[發明專利]基于弱足COP特征的步態特征提取方法及跌倒風險判別系統

有效

• 申請號: 202110288496.7
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113057627B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 舒琳;宋鎮;徐向民;胡國華
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;中山市華南理工大學現代產業技術研究院
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11;A61B5/103;A61B5/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 林梅繁

1.基于弱足COP特征的跌倒風險判別系統，其特征在于，包括依次連接的足壓信號預處理模塊、弱足判定模塊、特征提取模塊和跌倒風險判定模塊；其中，特征提取模塊包括基本單足COP特征提取模塊、空間對稱性相關特征提取模塊和時序一致性相關特征提取模塊；

足壓信號預處理模塊將左右腳的多通道足壓數據進行切分、對齊，去噪后提取左右腳的單足COP時間序列傳輸到弱足判定模塊中；弱足判定模塊對傳入的單足COP時間序列進行判定，得到弱足COP時間序列；

基本單足COP特征提取模塊對左右腳以及弱足COP時間序列分別進行特征提取，所提取的特征包括一維特征、二維特征；空間對稱性相關特征提取模塊結合左右腳的單足COP時間序列，對對稱性相關特征進行提取；時序一致性相關特征提取模塊針對弱足COP時間序列，對時序上的變化以及一致性進行特征提取；

跌倒風險判定模塊對輸入的足壓數據進行風險判別，區分出跌倒高風險和跌倒低風險兩類；

其中，弱足判定模塊根據左右兩側長度大于預設值的COP時間序列的前后方向標準差進行判別，標準差較小的一側在行走過程中缺乏步態的完整性，被判定為弱足一側；

基本單足COP特征提取模塊，對一維數據的特征提取基于統計特征，包括內外方向坐標平均值、內外方向坐標標準差、前后方向坐標平均值、前后方向坐標標準差；對二維數據的特征提取基于COP軌跡點的分布情況，包括：合距離平均值、合距離標準差、總路程、95％置信圓面積。

2.根據權利要求1所述的跌倒風險判別系統，其特征在于，足壓信號預處理模塊采用滑動平均濾波進行降噪，識別波谷來進行數據劃分，將多步數據劃分為單步數據，采用線性插值將左右腳的單步數據進行對齊處理，再生成單足單步的COP時間序列。

3.根據權利要求1所述的跌倒風險判別系統，其特征在于，弱足判定模塊根據左右兩側長度大于預設值的COP時間序列的前后方向標準差進行判別，標準差較小的一側在行走過程中缺乏步態的完整性，被判定為弱足一側，得到弱足COP時間序列。

4.根據權利要求3所述的跌倒風險判別系統，其特征在于，弱足的判別公式為：

其中，(X^W,Y^W)表示弱足COP位置坐標，(X^L,Y^L)表示左腳COP位置坐標，(X^R,Y^R)表示右腳COP位置坐標,N表示COP時間序列的長度。

5.根據權利要求1所述的跌倒風險判別系統，其特征在于，基本單足COP特征提取模塊，

弱足內外方向坐標平均值的公式為：

弱足內外方向坐標標準差的公式為：

弱足前后方向坐標平均值的公式為：

弱足前后方向坐標標準差的公式為：

弱足COP軌跡點合距離平均值的公式為：

弱足COP軌跡點合距離標準差的公式為：

弱足COP軌跡點的總路程的計算公式為：

弱足COP軌跡點的95％置信圓面積的計算公式為：

其中，RD^W為弱足COP軌跡點的合距離，z_0.5取1.645。

6.根據權利要求1所述的跌倒風險判別系統，其特征在于，空間對稱性相關特征提取模塊首先結合左右腳的單足COP時間序列，對對稱性相關特征進行提取，包括左右腳間COP軌跡前后方向坐標的相關系數、左右腳間COP軌跡內外方向坐標的相關系數、左右腳各個單足特征之間的步態不對稱系數；再結合COP軌跡點的概率分布矩陣，對對稱性相關特征進行提取，包括左右腳間COP軌跡概率分布的相似度和JS散度。

7.根據權利要求6所述的跌倒風險判別系統，其特征在于，COP軌跡點的概率分布矩陣的計算方式根據傳感器的位置，將單足前后方向坐標和內外方向坐標各劃分成若干個區間，得到一個概率矩陣，概率矩陣元素的大小為每個區間內統計的COP軌跡點的個數再除以總個數。