本發(fā)明涉及步態(tài)檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種行走中基于小腿和腳的可穿戴步態(tài)檢測方法及設(shè)備。

背景技術(shù)：

步態(tài)是指人或動物通過肢體運(yùn)動并前進(jìn)的一種周期性的形式和樣子，步態(tài)與走路不同，走路是一個過程，而步態(tài)是一種形式，步態(tài)可以被描述人走路特點(diǎn)的一種周期性現(xiàn)象，并且每個周期可以被分為多個部分進(jìn)行分析，再根據(jù)分析結(jié)果對個體走路能力進(jìn)行評估；關(guān)于步態(tài)的檢測，現(xiàn)有技術(shù)大都是基于鞋底設(shè)計壓力傳感器、角速度傳感器等，不僅結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，而且步態(tài)分析計算過程也較復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請?zhí)峁┮环N行走中基于小腿和腳的可穿戴步態(tài)檢測方法及設(shè)備。

根據(jù)第一方面，一種實(shí)施例中提供一種行走中基于小腿和腳的可穿戴步態(tài)檢測方法，包括穿戴于受試者小腿部和腳部的l型檢測器，步態(tài)檢測方法包括步驟：

采集受試者行走過程中受試者小腿對l型檢測器施加的動態(tài)力，按預(yù)設(shè)規(guī)則將動態(tài)力和力矩轉(zhuǎn)換成所對應(yīng)的壓力曲線；

結(jié)合預(yù)設(shè)規(guī)則及動態(tài)力的周期性變化規(guī)律對壓力曲線進(jìn)行步態(tài)周期切分，切分的步態(tài)周期數(shù)量為受試者行走過程中所走的總步數(shù)；

根據(jù)壓力曲線上動態(tài)力的分布對受試者行走的步態(tài)進(jìn)行分析。

一種實(shí)施例中，動態(tài)力包括壓向力和拉向力，受試者行走時，當(dāng)受試者小腿部的傾斜方向與行走方向同向時，受試者小腿部對l型檢測器施加所述拉向力，當(dāng)受試者小腿部的傾斜方向與行走方向反向時，受試者小腿部對所述l型檢測器施加所述壓向力。

一種實(shí)施例中，預(yù)設(shè)規(guī)則為：將受試者行走過程中產(chǎn)生的壓向力和拉向力按時間順序形成壓力曲線，且，壓向力動態(tài)分布于壓力曲線的正半軸，拉向力動態(tài)分布于壓力曲線的負(fù)半軸。

一種實(shí)施例中，根據(jù)壓力曲線上動態(tài)力的分布對受試者行走的步態(tài)進(jìn)行分析，包括：

根據(jù)壓力曲線上正半軸所對應(yīng)的壓向力的最大值的時刻獲取步態(tài)周期中支撐階段的起始時刻，根據(jù)壓力曲線上負(fù)半軸所對應(yīng)的拉向力的最大值的時刻獲取步態(tài)周期中擺動階段的起始時刻。

一種實(shí)施例中，壓向力和拉向力為零的時刻為受試者小腿部與腳部正交垂直的時刻。

根據(jù)第二方面，一種實(shí)施例中提供一種行走中基于小腿和腳的可穿戴步態(tài)檢測設(shè)備，包括處理器和穿戴于受試者小腿部和腳部的l型檢測器，處理器與l型檢測器無線信號連接；

l型檢測器采集受試者行走過程中受試者小腿部對其施加的動態(tài)力，并將所述動態(tài)力傳輸至處理器；

處理器按預(yù)設(shè)規(guī)則將動態(tài)力轉(zhuǎn)換成所對應(yīng)的壓力曲線，處理器還結(jié)合動態(tài)力的周期性變化規(guī)律對壓力曲線進(jìn)行步態(tài)周期切分，及，根據(jù)壓力曲線上動態(tài)力的分布對受試者行走的步態(tài)進(jìn)行分析。

