上為正；

1.2)根據成年人各體段相對質量及質心相對位置分布以及人體各體段慣性參數，將人體分成15個體段，每個體段都可以由兩個關節點確定，由各關節點的坐標及已知各體段的質心相對位置分布，得到各體段的質心位置坐標，假設其中一個體段的兩個關節點坐標為(jx₁，jy₁，jz₁)和(jx₂，jy₂，jz₂)，r是該體段質心上部尺寸占本體段全長的百分比，則得到該體段的質心坐標為：

(x，y，z)＝(jx₁，jy₁，jz₁)*r+(jx₂，jy₂，jz₂)*(1-r)

1.3)根據以下公式對人體質心進行計算，(X_COM，Y_COM，Z_COM)為人體整個質心的坐標，(x_i，y_i，z_i)表示各體段質心的坐標，p_i表示各體段的相對質量；最后得到人體質心COM的位置為：