【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及下肢运动学领域，特别是一种用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量方法与装置。
技术介绍
1、跑步作为一种广泛参与的体育运动，要求运动员在追求优异成绩的同时，必须注意预防运动损伤。由于长跑运动员在训练与比赛中均面临极高的身体负荷，因此保护他们的关节和肌肉免受过度疲劳和损伤是至关重要的。在这个背景下，运动学评估技术的应用成为了优化运动员表现和减少受伤风险的关键工具。通过监测和分析运动员的运动模式和肌肉活动，专业人员可以为运动员提供关键的生物力学反馈，以指导他们改善训练方法和跑步技巧。
2、传统的运动学评估技术通常受限于专业的运动实验室条件，依赖于高端的运动捕捉系统和地板反力测量设备来获取数据。而且，以往的技术往往无法在运动员参与实际比赛或户外环境时收集数据，例如，l.nescolarde等人通过获取运动员生物阻抗的方式来判断是否存在肌肉损伤风险，这大大限制了评估的实时性与实用性。
3、近年来，随着科技的进步，新型的评估工具和方法被开发，目的是为了突破实验室的限制，同时提供精准、即时的反馈来帮助运动员优化他们的跑步姿势。这些工具使用先进技术，如穿戴式设备和semg，不仅可以在非实验室环境下使用，而且在实时监测运动生理状态方面取得了重大进展。通过这些技术，运动医学专家现在可以在更广泛的训练环境中，即时收集和分析跑步动态，从而为运动员提供关键的姿势调整建议和损伤预防策略。如此一来，促进了运动员表现的最优化和跑步运动的长期可持续性。
技术实现思路
1、本专利
2、实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量方法，包括以下步骤：
3、步骤1、基于下肢关节角度监测系统完成对表面肌电信号、髋关节角度的采集；
4、步骤2、对采集到的多传感器数据进行处理；
5、步骤3、通过对比表面肌电信号的时域、频域特征的预测性能，选取特征向量；
6、步骤4、使用gcn-lstm网络对表面肌电信号和髋关节角度之间的映射关系进行学习；
7、步骤5、将训练好的模型集成到下肢关节角度监测系统，结合运动学参数进行跑步运动员的肌肉损伤风险分析。
8、一种用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量装置，用于实现上述的方法，装置包括绑带、可穿戴下肢关节固定支架、肌电传感器、加速度计、增量式编码器、微处理单元、手持终端，绑带一和绑带二与可穿戴下肢关节固定支架进行连接，通过调节绑带松紧度将髋关节绑定于可穿戴下肢关节固定支架；可穿戴下肢关节固定支架包括前部固定支架和后部固定支架，通过两个可调节长度按钮对前部和后部固定支架的长度进行调节；四个通道的肌电传感器分别放置于股四头肌、臀大肌、缝匠肌和半腱肌四处肌肉，其产生的表面肌电信号通过蓝牙传输到手持终端；加速度计放置于运动员鞋子顶端，用于捕获脚部与地面接触及离开时的瞬时加速度变化，从而计算出触地时间；增量式编码器放置于前部固定支架和后部固定支架的连接处，负责采集跑步运动过程中髋关节角度的参考值，并将数据传输给微处理单元；手持终端负责多种传感器数据的接收和处理。
9、本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)基于肌电信号，本专利技术能够更精确地监测和分析在跑步过程中下肢关节的角度的变化。(2)使用gcn-lstm这种结合图卷积网络(gcn)和长短期记忆网络(lstm)的深度学习模型能够捕捉肌电信号和髋关节角度之间复杂的时空关系。(3)结合肌电信号和运动学参数能够帮助预测肌肉的过度使用和潜在的损伤风险；此外，通过分析肌电信号的变化，也可以推断出肌肉疲劳水平，这是评估损伤风险的关键因素。(4)本专利技术可为每个运动员提供个性化数据，帮助他们根据自己的生物力学特征和肌肉活动模式调整跑步技巧，以减少受伤概率。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量方法，其特征在于，步骤1中下肢关节角度监测系统包括绑带、可穿戴下肢关节固定支架、肌电传感器、加速度计、增量式编码器、微处理单元和手持终端，绑带一和绑带二与可穿戴下肢关节固定支架进行连接，通过调节绑带松紧度将髋关节绑定于可穿戴下肢关节固定支架；可穿戴下肢关节固定支架包括前部固定支架和后部固定支架，通过两个可调节长度按钮对前部和后部固定支架的长度进行调节；四个通道的肌电传感器分别放置于股四头肌、臀大肌、缝匠肌和半腱肌四处肌肉，其产生的表面肌电信号通过蓝牙传输到手持终端；加速度计放置于运动员鞋子顶端，用于捕获脚部与地面接触及离开时的瞬时加速度变化，从而计算出触地时间；增量式编码器放置于前部固定支架和后部固定支架的连接处，负责采集跑步运动过程中髋关节角度的参考值，并将数据传输给微处理单元；手持终端负责多种传感器数据的接收和处理。
