一种步行测试康复系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术步行测试康复系统及其控制方法

【技术实现步骤摘要】
一种步行测试康复系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于医疗健康领域，尤其涉及一种步行测试康复系统及其控制方法
。

技术介绍

[0002]在当前的医疗健康领域，基于人体数据采集的健康分析对场地
、
仪器以及测试环境的要求较高，尤其是在需要出具分析报告的时候，包括六分钟步行测试和十米步行测试
。
其中，十米步行测试（
10MWT
）是一种广泛使用的测量短距离步行速度的方法，通常用于评价中风
、
脊髓损伤
、
肢体损伤
、
脑损伤
、
帕金森等疾病或衰老导致的运动功能障碍或减退患者的运动功能康复情况（
https://www.sralab.org/rehabilitation
‑
measures/10
‑
meter
‑
walk
‑
test
）
。
目前十米步行测试的操作通常是在平坦地面上标记相距
14
米的直线测试区域，并且在此区域中标记距起点2米处和距终点2米处的位置作为加速区和减速区，留下中间的计时距离十米
。
视实际条件，测试区域有时也可采用8米
、
十米
、12
米等长度，对应计时距离4米
、6
米
、8
米
。
[0003]舒适步行速度测试：受试者从测试区域的一端开始，以舒适的速度行走到另一端，测试人员用秒表测量受试者从通过起始2米处到通过距终点2米处的所用时长，再根据对应的计时距离计算受试者的舒适步行速度
。
[0004]最大步行速度测试：受试者从测试区域的一端开始，以保障安全前提下的最快速度行走到另一端，测试人员用秒表测量受试者从通过起始2米处到通过距终点2米处的所用时长，再根据对应的计时距离计算受试者的舒适步行速度
。
[0005]通常对受试者进行2‑3次舒适步行速度和2‑3次最大步行速度的测试，分别记录两次测试的步行速度，取平均数作为受试者的舒适步行速度和最大步行速度
。
[0006]传统的十米步行测试在操作上存在以下弊端：1）需要在地面上添加标记，固定式的标记会限定测试场地的选择，不固定式的标记会使测试操作繁琐且容易出现误差；2）测试计时依靠测试者（医护人员）在受试者通过标记点时人工按秒表计时，人力要求高且准确度低；3）传统的十米步行测试只测量步行速度一个指标，并不对受试者的步态进行评价，而对于运动功能康复期的患者，以最大速度行走的体力消耗较大，如果能同时对患者的步态进行分析评估，则可以为医护人员提供后续康复治疗的参考，也可以节省患者的体力，降低测试风险
。
[0007]专利号为
US20200060921A1
的专利（
Pending
）公开了一种带有自动评估和调整控制的行动辅助设备，其应用包括利用外骨骼辅助设备自动进行十米步行测试
。
但这种设备必须包括至少一个驱动单元和至少一个关节，导致设备轻量化的程度有限，对患者快速步行会造成额外负担
。
同时，这种设备也不能进行步态参数的收集
、
计算和分析
。
[0008]专利号为
CN201210213030.1
的专利公开了一种患者康复训练步行状态分析系统及方法，能够通过步伐采集装置采集的步伐图像和
PC
机的计算提供步态分析所需的时空参数，但是这种系统不能对步行距离进行测量，因此不能用于十米步行测试
。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种更准确的
、
不依赖额外的标记物或人工测量而自动计算受试者的步行距离和步行速度的步行测试康复系统
。
[0010]本专利技术的另一目的是提供一种更准确的
、
不依赖额外的标记物或人工测量而自动计算受试者的步行距离和步行速度的步行测试康复系统控制方法
。
[0011]本专利技术提供的步行测试康复系统，包括获取脚面姿态信息的传感器
、
获取背部姿态信息的传感器
、
数据处理单元
、
操作显示单元
、
通讯模块和时钟系统；所述获取脚面姿态信息的传感器获取用户的脚面姿态信息包括脚面角速度
、
加速度在内的运动姿态信息并将相应的姿态信息发送给数据处理单元；所述获取背部姿态信息的传感器获取用户的背部姿态信息包括背部角速度
、
加速度在内的运动姿态信息并将相应的姿态信息发送给数据处理单元；数据处理单元对收到的姿态信息进处理，获得用户的步行距离
、
步行速度
、
及步态指标信息，并通过操作显示单元显示；操作显示单元获取用户输入的步行测试的开始
、
结束
、
及步行测试的开始计时距离
、
结束计时距离指令信息
、
并通过其实时显示测试数据及整个测试结果报告的数据；通讯模块建立数据处理单元与操作显示单元的信息数据传输；时钟系统将时钟信息发送给数据处理单元并对测试时间进行计时和提示
。
[0012]优选的，所述的步行测试康复系统，还包括获取小腿姿态信息的传感器，获取小腿姿态信息的传感器获取用户小腿的加速度
、
角速度在内的运动姿态信息并将相应的姿态信息发送给数据处理单元
。
[0013]其中，所述数据处理单元包括姿态解算处理单元
、
距离速度计算单元
、
直线判断单元
、
距离判断单元
、
次数判断单元和报告生成单元；所述的姿态解算处理单元对其收到的数据进行姿态解算，解算脚面
、
小腿
、
背部所处的运动姿态，并将计算获得的姿态数据实时发送给操作显示单元显示；所述距离速度计算单元根据姿态解算处理单元发送来的姿态信息数据处理计算获得用户的步行速度和步行距离；所述的直线判断单元根据姿态解算处理单元发送来的姿态信息数据计算用户的航向角并根据实时的航向角判断用户是否偏航，是否处于直线行走，并将判断结果反馈给时钟系统和操作显示单元，告知测试用户；所述距离判断单元根据距离速度计算单元发送来的用户当前的步行距离与预设开始计时距离
