[發(fā)明專利]基于弱足COP特征的步態(tài)特征提取方法及跌倒風險判別系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113057627B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設計）人: 舒琳;宋鎮(zhèn);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(yè)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

本發(fā)明涉及步態(tài)和足壓數據分析領域，為基于弱足COP特征的步態(tài)特征提取方法及跌倒風險判別系統(tǒng)，系統(tǒng)包括足壓信號預處理模塊、弱足判定模塊、特征提取模塊、跌倒風險判定模塊；足壓信號預處理模塊將輸入的左右腳多通道的壓力數據進行切分、對齊，去噪后提取單足COP時間序列；弱足判定模塊對COP時間序列進行判定，得到弱足COP序列；特征提取模塊對左右腳以及弱足COP序列分別進行特征提取，結合左右腳COP序列對對稱性相關特征進行提取，針對弱足COP序列對時序變化及一致性進行特征提取；跌倒風險判定模塊對足壓數據進行風險判別，區(qū)分出跌倒高風險和跌倒低風險。本發(fā)明根據足底壓力信號能準確有效的對跌倒風險進行判別，防范于未然；減輕醫(yī)療負擔。

技術領域

本發(fā)明涉及步態(tài)和足壓數據分析領域，具體為基于弱足COP(Center ofpressure，足壓中心)特征的步態(tài)特征提取方法及跌倒風險判別系統(tǒng)。

背景技術

跌倒作為老年人受傷最為常見的原因，嚴重危害老年人的身心健康。跌倒不僅會導致老年人骨折、扭傷，嚴重的甚至會使頭部、脊椎受損，危及生命。除了身體上的傷害，還會給老人帶來心里上的陰影；由于對安全行走能力的信心喪失，可能進一步會導致運動功能衰退、抑郁、無助感和社會孤立感。近年來，隨著老年人在人口總量中的占比正在逐年的增加，更多的老年人因跌倒入院進行康復治療，給公共醫(yī)療帶來了巨大的負擔。

互聯(lián)網技術的發(fā)展，使得可穿戴設備在我們生活中的地位越來越重要，它可以用來監(jiān)測人體信息，幫助人們養(yǎng)成更加健康良好的生活習慣。

同時，也誕生了很多利用垂直地面反作用力(VGRF)來判別老年人跌倒風險的方法，其中一些只考慮了每只腳的擺動時間(Swing time)，缺乏對足壓在空間分布變化的考慮。另一些使用了雙足COP特征來研究跌倒風險，但是往往只能通過傳送帶、力臺等固定的場景進行測量，不能夠實時進行監(jiān)測。目前，對于基于單足COP特征的跌倒風險判定方法，缺乏對步態(tài)對稱性的考量，以及對COP左右信息敏感性的考慮。

發(fā)明內容

為了解決現有技術所存在的問題，本發(fā)明提供基于弱足COP特征的步態(tài)特征提取方法及跌倒風險判別系統(tǒng)，通過對鞋系統(tǒng)采集的單足足壓數據進行步態(tài)特征的提取分析，并實時進行跌倒風險判別，解決了COP特征對空間信息敏感的問題，加入了對單足COP信號對稱性和時序一致性的考慮，能夠快速、準確地得到風險判別結果。

本發(fā)明系統(tǒng)采用如下技術方案來實現：基于弱足COP特征的跌倒風險判別系統(tǒng)，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(qū)分出跌倒高風險和跌倒低風險兩類。

本發(fā)明方法采用如下技術方案來實現：基于弱足COP特征的步態(tài)特征提取方法，包括以下步驟：

S1：采集左右單足多通道足壓數據；

S2：將所采集的左右單足多通道足壓數據進行對齊、切分，并去噪后提取所需要的單足COP時間序列；單足COP時間序列包括左腳COP時間序列和右腳COP時間序列；

S3：對弱足進行判定，獲得弱足COP時間序列；弱足COP時間序列為左腳COP時間序列或右腳COP時間序列；