[發(fā)明專利]一種具有分析功能的無(wú)線可穿戴式步態(tài)信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110253629.7
• 申請(qǐng)日: 2021-03-09
• 公開（公告）號(hào): CN113017616B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹軍義;王瑞雪;趙歡;殷志成;雷亞國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B5/11
• 分類號(hào): A61B5/11
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種具有分析功能的無(wú)線可穿戴式步態(tài)信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括鞋墊襯底(1)，在鞋墊襯底(1)表面固定有第一柔性傳感器(2)、第二柔性傳感器(3)、第三柔性傳感器(4)、第四柔性傳感器(5)和信號(hào)處理系統(tǒng)(6)，其中，第一柔性傳感器(2)、第二柔性傳感器(3)、第三柔性傳感器(4)、第四柔性傳感器(5)分別位于足底的第一趾骨頭、第二跖骨頭、足跟和足弓對(duì)應(yīng)的位置；第一柔性傳感器(2)、第二柔性傳感器(3)、第三柔性傳感器(4)、第四柔性傳感器(5)的信號(hào)輸出和信號(hào)處理系統(tǒng)(6)信號(hào)輸入連接，信號(hào)處理系統(tǒng)(6)信號(hào)輸出和上位機(jī)(7)連接；

所述的信號(hào)處理系統(tǒng)(6)包括核心處理模塊(61)、無(wú)線通訊模塊(62)、供電模塊(63)，供電模塊(63)向核心處理模塊(61)、無(wú)線通訊模塊(62)供電，第一柔性傳感器(2)、第二柔性傳感器(3)、第三柔性傳感器(4)、第四柔性傳感器(5)的輸出信號(hào)和核心處理模塊(61)的輸入端連接，核心處理模塊(61)的輸出端與無(wú)線通訊模塊(62)的輸入端連接，無(wú)線通訊模塊(62)的輸出端和上位機(jī)(7)無(wú)線連接；

所述的上位機(jī)(7)將接收到的多通道信號(hào)與分析結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化展示并保存；

所述的第一柔性傳感器(2)、第二柔性傳感器(3)、第三柔性傳感器(4)、第四柔性傳感器(5)為不需要外部供電的無(wú)源傳感器；

所述的核心處理模塊(61)采取的步態(tài)特征提取方法，包括以下步驟：

S1.通過(guò)步態(tài)信號(hào)無(wú)線采集系統(tǒng)獲取對(duì)多通道足底信號(hào)時(shí)間序列；

S2.對(duì)多通道足底信號(hào)時(shí)間序列進(jìn)行預(yù)處理得到多通道平滑時(shí)間序列；

S3.通過(guò)多通道平滑時(shí)間序列提取步態(tài)特征時(shí)刻，步態(tài)特征時(shí)刻包括雙足的足跟觸地時(shí)刻和足尖離地時(shí)刻；

S4.根據(jù)步態(tài)特征時(shí)刻劃分步態(tài)信號(hào)，包括步態(tài)周期以及每個(gè)周期內(nèi)站立相與擺動(dòng)相時(shí)長(zhǎng)的特征；

S5.再根據(jù)步態(tài)信號(hào)劃分結(jié)果，計(jì)算步態(tài)特征數(shù)值結(jié)果；

步驟S3中步態(tài)特征時(shí)刻提取方法包括以下步驟：

S31.尋找左右腳足尖處時(shí)間序列x_i中的局部極大值點(diǎn)，得到極大值序列(t_peaks,value_peaks)；

S32.從極大值序列中篩選出足尖離地時(shí)刻點(diǎn)，即：

t_TO(m)＝t_peaks(n),value_peaks(n)＞θ₁,t_peaks(n)-t_TO(m-1)＞θ₂

式中，t_TO為足尖離地時(shí)間序列，t_peaks(n)為符合條件的極大值序列點(diǎn)，value_peaks(n)為極大值序列中下標(biāo)為n的極大值點(diǎn)所在時(shí)刻在波形中對(duì)應(yīng)的數(shù)值；

S33.尋找左右腳足跟處時(shí)間序列z_j中的局部極小值點(diǎn)，得到極小值序列(t_vals,value_vals)；

S34.篩選極小值序列中數(shù)值小于相鄰兩點(diǎn)的點(diǎn)，將其定義為足跟觸地時(shí)刻的參考點(diǎn)，即：

t_HCref(o)＝t_vals(o_ref),value_vals(o_ref)＜value_vals(o_ref-1),value_vals(o_ref)＜value_vals(o_ref+1)

式中，value_vals(o_ref)為極小值序列中下標(biāo)為o_ref的極小值點(diǎn)所在時(shí)刻在波形中對(duì)應(yīng)的數(shù)值，t_HCref為足跟觸地時(shí)刻參考點(diǎn)時(shí)間序列，其對(duì)應(yīng)的數(shù)值為value_HCref；

S35.尋找左右腳足跟處時(shí)間序列z_j中的局部極大值點(diǎn)，得到極大值序列(t'_peaks,value'_peaks)；

S36.篩選出極大值序列(t'_peaks,value'_peaks)中與序列(t_HCref,value_HCref)所在直線斜率在相鄰點(diǎn)中最小的點(diǎn)，定義為足跟觸地時(shí)間序列t_HC，即：

t_HC(m')＝t'_peaks(n'),k(n')＜k(n'-1),k(n')＜k(n'+1)

式中，

步驟S4中步態(tài)特征時(shí)刻劃分，包括以下步驟：

S41.計(jì)算每個(gè)步態(tài)周期的時(shí)間跨度：

T(n)＝t_HC(n+1)-t_HC(n)

式中，T表示步態(tài)周期時(shí)間序列，t_HC表示足跟觸地時(shí)刻時(shí)間序列；

S42.計(jì)算每個(gè)步態(tài)周期中站立相的時(shí)間跨度：

t_ST(n)＝t_TO(n)-t_HC(n)

式中，t_ST表示站立相時(shí)間序列，t_TO和t_HC分別表示足尖離地時(shí)刻與足跟觸地時(shí)刻時(shí)間序列；

S43.計(jì)算每個(gè)步態(tài)周期中擺動(dòng)相的時(shí)間跨度：

t_SW(n)＝t_HC(n+1)-t_TO(n)

式中，t_SW表示擺動(dòng)相時(shí)間序列，t_HC和t_TO分別表示足跟觸地時(shí)刻與足尖離地時(shí)刻時(shí)間序列。