一種曲徑運動模式下的穩(wěn)定性評價方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種曲徑運動模式下的穩(wěn)定性評價方法，包括以下步驟：采用紅外三維運動捕捉系統(tǒng)記錄身體各個關(guān)鍵節(jié)點的三維坐標(biāo)以及運動軌跡，求解足跟、足尖處反光標(biāo)記點運動軌跡在垂直軸方向坐標(biāo)的極小值，劃分步態(tài)周期；根據(jù)兩足足跟、足尖四個反光標(biāo)記點的三維坐標(biāo)估算兩足中心的三維坐標(biāo)及曲徑圓心，并根據(jù)身體重量及各個節(jié)段尺寸估算身體重心的三維坐標(biāo)；求取身體重心相對于兩足中心沿曲徑徑向和切向的傾角，用于表征曲徑運動過程中的穩(wěn)定程度。本方法可明確給出曲徑行走模式下身體重心沿身體前進(jìn)方向和身體側(cè)向的傾斜角度，對于日常行走過程中穩(wěn)定性的評價以及安全性的監(jiān)測有重要意義。
【專利說明】一種曲徑運動模式下的穩(wěn)定性評價方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及步態(tài)分析及穩(wěn)定性分析領(lǐng)域，特別涉及一種曲徑運動模式下的穩(wěn)定性評價方法。
【背景技術(shù)】
[0002]日常生活中超過40%的步行是需要改變方向的[1]，并且轉(zhuǎn)彎困難是造成行進(jìn)過程中摔倒的重要因素。研究顯示特定的、重復(fù)性的曲徑行走訓(xùn)練相對于單一的直徑行走訓(xùn)練對于鍛煉肢體的靈活性與協(xié)調(diào)性、提高轉(zhuǎn)彎能力有明顯的提升作用，但是曲徑行走需要中樞神經(jīng)系統(tǒng)控制身體各個節(jié)段的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向，以達(dá)到按既定方向行進(jìn)的目的，曲徑行走過程中的穩(wěn)定性保持需要多個感官系統(tǒng)的精密整合，主要包括前庭覺、視覺、軀體感覺以及運動輸出等。因此，曲徑運動模式下的穩(wěn)定性分析對于人體運動來說尤為重要。
[0003]人在行走過程中保持步態(tài)穩(wěn)定的能力又稱為平衡能力，是指在運動及受到外界干擾時能及時調(diào)整以繼續(xù)前行的一種能力，是由中樞神經(jīng)系統(tǒng)、本體感覺、前庭覺、視覺及肌肉系統(tǒng)共同控制的結(jié)果。目前用于評價步態(tài)穩(wěn)定性的量表主要有Berg平衡量表(BergBalance Scale, BBS)、計時起立-步行測驗(Timed Up and Go Test, TUGT)、動態(tài)步態(tài)指數(shù)(Dynamic Gait Index, DGI)、功能性步態(tài)評價(Functional Gait Assessment, FGA)、平衡評價系統(tǒng)測試(Balance Evaluation Systems Test, BEST)等。穩(wěn)定(平衡)性的非量表評測方法目前主要采用靜態(tài)平衡功能評定系統(tǒng)，其原理是利用測力平臺監(jiān)測人體在站立或行走過程中地面反作用力的情況，并將人體簡化成剛體節(jié)段模型，根據(jù)節(jié)段中心、身體質(zhì)量、節(jié)段質(zhì)量與身體質(zhì)量的比值，進(jìn)而推導(dǎo)出重心運動軌跡，通過分析重心運動軌跡前后擺動范圍、左右擺動范圍、軌跡包絡(luò)面積及軌跡總長度等參數(shù)，來衡量其具體的穩(wěn)定程度。
[0004]發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下缺點:
[0005]現(xiàn)有的穩(wěn)定性分析主要針對直徑行走模式進(jìn)行研究，而日常生活中超過40%的步行是需要改變方向的。已有的穩(wěn)定性分析尚不能對曲徑行走模式下的穩(wěn)定性特征進(jìn)行全面而準(zhǔn)確的評價，不能明確給出曲徑行走過程中身體重心的變化情況，限制了日常行走過程中穩(wěn)定性的評價以及安全性的監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種曲徑運動模式下的穩(wěn)定性評價方法，本發(fā)明實現(xiàn)了對日常行走過程中穩(wěn)定性的評價以及安全性的監(jiān)測，詳見下文描述:
[0007]一種曲徑運動模式下的穩(wěn)定性評價方法，所述方法包括以下步驟:
