[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

本發明公開了一種人體步態穩定性評估方法及裝置，本發明利用深度攝像頭捕捉人體在行走時的全身運動數據，結合人體各體段質量分布信息估計出人體質心COM在每一時刻的位置和速度，然后利用人體質心的位置和速度計算出外推的質心位置XCOM，同時采用電子步道用來獲取人體在行走時的支撐面位置BOS。該方法基于XCOM和BOS在同一時刻的3維空間位置關系得到參數值——角度化的穩定裕度AMOS，可以定量表示人體的步態穩定性，AMOS的平均值越大，表示人體步態越穩定，而且該方法不受個體身高的影響，非常適合于個體間步態穩定性的評估和比較，為人體步態穩定性研究提供了可靠的工具。

技術領域

本發明屬于步態檢測技術領域，涉及一種利用人體質心及支撐面的相對位置進行步態穩定性評估的方法及裝置。

背景技術

人體步態穩定性是指人體在運動過程中感知身體質心并通過肢體等運動將身體質心控制在支撐面內保持身體穩定的能力，良好的步態穩定性是進行各種日?；顒拥幕緱l件。然而，隨著年齡的增長，與穩定能力有關的身體各項機能會出現衰退，可能會導致跌倒。跌倒會對人身安全造成很大的威脅，而跌倒風險和人體步態穩定性具有緊密的聯系。據目前所知，人的年齡，神經肌肉類疾病，走路姿勢等都會對步態穩定性造成影響。通過對人體步態穩定性進行評估可以篩選出具有高跌倒風險的人群，進而采取對應的措施來減低這類人的跌倒風險，這具有重要的意義。步態穩定性的評估一般臨床上采用臨床觀察法、量表評估法等手段，醫生通過觀察受試者在不同測試項目下的表現進行評分。這些方法主觀性強，不同醫生的評估結果可能有較大差異，難以定量、客觀評價，而且更沒有辦法給出受試者平衡問題的主要來源的相關信息，因此其應用在有較大局限性的同時其臨床診斷的指導價值也很有限。

目前有相關研究結合人體質心的位置和速度提出了外推質心(XCOM)這個概念，已有相關方法利用XCOM到支撐面的投影和支撐面邊界的距離來評估人體的步態穩定性，稱為“穩定裕度(Margin of Stability,MOS)”。但是該方法對步態穩定性進行評估還是存在局限性，該方法會受到身高的影響。而用該方法來分析某種因素對人體步態穩定性的影響時，個體間的身高差異可能會影響我們的判斷，所以這會限制對研究對象的選取，給相關研究帶來困難。

發明內容

為了解決人體步態穩定性評估存在的實際問題，消除身高對步態穩定性評估帶來的影響，本發明提出了一種不受身高影響的步態穩定性評估方法及裝置。該方法基于外推質心(XCOM)和BOS的3D空間位置關系得到參數值AMOS，可以定量表示人體的步態穩定性，AMOS的平均值越大，表示人體步態越穩定。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：一種人體步態穩定性評估方法，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(Center of Mass,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，足底與地面的接觸面)。

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參數值——角度化的穩定裕度(Angled Margin of Stability，AMOS)；

AMOS＝sin(θ)

其中θ是XCOM與BOS邊界點的連線與垂直方向傾斜角；

最后再計算步行期間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。

進一步地，所述步驟1)具體包括以下子步驟：