本發(fā)明涉及監(jiān)測行走時人體的平衡能力及其變化的技術(shù)，尤其涉及行走平衡評價方法及裝置、行走平衡監(jiān)測方法及系統(tǒng)、穿戴式人體平衡監(jiān)測儀。

背景技術(shù)：

老年人因衰老、疾病、長期服藥等原因，平衡機能逐漸退化，步行中的不良動作時常出現(xiàn)，摔倒危險逐漸增加。平衡機能退化過程又因人而異，沒有一刀切的時間點，老人對自己的身體狀況往往認識不清，在平衡能力退化到警戒位置時，沒有及時采取預(yù)防措施，遇到緊急情況時便力不從心，步態(tài)失調(diào)，導(dǎo)致摔倒而釀成慘劇。如果能找到一種科學(xué)的方法，將人體的平衡密碼解析出來，開發(fā)出一個指標，通過實時行走姿態(tài)數(shù)據(jù)源源不斷地換算出一個人平衡狀態(tài)的好壞，就能夠?qū)⑺さ癸L(fēng)險高的老年人甄別出來，將老年人平衡能力衰退的趨勢顯現(xiàn)出來，提示其小心謹慎，加強防護，避免跌倒摔傷。

另外，有些疾病不會突然發(fā)病而是慢慢漸進變化，隱匿性強，最初人體是無法感受到的，但會影響人體的生理機能，比如引起人行走、跑動時的平衡能力發(fā)生變化。如果能夠?qū)崟r監(jiān)測行走姿態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)平衡能力的不正常惡化，能夠在更早的時間發(fā)現(xiàn)疾病，這樣能夠更好地治療疾病，減少病患的痛苦。

然而，人體平衡影響因素多，牽扯關(guān)系復(fù)雜，研究難度很大。平衡能力測量，目前常見的是Berg平衡量表(Berg Balance Scale,BBS)或Tinetti量表法(Tinetti Performance Oriented Mobility Assessment,Tinetti POMA)，被測試者需在特定的場景下做指定動作，比如起身、坐下、輕推、閉眼、3m行走等等，由測試人員根據(jù)動作完成質(zhì)量打分，主觀判斷的成分比較多。常見的儀器測量則是讓受測者在實驗平臺上完成指定動作，由儀器記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，比如在睜眼、閉眼、受到干擾刺激時的重心漂移情況，或者在跑步機上完成指定動作時的步幅、步頻等。儀器測量比較客觀，但和量表法一樣，所測量的仍然是一些間接指標，并且，由于設(shè)備體積龐大、造價昂貴，大眾化普及十分困難。此外，實驗室特定場景的測試，并不是日常行走中平衡能力的真實表現(xiàn)，因此，并沒有解決常態(tài)化、便捷化、不干擾受測者日?；顒?，直接測試真實情景下的人體平衡能力的難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，急需開發(fā)出能夠從日常的行走動作中監(jiān)測人體平衡能力的技術(shù)。

為了解決上述的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種行走平衡評價方法，其特征在于，在將前后方向記為x方向，左右方向記為y方向，上下方向記為z方向的情況下，包括：

接收步驟，接收通過加速度傳感器實時檢測人體行走時腰部、左腳及右腳的加速度而獲得的所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；

時域-頻域轉(zhuǎn)換步驟，將接收的所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換成所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)；

合成諧波畸變率計算步驟，從所述腰部、左腳及右腳每一個的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)分別分解主頻分量和諧波分量，基于分解出的各頻譜數(shù)據(jù)的主頻分量和諧波分量求取各頻譜數(shù)據(jù)的諧波畸變率，并基于所述腰部、左腳及右腳每一個的xyz各方向諧波畸變率獲得合成諧波畸變率；

評價步驟，根據(jù)所述合成諧波畸變率來評價行走平衡能力；以及

輸出步驟，輸出通過所述評價步驟評價的結(jié)果。

優(yōu)選地，所述時域-頻域轉(zhuǎn)換步驟中，還將所述左腳與右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)按各方向?qū)?yīng)疊加后分別轉(zhuǎn)換成左右腳的xyz各方向疊加頻譜數(shù)據(jù)，

所述行走平衡評價方法還包括：

頻譜相關(guān)性計算步驟，基于所述左腳及右腳的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)計算所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)，基于所述左右腳的xyz各方向疊加頻譜數(shù)據(jù)與所述腰部的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)計算所述腰部與所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)，并基于所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)和所述腰部與所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)獲得合成相關(guān)系數(shù)，

在所述評價步驟中，根據(jù)所述合成諧波畸變率和所述合成相關(guān)系數(shù)來評價行走平衡能力。

另外，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種行走平衡評價方法，其特征在于，在將前后方向記為x方向，左右方向記為y方向，上下方向記為z方向的情況下，包括：

接收步驟，接收通過加速度傳感器實時檢測人體行走時身體的腰部、左腳及右腳的加速度而獲得的所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；

時域-頻域轉(zhuǎn)換步驟，將接收的所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換成所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)，并將所述左腳與右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)按各方向?qū)?yīng)疊加后分別轉(zhuǎn)換成左右腳的xyz各方向疊加頻譜數(shù)據(jù)；

頻譜相關(guān)性計算步驟，基于所述左腳及右腳的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)計算所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)，基于所述左右腳的xyz各方向疊加頻譜數(shù)據(jù)與所述腰部的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)計算所述腰部與所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)，并基于所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)和所述腰部與所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)獲得合成相關(guān)系數(shù)；

評價步驟，根據(jù)所述合成相關(guān)系數(shù)來評價行走平衡能力；以及

輸出步驟，輸出通過所述評價步驟評價的結(jié)果。

另外，根據(jù)本發(fā)明的其他方面，提供一種行走平衡監(jiān)測方法，其特征在于，在將前后方向記為x方向，左右方向記為y方向，上下方向記為z方向的情況下，包括：

檢測步驟，通過加速度傳感器分別實時檢測人體行走時身體的腰部、左腳及右腳的加速度，獲得所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；以及

發(fā)送步驟，發(fā)送所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)，

其中，所述行走平衡監(jiān)測方法通過上述任一種的行走平衡評價方法進行行走平衡評價。

根據(jù)本發(fā)明的其他方面，提供一種行走平衡評價裝置，其特征在于，在將前后方向記為x方向，左右方向記為y方向，上下方向記為z方向的情況下，包括：

接收單元，接收通過加速度傳感器實時檢測人體行走時身體的腰部、左腳以及右腳的加速度而獲得的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；

