[发明专利]用于分析人的步态和姿势平衡的系统和方法

说明书

本发明提供了一种使用Kinect系统来发现和分析人的步态参数和姿势平衡的方法和系统。该系统易于使用，可以安装在家里和诊所里。该系统包括Kinect传感器、软件开发工具包(SDK)和处理器。从Kinect传感器获得时间骨骼信息，以评估包括步幅长度、步幅时间，站立时间和摆动时间的步态参数。基于特征向量的曲率检测用于分析具有不同速度的步态模式。在另一实施例中，使用基于特征向量的曲率检测来检测静态单个肢体站立(SLS)持续时间以及用于评估身体平衡的步态变量。

相关申请的交叉引用和优先权

本申请要求来自2016年2月12日提交的第201621005052号印度临时说明书的优先权，其全部内容作为一个整体通过引用并入本文。

技术领域

本申请一般性地涉及步态分析的领域。更具体地，但不特定地，本公开涉及用于使用Kinect系统发现和分析人的步态参数和姿势平衡的方法和系统。

背景技术

人类步态的时间和空间参数的精确测量提供了重要的诊断和治疗信息。能够从他/她的步态参数中导出关于个人的生活质量的有用信息。它还有助于检测诸如帕金森病、骨关节炎等疾病。步态分析对于成年中风患者的神经康复诸如行走障碍监测具有重要意义。由于中风，步态速度和节奏降低，而步态周期持续时间和双肢支撑时间增加。与对侧肢体相比，偏瘫肢体具有较长的摆动阶段和较短的站立阶段。步态运动学可用于评估中风患者。步态测量设备的准确性是其临床适用性的主要挑战。

如今，正在使用许多系统来评估人的步态质量，例如GAITRite电子垫和Vicon。这些系统通常是非常昂贵的并且需要昂贵的维护工作。此外，为了操作这些昂贵和高质量的步态实验室，需要专门的空间和训练有素的技术人员。因此，在临床中，步态分析的使用至今非常有限。设备的短缺也是患者面临的主要问题。此外，不可能在实验室环境中模拟患者的实际生活或移动需求。相比之下，基于诸如加速度计和陀螺仪的传感器的解决方案便宜、重量轻，因此基本上易于在家中部署。这种传感器的主要缺点是它们对重力、噪声和信号漂移的固有敏感性过大。此外，这些类型的解决方案由于多个传感器将被附接到身体上用于监测而给患者带来不舒服的感觉。这对这种技术在传统设置中的适用性施加了巨大的限制。

类似地，测量单个肢体支撑的人的站立是非常重要的。单个肢体支撑是步态周期中体重仅由一个肢体支撑同时对侧肢体向前摆动的一个阶段。这个时间段分别由相反的脚趾离地和相反的脚触地限制。在这个阶段期间，腿从前面的位置走到后面的位置，并且髋部继续延伸。这个阶段主要负责搬动体重，从而严重影响身体平衡。单个肢体支撑阶段的时间段较短表示由各种临床病症(骨关节炎、中风等)引起的步态期间的平衡/控制较差。如在先前研究中报道的，通过测量单个肢体站立，可以确定膝骨关节炎患者的生命的疼痛水平、功能和质量。降低的步态和平衡能力是影响日常活动和降低独立性的关键因素之一。为了评估身体平衡，使用单独的静态锻炼，其中要求受试者或患者站在一只脚上，并且计算一个腿部站立持续时间作为康复测量。它被定义为静态单个肢体站立(static single limbstance，SLS)锻炼，其中静态 SLS持续时间表示姿势稳定性。

为了克服这些挑战，研究人员试图使用Microsoft Kinect^TM用于不显眼的步态分析。Microsoft的Kinect^TM是作为外部接口连接到Microsoft的Xbox 360^TM或MicrosoftWindows^TM计算机的外部设备。Kinect^TM和相关联的编程计算机或Xbox感测、识别和利用用户的拟人形式，使得用户可以与软件和媒体内容交互，而不需要单独的控制器。Kinect可以很容易地安装在病人的住所，用于步态监测。大多数当前基于Kinect的方法主要集中在步态参数 (Gait parameter)的提取，但它们没有提出对诸如单个肢体支撑或双肢体支撑等步态变量的任何深入研究。

发明内容