[发明专利]一种三维步态分析装置

说明书

技术领域

本发明属于肢体的步态分析装置，进一步是一种三维步态分析装置，属于医疗设备领域。

背景技术

步行是最普通的运动方式，人类的步态是一个周期性且可信赖的循环，它有基本的模式，通过步态可以评估肌肉骨骼系统的功能，步态可在很短的时间内提供很多信息；而如此多的信息使观察人员无法全部掌握。因此，将步态信息文件化的必要性促进了步态分析仪的发展。

步态分析被用于对个体走路能力的评估，计划，治疗。其中步态分析是治疗的基础，对患者的姿态收集及运动学、生物学、神经重建重塑等结合，以利于给出合理的治疗方案和对应的治疗设备使用。

目前现有测量分析步态的方法有以下几种：

1.足迹法：是使用肉眼观察，做一些简单的时间空间记录。在地上撒上石灰粉，让待测者在撒有石灰粉的地面上行走同时记录待测者行走的距离和时间。行走完成后观察和测量撒有石灰粉地面上的脚印，从而得出步态分析的结果。这种方法存在很多明显的缺陷，比如：准备时间长；需要耗费大量人力；分析以主观为主，准确度较低；得到的数据较少；临床报告手工填写，费时费力且容易出错。

2.视频法：通过视频设备（CCD 摄像头）将人体行走过程摄取下来，然后逐帧逐点的进行点阵分析，其优点是设备简单，受试者步态比较自然，但由于其分析定位主要依靠人工，对操作要求比较高，误差比较大，而且只能进行二维平面分析，三维空间分析的精确度得不到保证。

3.红外光型：通过红外摄像头接受体表标记点发射或者反射的红外光线，并根据相应的模型分析发，进行三维重建，从而得出人体各部分的三维运动轨迹。其优点是技术成熟，数据结果精确，操作简单快捷；缺点是对贴反光点的位置有要求，贴得不准会直接影响测量结果；在测量过程中不能有异物挡在反光点和摄像头之间，包括被测人员自身，所以被测人员旁边不能有陪同或者搀扶人员。否则影响数据采集；对环境要求比较高，需要配备好一个面积较大的房间，摄像头安装好角度后，不能随意变动；价格昂贵，操作流程负责，多数在实验室使用，很少看见在临床使用，在一定程度上限制了期推广。

4.超声波型：超声波型的原理与红外光型相似，由人体体表携带的超声波发射探头发出超声波，经周围的超声波接收探头接受，根据一定的模型设置，进行三维重建，得出人体的三维运动轨迹。其优点是设备价格相对低廉，操作也相对简单，数据也比较精确；但是超声波容易反射，必须消除周围物体的干扰，对周围环境要求较高，同时由于标记点体积较大，人体体一次携带的标记点数量有一定的限制，仅适宜进行人体节段性分析。

本发明一种三维步态分析装置针对缺陷，可实现测量结果的输出数字化，解决人为主观原因导致的误差，测量精准，将测量结果与健康人的参考数据作对比，进一步，对步态提出符合情况的治疗训练。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种三维步态分析装置。

一种三维步态分析装置，其特征在于：包括数据记录模块、主控电脑、数据采集模块；

所述的数据采集模块，用于采集加速度信号、角度信号；

所述的数据采集模块通过数据传输把信号传输至数据记录模块；

所述主控电脑通过数据传输获得数据记录模块的信号；

所述的数据采集模块分别采集脚部的X、Y、Z的三维空间数据；

进一步地，数据采集模块测量出X、Y、Z的加速度a和角度θ；

更进一步，通过加速度a,可得速度V和位移S，具体换算如下：

速度VX== t*（an+an+1）/2；

速度VY== t*（an+an+1）/2；

速度VZ== t*（an+an+1）/2；

位移SX = t*（vn+vn+1）/2；

位移SY = t*（vn+vn+1）/2；

位移SZ= t*（vn+vn+1）/2；

其中t为时间，n为时间片，n为下一个时间片，而记录数据间隔为10ms。

所述的数据采集模块为传感器，最优选为惯性传感器。

本发明一种三维步态分析装置，其创新点有：

1) 测量精准,不存在主观原因导致的误差；

2) 具有将测量结果输出实现数字化功能；

3) 可将测量结果与健康人的参考数据作对比，进一步，对步态提出符合情况的治疗训练。

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本实施例主要功能模块示意图

图2是本实施例数据采集模块采集示意图