3.根据权利要求2所述的用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量方法，其特征在于，基于下肢关节角度监测系
4.根据权利要求1所述的用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量方法，其特征在于，步骤2对采集到的多传感器数据进行处理，具体如下：
5.根据权利要求1所述的用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量方法，其特征在于，步骤3通过对比表面肌电信号的时域、频域特征的预测性能，选取合适的特征向量，具体如下：
6.根据权利要求5所述的用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量方法，其特征在于，步骤3.1对原始表面肌电信号进行初步特征提取，时域特征包括信号的均值、标准差、方差、绝对值积分、波形长度；频域特征包括信号的频谱中的特定频率段的能量、中心频率、频谱矩。
7.根据权利要求5所述的用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量方法，其特征在于，步骤3.3交叉验证不同特征集下的模型性能，具体如下：
8.根据权利要求1所述的用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量方法，其特征在于，步骤4使用GCN-LSTM网络对表面肌电信号和髋关节角度之间的映射关系进行学习，具体如下：
9.根据权利要求1所述的用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量方法，其特征在于，步骤5将训练好的模型集成到下肢关节角度监测系统，结合运动学参数进行跑步运动员的肌肉损伤风险分析，具体如下：
10.一种用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量装置，其特征在于，用于实现权利要求1-9任一所述的方法，装置包括绑带、可穿戴下肢关节固定支架、肌电传感器、加速度计、增量式编码器、微处理单元、手持终端，绑带一和绑带二与可穿戴下肢关节固定支架进行连接，通过调节绑带松紧度将髋关节绑定于可穿戴下肢关节固定支架；可穿戴下肢关节固定支架包括前部固定支架和后部固定支架，通过两个可调节长度按钮对前部和后部固定支架的长度进行调节；四个通道的肌电传感器分别放置于股四头肌、臀大肌、缝匠肌和半腱肌四处肌肉，其产生的表面肌电信号通过蓝牙传输到手持终端；加速度计放置于运动员鞋子顶端，用于捕获脚部与地面接触及离开时的瞬时加速度变化，从而计算出触地时间；增量式编码器放置于前部固定支架和后部固定支架的连接处，负责采集跑步运动过程中髋关节角度的参考值，并将数据传输给微处理单元；手持终端负责多种传感器数据的接收和处理。
...【技术特征摘要】
1.一种用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量方法，其特征在于，步骤1中下肢关节角度监测系统包括绑带、可穿戴下肢关节固定支架、肌电传感器、加速度计、增量式编码器、微处理单元和手持终端，绑带一和绑带二与可穿戴下肢关节固定支架进行连接，通过调节绑带松紧度将髋关节绑定于可穿戴下肢关节固定支架；可穿戴下肢关节固定支架包括前部固定支架和后部固定支架，通过两个可调节长度按钮对前部和后部固定支架的长度进行调节；四个通道的肌电传感器分别放置于股四头肌、臀大肌、缝匠肌和半腱肌四处肌肉，其产生的表面肌电信号通过蓝牙传输到手持终端；加速度计放置于运动员鞋子顶端，用于捕获脚部与地面接触及离开时的瞬时加速度变化，从而计算出触地时间；增量式编码器放置于前部固定支架和后部固定支架的连接处，负责采集跑步运动过程中髋关节角度的参考值，并将数据传输给微处理单元；手持终端负责多种传感器数据的接收和处理。
3.根据权利要求2所述的用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量方法，其特征在于，基于下肢关节角度监测系统完成对表面肌电信号、髋关节角度的采集，具体如下：
4.根据权利要求1所述的用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量方法，其特征在于，步骤2对采集到的多传感器数据进行处理，具体如下：
5.根据权利要求1所述的用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量方法，其特征在于，步骤3通过对比表面肌电信号的时域、频域特征的预测性能，选取合适的特征向量，具体如下：
6.根据权利要求5所述的用于跑步姿势监测的下肢运动学参数测量方法，其特征在于，步骤3.1对原始表面肌...
【专利技术属性】
技术研发人员：周慧，张根宁，滕洪璟，王言博，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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