時域-頻域轉(zhuǎn)換部，將接收的所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換成所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)；

合成諧波畸變率計算部，從所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)分解所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向的主頻分量和諧波分量，基于分解出的所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向的主頻分量和諧波分量分別求取所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向的諧波畸變率，并基于所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向的諧波畸變率獲得合成諧波畸變率；

評價部，根據(jù)所述合成諧波畸變率來評價行走平衡能力；以及

輸出單元，輸出通過所述評價部評價的結(jié)果。

優(yōu)選地，所述時域-頻域轉(zhuǎn)換部還將所述左腳與右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)按各方向?qū)?yīng)疊加后分別轉(zhuǎn)換成左右腳的xyz各方向疊加頻譜數(shù)據(jù)，

所述行走平衡評價裝置還包括：頻譜相關(guān)性計算部，基于所述左腳及右腳的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)計算所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)，基于所述左右腳的xyz各方向疊加數(shù)據(jù)與所述腰部的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)計算所述腰部與所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)，并基于所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)和所述腰部與所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)獲得合成相關(guān)系數(shù)，

所述評價部根據(jù)所述合成諧波畸變率和所述合成相關(guān)系數(shù)來評價行走平衡能力。

另外，根據(jù)本發(fā)明的其他方面，提供一種行走平衡評價裝置，其特征在于，在將前后方向記為x方向，左右方向記為y方向，上下方向記為z方向的情況下，包括：

接收單元，接收通過加速度傳感器實時檢測人體行走時身體的腰部、左腳以及右腳的加速度而獲得的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；

時域-頻域轉(zhuǎn)換部，將接收的所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換成所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)，并將所述左腳與右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)按各方向?qū)?yīng)疊加后分別轉(zhuǎn)換成左右腳的xyz各方向疊加頻譜數(shù)據(jù)；

頻譜相關(guān)性計算部，基于所述左腳及右腳的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)計算所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)，基于所述左右腳的xyz各方向疊加頻譜數(shù)據(jù)與所述腰部的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)計算所述腰部與所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)，并基于所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)和所述腰部與所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)獲得合成相關(guān)系數(shù)；

評價部，根據(jù)所述合成相關(guān)系數(shù)來評價行走平衡能力；以及

輸出單元，輸出通過所述評價部評價的結(jié)果。

另外，根據(jù)本發(fā)明的其他方面，提供一種行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

腰部監(jiān)測裝置，其包括：腰部加速度傳感器，檢測人體行走時腰部的加速度，獲得所述腰部的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；以及腰部通信單元，發(fā)送通過腰部加速度傳感器獲得的所述腰部的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；

左腳監(jiān)測裝置，其包括：左腳加速度傳感器，檢測人體行走時左腳的加速度，獲得所述左腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；以及左腳通信單元，發(fā)送通過左腳加速度傳感器獲得的所述左腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；

右腳監(jiān)測裝置，其包括：右腳加速度傳感器，檢測人體行走時右腳的加速度，獲得所述右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；以及右腳通信單元，發(fā)送通過右腳加速度傳感器獲得的所述右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；以及

通過上述任一種的行走平衡評價裝置，其接收來自所述腰部監(jiān)測裝置、所述左腳監(jiān)測裝置以及所述右腳監(jiān)測裝置的所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)進行行走平衡評價。

另外，根據(jù)本發(fā)明的其他方面，提供一種穿戴式行走平衡監(jiān)測儀，其特征在于，用于穿戴在人體上來監(jiān)測人體行走時的平衡能力，所述穿戴式行走平衡監(jiān)測儀包括：

腰部穿戴件，用于穿戴在腰部；

腰部監(jiān)測裝置，固定在腰部穿戴件上，并包括：腰部加速度傳感器，其檢測人體行走時的腰部加速度，并獲得所述腰部的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；以及腰部通信模塊，發(fā)送所述腰部的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；

左腳穿戴件，用于穿戴在左腳踝處；

左腳監(jiān)測裝置，固定在左腳穿戴件上，并包括：左腳加速度傳感器，其檢測人體行走時的左腳加速度，并獲得所述左腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；以及左腳通信模塊，發(fā)送所述左腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；

右腳穿戴件，用于穿戴在右腳踝處；

右腳監(jiān)測裝置，固定在右腳穿戴件上，并包括：右腳加速度傳感器，其檢測人體行走時的右腳加速度，并獲得所述右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；以及右腳通信模塊，發(fā)送所述右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；

手腕穿戴件，用于穿戴在手腕處；以及

顯示裝置，固定在手腕穿戴件上，并包括：通信模塊，其接收所述腰部、左腳以及右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；處理器，其基于接收的所述腰部、左腳以及右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)計算人體行走平衡能力值、以及顯示器，顯示所述人體行走平衡能力值，

其中，所述處理器

將接收的所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換成所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)，并將所述左腳與右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)按各方向?qū)?yīng)疊加后分別轉(zhuǎn)換成左右腳的xyz各方向疊加頻譜數(shù)據(jù)；

從所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)分解所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向的主頻分量和諧波分量，基于分解出的所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向的主頻分量和諧波分量分別求取所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向的諧波畸變率，并基于所述腰部、左腳及右腳的xyz各方向的諧波畸變率獲得合成諧波畸變率，

基于所述左腳及右腳的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)計算所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)，基于所述左右腳的xyz各方向疊加頻譜數(shù)據(jù)與所述腰部的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)計算所述腰部與所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)，并基于所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)和所述腰部與所述左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)獲得合成相關(guān)系數(shù)，

基于所述合成諧波畸變率和所述合成相關(guān)系數(shù)計算表示行走平衡能力的平衡指標作為所述平衡能力評價值。

根據(jù)本發(fā)明，能夠在日常行走中監(jiān)測人體平衡能力，而無需特定場景的測試。

附圖說明

圖1是示出在人體行走時獲取人體平衡數(shù)據(jù)的采集點的示意圖。

圖2是基于圖1的采集點獲得的九維加速度數(shù)據(jù)的圖。

圖3是示出分別對正常人和行動障礙者的左右腳運動頻率進行分解的示意圖。

圖4是示出左右腳的諧波補償效應(yīng)的圖。

圖5是示出左右腳與腰的協(xié)調(diào)效應(yīng)的圖。

圖6是示出根據(jù)本發(fā)明實施例1的行走平衡監(jiān)測方法的流程示意圖。

圖7是示出根據(jù)本發(fā)明實施例1的行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)的功能框圖。

