一种基于声音反馈的步态训练与评估系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于声音反馈的步态训练与评估系统，包括电源模块，电源模与主控制器模块和步态参数采集模块连接，主控制器模块与步态参数采集模块连接，主控制器模块通过信号传输模块与信号接收终端连接，数据存储与管理模块和信号分析与处理模块以及数据显示模块分别与信号接收终端连接，信号分析与处理模块和步态参数采集模块分别与声音反馈模块连接，在步态异常者的恢复训练过程中，引入有效的声音反馈可以从很大程度上帮助学习者，与传统的步态训练与评估系统相比，该系统通过将声音信息与其他信息，例如：图像信息、运动信息、压力信息等相结合，从而形成一个生物反馈系统，实现定量步态分析和临床个性化治疗的无缝连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及技术一种基于声音反馈的步态训练与评估系统，一种基于声音反馈的步态训练与评估系统，是一套通过利用声音反馈来辅助步态异常患者进行步态训练和量化评估分析的系统。
技术介绍
近年来，脑卒中（脑梗塞或脑溢血）、帕金森病、小儿脑瘫、多发性硬化等疾病困扰着越来越多的人群。对于上述人群而言，通常存在运动功能、认知和意识、言语等方面的障碍，术后普遍需要进行长期的康复治疗、训练和指导。其中，通过步态训练恢复其正常的行走能力是一项非常重要的内容。目前，随着计算机和传感器等技术的飞速发展，越来越多的步态训练设备被应用于临床康复中。根据捕获的信息类型，大致可以分为以下三类：图像信息、运动信息和压力信息。例如：Vicon公司推出的三维运动捕获系统可以精确地跟踪人体在行走过程中各个关节点，如膝关节、踝关节等的时间-空间运动信息，并且可以通过生物力学模型对各个关节点的力学特性进行定量分析。通过将惯性传感器单元，如加速度传感器、陀螺仪和磁力计等佩戴在大腿、小腿和踝关节等位置，可以定量分析诸如步长、步速、步幅、关节角度等信息。通过利用薄膜压力传感器制成的步态分析垫可以精确分析出测试者在行走过程中的足底压力分布、左右对称性等信息。此外，通过将上述捕获的信息与功能性电刺激（FES）、振动刺激等治疗手段相结合，可以形成一个有效的生物反馈系统，亦称闭环控制系统，从而实现量化评估和个性化治疗的无缝连接。步态异常者恢复正常步态的过程，与婴儿的呀呀学步过程非常类似。通过日常的观察发现，在学习的过程中，有效的声音反馈，例如鼓励、纠偏的话语等，可以从很大程度上帮助学习者。因此，有必要设计一种新的基于声音反馈的步态训练与评估系统，以解决上述技术问题，弥补目前步态训练与评估系统中没有引入声音反馈这一空白，丰富步态训练与量化评估的技术。
技术实现思路
针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种基于声音反馈的步态训练与评估系统，通过将声音信息与其他信息相结合，从而形成一个生物反馈系统，实现定量步态分析和临床个性化治疗的无缝连接。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于声音反馈的步态训练与评估系统，包括电源模块、主控制器模块、步态参数采集模块、信号传输模块、信号接收终端、数据存储与管理模块、信号分析与处理模块、数据显示模块和声音反馈模块，其中，所述电源模块与主控制器模块和步态参数采集模块连接，主控制器模块与步态参数采集模块连接，主控制器模块通过信号传输模块与信号接收终端连接，数据存储与管理模块和信号分析与处理模块以及数据显示模块分别与信号接收终端连接，信号分析与处理模块和步态参数采集模块分别与声音反馈模块连接。在上述技术方案中，所述步态参数采集模块包含图像信息采集、运动信息采集和压力信息采集。在上述技术方案中，所述图像信息采集使用摄像头和红外探测器，运动信息采集使用加速度、陀螺仪、磁力计和弯曲传感器，压力信息采集使用薄膜压力传感器和压电传感器。在上述技术方案中，所述信号传输模块包含有线传输和无线传输。在上述技术方案中，所述有线传输为串口通讯和USB通讯，无线传输为蓝牙、ZigBee、Wifi和433。在上述技术方案中，所述信号接收终端为台式设备或移动设备。在上述技术方案中，所述信号分析与处理模块包括时域分析、频域分析和非线性分析。在上述技术方案中，所述时域分析为步速、步幅、步长，频域分析为能量、频率分布，非线性分析为复杂网络、熵、平滑度和随机度。在上述技术方案中，所述数据存储与管理模块用于实现整个系统中的用户信息数据、传感器数据的存储与管理。在上述技术方案中，所述数据存储包括本地存储和云存储，数据管理包括数据添加、删除、修改和查询的管理操作。本专利技术基于声音反馈的步态训练与评估系统，包括电源模块、主控制器模块、步态参数采集模块、信号传输模块、信号接收终端、数据存储与管理模块、信号分析与处理模块、数据显示模块和声音反馈模块，在步态异常者的恢复训练过程中，引入有效的声音反馈可以从很大程度上帮助学习者，与传统的步态训练与评估系统相比，该系统通过将声音信息与其他信息，例如：图像信息、运动信息、压力信息等相结合，从而形成一个生物反馈系统，实现定量步态分析和临床个性化治疗的无缝连接。