一種實(shí)施例中，l型檢測器包括力傳感器、穿戴于受試者小腿部和腳部的l型支架和套接部；

l型支架穿戴于受試者小腿部和腳部時，l型支架的橫向部位于受試者的腳底部，l型支架的豎向部位于受試者小腿后方；

力傳感器設(shè)置于豎向部并與處理器無線傳輸連接，套接部套設(shè)于l型支架的豎向部，直至傳感器容納至套接部內(nèi)部，受試者行走時，力傳感器檢測套接部對豎向部施加的動態(tài)力。

一種實(shí)施例中，動態(tài)力包括壓向力和拉向力，力傳感器包括第一力傳感器和第二力傳感器；

第一力傳感器設(shè)置于豎向部朝向受試者的小腿部的一側(cè)，第二力傳感器設(shè)置于豎向部背向受試者的小腿部的一側(cè)；

套接部套設(shè)于豎向部時，套接部相對于第一力傳感器的第一側(cè)面與第一力傳感器相接觸，套接部相對于第二力傳感器的第二側(cè)面與第二力傳感器相接觸，第一力傳感器檢測受試者小腿部的傾斜方向與行走方向反向時受試者小腿部對l型支架施加的壓向力，第二力傳感器檢測受試者小腿部的傾斜方向與行走方向同向時受試者小腿部對l型支架施加的拉向力。

一種實(shí)施例中，預(yù)設(shè)規(guī)則為：將受試者行走過程中產(chǎn)生的壓向力和拉向力按時間順序形成壓力曲線，且，壓向力動態(tài)分布于所述壓力曲線的正半軸，拉向力動態(tài)分布于所述壓力曲線的負(fù)半軸。

一種實(shí)施例中，套接部設(shè)有與受試者的小腿部穿戴連接的第一連接件，橫向部設(shè)有與受試者的腳部穿戴連接的第二連接件。

依據(jù)上述實(shí)施例的可穿戴步態(tài)檢測方法及設(shè)備，當(dāng)受試者行走時，通過分析受試者小腿施加的動態(tài)力的變化對受試者的步態(tài)進(jìn)行分析，如，可以根據(jù)壓力曲線上動態(tài)力的大小分析受試者腳部落地、抬起時小腿部的施力狀況，進(jìn)而，對受試者的運(yùn)動進(jìn)行分析，還可以根據(jù)壓力曲線的周期性變化統(tǒng)計受試者行走過程的總步數(shù)，由于，步態(tài)分析的過程所需的動態(tài)力是依據(jù)壓力曲線查找獲得，不涉及復(fù)雜的計算過程，使步態(tài)分析過程簡單化；另外，通過l型檢測器檢測受試者行走時小腿部的動態(tài)力，l型檢測器結(jié)構(gòu)簡單。

附圖說明

圖1為受試者行走的示意圖；

圖2為步態(tài)檢測方法流程圖；

圖3為壓力曲線圖；

圖4為壓力曲線與步態(tài)周期配合示意圖；

圖5為l型檢測器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施方式結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例一：

受試者行走的示意圖如圖1所示，步態(tài)周期也稱為步行周期(gaitcycle，gc)，步態(tài)周期相位包括支撐階段和擺動階段，其中，支撐階段指下肢接觸地面及承受重力的時間，占步行周期的60％，支撐階段具體包括以下5個階段：

(1)首次觸地期(initialcontact，ic)：指足跟接觸地面的瞬間，使下肢前向運(yùn)動減速，確定足進(jìn)入支撐階段的位置，因此是造成支撐階段異常最常見的原因，占gc的2％左右；

(2)承重反應(yīng)期(loadingresponse，lr)：指首次觸地之后重心由足跟向全足轉(zhuǎn)移的過程，占gc的10％左右；

(3)支撐相中期(midstance,ms)：指支撐相中間階段的時間。此時支撐足全部著地，對側(cè)足處于擺動階段，是唯一單足支撐全部重力的時相，正常步速時大約gc的19％左右。主要功能是保持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定，控制脛骨前向慣性運(yùn)動，為下肢向前推進(jìn)做準(zhǔn)備。參與該過程的肌肉主要為膝腸肌和比目魚肌。下肢承重力小于體重或身體不穩(wěn)定時此期縮短，以將重心迅速轉(zhuǎn)移到另一足，保持身體平衡；

