[发明专利]基于运动学数据的步态稳定性评估方法

说明书

本发明涉及医疗器械、运动测量，为提出一种简易的步态稳定性评估方法，估计人体步态前后向和左右向的稳定性。该项发明可以有效监测人体步态稳定性的变化，计算简便，摆脱了三维测力板的限制，易于应用推广，并获得可观的社会效益和经济效益。为此，本发明采用的技术方案是，基于运动学数据的步态稳定性评估方法，整个流程为：首先采集人体8个标记点的三维位置信息，然后通过标记点的位置估计质心和足触地点的位置，再计算质心‑足触地点倾角及其在矢状面和冠状面的投影，最后根据倾角大小判断步态稳定性的大小。本发明主要应用于医疗器械、运动测量场合。

技术领域

本发明涉及医疗器械、运动测量，具体讲,涉及基于运动学数据的步态稳定性评估方法。

背景技术

步态是人体行走的姿态，其中包括了人体躯干、上肢以及下肢的运动和配合。一个完整的步态周期主要包括足跟触地，对侧足尖离地，对侧足跟触地，足尖离地，足跟再次触地。人日常的行走动作就是由一个个步态周期组成的。

步态稳定性指的是人体受到干扰时维持步态的能力，也可以理解为人体保持平衡的能力。在工程领域，评估人体的稳定性是步态分析中的一个重要内容，在临床上，它可以帮助临床医生了解患者是否存在平衡功能障碍，找出引起功能障碍的原因，判断治疗手段是否有效；在日常生活中，人们对步态稳定性的研究，往往是为了规避摔倒的风险，降低摔倒带来的生命威胁和身体损伤。另外，稳定性也是人体运动功能评价的一个指标，从安全的角度反映了运动功能的健全与否。因此，步态稳定性对于健康人，尤其是老人和儿童，以及运动功能障碍的病人的生活和安全非常重要。利用运动学参数评估特殊人群在特定步态下的稳定性可以减少不必要的损伤或二次损伤，另外还有助于采取有针对性的措施提高其行走的稳定性。

步态稳定性的评估方法很多：临床上，稳定性的常用评估方法主要有Berg平衡量表，计时起立-行走实验等。在工程应用领域，可以使用步长、步幅、步宽以及质心-地反力压力中心(COM-COP)倾角等参数，评估人体步态的稳定性。一般来说，若质心投影在人体支撑面(人体受到地面支撑的区域)之内，则认为人体是稳定的；反之，人体处于不稳定的状态。

COM-COP倾角，作为一种有效的稳定性表征参数，可以直接反映人体质心相对于支撑面的偏移，但COP必须借助于三维测力板测量获得，因此，该方法在应用推广上受到很大的限制。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种简易的步态稳定性评估方法，估计人体步态前后向和左右向的稳定性。该项发明可以有效监测人体步态稳定性的变化，计算简便，摆脱了三维测力板的限制，易于应用推广，并获得可观的社会效益和经济效益。为此，本发明采用的技术方案是，基于运动学数据的步态稳定性评估方法，整个流程为：首先采集人体8个标记点的三维位置信息，然后通过标记点的位置估计质心和足触地点的位置，再计算质心-足触地点倾角及其在矢状面和冠状面的投影，最后根据倾角大小判断步态稳定性的大小。

人体八个标记点的名称及位置具体是右侧髂前上棘RPSIS、左侧髂前上棘LPSIS、右侧髂后上棘RASIS、左侧髂后上棘LASIS、右足足尖、左足足尖、右足足跟、左足足跟，将8个反光标记点粘贴于以上8个位置，利用运动捕捉设备实时采集标记点三维位置坐标(x，y，z)，其中，z轴为竖直方向坐标轴；

位置估计质心和足触地点的位置具体步骤：

1)估计质心坐标：

质心坐标由髋部四个标记点的坐标估计得到，具体估计方法如下：

其中，COM，RPSIS，LPSIS，RASIS，LASIS分别是质心和髋部四个标记点在某个时刻的三维坐标；

2)估计足触地点坐标：