圖8是示出根據(jù)本發(fā)明實施例1的評價單元的功能框圖。

圖9是示出根據(jù)本發(fā)明實施例2的行走平衡監(jiān)測方法的流程示意圖。

圖10是示出根據(jù)本發(fā)明實施例2的行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)的功能框圖。

圖11是示出根據(jù)本發(fā)明實施例2的評價單元的功能框圖。

圖12是示出根據(jù)本發(fā)明實施例3的行走平衡監(jiān)測方法的流程示意圖。

圖13是示出根據(jù)本發(fā)明實施例3的行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)的功能框圖。

圖14是示出根據(jù)本發(fā)明實施例3的評價單元的功能框圖。

圖15是示出根據(jù)本發(fā)明實施例4的穿戴式人體平衡監(jiān)測儀及其穿戴方式的示意圖。

圖16是示出根據(jù)本發(fā)明實施例4的穿戴式人體平衡監(jiān)測儀的腰部、左右腳監(jiān)測裝置以及顯示裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖17是示出根據(jù)本發(fā)明實施例4的穿戴式人體平衡監(jiān)測儀的人體平衡能力顯示示例的圖。

具體實施方式

下面，參照附圖，對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。

本發(fā)明人反復(fù)研究分析人的行走過程，并通過銳意的研究和實驗，發(fā)現(xiàn)人在穩(wěn)定地行走時，人體腰部、左右下肢的運動相互協(xié)調(diào)，它們的運動加速度之間在頻譜上呈現(xiàn)一定的特點和相關(guān)性。對此，本發(fā)明人將人體腰部、左右腳踝這三點作為例子，進行了具體分析。

圖1是示出在人體行走時獲取人體平衡數(shù)據(jù)的采集點的示意圖。如圖1所示，左右腳表達支撐面的情況，而腰部是重心所在位置，是整個人體的集中代表。

這里，將人體腰部設(shè)為A點，左腳踝設(shè)為B點，右腳踝設(shè)為C點，將前后方向設(shè)為x方向，左右方向設(shè)為y方向并將上下方向設(shè)為z方向。在以下的描述中也進行同樣的設(shè)定。在此情況下，將ABC三個點分別在x，y，z三個方向的加速度數(shù)據(jù)予以提取，將會在時域t上形成九維加速度海量數(shù)據(jù)庫，如圖2所示。

對圖2所示的所采集的加速度數(shù)據(jù)進行頻譜分析。即，將加速度數(shù)據(jù)切成片段，對每一片段進行傅里葉變換。根據(jù)需要，例如取每1024個數(shù)據(jù)點為一個窗口觀察期。將窗口期每一維度的加速度序列進行快速傅里葉變換(FFT)，得到長度為1024的復(fù)數(shù)序列，再對前512個復(fù)數(shù)進行模運算，得到模序列，即可表達不同頻率成分從低頻到高頻的相對強度的排列。下式是對腰部前后方向的加速度進行傅里葉變換的示例，同理可開展對其他維度加速度的變換。

將正常人和行動障礙者不同維度的加速度頻譜作成圖，進行反復(fù)比較研究，本發(fā)明人便有了三個方面的重要發(fā)現(xiàn)。下面僅以不同點位豎向加速度頻譜舉例說明，其他維度的情況也服從同樣規(guī)律。

A、主頻與諧波的關(guān)系

這里，以正常人和行動障礙者行走時左右腳在上下方向(z方向)的加速度頻譜為例進行說明。圖3是示出分別對正常人和行動障礙者的左右腳運動頻率進行分解的示意圖。圖中，左側(cè)的上下圖分別示出了正常人行走時左右腳在z方向的加速度頻譜，右側(cè)的上下圖分別示出了行動障礙者行走時左右腳在z方向的加速度頻譜。如圖3的左側(cè)圖所示，正常人左右腳加速度頻率分解出幾個主要頻率，主頻十分清晰，諧波的含量很少。相對于此，如右側(cè)圖所示，行動障礙者主頻就要模糊得多，諧波含量多。

本發(fā)明人揣測其中的原因是：正常人操控肌肉的能力比較強，肌肉之間配合協(xié)調(diào)好，顫抖少，不必要的微小動作少。而行動障礙者則相反，在行走中會出現(xiàn)肌肉雜亂震顫，控制困難，當(dāng)頻臨失衡時，會被動慌亂地去調(diào)整，因此，各種諧波的成分都比較多。因此，對諧波的抑制能力應(yīng)該是平衡能力的重要體現(xiàn)。

B、左右腳的諧波補償效應(yīng)

這里，以正常人和行動障礙者行走時左右腳在上下方向(z方向)的加速度頻譜為例進行說明。圖4是示出左右腳的諧波補償效應(yīng)的圖。圖中，左側(cè)的圖從上至下依次示出了正常人行走時左腳在z方向、右腳在z方向的加速度頻譜以及兩個加速度疊加后所呈現(xiàn)的頻譜，左側(cè)的圖從上至下依次示出了行動障礙者行走時左腳在z方向、右腳在z方向的加速度頻譜以及兩個加速度疊加后所呈現(xiàn)的頻譜。如圖4所示，左右腳的疊加加速度的頻譜與左右腳各自的頻譜進行比較，疊加加速度的頻譜并不等于兩個頻譜簡單的加和，而是在疊加過程中產(chǎn)生了相互補償?shù)男?yīng)，除了主頻更加突出外，次要頻率減弱很多甚至消失了，而高次諧波的成分也得到了明顯抑制。正常人減少的效果如圖4的左側(cè)圖，十分明顯，而行動障礙者如右側(cè)圖，效果就要弱得多，兩者區(qū)別比較鮮明。

本發(fā)明人揣測其中的原因是：依靠足部運動行走的動物在億萬年進化中產(chǎn)生了一種足間運動互補協(xié)調(diào)機制，這樣可以更好地將足部離散顛簸的運動轉(zhuǎn)化為軀體相對平穩(wěn)和諧的運動。因此左右腳相互補償消減諧波的能力是平衡能力的重要體現(xiàn)。

