[发明专利]一种三维步态分析仪

说明书

技术领域

本发明涉及步态分析领域，确切地说是指一种三维步态分析仪。

背景技术

人体运动是神经系统控制1000多块肌肉有节律收缩，驱动200多块骨骼绕100多个关节协同运动的结果。尽管近年来生命科学研究取得了很大进展，但是距离模拟大脑控制肢体运动的过程还非常远，因此康复医学、体育学等研究者普遍采用观察人肢体宏观运动来诊断人体运动功能疾病，评估人体康复进程，指导体育训练与选材。

现有测量分析步态的方法有以下几种：

1、足迹法：是使用肉眼观察，做一些简单的时间空间记录。在地上撒上石灰粉，让待测者在撒有石灰粉的地面上行走同时记录待测者行走的距离和时间。行走完成后观察和测量撒有石灰粉地面上的脚印，从而得出步态分析的结果。这种方法存在很多明显的缺陷，比如：准备时间长；需要耗费大量人力；分析以主观为主，准确度较低；得到的数据较少；临床报告手工填写，费时费力且容易出错。

2、视频法：通过视频设备（CCD摄像头）将人体行走过程摄取下来，然后逐帧逐点的进行点阵分析，其优点是设备简单，受试者步态比较自然，但由于其分析定位主要依靠人工，对操作要求比较高，误差比较大，而且只能进行二维平面分析，三维空间分析的精确度得不到保证。

3、红外光型：通过红外摄像头接受体表标记点发射或者反射的红外光线，并根据相应的模型分析发，进行三维重建，从而得出人体各部分的三维运动轨迹。其优点是技术成熟，数据结果精确，操作简单快捷；缺点是对贴反光点的位置有要求，贴得不准会直接影响测量结果；在测量过程中不能有异物挡在反光点和摄像头之间，包括被测人员自身，所以被测人员旁边不能有陪同或者搀扶人员。否则影响数据采集；对环境要求比较高，需要配备好一个面积较大的房间，摄像头安装好角度后，不能随意变动；价格昂贵，操作流程负责，多数在实验室使用，很少看见在临床使用，在一定程度上限制了期推广。

4、超声波型：超声波型的原理与红外光型相似，由人体体表携带的超声波发射探头发出超声波，经周围的超声波接收探头接受，根据一定的模型设置，进行三维重建，得出人体的三维运动轨迹。其优点是设备价格相对低廉，操作也相对简单，数据也比较精确；但是超声波容易反射，必须消除周围物体的干扰，对周围环境要求较高，同时由于标记点体积较大，人体体一次携带的标记点数量有一定的限制，仅适宜进行人体节段性分析。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种三维步态分析仪，能够提供更加智能和一体化的分析方案，不存人为误差，时间缩短，准确度高，并提供更加丰富的训练模式。

为了解决以上的技术问题，本发明提供的三维步态分析仪，包括第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器、第四姿态传感器、第五姿态传感器、第六姿态传感器、第七姿态传感器和控制器，其中：

所述第一姿态传感器设置在人体左脚踝关节处，所述第一姿态传感器包括陀螺仪、加速度传感器、磁阻传感器、数据采集模块和MCU，所述陀螺仪与所述数据采集模块连接；所述加速度传感器与所述数据采集模块连接；所述磁阻传感器与所述数据采集模块连接；所述数据采集器与所述MCU连接；

所述第二姿态传感器设置在人体左脚膝关节处，所述第二姿态传感器包括陀螺仪、加速度传感器、磁阻传感器、数据采集模块和MCU，所述陀螺仪与所述数据采集模块连接；所述加速度传感器与所述数据采集模块连接；所述磁阻传感器与所述数据采集模块连接；所述数据采集器与所述MCU连接；

所述第三姿态传感器设置在人体左脚髋关节处，所述第三姿态传感器包括陀螺仪、加速度传感器、磁阻传感器、数据采集模块和MCU，所述陀螺仪与所述数据采集模块连接；所述加速度传感器与所述数据采集模块连接；所述磁阻传感器与所述数据采集模块连接；所述数据采集器与所述MCU连接；

所述第四姿态传感器设置在人体右脚踝关节处，所述第四姿态传感器包括陀螺仪、加速度传感器、磁阻传感器、数据采集模块和MCU，所述陀螺仪与所述数据采集模块连接；所述加速度传感器与所述数据采集模块连接；所述磁阻传感器与所述数据采集模块连接；所述数据采集器与所述MCU连接；

所述第五姿态传感器设置在人体右脚膝关节处，所述第五姿态传感器包括陀螺仪、加速度传感器、磁阻传感器、数据采集模块和MCU，所述陀螺仪与所述数据采集模块连接；所述加速度传感器与所述数据采集模块连接；所述磁阻传感器与所述数据采集模块连接；所述数据采集器与所述MCU连接；