(4)支撐相末期(terminalstance,ts)：指下肢主動加速蹬離的時間，開始于足跟抬起，結(jié)束于足離地，約占gc的19％左右；

(5)擺動前期(pre-swing,ps)：在緩慢步行時可以沒有蹬離，而只是足趾離開地面,占gc的12％左右。

擺動階段指足離開地面向前邁步到再次落地之間的時間，占步行周期的40％，擺動階段具體包括如下階段：

(1)擺動相早期(initialswing，is)指足離開地面早期時段的活動，主要的動作包括足廓清(clearance)地面和屈髖帶動屈膝，加速肢體前向擺動，占gc的13％左右。

(2)擺動相中期(midswing，ms)指足在空中擺動中間時段的活動，足廓清仍然是主要任務(wù)，占gc的12％左右。

(3)擺動相末期(terminalswing，ts)指邁步即將結(jié)束，足在落地之前的活動，主要動作是下肢前向運(yùn)動減速，準(zhǔn)備足著地的姿勢，占gc的13％左右。

以右下肢為例，由圖1可知，右下肢在步態(tài)周期的不同階段的傾斜方向及角度均不相同，如：首次觸地期、承重反應(yīng)期、支撐相中期等，相應(yīng)的，小腿部在步態(tài)周期的不同階段的傾斜方向及角度也均不相同，基于此，本例提供一種行走中基于小腿和腳的可穿戴步態(tài)檢測方法，包括穿戴于受試者小腿部和腳部的l型檢測器，通過檢測受試者小腿部對l型檢測器施加力的大小及方向分析受試者行走的步態(tài)情況，其流程圖如圖2所示，具體包括如下步驟。

s1：采集受試者行走過程中受試者小腿對l型檢測器施加的動態(tài)力，按預(yù)設(shè)規(guī)則將動態(tài)力和力矩轉(zhuǎn)換成所對應(yīng)的壓力曲線。

在步態(tài)周期內(nèi)，受試者行走的不同階段，受試者小腿部的傾斜方向及角度不同，當(dāng)l型檢測器穿戴于受試者小腿部和腳部后，受試者小腿部在不同階段的傾斜方向及角度對l型檢測器施加的動態(tài)力大小及方向也不同；具體的，動態(tài)力包括壓向力和拉向力，受試者行走時，當(dāng)受試者小腿部的傾斜方向與行走方向同向時，受試者小腿部對l型檢測器施加拉向力，當(dāng)受試者小腿部的傾斜方向與行走方向反向時，受試者小腿部對l型檢測器施加壓向力，由于，小腿部在步態(tài)周期的傾斜方向及角度均不同，致使步態(tài)周期內(nèi)的不同階段，小腿部施加的壓向力和拉向力的大小及方向均不同。

實(shí)時采集受試者小腿部對l型檢測器施加的壓向力和拉向力，然后，將采集的壓向力和拉向力按預(yù)設(shè)規(guī)則轉(zhuǎn)換成所對應(yīng)的壓力曲線，其中，本例的預(yù)設(shè)規(guī)則為：將受試者行走過程中產(chǎn)生的壓向力和拉向力按時間順序形成壓力曲線，且，壓向力動態(tài)分布于壓力曲線的正半軸，拉向力動態(tài)分布于壓力曲線的負(fù)半軸，壓力曲線如圖3所示；在其他實(shí)施例中，也可以設(shè)置相反的預(yù)設(shè)規(guī)則，即壓向力動態(tài)分布于壓力曲線的負(fù)半軸，拉向力動態(tài)分布于壓力曲線的正半軸；需要說明的是，根據(jù)圖1和圖3可知，本例的預(yù)設(shè)規(guī)則將壓向力和拉向力以正、負(fù)半軸為界劃分，其目的是為了后續(xù)方便根據(jù)壓力曲線對步態(tài)周期相位進(jìn)行分析。