附图说明图1为本专利技术基于声音反馈的步态训练与评估系统原理框图；图2为传感器佩戴示意图；图3为实时步态参数及步态调整决策方案示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术所述的一种基于声音反馈的步态训练与评估系统，包括电源模块、主控制器模块、步态参数采集模块、信号传输模块、信号接收终端、数据存储与管理模块、信号分析与处理模块、数据显示模块和声音反馈模块。其中，所述电源模块与主控制器模块和步态参数采集模块连接，主控制器模块与步态参数采集模块连接，主控制器模块与信号接收终端通过信号传输模块连接，数据存储与管理模块和信号分析与处理模块以及数据显示模块分别与信号接收终端连接，信号分析与处理模块和步态参数采集模块分别与声音反馈模块连接。因此，该系统由硬件子系统和软件子系统两个部分组成。其中，硬件子系统为主控制器模块、步态参数采集模块、声音反馈模块、信号传输模块、电源模块，用于实现信号的采集与传输；软件子系统为显示模块、信号分析与处理模块、数据存储与管理模块，用于实现信号的可视化、分析与处理、数据存储与管理等。整个系统的工作步骤及数据流向详细描述如下：采集步态异常者在行走过程中的步态参数；根据步态采集模块工作原理的不同，步态异常者与步态采集模块之间的交互方式也有所不同。例如：当步态采集模块选用图像类型，如摄像头、红外探测器等时，步态异常者的行走范围需要处于摄像头或红外探测器的有效工作范围内；当步态采集模块选用运动信息类型，如加速度、陀螺仪、磁力计等时，步态异常者需要将步态采集模块佩戴在人体的某个部位，如头部、上肢、腰部、下肢、足部等；当步态采集模块选用压力类型，如薄膜压力传感器、压电传感器等时，步态异常者需要行走于事先布置好的压力垫或其他压力设备上。（1）采集到的步态参数通过信号传输模块发送到信号接收终端上；根据信号传输方式的不同，可以利用有线，如串口通信、USB通信等或无线，如Bluetooth、ZigBee、Wifi等传输协议。同时，根据步态采集模块个数的不同，信号传输方式可以采用点对点通信或多点无线组网通信等。此外，信号接收端根据硬件设备的不同，可以选用台式计算机、智能移动终端或平板电脑或智能手机等。（2）在信号接收端上，信号分析与处理模块对采集到的传感器信息进行分析与处理，从而得出量化的步态特征；具体的信号分析与处理方法包括但不局限于以下形式：时域分析（步速、步幅、步长等）、频域分析（能量、频率分布等）、非线性分析方法（复杂网络、熵、平滑度、随机度等）。（4）声音反馈模块根据计算出的步态特征，产生实时的、个性化的步态调整决策方案，并以不同形式的声音并通过声音输出设备，例如：麦克风，反馈给步态异常者，从而指导步态异常者在下一个步态周期中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声音反馈的步态训练与评估系统，其特征在于：包括电源模块、主控制器模块、步态参数采集模块、信号传输模块、信号接收终端、数据存储与管理模块、信号分析与处理模块、数据显示模块和声音反馈模块，其中，所述电源模块与主控制器模块和步态参数采集模块连接，主控制器模块与步态参数采集模块连接，主控制器模块通过信号传输模块与信号接收终端连接，数据存储与管理模块和信号分析与处理模块以及数据显示模块分别与信号接收终端连接，信号分析与处理模块和步态参数采集模块分别与声音反馈模块连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于声音反馈的步态训练与评估系统，其特征在于：包括电源模块、主控制器模块、步态参数采集模块、信号传输模块、信号接收终端、数据存储与管理模块、信号分析与处理模块、数据显示模块和声音反馈模块，其中，所述电源模块与主控制器模块和步态参数采集模块连接，主控制器模块与步态参数采集模块连接，主控制器模块通过信号传输模块与信号接收终端连接，数据存储与管理模块和信号分析与处理模块以及数据显示模块分别与信号接收终端连接，信号分析与处理模块和步态参数采集模块分别与声音反馈模块连接。2.根据权利要求1所述的一种基于声音反馈的步态训练与评估系统，其特征在于：所述步态参数采集模块包含图像信息采集、运动信息采集和压力信息采集。3.根据权利要求2所述的一种基于声音反馈的步态训练与评估系统，其特征在于：所述图像信息采集使用摄像头和红外探测器，运动信息采集使用加速度、陀螺仪、磁力计和弯曲传感器，压力信息采集使用薄膜压力传感器和压电传感器。4.根据权利要求1所述的一种基于声音反馈的步态训练与评估系统，其特征在于：所述信号传输模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊天润，何雷，周俊，黄伟新，
申请(专利权)人：常州市钱璟康复股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32