[发明专利]一种基于下肢关节力矩估计的关节磨损情况分析系统

权利要求书

1.一种基于下肢关节力矩估计的关节磨损情况分析系统，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于获取下肢运动参数和计算下肢静态参数；

数据处理模块，根据下肢参数，运用关节力矩估计方法，完成膝关节力矩的估计，并根据所述膝关节力矩，分析膝关节的磨损情况；

所述的下肢运动参数包括：

薄膜压力传感器测得的脚底压力数据p1、p2、p3、p4，惯性传感器测得的足部质心加速度afoot、足部质心角速度ωfoot、小腿质心加速度aleg和小腿质心角速度ωleg；

所述的下肢静态参数包括：

足部质心centerfoot、小腿质心centerleg、足部质量mfoot、小腿质量mleg、足部转动惯量Ifoot和小腿转动惯量Ileg；

所述的关节力矩估计方法具体是：

分析下肢中的脚节段、小腿节段，根据下肢运动参数，估计脚节段中踝关节的力矩；

根据下肢运动参数和所述脚节段中踝关节的力矩，估计小腿节段中膝关节的力矩；

所述的分析膝关节的磨损情况具体是：

Step1：获取使用者在各种运动下的膝关节力矩大小的范围，然后把这个范围分成多个小范围；

Step2：每一个采样周期内会得到一个对应的膝关节力矩；在使用者开始运动后，对每个采样周期内的膝关节力矩按所述step1的范围进行归类并计数；

Step3：每隔一段时间，给出每个范围内的计数，并计算每个范围内的计数占总计数的百分比。

2.根据权利要求1所述的一种基于下肢关节力矩估计的关节磨损情况分析系统，其特征在于：

所述估计脚节段中踝关节的力矩，具体是：

对所述足部质心角速度ωfoot进行积分，得到实时的脚节段角度θfoot；

根据所述压力数据p1、p2、p3、p4、所述足部质心加速度afoot、所述足部质量mfoot，对脚节段进行受力分析，分析得到小腿节段中的踝关节对脚节段中的踝关节的水平作用力F11、垂直作用力F12；

根据每个薄膜压力传感器到踝关节在鞋垫平面的投影点的水平距离、脚节段中踝关节与足部质心的距离、所述脚节段角度θfoot，计算得到每个压力对所述足部质心的力臂L1～L4和所述水平、垂直作用力F11、F12对所述足部质心的力臂L5、L6；

根据所述压力数据p1、p2、p3、p4、所述水平、垂直作用力F11、F12、所述力臂L1～L6、所述足部质心角速度ωfoot、所述足部转动惯量Ifoot，对脚节段进行逆动力学分析，分析得到脚节段中踝关节的力矩Mankle。

3.根据权利要求2所述的一种基于下肢关节力矩估计的关节磨损情况分析系统，其特征在于：

所述估计小腿节段中膝关节的力矩，具体是：

对所述小腿质心角速度ωleg进行积分，得到实时的小腿节段角度θleg；

根据所述作用力F11、F12、所述小腿质心加速度aleg、所述小腿质量mleg，对小腿节段进行受力分析，分析得到大腿节段中的膝关节对小腿节段中的膝关节的水平作用力F21、垂直作用力F22；

根据小腿节段中踝关节与小腿质心的距离、小腿节段中膝关节与小腿质心的距离、所述小腿节段角度θleg，计算得到所述作用力F11、F12对所述小腿质心的力臂L7、L8，所述作用力F21、F22对所述小腿质心的力臂L9、L10；

根据所述作用力F11、F12、F21、F22、所述力臂L7～L10、所述小腿质心角速度ωleg、所述小腿转动惯量Ileg、所述脚节段中踝关节的力矩Mankle，对小腿节段进行逆动力学分析，分析得到小腿节段中踝关节的力矩Mknee。