s2：結(jié)合預(yù)設(shè)規(guī)則及所述動態(tài)力的周期性變化規(guī)律對壓力曲線進(jìn)行步態(tài)周期切分。

由于本例的預(yù)設(shè)規(guī)則是壓向力動態(tài)分布于壓力曲線的正半軸，拉向力動態(tài)分布于壓力曲線的負(fù)半軸，所以，動態(tài)力的變化是以步態(tài)周期為周期進(jìn)行變化，而步態(tài)周期是指在行走時一側(cè)足跟著地到該側(cè)足跟再次著地的過程被稱為一個步態(tài)周期，即，壓力曲線上相鄰最大值的壓向力之間為一個步態(tài)周期，因此，根據(jù)壓向力對壓力曲線進(jìn)行步態(tài)周期切分。

s3：根據(jù)壓力曲線上動態(tài)力的分布對受試者行走的步態(tài)進(jìn)行分析。

具體的，由于根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則將小腿部對l型檢測器施加的壓向力和拉向力轉(zhuǎn)換成所對應(yīng)的壓力曲線，相關(guān)人員可以根據(jù)壓力曲線對受試者行走的步態(tài)進(jìn)行各種分析，如圖4所示，相關(guān)工作人員可以通過觀察壓力曲線，根據(jù)常識直接判斷受試者行走的步態(tài)是否良好，也可以通過計算機(jī)提取壓力曲線中某一時刻的壓力值，將壓力值與預(yù)設(shè)閥值比較，再判斷該步態(tài)是否符合要求，或者根據(jù)壓力曲線判斷受試者行走時是否存在缺陷等，另外，相關(guān)工作人員也可以通過觀察壓力曲線直接獲取步態(tài)周期中的支撐階段的起始時刻和擺動階段的起始時刻，如，壓力曲線上正半軸所對應(yīng)的壓向力的最大值的時刻即為支撐階段的起始時刻，壓力曲線上負(fù)半軸所對應(yīng)的拉向力的最大值的時刻即為擺動階段的起始時刻，因此，相關(guān)工作人員根據(jù)壓力曲線上正半軸所對應(yīng)的壓向力的最大值的時刻獲取支撐階段的起始時刻，根據(jù)壓力曲線上負(fù)半軸所對應(yīng)的拉向力的最大值的時刻獲取擺動階段的起始時刻。

另外，由于壓向力和拉向力為零時，代表小腿部對l型檢測器即無壓向力也無拉向辦，此時，小腿部與腳部垂直，因此，相關(guān)工作人員，也可以根據(jù)壓力曲線的過零點(diǎn)時刻獲取受試者小腿部與腳部正交垂直的時刻。

另外，根據(jù)壓力曲線切分的步態(tài)周期，相關(guān)工作人員也可以直接獲取受試者行走過程中總共行走的總步數(shù)。

本例提供的步態(tài)檢測方法，根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則將小腿部對l型檢測器施加的壓向力和拉向力形成壓力曲線，相關(guān)工作人員通過壓力曲線可直觀的對受試者行走的步態(tài)進(jìn)行分析，因此，本例的步態(tài)檢測方法不需要復(fù)雜的計算，方法簡單。

實(shí)施例二：

基于實(shí)施例一，本例提供一種行走中基于小腿和腳的可穿戴步態(tài)檢測設(shè)備，包括處理器和穿戴于受試者小腿部和腳部的l型檢測器，處理器與l型檢測器無線信號連接。

l型檢測器采集受試者行走過程中受試者小腿部對其施加的動態(tài)力，并將動態(tài)力傳輸至處理器；處理器根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則將動態(tài)力和力矩轉(zhuǎn)換成所對應(yīng)的壓力曲線，處理器還結(jié)合預(yù)設(shè)規(guī)則及動態(tài)力的周期性變化規(guī)律對壓力曲線進(jìn)行步態(tài)周期切分，及，根據(jù)壓力曲線上動態(tài)力的分布對受試者行走的步態(tài)進(jìn)行分析。

本例的預(yù)設(shè)規(guī)則為：將受試者行走過程中產(chǎn)生的壓向力和拉向力按時間順序形成壓力曲線，且，壓向力動態(tài)分布于壓力曲線的正半軸，拉向力動態(tài)分布于壓力曲線的負(fù)半軸，處理器將接收的壓向力和拉向力根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則繪制成如圖3所示的壓力曲線。

