[发明专利]一种用于可穿戴式设备的步态异常程度评价方法及该设备

说明书

本发明公开了一种用于可穿戴式设备的步态异常程度评价方法及该设备，本发明利用两个惯性传感器单元采集的角速度、加速度数据，计算并输出用户的步态参数及异常程度综合指数。其中步态异常程度评价方法，可以测量并输出用户在行走时的每一步的步态参数信息，并将其与健康人的步态参数数据库作对比，计算用户步态的异常程度综合指数。本发明使用方便，不受场地限制，成本低廉，可以高精度对用户的步态进行评价，拥有较高的可靠性以及较好的推广前景。

技术领域

本发明涉及一种用于可穿戴式设备的步态异常程度评价方法及该设备。

背景技术

步态参数是人类行走过程中的物理参数，可以反映人类运动能力，拥有较大的应用价值，因此目前有许多研究者在研究步态参数的测量。大型实验室测量步态参数的设备如光学式运动捕捉系统、测力台等等常常用于临床上的步态参数检测及综合异常程度评估，但其存在价格昂贵，受空间限制，使用不便等缺点。可穿戴传感器作为包括惯性测量单元，超声波传感器，微型摄像头等等，相比于大型实验室测量步态参数的设备如光学式运动捕捉系统、测力台等等，以其小巧、廉价，不受时间、空间限制、易于推广等优点作为新兴技术被广泛应用于步态参数测量领域。目前有很多研究使用放置在人体下肢部位的可穿戴传感器测量步态时间参数，如步态事件、步态周期等等；也有的测量步态空间参数，如步行速度、跨步长等等。但在实际使用过程中，由于测量的步态参数种类太少，很少被用于步态异常的综合全面性评价。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中无法对步态异常进行综合评价等缺陷，并提供一种可穿戴式设备及用于该设备的步态异常程度评价方法。

本发明中所涉及的部分名词含义如下：

步态事件是指人在行走过程中的每个步态周期中的重要时刻，主要有脚落地、脚离地两个步态事件。摆动期及支撑期为人走路步态周期的两个组成部分，人的走路步态周期，以右腿为例，左腿支撑人体，右腿脚离地向前迈出至脚落地的这段时间为右腿的摆动期；右脚落地后，右腿开始支撑人体，左腿向前迈出并落地，随后右脚离地的这段时间，为右腿的支撑期；右脚离地后，完成一个步态周期。步态事件可以根据小腿的角速度特征进行检测。

踝关节三维位移曲线可以根据加速度两次积分进行计算。

步态参数中步态周期、支撑期、摆动期是指其时长；跨步长是指人行走过程中同一只脚相邻着地点之间的距离；最大踝高是指步态周期中踝关节所能达到的最大高度；最大踝高时水平位移是指踝关节达到最大高度时踝关节的水平方向上的位移；最大踝外展位移是指步态周期中踝关节向外侧的最大位移；最大踝内收位移是指步态周期中踝关节向内侧的最大位移；最大踝关节移动速度是指步态周期中踝关节所能达到的最大运动速度；小腿运动角范围是指步态周期中小腿所能达到的最大角度与最小角度之差。因不同用户的身高差异，所述跨步长、最大踝高、最大踝高时水平位移、最大踝外展位移、最大踝内收位移、最大踝关节移动速度在使用时都需除以用户身高以消除此差异。

健康人步态参数数据库是指存储若干名健康人的步态参数的数据库，数据库中的步态参数均由所述可穿戴设备采集，作为优选，健康人数量应大于二十人。

本发明为解决技术问题，所采用的具体技术方案如下：

用于可穿戴式设备的步态异常程度评价方法，包括以下步骤：

S1.通过可穿戴式设备测量用户行走过程中的左小腿、右小腿的三维加速度和三维角速度；

S2.通过所述三维加速度、三维角速度数据测量步态事件，步态事件包括脚落地事件、脚离地事件；

S3.通过所述三维加速度、三维角速度数据及步态事件测量踝关节三维位移曲线；

S4.根据所述步态事件及三维位移曲线计算步态参数；

S5.再根据所述的步态参数与健康人步态参数数据库比对计算异常程度综合指数。