[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

说明书

本发明为可穿戴设备的步态分析技术，涉及基于足底压力信息时空域特征的糖尿病足风险预警装置，包括可穿戴鞋系统、数据处理单元、运动学特征提取单元和预测模型；可穿戴鞋系统包括数据采集单元，采集受试者的动态足底压力数据；数据处理单元获取连续一段时间内的足底压力数据，将其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，获取数据标签对集；将数据标签对集分成训练集与测试集，构建、训练预测模型；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。本发明充分利用了足底多个特征区域的压力信息，及时地预警受试者是否步态异常。

技术领域

本发明属于模式识别领域，为可穿戴设备的步态分析技术，具体涉及基于足底压力信息时空域特征的糖尿病足风险预警装置。

背景技术

进入21世纪以来，人类社会飞速进步，生活质量也迅速提高，人们也越来越关注自身的健康。双脚是身体必不可少的重要组成部分，人的日常生活离不开一双健康的脚。影响人正常行走步态的原因有很多，糖尿病、帕金森病患者、脑瘫、肥胖、足部溃疡和轻度偏瘫等疾病都会导致足部结构变化，从而影响人的正常行走并影响人的生活。糖尿病患者致残致死的很大一部分原因是由于糖尿病足溃疡和坏疽引起的糖尿病并发症。

随机计算机的发展，步态分析与计算机结合起来了。目前主流的步态识别方法主要包括基于视频及图像处理的计算机视觉系统、基于可穿戴鞋系统。前者所用设备价格昂贵，操作笨重；而基于可穿戴鞋系统的足底压力测定作为一种简单易用的检测方法，是未来判定糖尿病足的一个重要发展方向，可以测试静态以及动态足底状态，用于走、跑等不同运动形态类型分析。然而，现有基于可穿戴鞋系统的步态识别系统大都只负责日常监测，提供各数字指标，存在对足底压力信息利用的不足，无法预警受试者是否存在糖尿病足高危风险。

发明内容

为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供基于足底压力信息时空域特征的糖尿病足风险预警装置，充分利用了足底多个特征区域的压力信息，及时地预警受试者是否步态异常。

本发明通过以下技术方案来实现：基于足底压力信息时空域特征的糖尿病足风险预警装置，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。

在优选的实施例中，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。

在优选的实施例中，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。

本发明由于采取了以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：