C、左右腳與腰的協(xié)調(diào)效應(yīng)

雙腳的運動帶動腰以及整個軀體的運動，因此，腰與腳之間應(yīng)該有一種脅從關(guān)系。這里，以正常人和行動障礙者行走時左右腳以及腰部在上下方向(z方向)的加速度頻譜為例進行說明。圖5是示出左右腳與腰的協(xié)調(diào)效應(yīng)的圖。圖中，左側(cè)的上下圖分別示出了正常人行走時左右腳在z方向的加速度疊加頻譜以及腰部在z方向的加速度頻譜，右側(cè)的上下圖分別示出了行動障礙者行走時左右腳在z方向的加速度疊加頻譜以及腰部在z方向的加速度頻譜。如圖5所示，正常人左右腳疊加頻譜與腰部頻譜相關(guān)度高。行動障礙者左右腳疊加頻譜與腰部頻譜相關(guān)度就要低很多。

本發(fā)明人揣測其中的原因是：正常人能夠通過意念、肌肉的行動力及把控力，通過腳的運動推動腰的運動，腰也能夠完全有能力跟隨腳的節(jié)律，和諧協(xié)調(diào)地向前運動。而行動障礙者的力不從心，很大程度上是腳和腰的運動失調(diào)，腰部自身產(chǎn)生許多不必要的震顫，當(dāng)失調(diào)劇烈時，就會摔倒。因此，腳部和腰部的協(xié)調(diào)性，頻譜的相關(guān)度是平衡能力的重要體現(xiàn)。

基于以上的發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明人提出了以人體客觀數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的行走平衡能力檢測方案。下面，舉出若干實施例對本發(fā)明進行詳細說明。顯然，這里描述的實施方式是用于實現(xiàn)本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)屬于本發(fā)明保護的范圍。在本發(fā)明實施例的說明中，為了使得本發(fā)明更加清楚，對于相關(guān)公知功能以及與本發(fā)明沒有直接關(guān)系的結(jié)構(gòu)、功能，省略具體說明。

在本說明書以及權(quán)利要求書中所述的“行走”是指除通常意義的行走之外還包含站立、奔跑、上下階梯等行為。

實施例1

本發(fā)明的實施例1依據(jù)對諧波的抑制能力是平衡能力的重要體現(xiàn)，以諧波畸變率h作為評價指標進行行走平衡能力的動態(tài)監(jiān)測和評價。這里，諧波畸變率是表達頻譜中諧波含量的多少，是所有諧波強度的方均根值與基波強度的比值。

下面結(jié)合圖6至圖8對根據(jù)本發(fā)明的實施例1進行說明。在本實施例中，具體地，將向前方向設(shè)為+x方向，左向設(shè)為+y方向，向上設(shè)為+z方向，下面的描述中也同樣設(shè)定。

圖6是示出根據(jù)本發(fā)明實施例1的行走平衡監(jiān)測方法的流程示意圖。在圖6的步驟S10中，在被監(jiān)測人行走時，通過穿戴在腰部A點、左腳踝B點及右腳踝C點各處的加速度傳感器，實時檢測腰部A點、左腳踝B點及右腳踝C點處的加速度，獲得ABC三點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)。

接著，在步驟S11中，通過時域-頻域轉(zhuǎn)換，將獲得的ABC三點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換成頻譜數(shù)據(jù)，獲得9軸頻譜數(shù)據(jù)(一個檢測點的一個方向的頻譜數(shù)據(jù)為1軸數(shù)據(jù))。這里，采用FFT快速傅里葉變換方式。具體地，截取t時刻前n個數(shù)據(jù)加速度序列{a}，進行FFT快速傅里葉變換得長度為n/2的模序列{imabs(a)}。

在本實施例中，采用FFT快速傅里葉變換進行時域-頻域轉(zhuǎn)換，但是很顯然時域-頻域轉(zhuǎn)換方式不限于此，也可以采用其他的轉(zhuǎn)換方式。

接著，在步驟S12中，求腰部A、左腳B、右腳C每一點的xyz各方向的頻譜數(shù)據(jù)、即上述9軸頻譜數(shù)據(jù)的合成諧波畸變率。具體地，從腰部A、左腳B及右腳C每一點的xyz各方向的頻譜數(shù)據(jù)、即9軸中的每一軸頻譜數(shù)據(jù)分別分解該軸的主頻分量和諧波分量，舉例來說，以腰部A為例，從腰部x方向的頻譜數(shù)據(jù)分解出腰部x方向的主頻分量和諧波分量，從腰部y方向的頻譜數(shù)據(jù)分解出腰部y方向的主頻分量和諧波分量，從腰部z方向的頻譜數(shù)據(jù)分解出腰部z方向的主頻分量和諧波分量。同樣，對左右腳B、C的頻譜數(shù)據(jù)也進行分解。然后，基于分解出的各軸的主頻分量和諧波分量求取各軸諧波畸變率。以腰部x方向為例，腰部x方向的諧波畸變率h_Ax如下式所示。

這里諧波和基波的強度是用頻域變換后的模值直接表示的，考慮到這里的強度是相對強度概念，必要時，也可對模值進行一定的數(shù)學(xué)運算，比如乘方運算，來表達諧波和基波的強度，這種情況下，公式(1)將會相應(yīng)調(diào)整。

同理得其他8個軸的諧波畸變率值：h_Ay、h_Az、h_Bx、h_By、h_Bz、h_Cx、h_Cy、h_Cz。

將9個軸的諧波畸變率加權(quán)平均，可得到9軸合成諧波畸變率h如下：

h＝w₁h_Ax+w₂h_Ay+w₃h_Az，+w₄h_Bx+w₅h_By+w₆h_Bz+w₇h_Cx+w₈h_Cy+w₉h_Cz (2)

這里，各軸的加權(quán)系數(shù)w_n(n為1～9)可以相同，也可以不同，其大小反應(yīng)不同軸諧波畸變率在平衡能力測度中的重要程度，可根據(jù)不同的行走模式，比如快跑、慢跑、靜立等進行整定。例如，在各軸重要程度認定為同樣的情況下，每軸的加權(quán)系數(shù)都取1/9。

