用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统，包括：压力传感器用于测量用户行走时足底的压力变化值；惯性传感器用于检测用户行走时脚底和膝盖的运动轨迹；距离传感器用于测量用户行走时脚底与地面的距离值；处理器用于将压力变化值、运动轨迹和距离值进行处理得到用户的步态数据；无线通信模块用于将步态数据发送给服务器，以及服务器根据步态数据对用户在预设周期内的步态进行分析评估，并将评估结果发送给终端设备进行显示。该系统便携可穿戴，使用方便，可长期监控获取数据，并且可以准确全面地获取信息，可以有效获取用户的步态信息。

Wearable gait detection and analysis system for cerebral palsy patients

The invention discloses a wearable gait detection and analysis system for cerebral palsy patients, which includes: a pressure sensor for measuring the pressure change of the sole of the foot when the user walks; an inertial sensor for detecting the trajectory of the sole and knee when the user walks; a distance sensor for measuring the distance between the sole of the foot and the ground when the user walks; and a processor for measuring the pressure change value and movement. The trajectory and distance values are processed to get the user's gait data; the wireless communication module is used to send the gait data to the server, and the server evaluates the user's gait in the preset period according to the gait data, and sends the evaluation results to the terminal device for display. The system is portable, wearable, easy to use, can monitor and acquire data for a long time, and can accurately and comprehensively acquire information, and can effectively acquire the user's gait information.

【技术实现步骤摘要】
用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统
本专利技术涉及穿戴式足底压力测试
，特别涉及一种用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统。
技术介绍
步态指一个人行走时的表现出来的动作以及姿态。一个人表现出来的步态与其骨骼、肌肉和神经系统密切相关。脑瘫作为一种神经性疾病，可直接反映在患者的肢体状态尤其是在步态上。因此，医学上可根据步态评估脑瘫患者的病情，可作为手术和术后康复的依据和指标。传统的步态检测仪包括步台式步态分析仪，通常价格极为昂贵且不可移动，不能对患者的步态做长期监测和诊断。而已有便携式的设备尚未有针对脑瘫病人步态检测的设备，通用的步态检测设备数据类型少，且精确度低，数据不够全面。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统。为达到上述目的，本专利技术提出了用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统，包括：压力传感器，用于测量用户行走时足底的压力变化值；惯性传感器，用于检测用户行走时脚底和膝盖的运动轨迹；距离传感器，用于测量用户行走时脚底与地面的距离值；处理器，用于将所述压力变化值、所述运动轨迹和所述距离值进行处理得到所述用户的步态数据；无线通信模块，用于将所述步态数据发送给服务器，以及所述服务器根据所述步态数据对所述用户在预设周期内的步态进行分析评估，并将评估结果发送给终端设备进行显示。本专利技术实施例的用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统，通过设计成便携可穿戴鞋，适合用户长期穿戴，可对用户进行长期监控，有效获取真实且有效的步态信息，并根据步态信息检测异常步态以进行评估，为医疗诊断和治疗提供有力依据。另外，根据本专利技术上述实施例的用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述压力传感器为石墨烯柔性器件压力传感器。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述压力传感器以鞋垫形式放置在用户的鞋中，分别位于：第一跖骨、第三跖骨、第五跖骨、大脚趾和脚跟和前脚掌中的一处或多处。可选地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：电池模块，用于给所述压力传感器、所述惯性传感器、所述距离传感器、所述无线通信模块和所述处理器提供电能。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述惯性传感器固定于用户的鞋跟外部和膝盖处，用于检测用户行走时脚底和膝盖的运动轨迹；所述距离传感器位于用户的鞋底部，用于测量用户行走时脚底与地面的距离值。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述服务器根据所述步态数据对所述用户在预设周期内的步态进行分析评估，包括：在预设周期内，根据所述步态数据确定在支撑周期时支撑脚脚底受力不均匀或不稳定，摆动脚摆动周期过长，判断为行走障碍；对用户行走时脚和膝盖的运动轨迹进行评估，若出现脚部轨迹异常，或出现膝盖轨迹异常，判断为异常步态。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：打分系统和深度神经网络识别分类系统进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述打分系统设计四种运动模式包括：自主行走，自主上楼，辅助行走和辅助上楼；针对所述四种运动模式的步态进行打分，以预设正常步伐作为标准，误差大小与分数大小成反比，若无法完成则为零分。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述深度神经网络识别分类系统采集每个系统功能分级多用户的步态数据作为数据库；用深度神经网络的方式进行学习训练，所述学习训练完成后，将当前用户的所述步态数据输入所述深度神经网络中，进行评级分类。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术一个实施例的用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统结构示意图；图2是本专利技术一个实施例的用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统具体结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统。图1是本专利技术一个实施例的用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统结构示意图。如图1所示，该用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统10包括：压力传感器100、惯性传感器200、距离传感器300、处理器400和无线通信模块500。其中，压力传感器100用于测量用户行走时足底的压力变化值。进一步地，压力传感器100为石墨烯柔性压力传感器器件，其中，石墨烯柔性压力传感器器件100测量运动时的足底压力变化，其动态范围高灵敏度大，便于对异步步态的检测，且不会对患者的动作产生干扰。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述压力传感器以鞋垫形式放置在用户的鞋中，分别位于第一跖骨、第三跖骨、第五跖骨，大脚趾、脚跟和前脚掌中的一处或者多处。需要说明的是，压力传感器100以鞋垫的方式分布在脚底，其压力传感器分布方式包括：足底的第一、第三、第五跖骨处，大脚趾处和脚跟处，此分布为正常步态的主受力点，并在前脚掌处加设两个或多个压力传感器用100于检测第一类用户的异步步态，如足尖行走。其中，用户包括两类用户，第一类用户为脑瘫类步伐异常的患者，第二类用户为步伐正常的健康人。判断异常步态的方法包括：a、对患者各步态的周期进行评估，若在支撑周期时支撑脚脚底受力不均匀或不稳定，摆动脚摆动周期过长，可认为是行走障碍。b、对患者行走时脚和膝盖的运动轨迹进行评估，若出现脚部轨迹异常，如抬脚缓慢、脚向外呈圆弧状，或出现膝盖轨迹异常，如膝盖摆动消失，膝部靠近成剪刀样，可判断为异常步态。本专利技术实施例中的惯性传感器200用于检测用户行走时脚底和膝盖的运动轨迹。具体而言，惯性传感器200固定于脚跟外部和膝盖处，从而检测用户行走时脚部和膝盖的运动轨迹，用于检测剪刀步等异常步态。本专利技术实施例中的距离传感器300用于测量用户行走时脚底与地面的距离值。具体而言，距离传感器300的探测部分位于脚底部，测量行走时脚底与地面的距离，配合惯性传感器可测量跨越步态等异常步态。其中，处理器400用于将压力变化值、运动轨迹和距离值进行处理得到用户的步态数据。除此之外，处理器400为用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统的核心处理单元，控制各个传感器模块和无线收发单元，处理相应数据和命令。本专利技术实施例中的无线通信模块500用于将步态数据发送给服务器，以及服务器根据步态数据对用户在预设周期内的步态进行分析评估，并将评估结果发送给终端设备进行显示。换言之，无线通信模块500将步态数据和评估结果等相关数据在各传感器间实时传输，并跟服务器通信。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，服务器根据步态数据对用户在预设周期内的步态进行分析评估，包括：在预设周期内，根据步态数据确定在支撑周期时支撑脚脚底受力不均匀或不稳定，摆动脚摆动周期过长，判断为行走障碍；对用户行走时脚和膝盖的运动轨迹进行评估，若出现脚部轨迹异常，或出现膝盖轨迹异常，判断为异常步态。本专利技术实施例用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统10为便携式可穿戴设备，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统，其特征在于，包括：压力传感器，用于测量用户行走时足底的压力变化值；惯性传感器，用于检测用户行走时脚底和膝盖的运动轨迹；距离传感器，用于测量用户行走时脚底与地面的距离值；处理器，用于将所述压力变化值、所述运动轨迹和所述距离值进行处理得到所述用户的步态数据；无线通信模块，用于将所述步态数据发送给服务器，以及所述服务器根据所述步态数据对所述用户在预设周期内的步态进行分析评估，并将评估结果发送给终端设备进行显示。

