[发明专利]一种基于回归曲线的步态双侧对称性评价方法

摘要

本发明公开了一种基于回归曲线的步态双侧对称性评价方法。首先，利用加速度传感器获取步态运动时足部三轴加速度信息，并对获取的加速度信息进行消噪预处理；其次，提取消噪后的加速度信号，分别计算连续步态周期的双侧对称性指标，实现步态对称性的定量分析。本发明步态双侧对称性检测方法具有简便、准确的特点，在步态平衡能力分析等领域具有广阔的应用前景。

主权项

1.一种基于回归曲线的步态双侧对称性评价方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：步骤1，足部运动加速度信号获取；在实验数据采集中，将加速度传感器置于受试者足部前端，采集步态运动过程中产生的足部三轴加速度信号，然后对原始足部三轴加速度信号进行消噪预处理，分离出信号与噪声，最后重构消噪后的加速度信号样本数据，获得步态运动足部加速度信息；步骤2，基于回归曲线的步态双侧对称性指标计算；步态双侧对称性的评价集中在计算分析一个步态周期内双侧步态曲线的差异；其中，较小的双侧曲线差异代表了较高的对称性；曲线上的每一点减去均值得到新的曲线，计算公式如下：其中，与为左右两侧足部经步骤1重构消噪后的三轴加速度信号数据；与为转化后的左右曲线点；与为左右曲线的均值；将上一过程中计算转换得到的步态加速度数据与重构成一个矩阵其矩阵M构成下：对矩阵M应用奇异值分解计算其特征向量，具体计算步骤如下：1)根据|λE‑MM^H|＝0求出矩阵MM^H的特征值λ₁、λ₂、...、λ_n，同时可得对应奇异值λ_i≠0；假设共有j个奇异值；其中E为单位矩阵，M^H为矩阵M的共轭转置矩阵，计算如下：其中，为r_o(i)‑r_ave(i)的共轭复数；2)分别计算特征值λ_i对应的特征向量满足其中，为n维空间中的正交基；这里，矩阵M的特征向量代表了矩阵内所有元素的分布特点，因此沿着该特征向量的方向，矩阵变异率达到最大；在计算得到矩阵M特征向量的基础上，依据三角几何关系进一步求得特征向量与坐标轴x或y之间的夹角；根据该夹角，将矩阵M的每一行进行旋转变化，使之沿着x轴或者y轴分布；旋转计算如下：其中，与分别为旋转后的左右步态曲线；θ为矩阵M特征向量与x轴或者y轴的夹角；旋转后的步态曲线沿着x轴分布，分别计算x轴方向与y轴方向上步态曲线的变化率；横轴变化率varX表示沿着特征向量方向步态曲线的畸变状况，纵轴方向的变化率varY表示沿特征向量正交方向上的畸变状况，计算如下：这里为向量的模，为向量的模；由此得到步态双侧对称性指标值，表达式为varY/varX，以一个百分数来表示，用于评价双足行走时的步态对称性，其中0％表示最佳对称性。