然后在步驟S13中，根據(jù)在步驟S12中求得的合成諧波畸變率h的值的大小來評價行走平衡能力。由于合成諧波畸變率h與行走平衡能力負相關(guān)，因此合成諧波畸變率h的值越小，評價行走平衡能力就越好，合成諧波畸變率h的值越大，評價行走平衡能力就越差。

在步驟S20中，輸出通過步驟S13得到的評價結(jié)果。例如，可以考慮進行評價值的數(shù)字顯示、或文字性顯示，或圖形顯示，或者他們的組合顯示等，使得觀察者能夠識別。

根據(jù)本發(fā)明的實施例1，還可以提供一種行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)1。下面，結(jié)合圖7、圖8對根據(jù)本發(fā)明實施例1的行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)1進行說明。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明實施例1的行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)1的功能框圖，圖8是示出根據(jù)本發(fā)明實施例1的行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)1中的評價單元112的功能框圖。

如圖7所示，行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)1包括評價裝置11、腰部監(jiān)測裝置12、左腳監(jiān)測裝置13以及右腳監(jiān)測裝置14。

腰部監(jiān)測裝置12包括：腰部加速度傳感器121，檢測人體行走時腰部A點的加速度，獲得腰部A點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；以及腰部通信單元122，發(fā)送通過腰部加速度傳感器121獲得的腰部A點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)(對應(yīng)于本發(fā)明的腰部發(fā)送單元)。

左腳監(jiān)測裝置13包括：左腳加速度傳感器131，檢測人體行走時左腳B點的加速度，獲得左腳B點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；以及左腳通信單元132，發(fā)送通過左腳加速度傳感器131獲得的左腳B點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)(對應(yīng)于本發(fā)明的左腳發(fā)送單元)。

右腳監(jiān)測裝置14包括：右腳加速度傳感器141，檢測人體行走時右腳C點的加速度，獲得右腳C點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)；以及右腳通信單元142，發(fā)送通過右腳加速度傳感器141獲得的右腳C點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)(對應(yīng)于本發(fā)明的右腳發(fā)送單元)。

評價裝置11包括：通信單元111，其接收分別由腰部通信單元122、左腳通信單元132以及右腳通信單元142發(fā)送的腰部A點、左腳B點以及右腳C點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)(對應(yīng)于本發(fā)明的接收單元)；評價單元112，基于獲得的腰部A點、左腳B點以及右腳C點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)評價行走平衡能力；以及輸出單元113，輸出評價單元112對行走平衡能力進行的評價結(jié)果。

如圖8所示，評價單元112包括：時域-頻域轉(zhuǎn)換部1121，將腰部A、左腳B及右腳C每一點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換成頻譜數(shù)據(jù)，獲得9軸頻譜數(shù)據(jù)；合成諧波畸變率計算部1122，從腰部A、左腳B及右腳C每一點的xyz各方向的頻譜數(shù)據(jù)、即9軸中的每一軸頻譜數(shù)據(jù)分解該軸的主頻分量和諧波分量，基于分解出的各軸的主頻分量和諧波分量求取各軸諧波畸變率h_Ax、h_Ay、h_Az、h_Bx、h_By、h_Bz、h_Cx、h_Cy、h_Cz，并基于這些9軸諧波畸變率獲得合成諧波畸變率h；以及評價部1123，根據(jù)合成諧波畸變率h來評價行走平衡能力。如果求出的合成諧波畸變率h的值越小，評價部1123評價行走平衡能力就越好，合成諧波畸變率h的值越大，評價部1123評價行走平衡能力就越差。

當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明實施例1的行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)1進行行走平衡監(jiān)測時，被監(jiān)測的人在腰部以及左右腳適當(dāng)?shù)牟课簧戏謩e穿戴腰部監(jiān)測裝置12、左腳監(jiān)測裝置13以及右腳監(jiān)測裝置14的情況下正常行走。腰部監(jiān)測裝置12、左腳監(jiān)測裝置13以及右腳監(jiān)測裝置14實時檢測人體行走時腰部、左腳及右腳的加速度，獲得腰部、左腳及右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)，并將這些測得的數(shù)據(jù)分別發(fā)送給評價裝置11。評價裝置11基于接收到的這些腰部、左腳及右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)，計算并輸出被監(jiān)測的人的行走平衡評價結(jié)果。

將本發(fā)明的實施例1應(yīng)用于不同的被測對象，這里采用了20個樣本。另外，涉及合成諧波畸變率h計算的加權(quán)系數(shù)w_n(n為1～9)設(shè)定為相同值，即1/9，在此情況下，獲得了如下表1所示的結(jié)果。

表中序號1號的測試對象體質(zhì)上好，熱愛運動，年齡60開外。從外觀上看，其走路的步態(tài)和其他正常人看不出區(qū)別，用本實施例1求得的合成諧波畸變率h的值為8.7％，

[表1]

表中序號11號的測試對象是輕度眩暈癥患者，患病已經(jīng)30多年，從外觀上看，其走路的步態(tài)和正常人看不出區(qū)別，但用本實施例1求得的合成諧波畸變率h的值為12.2％，相對偏高。

表中序號20號的測試對象是重度中風(fēng)患者，平時坐輪椅，在測試時勉強走了一段路，他的情況屬于能走與不能走的臨界狀態(tài)，所以合成諧波畸變率h的值為21.9％，相比前兩個非常高。

由表1可知，序號4號的測試對象的合成諧波畸變率h的值為8.2％，最低，通過本實施例1的監(jiān)測得知，該4號的測試對象的行走平衡能力最好。

以上實驗說明，本實施例1的方法確實可以檢測出肉眼看不出的情況，能夠評價人體行走時的平衡狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的實施例1，由于只需檢測行走時腰部、左右腳三點的加速度，并利用腰部、左右腳三點的加速度頻譜特性進行行走平衡能力監(jiān)測，因此能夠以較少的檢測點進行行走平衡能力的自動監(jiān)測。從而，被測試者無需在特定的場景下做指定動作，直接測試真實情景下的人體平衡能力，能夠使得人體平衡能力的監(jiān)測常態(tài)化、便捷化。

根據(jù)本發(fā)明的實施例1，本發(fā)明通過用腰部、左右腳三點的加速度頻譜的合成諧波畸變率來評價行走平衡能力，從復(fù)雜的人體行走平衡影響因素中提取出直接指標，使得評價模型變得簡單和客觀。