工作人員通過處理器繪制的壓力曲線可以對受試者行走的步態(tài)進(jìn)行各種分析，如：工作人員可以根據(jù)壓力曲線上正半軸所對應(yīng)的壓向力的最大值的時刻獲取步態(tài)周期中支撐階段的起始時刻，及根據(jù)壓力曲線上負(fù)半軸所對應(yīng)的拉向力的最大值的時刻獲取步態(tài)周期中擺動階段的起始時刻。

另外，處理器可以提取壓力曲線中某一時刻的壓力值，將壓力值與預(yù)設(shè)閥值比較，再判斷該步態(tài)是否符合要求，或者根據(jù)壓力曲線判斷受試者行走時是否存在缺陷等步態(tài)分析。

其中，如圖5所示，l型檢測器包括力傳感器1、穿戴于受試者小腿部和腳部的l型支架2和套接部3，l型支架2穿戴于受試者小腿部和腳部時，l型支架2的橫向部21位于受試者的腳底部，l型支架2的豎向部22位于受試者小腿后方；力傳感器1設(shè)置于豎向部22并與處理器無線傳輸連接，套接部3套設(shè)于l型支架2的豎向部22，直至傳感器1容納至套接部3內(nèi)部，受試者行走時，力傳感器1檢測套接部3對豎向部22施加的動態(tài)力。

具體的，動態(tài)力包括壓向力和拉向力，力傳感器1包括第一力傳感器11和第二力傳感器12，為了實(shí)現(xiàn)本例的力傳感器1能實(shí)時檢測到壓向力和拉向力，第一力傳感器11設(shè)置于豎向部22朝向受試者的小腿部的一側(cè)，第二力傳感器12設(shè)置于豎向部22背向受試者的小腿部的一側(cè)；優(yōu)選的，優(yōu)選的，第一力傳感器11豎向設(shè)置于豎向部22朝向受試者的小腿部的一側(cè)，第二力傳感器12豎向設(shè)置于豎向部22背向受試者的小腿部的一側(cè)，即，根據(jù)本例的力傳感器1的安裝方式的設(shè)計，增加了力傳感器1與套接部3的縱向接觸面積，提高動態(tài)力的檢測精度。

套接部3套設(shè)于豎向部22時，套接部3相對于第一力傳感器11的第一側(cè)面與第一力傳感器11相接觸，套接部3相對于第二力傳感器12的第二側(cè)面與第二力傳感器12相接觸，第一力傳感器11檢測受試者小腿部的傾斜方向與行走方向的反方時受試者小腿部對l型支架2施加的壓向力，第二力傳感器12檢測受試者小腿部的傾斜方向與行走方向同向時受試者小腿部對l型支架2施加的拉向力。

進(jìn)一步，為了使l型步態(tài)檢測裝置適用于身高不同的受試者，本例的套接部3活動套設(shè)于豎向部22，根據(jù)受試者的小腿部長度的不同，適當(dāng)調(diào)整套接部3與豎向部22的套接高度。

進(jìn)一步，本例的套接部3設(shè)有與受試者的小腿部穿戴連接的第一連接件4，橫向部21設(shè)有與受試者的腳部穿戴連接的第二連接件5，本例的第一連接件4和第二連接件5優(yōu)選為綁帶，在其他實(shí)施例中，也可以采用其他固定方式實(shí)現(xiàn)l型步態(tài)檢測裝置與受試者的小腿部和腳部連接。

本例的套接部3沿豎向上設(shè)有一個第一連接件4，在其他實(shí)施例中，套接部3沿豎向上可以設(shè)置兩個甚至更多個第一連接件4，以加強(qiáng)套接部3與受試者的小腿部的牢固連接，進(jìn)一步，加強(qiáng)l型步態(tài)檢測裝置使用狀態(tài)時的牢固性。

本例通過設(shè)計l型步態(tài)檢測器的簡單結(jié)構(gòu)及力傳感器的設(shè)計位置，不僅方便檢測受試者的步態(tài)周期內(nèi)的動態(tài)力，以供后臺的處理器分析和研究，而且，通過巧妙設(shè)計，增加了l型步態(tài)檢測器的使用壽命。

以上應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明進(jìn)行闡述，只是用于幫助理解本發(fā)明，并不用以限制本發(fā)明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，還可以做出若干簡單推演、變形或替換。