[0008](I)采用紅外三維運動捕捉系統(tǒng)記錄身體各個關(guān)鍵節(jié)點的三維坐標(biāo)以及運動軌跡，求解足跟、足尖處反光標(biāo)記點運動軌跡在垂直軸方向坐標(biāo)的極小值，劃分步態(tài)周期；
[0009](2)根據(jù)兩足足跟、足尖四個反光標(biāo)記點的三維坐標(biāo)估算兩足中心的三維坐標(biāo)及曲徑圓心，并根據(jù)身體重量及各個節(jié)段尺寸估算身體重心的三維坐標(biāo)；
[0010](3)求取身體重心相對于兩足中心沿曲徑徑向和切向的傾角，用于表征曲徑運動過程中的穩(wěn)定程度。
[0011]所述根據(jù)兩足足跟、足尖四個反光標(biāo)記點的三維坐標(biāo)估算兩足中心的三維坐標(biāo)及曲徑圓心，并根據(jù)身體重量及各個節(jié)段尺寸估算身體重心的三維坐標(biāo)的步驟具體為:
[0012]I)兩足中心三維坐標(biāo)的確定；
[0013]左足跟、左足尖、右足跟、右足尖的三維坐標(biāo)分別為(xlh，ylh, zlh), (xlt, ylt, zlt), (xrh, yrh, Zrh)，(Xrt，Yrt.Zrt)，I代表左、h代表足跟、r代表右、t代表足尖,兩足中心COf的三維坐標(biāo)為(U，則估算公式表示為:
[0014]Xcof = ~{Xih Xls +X,h+Xrt)
[0015]ycof = —{yih + yh + yrh + )

1
[0016]zcof =-(? + zlt + zrh + zn)
[0017]2)根據(jù)兩足中心三維坐標(biāo)和圓弧擬合公式確定曲徑圓心；
[0018]曲徑圓心(X。，y0)的坐標(biāo)以及半徑R的值具體為:
[0019]xo=-0.5*a (I)
[0020]yo=-0.5*a (2)
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種曲徑運動模式下的穩(wěn)定性評價方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)采用紅外三維運動捕捉系統(tǒng)記錄身體各個關(guān)鍵節(jié)點的三維坐標(biāo)以及運動軌跡，求解足跟、足尖處反光標(biāo)記點運動軌跡在垂直軸方向坐標(biāo)的極小值，劃分步態(tài)周期； (2)根據(jù)兩足足跟、足尖四個反光標(biāo)記點的三維坐標(biāo)估算兩足中心的三維坐標(biāo)及曲徑圓心，并根據(jù)身體重量及各個節(jié)段尺寸估算身體重心的三維坐標(biāo)； (3)求取身體重心相對于兩足中心沿曲徑徑向和切向的傾角，用于表征曲徑運動過程中的穩(wěn)定程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲徑運動模式下的穩(wěn)定性評價方法，其特征在于，所述根據(jù)兩足足跟、足尖四個反光標(biāo)記點的三維坐標(biāo)估算兩足中心的三維坐標(biāo)及曲徑圓心，并根據(jù)身體重量及各個節(jié)段尺寸估算身體重心的三維坐標(biāo)的步驟具體為: 1)兩足中心三維坐標(biāo)的確定；
左足跟、左足尖、右足跟、右足尖的二維坐標(biāo)分別為(xlh, yih, Zlh) , (xlt, ylt, Zlt) , (xrh, yrh, Zrh)，(xrt) yrt.Zrt)，I代表左、h代表足跟、r代表右、t代表足尖,兩足中心COf的三維坐標(biāo)為(xCOf.Ycof.zcof),則估算公式表示為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲徑運動模式下的穩(wěn)定性評價方法，其特征在于，所述求取身體重心相對于兩足中心沿曲徑徑向和切向的傾角，用于表征曲徑運動過程中的穩(wěn)定程度的步驟具體為: I)徑向、切向偏移計算； 假設(shè)在某一時刻兩足中心點在A處(xMf，ycof)，身體重心在水平面上的投影在B處(xcom, ycom)，圓心為O處(X。，y。)，AB向量在AO向量上的投影就是此刻徑向偏移，表示為屯，Θ是AB向量與AO向量的夾角。
【文檔編號】A61B5/00GK103720476SQ201310694864
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】明東, 王欣, 付安爽, 何峰, 周鵬, 趙欣, 綦宏志, 張力新, 萬柏坤 申請人:天津大學(xué)