由此，能夠以人體客觀數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實時便捷地測量行走平衡能力。

實施例2

如上面本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的那樣，人體在行走時，左右腳之間以及左右腳與腰部之間的加速度諧波之間具有相關(guān)特性，行走平衡越好，這些加速度諧波之間的相關(guān)度就越高。本發(fā)明的實施例2依據(jù)以相關(guān)系數(shù)r作為評價指標進行行走平衡能力的動態(tài)監(jiān)測和評價。這里，相關(guān)系數(shù)r表達不同軸的頻譜之間數(shù)據(jù)序列的相關(guān)度。

下面結(jié)合圖9至圖11對根據(jù)本發(fā)明的實施例2進行說明。與實施例1相比，實施例2的不同點在于，采用了左右腳之間以及左右腳與腰部之間的加速度諧波之間的相關(guān)系數(shù)作為評價指標。因此，在下面的說明中，著重對與實施例1不同的步驟、結(jié)構(gòu)進行說明，而對于與實施例1相同的步驟、結(jié)構(gòu)，以相同的符號進行圖示，并省略說明或簡單進行說明。

圖9是示出根據(jù)本發(fā)明實施例2的行走平衡監(jiān)測方法的流程示意圖。其中，加速度的檢測以及評價結(jié)果的輸出與實施例1相同，在圖9中標以相同的符號S10、S20。

如圖9所示，在通過穿戴在腰部A點、左腳踝B點及右腳踝C點各處的加速度傳感器實時檢測腰部A點、左腳踝B點及右腳踝C點處的加速度，獲得ABC三點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)(S10)。

接著，在步驟S21中，與步驟S11同樣地，通過FFT快速傅里葉變換，將獲得的ABC三點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換成頻譜數(shù)據(jù)，獲得9軸頻譜數(shù)據(jù)。另外，將BC兩點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)按各方向?qū)?yīng)疊加，然后將疊加后的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)進行FFT快速傅里葉變換，獲得左右腳BC的xyz各方向疊加頻譜數(shù)據(jù)(簡稱為xyz疊加頻譜)。

在步驟S22中，計算腰部、左右腳的加速度頻譜數(shù)據(jù)之間的合成相關(guān)系數(shù)。本實施例中，相關(guān)系數(shù)例如可以用標準的相關(guān)系數(shù)公式求得，但不限于此，也可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他相關(guān)系數(shù)求取方式。

先考察左右腳之間B_C的三個維度的頻譜相關(guān)系數(shù)。

以左右腳x方向的相關(guān)系數(shù)r_{B_Cx}為例，則如下式所示。

同理得左右腳y方向、z方向的相關(guān)系數(shù)r_{B_Cy}、r_{B_Cz}。

再考察腰部A點與左右腳BC點加速度疊加后的頻譜三個維度的相關(guān)系數(shù)。

以腰部A點與左右腳BC點的疊加頻譜的x方向的相關(guān)系數(shù)r_{A_BCx}為例，則如下式所示。

同理得腰部A點與左右腳BC點的疊加頻譜的y方向、z方向的相關(guān)系數(shù)r_{A_BCy}、r_{A_BCz}。

將上述六個相關(guān)系數(shù)加權(quán)平均，可得到合成相關(guān)系數(shù)r如下：

r＝w₁₀r_{B_Cx}+w₁₁r_{B_Cy}+w₁₂r_{B_Cz}+w₁₃r_{A_BCx}+w₁₄r_{A_BCy}+w₁₅r_{A_BCz} (5)

這里，各加權(quán)系數(shù)可以相同，也可以不同，其大小反應(yīng)不同軸間相關(guān)系數(shù)在平衡能力測度中的重要程度，可根據(jù)不同的行走模式，比如快跑、慢跑、靜立等進行整定。在各軸間重要程度認定為同樣的情況下，每軸的加權(quán)系數(shù)都取1/6。

然后在步驟S23中，根據(jù)在步驟S22中求得的合成相關(guān)系數(shù)r的值的大小來評價行走平衡能力。由于合成相關(guān)系數(shù)r與行走平衡能力正相關(guān)，因此合成相關(guān)系數(shù)r的值越大，評價行走平衡能力就越好，合成相關(guān)系數(shù)r的值越小，評價行走平衡能力就越差。

根據(jù)本發(fā)明的實施例2，還可以提供一種行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)2。下面，結(jié)合圖10、圖11對根據(jù)本發(fā)明實施例2的行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)2進行說明。圖10是示出根據(jù)本發(fā)明實施例2的行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)2的功能框圖，圖11是示出根據(jù)本發(fā)明實施例2的行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)2中的評價單元212的功能框圖。

如圖10所示，行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)2包括評價裝置21、腰部監(jiān)測裝置12、左腳監(jiān)測裝置13以及右腳監(jiān)測裝置14。其中，評價裝置21包括：通信單元111、評價單元212以及輸出單元113。其中，腰部監(jiān)測裝置12、左腳監(jiān)測裝置13以及右腳監(jiān)測裝置14、評價裝置21中的通信單元111和輸出單元113的構(gòu)成及功能與實施例1中的相應(yīng)構(gòu)件相同或基本相同，因此使用相同的符號表示并省略說明。這里，僅對與實施例1不同的評價裝置21中的評價單元212詳細說明。

如圖11所示，評價單元212包括：時域-頻域轉(zhuǎn)換部2121，將腰部A、左腳B及右腳C每一點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換成頻譜數(shù)據(jù)，獲得9軸頻譜數(shù)據(jù)，并且將左腳B與右腳C的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)按各方向?qū)?yīng)疊加后分別轉(zhuǎn)換成左右腳的xyz各方向疊加頻譜數(shù)據(jù)；合成相關(guān)系數(shù)計算部2122，基于左腳B及右腳C的xyz各方向的頻譜數(shù)據(jù)計算左右腳間的頻譜相關(guān)系數(shù)r_{B_Cx}、r_{B_Cy}、r_{B_Cz}，基于左右腳BC的xyz各方向疊加頻譜數(shù)據(jù)與腰部的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)計算腰部A與左右腳BC間的頻譜相關(guān)系數(shù)r_{A_BCx}、r_{A_BCy}、r_{A_BCz}，并基于這些6個相關(guān)系數(shù)獲得合成相關(guān)系數(shù)r；以及評價部2123，根據(jù)求得的合成相關(guān)系數(shù)r來評價行走平衡能力。如果求得的合成相關(guān)系數(shù)r的值越大，評價部2123評價行走平衡能力就越好，合成相關(guān)系數(shù)r的值越小，評價部2123評價行走平衡能力就越差。