【技术特征摘要】
1.一种用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统，其特征在于，包括：压力传感器，用于测量用户行走时足底的压力变化值；惯性传感器，用于检测用户行走时脚底和膝盖的运动轨迹；距离传感器，用于测量用户行走时脚底与地面的距离值；处理器，用于将所述压力变化值、所述运动轨迹和所述距离值进行处理得到所述用户的步态数据；无线通信模块，用于将所述步态数据发送给服务器，以及所述服务器根据所述步态数据对所述用户在预设周期内的步态进行分析评估，并将评估结果发送给终端设备进行显示。2.根据权利要求1所述的用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统，其特征在于，所述压力传感器为石墨烯柔性压力传感器。3.根据权利要求1所述的用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统，其特征在于，所述压力传感器以鞋垫形式放置在用户的鞋中，分别位于第一跖骨、第三跖骨、第五跖骨，大脚趾、脚跟和前脚掌中的一处或者多处。4.根据权利要求1所述的用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统，其特征在于，还包括：电池模块，用于给所述压力传感器、所述惯性传感器、所述距离传感器、所述无线通信模块和所述处理器提供电能。5.根据权利要求1所述的用于脑瘫患者的可穿戴步态检测分析系统，其特征在于，所述惯性传感器固定于用户的鞋跟外部和膝盖处，用于检测用户行走时脚底...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭瑞，马景忠，乔彦聪，杨一帆，杨珍，杨景铭，任天令，杨轶，伍晓明，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11