[发明专利]一种足底压力中心轨迹自动比对方法

说明书

本发明公开了一种足底压力中心轨迹自动比对方法。本方法为：1)对两条待对比足底压力中心轨迹S1、S2进行对齐；2)计算两对齐后的足底压力中心轨迹S1、S2的相似性，得到两条轨迹间的相似度。本发明对两条二维平面COP轨迹进行整体比较，避免了前人工作中分量轨迹比较所带来的产生两个相似度值的问题，同时整体COP轨迹隐含了步态支撑期中行进角、COP位移等特征，对整体COP轨迹的比较具有高效性。而且在实施相似度计算过程中引入滑动因子，采用最优匹配策略，尽可能降低误差带来的影响。

技术领域：

本发明属于医学与信息科学交叉领域，具体涉及一种足底压力中心COP轨迹自动比对方法。

背景技术：

步行、慢跑是人类最为普遍和重要的日常活动和健身手段，通过足与地面等外界接触以及力的相互作用，调节躯体平衡。足底压力测量通过对不同运动模式下的足底压力参数进行对比研究，揭示足底压力分布特征和模式，了解运动的基本规律，分析内在的病理机制，对运动系统疾病的病因分析、病理诊断、治疗方案选择及疗效评定等具有重要意义。它具有客观准确、快捷、无创等特点，为临床应用奠定了坚实基础。

足底压力中心(Center of Press，COP)轨迹是人体行走过程中足-地接触作用力位置、大小、分布及力度顺序的综合结果，能反映足与地面接触全过程的作用方式，也是对人体行走运动姿态的间接反映，是一种重要的步态支撑期足底压力特征。这种特征测试过程快捷、无创、客观，可由足底压力板获取。在整个步态支撑期中，COP点的移动与下肢关节、肌肉、韧带的作用紧密相关。COP轨迹线从足后跟至趾尖总体形态呈现出“S”形(如图1所示)，其时空特征能较好反映人体足与行走运动机能的变化，可作为建立人体运动能力评价系统的指标之一，揭示出步态的平衡性与稳定性。已有研究探讨了COP和足内外侧稳定性、鞋或鞋垫疗效、某些疾病等特征性变化。

为探究使用COP轨迹区分正常人与前十字交叉韧带断裂重建患者的可行性，我们在前人工作的基础上提出了一种新的COP轨迹比较方法，通过该方法可得到任意两条COP轨迹的相似度(Similarity)，并作为度量两条COP轨迹相似程度的数值。相似度越大，两条COP轨迹越接近。

对于COP轨迹比较的问题，前人工作中将二维平面上的COP轨迹拆分为横向和纵向上两条轨迹(如图2所示)，对两条COP轨迹的横向分量和纵向分量分别比较。目前国际上广泛使用的步态分析系统(如RsScan、Kistler)均包含COP轨迹的平移、旋转、缩放等处理步骤，但未涉及对COP轨迹的比较。基于此，我们提出一种新的COP轨迹自动比对方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种足底压力中心COP轨迹自动比对方法，该方法对采集足底压力数据后计算得到的COP轨迹进行自动的相似程度度量，可用于研究正常人及前十字交叉韧带断裂重建患者在步行和慢跑时的COP轨迹相似程度，为临床诊断、康复评定、矫形处方和运动训练等提供参考依据。

在本发明所采用的技术方案中，首先运用旋转、缩放、平移变换对采集足底压力数据计算得到的COP轨迹做预处理，使得不同个体的或同一个体不同试验的COP轨迹间具有可比性，然后对经过预处理的COP轨迹计算相似度。

本发明的技术方案为：

一种足底压力中心轨迹自动比对方法，其步骤为：

1)对两条待对比足底压力中心轨迹S1、S2进行对齐；

2)计算两对齐后的足底压力中心轨迹S1、S2的相似性，得到两条轨迹间的相似度。