將本發(fā)明的實施例2應(yīng)用于不同的被測對象，這里采用了與實施例1相同的20個樣本。另外，涉及合成相關(guān)系數(shù)r計算的加權(quán)系數(shù)w_n(n為10～15)設(shè)定為相同值，即1/6。在此情況下，獲得了如下表2所示的結(jié)果。

表中序號1號的測試對象體質(zhì)上好，熱愛運動，年齡60開外，從外觀上看，其走路的步態(tài)和其他正常人看不出區(qū)別，用本實施例2求得的合成相關(guān)系數(shù)r的值為0.90。

表中序號11號的測試對象是輕度眩暈癥患者，患病已經(jīng)30多年，從外觀上看，其走路的步態(tài)和正常人看不出區(qū)別，但用本實施例2求得的合成相關(guān)系數(shù)r的值為0.78，相對偏低。

表中序號20號的測試對象是重度中風(fēng)患者，平時坐輪椅，在測試時勉強走了一段路，他的情況屬于能走與不能走的臨界狀態(tài)，所以合成相關(guān)系數(shù)r的值為0.58，相比前兩個非常低。

由表2可知，序號1號和3號的測試對象的合成相關(guān)系數(shù)r的值0.90為最高，通過本實施例1的監(jiān)測得知，該1號和3號的測試對象的行走平衡能力最好。

[表2]

以上實驗說明，本實施例2的方法確實可以檢測出肉眼看不出的情況，能夠評價人體行走時的平衡狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明的實施例2，由于只需檢測行走時腰部、左右腳三點的加速度，并利用腰部、左右腳三點的加速度頻譜特性進行行走平衡能力監(jiān)測，因此能夠以較少的檢測點進行行走平衡能力的自動監(jiān)測。從而，被測試者無需在特定的場景下做指定動作，直接測試真實情景下的人體平衡能力，能夠使得人體平衡能力的監(jiān)測常態(tài)化、便捷化。

根據(jù)本發(fā)明的實施例2，本發(fā)明通過用腰部、左右腳三點的加速度頻譜的合成相關(guān)系數(shù)來評價行走平衡能力，從復(fù)雜的人體行走平衡影響因素中提取出直接指標，使得評價模型變得簡單和客觀。

由此，能夠以人體客觀數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實時便捷地測量行走平衡能力。

實施例3

上述實施例1和實施例2是用不同的評價指標進行行走平衡評價的，而且所用兩個指標諧波畸變率與相關(guān)系數(shù)是相對獨立的指標，比較上述表1和表2的實驗數(shù)據(jù)不難看出，二者的評價結(jié)果的趨勢基本一致，說明都較好的體現(xiàn)了人體行走時的平衡能力，但二者之間也略存在差異，這表明二者的評價是從不同的方面反映了人體行走平衡能力。另外，由于這兩個指標屬于專業(yè)指標，不夠通俗易懂。因此，本發(fā)明人想到綜合這兩個評價指標進行綜合評價的方法。本發(fā)明實施例3就是以諧波畸變率h和相關(guān)系數(shù)r綜合作為評價指標進行行走平衡能力的動態(tài)監(jiān)測和評價的。

下面結(jié)合圖12至圖14對根據(jù)本發(fā)明的實施例3進行說明。與實施例1、實施例2相比，實施例3的不同點在于，提出了綜合了實施例1的諧波畸變率h和實施例2的相關(guān)系數(shù)r的平衡指數(shù)I的概念，并以該平衡指數(shù)I作為評價指標。因此，在下面的說明中，著重對與實施例1、實施例2不同的步驟、結(jié)構(gòu)進行說明，而對于與實施例1、實施例2相同的步驟、結(jié)構(gòu)，以相同的符號進行圖示，并省略說明或簡單進行說明。

圖12是示出根據(jù)本發(fā)明實施例3的行走平衡監(jiān)測方法的流程示意圖。其中，加速度的檢測以及評價結(jié)果的輸出與實施例1、實施例2相同，在圖12中標以相同的符號S10、S20。

如圖12所示，在通過穿戴在腰部A點、左腳踝B點及右腳踝C點各處的加速度傳感器實時檢測腰部A點、左腳踝B點及右腳踝C點處的加速度，獲得ABC三點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)(S10)。

接著，在步驟S31中，與步驟S21同樣地，通過FFT快速傅里葉變換，將獲得的ABC三點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換成頻譜數(shù)據(jù)，獲得9軸頻譜數(shù)據(jù)。另外，將BC兩點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)按各方向?qū)?yīng)疊加，然后將疊加后的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)進行FFT快速傅里葉變換，獲得左右腳BC的xyz各方向疊加頻譜數(shù)據(jù)。

在步驟S32中，求腰部A、左腳B及右腳C每一點的xyz各方向的頻譜數(shù)據(jù)、即上述9軸頻譜數(shù)據(jù)的合成諧波畸變率h。具體計算與實施例1的步驟S11相同，這里不再贅述。

接著，在步驟S33中，基于9軸頻譜數(shù)據(jù)以及左右腳的xyz各方向疊加頻譜數(shù)據(jù)計算腰部A、左腳B及右腳C的合成相關(guān)系數(shù)r，具體計算與實施例2的步驟S22相同，這里不再贅述。

然后在步驟34中，基于上述求得的合成諧波畸變率h和合成相關(guān)系數(shù)r，通過下式(6)計算平衡指數(shù)I。這里，本發(fā)明人使用邏輯函數(shù)設(shè)計平衡指數(shù)I，將評級結(jié)果折算為一個0～100的分值，其中諧波畸變率與平衡指數(shù)負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)與平衡指數(shù)正相關(guān)。平衡指數(shù)的得分、即評價值越高，表明平衡能力越好。

