调研笔记:步态检测现有方法

在本周中主要针对步态检测的方法做了一些调研,国内外现有的方法主要有一下几种:

一、基于多传感器的步态检测

建立基于多传感器系统的测量模型,并分析步态相位关系,采用鞋底传感器与膝关节弯曲传感器的信息融合实现步态相位识别和压力中心COP的在线检测,在该系统中可以识别步态周期的五个重要状态(支撑、膝关节弯曲、足跟抬起、摆动和足跟着地)和四个不稳地状态(前倾、后倾、左倾和右倾),同时能够实时检测压力中心COP。

人行走过程中,将一个步态周期分解为不同的状态过程,每一过程经历不同时期,一个完整的步态后期所经历的状态可分为:足跟着地、足放平、支撑、足跟离地、腿弯曲摆动、腿伸直向外摆动,然后足跟着地。前4个过程称为支撑相,后3个称为摆动相,在实验中对不同步态相位进行自定义值。同时,将COP定义为地面对支撑足反作用力合力的作用点,在人行走过程过程中,作用点会发生变化。通常会按照蝴蝶形连续变化。

在该系统中采用在鞋底安装传感器代替在鞋里安装。采用在鞋底安装4个压力传感器和1个位置传感器和1个用于测量腿部弯曲的光纤传感器。

二、F-SCAN足底压力分析系统

美国Tekscan公司研发的F-scan设备是一套完整的足底压力分析系统,其主要测量脚底和鞋之间的压力分布情况,针对接触面之间的压力分布、大小随时间变化来进行分析。F-scan系统主要包括传感器、电子器件,软件实时显示测量数据并提供多种数据分析方法。该系统中所配备的传感器一般具备超薄、柔软、高分辨率和可任意裁剪。

F-scan产品主要有F-Scan® Mobile System、F-Scan® VersaTek System与F-Scan® Lite VersaTek System,这三种系统都具有这个特点,即USB电缆线连接计算机,让系统简单易用,携带方便、快速扫瞄频率能够更精确的纪录动态测试数据、新型讯号装置提供感测装置更多的接口。同时该公司还有另一种系统叫做MatScan® System,它是一种地毯式压力分析系统,可以获取裸足足底压力分布情况,系统采集客观且量化的压力数据,分析后可以用于辅助诊断和模拟治疗。

三、基于光学智能的运动测量系统

该系统是北京飞利时科技有限公司研发的,其运用OPTOGAIT单米套装系统,将该装置可安装在地面上形成多米系统,或将其安置在跑步机上形成跑步机上单米系统,该系统把发射端和接收端分别放在跑步机跑带的两边,OPTOGAIT就成为了一个低成本便携式的步态分析实验室。单米系统的设备宽度与多数跑步机的跑带两边的宽度是一致的,而且跑步机的启动与测试不需要同步。

四、利用数字场地检测

国内外还有一些其他的采集方法,如美国GaitRite Electronic公司的GaitRite步道,其面积700cm×90cm,该系统只限于临床上的步态分析。对于大面积的数字场地的研究,国外一些研究所和国内的一些研究所也做了相应的研究,如美国 Arizona 州立大学所研制的 AME Hoor III (Sankar Rangarajan, et al., 2007)和中国科学院合肥智能研究所研究的模块化的数字场地等。

 

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