可穿戴式步高测量系统

发布时间：2020-05-30 12:47

【摘要】：跌倒是老年人面临的首要健康风险,会引发一系列的健康问题,极大地危害了老年人的生活品质,给家庭和社会带来了沉重的负担。步高是人体行走过程中足部到地面的高度,步高参数是评估跌倒风险和步态稳定性的重要参数,尤其对量化跌倒风险具有重要的意义,是临床上诊断疾病和康复治疗的潜在评估指标。目前国内外测量步高的标准方法是利用光学运动捕捉系统进行测量,然而这种方法只能局限在实验室范围内使用,无法实现在日常环境下的步高测量。为此,本文创新地提出了两种不同的步高测量方法,并在此基础上,开发了基于两个距离传感器的用于人体正常步态的步高测量系统,以及基于惯性传感器和距离传感器的用于人体异常步态的步高测量系统。在基于两个距离传感器的步高测量系统中,利用两个分布在鞋子外侧的距离传感器测得的距离数据,结合三角几何原理,可以计算出正常步态下足部的俯仰角和步高。为了验证该步高测量系统的有效性和准确性,我们进行了两组实验研究。在第一组实验中,实验对象单脚抬起在空中上下摆动,对比步高的测量值和标准值,发现脚跟和脚尖处步高曲线的相关系数都大于0.9,测量误差都小于10 mm,这表明二维步高测量方法是准确可行的。在第二组实验中,共招募了七名健康成年人进行了步行实验,对比脚跟步高和脚尖步高的测量值和标准值,发现关键步高参数的测量误差都小于11mm,这表明该系统可以实现正常步态下步高的准确测量。在基于惯性传感器和距离传感器的步高测量系统中,结合惯性传感器和距离传感器测得的原始数据,可以估算出传感器所在位置的步高。为了验证该步高测量系统的有效性和准确性,本文征集了实验对象进行了三组异常步态步行实验。对比步高的测量值和标准值,发现两者的相关系数高达0.97,原始测量误差都小于12mm,这表明提出的三维步高测量方法是准确可行的。为了降低异常步态中距离传感器的测量误差,我们利用多项式模型对距离测量值进行了拟合修正,对比发现步高的最大测量误差从20 mm以上降低至5 mm以内,这表明该修正方法可以显著提高三维步高测量系统的测量准确性。
【图文】：

病因学,发生率,风险因素,多因素

调查统计参与Ｒａｎｄｗｉｃ跌倒和骨折研究的老年女性在１２个月内的跌倒次数（一逡逑次，两次或三次及以上），研究发现６５岁及以上的研究对象跌倒发生率约为３０％［５］，逡逑如图１．１所示。逡逑１逡逑

侧足,步态周期,步态,足跟

临床步态分析除了依赖于定性观察，还依赖于根据受试者或治疗师填写的逡逑调查表得出的临床评分，以及使用各种系统对人体运动进行的定量测量。不论是逡逑正常还是异常状态，人类步态都可以用如下通用而简单的术语描述（如图１．３所逡逑示）：逡逑Ｉ逦ｔ逡逑Ｈｅｅｌ邋Ｓｔｒｉｋｅ逦Ｔｏａ邋Ｏｆｆ逦＼邋Ｈｅｅ邋Ｓｔｒｉｋｅ逡逑二逦Ｓｔａｎｃｅ邋＾逦＾逦二逡逑ｉ邋ｈｅｉｇｈｔ邋Ｔ邋Ｉ逡逑＼邋古／逡逑图１．３通用步态术语的简图，引自Ｙｕｆｒｉｄｉｎ邋Ｗａｈａｂ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２００７逡逑？步态周期（ｇａｉｔｃｙｃｌｅ）：在行走时一侧足跟着地（ｈｅｅｌｓｔｒｉｋｅ）到该侧足跟逡逑再次着地的过程被称为一个步行周期，，通常用时间秒（ｓ）表示，一般成人的步态逡逑周期约为１—１．３２邋ｓ左右。逡逑＊步态时相（ｇａｉｔｐｈａｓｅ／ｐｅｒｉｏｄ）：每个步态周期内一系列典型姿位变化划分逡逑出的一系列时段被称为步态时相，一个步态周期可分为支撑期（ｓｔａｎｃｅｐｈａｓｅ）和逡逑摆动期（ｓｗｉｎｇｐｈａｓｅ）。逡逑＊支撑期（ｓｔａｎｃｅｐｈａｓｅ）：足部接触地面及承受重力的时间。逡逑＊单支撑期：通常指一侧下肢足跟着地到同侧足尖离地的过程。逡逑＊双支撑期：在一个步行周期中，双足都接触地面的时间，步行存在双支逡逑４逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH789

【参考文献】