[发明专利]基于足底压力信息时空域特征的糖尿病足风险预警装置

权利要求书

1.基于足底压力信息时空域特征的糖尿病足风险预警装置，其特征在于，包括依次连接的可穿戴鞋系统、数据处理单元、运动学特征提取单元和预测模型；

可穿戴鞋系统包括压力监测鞋垫和数据采集单元，数据采集单元包括多个设置在压力监测鞋垫的压力传感器；各压力传感器分别用于实时采集受试者的动态足底压力数据，并传输到数据处理单元中；

数据处理单元获取连续一段时间内的足底压力数据，并对获取的连续一段时间的足底压力数据进行处理，切分为一个个步态周期内的足底压力信号；

运动学特征提取单元从切分后的足底压力信号中进行运动学特征提取，得到足底压力分布的特征参数，并根据是否为糖尿病足患者打上标签，形成数据标签对集；

将数据标签对集分成训练集与测试集，通过训练集构建线性预测模型，利用测试集评估预测模型的效果；向训练好的预测模型中输入测试者足底压力分布的特征参数，得到受试者是否步态异常的结果。

2.根据权利要求1所述的糖尿病足风险预警装置，其特征在于，所述预测模型为SVM预测模型。

3.根据权利要求2所述的糖尿病足风险预警装置，其特征在于，所述SVM预测模型为：

f(x)＝sign(w^*.x+b^*)

式中，f(x)为SVM分类预测结果，w为超平面的连接权数系数矩阵，b为超平面的偏置矩阵，x为受试者的足底压力分布的特征参数。

4.根据权利要求1所述的糖尿病足风险预警装置，其特征在于，多个压力传感器分布在压力监测鞋垫的八个特征区域，其位置分别在于：第一跖骨关节位置、第二跖骨与第三跖骨之间关节位置、第四跖骨与第五跖骨之间关节位置、脚中间内侧、脚中间外侧、脚跟位置内侧、脚跟位置外侧、大拇指位置。

5.根据权利要求1或4所述的糖尿病足风险预警装置，其特征在于，所述压力监测鞋垫包括PU鞋垫。

6.根据权利要求4所述的糖尿病足风险预警装置，其特征在于，所述数据处理单元通过多个压力传感器获取左右脚足底八个不同特征区域在连续一段时间内的足底压力数据，将获取的左右脚足底八个不同特征区域的足底压力信号叠加在一起，得到连续一段时间内各特征区域的足底压力信号的总压力值；并按照一个步态周期足底压力曲线的形状找到左右脚每个特征区域的足底压力信号的一个步态周期的切分点，用于切分所有特征区域的足底压力信号，一个步态周期内的左右脚不同特征区域信号为一个样本。

7.根据权利要求1所述的糖尿病足风险预警装置，其特征在于，运动学特征提取单元提取特征参数的过程包括：

(1)计算每个特征区域的足底压力峰值；

(2)计算每个特征区域的压力时间积分；

(3)计算每个特征区域的最大压力梯度；

(4)计算每个特征区域的最小压力梯度；

(5)计算每个特征区域的最大值半宽度；

(6)计算前足区域压力峰值与后足区域压力峰值比；前足区域包括第一跖骨关节区域、第二及第三跖骨关节区域、第四及第五跖骨关节区域、大拇指区域，后足区域包括脚中间内外两侧区域、脚跟内外两侧区域；

(7)计算上述(1)-(4)所有特征区域的左右脚不对称系数；

(8)将所有特征值串联起来，得到足底压力分布的特征参数。