[发明专利]一种前交叉韧带断裂后步态特征的分析方法

权利要求书

1.一种前交叉韧带断裂后步态特征的分析方法，包括以下步骤：1)获取若干ACL断裂患者和正常人正常行走过程中的三维运动学数据和足底压力数据；2)对足底压力数据进行分析处理，并提取足底压力特征参数；其特征在于还包括以下步骤：

3)对三维运动学数据进行分析处理，并提取步态三维运动学特征参数；

4)随机选取若干组数据为标准样本数据，其余为待检测样本数据，以标准样本数据中提取的步态三维运动学特征参数和足底压力特征参数为基础，采用基于粒子群优化和错误反馈神经网络的聚类算法进行训练得到评估模型，以待检测数据的三维运动学特征参数和足底压力特征参数为输入进行聚类分析，得到前交叉韧带断裂后的步态特征分类结果。

2.如权利要求1所述的一种前交叉韧带断裂后步态特征的分析方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述三维运动学数据是指各ACL断裂患者和正常人在正常行走过程中粘贴在各受试者下肢骨性标志点上的反光标志点的三维坐标原始数据。

3.如权利要求1所述的一种前交叉韧带断裂后步态特征的分析方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述足底压力数据是指各ACL断裂患者和正常人在正常行走过程中的足底压力信息，包括压力时间、压力行值、压力列值和压力大小。

4.如权利要求1所述的一种前交叉韧带断裂后步态特征的分析方法，其特征在于：所述步骤2)中，对得到的足底压力数据进行分析处理，并提取足底压力特征参数的方法，包括以下步骤：

2.1)获取各ACL患者和正常人所有单脚的完整数据帧的足底压力数据，并对获取的足底压力数据进行标准化处理，进而得到足底压力中心轨迹；

2.2)根据步态周期的划分标准，将正常步态支撑阶段划分为5个时刻；

2.3)提取正常步态支撑阶段各个时刻的足底压力中心轨迹数据，作为足底压力特征参数。

5.如权利要求4所述的一种前交叉韧带断裂后步态特征的分析方法，其特征在于：所述步骤2.1)中，对获取的足底压力数据进行标准化处理的计算公式为：

上式中，X和Y分别表示以压力传感器为单位的坐标的两个维度，整足所占空间的左下角被标记为坐标原点，P_i表示压力测量平板每个测量点的压强大小；X_C、Y_C指缩放前的压力中心坐标值；X'_C和Y′_C表示缩放之后的压力中心坐标值；L_X和L_Y分别表示足底压力数据表的宽度和表的长度，即受试者足的尺寸。

6.如权利要求4所述的一种前交叉韧带断裂后步态特征的分析方法，其特征在于：所述步骤2.2)中，划分的5个时刻分别为：足跟触地、前足触地、前后足支撑、足跟离地和足尖离地。

7.如权利要求1所述的一种前交叉韧带断裂后步态特征的分析方法，其特征在于：所述步骤3)中，对得到的三维运动学数据进行分析处理，并提取步态三维运动学参数的方法，包括以下步骤：

3.1)对三维运动学数据进行滤波、计算，得到各ACL断裂患者和正常人的下肢各关节的三维角度数据；

3.2)对得到的三维角度数据进行对比分析，根据各关节曲线特点，确定典型关节；

3.3)提取典型关节的三维角度数据，将ACL断裂患者和正常人的三维角度数据按照每个维度展开，选取差异性大的角度数据作为典型关节的角度特征值；

3.4)对提取的典型关节的角度特征值进行标准化处理，得到步态三维运动学特征参数。

8.如权利要求7所述的一种前交叉韧带断裂后步态特征的分析方法，其特征在于：所述步骤3.4)中，对提取的典型关节的角度特征值进行标准化处理的计算公式为：

式中，θ_ij表示角度变化曲线的一个极值，i表示组的数量，j表示膝关节矢状面内屈/伸角度的最小值、膝关节水平面内内旋/外旋角度的最小值和最大值、足踝关节水平面内内旋/外旋角度的最小值和最大值、足踝关节冠状面内内翻/外翻角度的最小值，代表标准化值。