[發明專利]一種基于角速度信號的步態事件點檢測方法

有效

• 申請號: 202110475331.0
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113180644B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 李玉榕;陳子晗;黃思遠;黃嘉俊
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11;A61N1/36
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 郭東亮;蔡學俊

本發明提出一種基于角速度信號的步態事件點檢測方法，所述方法把角速度傳感器固定于人體小腿部位處，通過采集小腿的角速度數據，來判斷人走路時的腳跟著地時間點和腳尖離地時間點，并以此劃分步態周期；本發明不需要過于復雜的儀器也可以采取并檢測出較為精密的步態事件數據。

技術領域

本發明涉及步態檢測技術領域，尤其是一種基于角速度信號的步態事件點檢測方法。

背景技術

腦卒中又稱中風、腦血管意外，是當今世界對人類危害最大的3種疾病之一。約有75%的患者患有不同程度的肢體障礙，造成下肢功能障礙的原因通常是由于神經傳導通路的改變或者中斷而造成走路時神經系統對腳部支配能力的下降，造成踝關節無法產生背屈，導致出現足尖上抬不完全或不能的現象，稱之為足下垂。目前針對足下垂患者康復治療提出利用功能性電刺激(Functional Electrical Stimulation，FES)技術。功能性電刺激技術需要準確判斷步態狀態來判斷電刺激何時開啟以及停止。

目前技術可利用足底壓力傳感器來獲取足底信號的動態響應以此來判斷此時處于何種步態模式。

根據足底壓力傳感器來判斷步態以達到啟停控制作用的方式雖然較為精確，但是需要采用由8只壓阻式傳感器組成的壓力鞋墊來獲得足底壓力信號，通過信號調理電路對信號進行濾波并將電阻變化信號轉換為電壓變化信號，通過單片機進行A/D轉換，使用WiFi模塊來對數據進行收發，成本高而且需要處理較多數據，較為復雜。

本發明使用角速度傳感器則是通過采集角速度判斷腳跟著地和腳尖離地兩個時刻，作為開啟和關閉電刺激的標志，相對于足底壓力傳感器方案而言，本發明的優勢在于不需要過于復雜的儀器也可以采取較為精密的數據。

發明內容

本發明提出一種基于角速度信號的步態事件點檢測方法，不需要過于復雜的儀器也可以采取并檢測出較為精密的步態事件數據。

本發明采用以下技術方案。

一種基于角速度信號的步態事件點檢測方法，所述方法把角速度傳感器固定于人體小腿部位處，通過采集小腿的角速度數據，來判斷人走路時的腳跟著地時間點和腳尖離地時間點，并以此劃分步態周期。

所述檢測方法中，把腳跟著地時間點視同為人體下肢運動情況從擺動相即將轉變為支撐相時，腳跟剛接觸地面的時間點，并以腳跟著地時間點劃分步態周期，步態周期的定義為人體同側下肢前后兩次腳跟著地時間點的間隔；

在每個步態周期內，角速度傳感器采集的小腿角速度數據具有雙波谷特征和單波峰特征。

所述每個步態周期內的小腿角速度數據中，單波峰特征中的波峰對應的第一步態事件為下肢處于擺動中相點；所述雙波谷特征中的兩個波谷分別位于單波峰特征的波峰前方和后方，波峰前方的波谷對應的第二步態事件為腳尖離地，波峰后方的波谷對應的第三步態事件為腳跟著地，所述檢測方法基于第一步態事件、第二步態事件、第三步態事件檢測腳尖離地時間點和腳跟著地時間點。

所述檢測方法以預設的角速度閾值SP_th，從所采集的小腿角速度數據中來篩選出與擺動中相點對應的擺動中相點角速度數據集；具體為，當角速度數據大于角速度閾值SP_th且角速度變化量為正值時，該部分角速度數據可用于步態事件點檢測的擺動中相時間點判斷。

在擺動中相時間點判斷時，讀取并判斷小腿角速度信號是否大于預設閾值SP_th，若大于SP_th且當前角速度變化量為正值，則滿足擺動中相點檢測條件，將此角速度存入SP_data中；若下一個采樣周期采集的角速度信號滿足擺動中相點檢測條件且角速度值大于SP_data，則把該角速度值覆蓋SP_data中的原值；若不滿足上述任一條件時，則退出本輪判斷，接著讀取下一個步態采樣周期的角速度數據，然后進行新一輪的判斷；重復上述步驟，直到取得滿足條件的最大的角速度信號SP_data，該最大的角速度信號SP_data對應時間即為擺動中相時間點。