、
预设结束计时距离进行判断；当达到预设开始计时距离时，时钟系统开始计时；当达到预设结束距离时，时钟系统结束此次计时，重复次数判断单元计数；当未达到预设结束距离时，数据处理单元继续获取传感器的运动姿态信息进行姿态数据的处理并通过操作显示单元实时显示；所述重复次数判断单元根据距离判断单元发送的达到预设结束距离信息进行计数；当计数未达到预设的重复测试次数时，时钟系统结束此次计时，进入下一次计时的准备；所述报本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种步行测试康复系统，其特征在于，包括获取脚面姿态信息的传感器
、
获取背部姿态信息的传感器
、
数据处理单元
、
操作显示单元
、
通讯模块和时钟系统；所述获取脚面姿态信息的传感器获取用户的脚面姿态信息包括脚面角速度
、
加速度在内的运动姿态信息并将相应的姿态信息发送给数据处理单元；所述获取背部姿态信息的传感器获取用户的背部姿态信息包括背部角速度
、
加速度在内的运动姿态信息并将相应的姿态信息发送给数据处理单元；数据处理单元对收到的姿态信息进处理，获得用户的步行距离
、
步行速度
、
及步态指标信息，并通过操作显示单元显示；操作显示单元获取用户输入的步行测试的开始
、
结束
、
及步行测试的开始计时距离
、
结束计时距离指令信息
、
并通过其实时显示测试数据及整个测试结果报告的数据；通讯模块建立数据处理单元与操作显示单元的信息数据传输；时钟系统将时钟信息发送给数据处理单元并对测试时间进行计时和提示
。2.
如权利要求1所述的步行测试康复系统，其特征在于，还包括获取小腿姿态信息的传感器，获取小腿姿态信息的传感器获取用户小腿的加速度
、
角速度在内的运动姿态信息并将相应的姿态信息发送给数据处理单元
。3.
如权利要求2所述的步行测试康复系统，其特征在于，所述数据处理单元包括姿态解算处理单元
、
距离速度计算单元
、
直线判断单元
、
距离判断单元
、
次数判断单元和报告生成单元；所述的姿态解算处理单元对其收到的数据进行姿态解算，解算脚面
、
小腿
、
背部所处的运动姿态，并将计算获得的姿态数据实时发送给操作显示单元显示；所述距离速度计算单元根据姿态解算处理单元发送来的姿态信息数据处理计算获得用户的步行速度和步行距离；所述的直线判断单元根据姿态解算处理单元发送来的姿态信息数据计算用户的航向角并根据实时的航向角判断用户是否偏航，是否处于直线行走，并将判断结果反馈给时钟系统和操作显示单元，告知测试用户；所述距离判断单元根据距离速度计算单元发送来的用户当前的步行距离与预设开始计时距离
、
预设结束计时距离进行判断；当达到预设开始计时距离时，时钟系统开始计时；当达到预设结束距离时，时钟系统结束此次计时，重复次数判断单元计数；当未达到预设结束距离时，数据处理单元继续获取传感器的运动姿态信息进行姿态数据的处理并通过操作显示单元实时显示；所述重复次数判断单元根据距离判断单元发送的达到预设结束距离信息进行计数；当计数未达到预设的重复测试次数时，时钟系统结束此次计时，进入下一次计时的准备；所述报告生成单元根据收到的测试结束信息，对整个测试过程的数据进行处理，生成包括行走距离
、
行走速度
、
航向角
、
步态指标的测试报告并通过操作显示单元显示给用户
。4.
如权利要求3所述的步行测试康复系统，其特征在于，所述数据处理单元还包括数据获取单元
、
数据预处理单元；数据获取单元对原始传感器数据进行读取，脚面传感器
、
小腿传感器
、
和背部传感器的姿态信息包括脚面
、
小腿
、
背部的加速度
、
角速度在内的原始姿态信息；数据预处理单元对来自数据读取单元的姿态信息进行预处理，获得优化的原始姿态数
据；所述距离速度计算单元包括参考系坐标转换单元
、
判断步态单元
、
检测步态相单元
、
速度计算单元
、
距离计算单元；参考系坐标转换单元根据解算处理单元发送来的姿态数据，获取其中的脚面加速度数据，并将脚面加速度计读数据转换成参考系坐标系数据；判断步态单元结合小腿
、
脚面姿态及传感器读数，判断用户当前的步态；检测步态相单元检测判断步态单元发送来的步态信息，检测当前用户的步态是站立相还是摆动相，并将检测结果发送给速度计算单元；速度计算单元收到检测步态相单元发送为摆动相结果时，对参考系坐标转换单元同时发送来的处于摆动相的脚面加速度进行计算，获得当前步行速度；距离计算单元根据速度计算单元发送来的速度数据进行处理计算，获得参考系坐标系距离，即为用户的当前步行距离
。5.
如权利要求4所述的步行测试康复系统，其特征在于，所述数据处理单元还包括零速检测单元，所述的零速检测单元对速度计算单元获得的速度进行优化处理，通过摆动相的起点和终点补偿加速度计噪声信号，得到用户当前的参考系坐标系的速度，获得优化的用户步行速度；所述直线判断单元包括初始航向角获取单元
、
航向角计算单元和航向角比对判断单元；所述的初始航向角获取单元在收到启动步行测试时，获取当前时刻前
0.4
秒范围内的数据中航向角窗口滤波值，作为初始航向角，并通过统计计算获得初始航向角分布的双侧各3个标准差作为初始航向角的上下幅度范围；航向角计算单元获取背部和
/
或脚面
、
小腿的角度信息进行计算处理，获得航向角信息；航向角比对判断单元将实时获得用户航向角和初始航向角进行比对，如果...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：远也科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：