這里，k₁、k₂反映前述不同評價在折算平衡指數(shù)分值時各自所占的權(quán)重，也等于各自評價可能取得的最高分值，k₁與k₂之和等于100。a₁、b₁、a₂、b₂參數(shù)能夠調(diào)節(jié)諧波畸變率與相關(guān)系數(shù)在折算平衡指數(shù)分值時的靈敏度和取值區(qū)間，可根據(jù)大量實測采樣進行整定(比如a₁＝3，b₁＝17，a₂＝9，b₂＝13)，并沒有唯一正確的解。參數(shù)取值會影響平衡指數(shù)分值折算時是從寬還是從嚴，一般不會影響不同測量對象平衡能力的相對排序。

根據(jù)步驟S34的計算結(jié)果，在步驟S20中輸出評價結(jié)果，例如輸出算出的平衡指數(shù)I值。

根據(jù)本發(fā)明的實施例3，還可以提供一種行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)3。下面，結(jié)合圖13、圖14對根據(jù)本發(fā)明實施例3的行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)3進行說明。圖13是示出根據(jù)本發(fā)明實施例3的行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)3的功能框圖，圖14是示出根據(jù)本發(fā)明實施例3的行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)3中的評價單元312的功能框圖。

如圖13所示，行走平衡監(jiān)測系統(tǒng)3包括評價裝置31、腰部監(jiān)測裝置12、左腳監(jiān)測裝置13以及右腳監(jiān)測裝置14。其中，評價裝置31包括：通信單元111、評價單元312以及輸出單元113。其中，腰部監(jiān)測裝置12、左腳監(jiān)測裝置13以及右腳監(jiān)測裝置14、評價裝置31中的通信單元111和輸出單元113的構(gòu)成及功能與實施例1、實施例2中的相應(yīng)構(gòu)件相同或基本相同，因此使用相同的符號表示并省略說明。這里，僅對與實施例1、實施例2不同的評價裝置31中的評價單元312詳細說明。

如圖14所示，評價單元312包括：時域-頻域轉(zhuǎn)換部3121，將腰部A、左腳B及右腳C每一點的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換成頻譜數(shù)據(jù)，獲得9軸頻譜數(shù)據(jù)，并且將左腳B與右腳C的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)按各方向?qū)?yīng)疊加后分別轉(zhuǎn)換成左右腳的xyz各方向疊加頻譜數(shù)據(jù)；合成諧波畸變率計算部3122，從腰部A、左腳B及右腳C每一點的xyz各方向的頻譜數(shù)據(jù)、即9軸中的每一軸頻譜數(shù)據(jù)分解該軸的主頻分量和諧波分量，基于分解出的各軸的主頻分量和諧波分量求取各軸諧波畸變率h_Ax、h_Ay、h_Az、h_Bx、h_By、h_Bz、h_Cx、h_Cy、h_Cz，并基于這些9軸諧波畸變率獲得合成諧波畸變率h；合成相關(guān)系數(shù)計算部3123，基于左腳B及右腳C的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)計算左右腳BC間的頻譜相關(guān)系數(shù)r_{B_Cx}、r_{B_Cy}、r_{B_Cz}，基于左右腳BC的xyz各方向疊加頻譜數(shù)據(jù)與腰部的xyz各方向頻譜數(shù)據(jù)計算腰部A與左右腳BC間的頻譜相關(guān)系數(shù)r_{A_BCx}、r_{A_BCy}、r_{A_BCz}，并基于這些6個相關(guān)系數(shù)獲得合成相關(guān)系數(shù)r；以及評價部3124，根據(jù)求得的合成諧波畸變率h和合成相關(guān)系數(shù)r求得平衡指數(shù)I作為評價值。平衡指數(shù)I的得分越高，表明平衡能力越好。

將本發(fā)明的實施例3應(yīng)用于不同的被測對象，這里采用了與實施例1、實施例2相同的20個樣本。另外，涉及合成諧波畸變率h計算的加權(quán)系數(shù)w_n(n為1～9)設(shè)定為相同值，即1/9，涉及合成相關(guān)系數(shù)r計算的加權(quán)系數(shù)w_n(n為10～15)設(shè)定為相同值，即1/6，并且涉及平衡指數(shù)I計算的系數(shù)k₁＝k₂＝50，a₁＝3，b₁＝17，a₂＝9，b₂＝13。在此情況下，獲得了如下表3所示的結(jié)果。

表中序號1號的測試對象體質(zhì)上好，熱愛運動，年齡60開外，從外觀上看，其走路的步態(tài)和其他正常人看不出區(qū)別，用本實施例3求得的平衡指數(shù)I的得分為88分。

[表3]

表中序號11號的測試對象是輕度眩暈癥患者，患病已經(jīng)30多年，從外觀上看，其走路的步態(tài)和正常人看不出區(qū)別，但用本實施例3求得的平衡指數(shù)I的得分為73分，相對偏低。

表中序號20號的測試對象是重度中風(fēng)患者，平時坐輪椅，在測試時勉強走了一段路，他的情況屬于能走與不能走的臨界狀態(tài)，所以用本實施例3求得的平衡指數(shù)I的得分為26分，相比前兩個非常低。

以上實驗說明，本實施例3的方法確實可以檢測出肉眼看不出的情況，能夠評價人體行走時的平衡狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明的實施例3，除了與實施例1、實施例2相同的技術(shù)效果之外，還能夠獲得下述的效果。

根據(jù)本發(fā)明的實施例3，由于將腰部、左右腳的加速度頻譜數(shù)據(jù)的合成諧波畸變率h和合成相關(guān)系數(shù)r合成作為評價指標I，因此從不同的獨立的方面反映人體行走時的平衡能力，能夠更加準確地體現(xiàn)行走平衡能力。

另外，根據(jù)本發(fā)明的實施例3，通過使用邏輯函數(shù)將評價指標I的值折算為一個0～100的分值，使得評價結(jié)果更加直觀，通俗易懂。

實施例4

根據(jù)本發(fā)明的實施例4，提供一種穿戴式人體平衡監(jiān)測儀。該穿戴式人體平衡監(jiān)測儀是本發(fā)明實施例3的具體裝置示例。本實施例4的穿戴式人體平衡監(jiān)測儀僅作為具體實現(xiàn)方式的示例，本領(lǐng)域技術(shù)人員均明白，本發(fā)明能夠以各種方式、各種裝置的形式實現(xiàn)。

下面，根據(jù)圖15-圖17對根據(jù)本發(fā)明實施例4的穿戴式人體平衡監(jiān)測儀4進行說明。

圖15是示出根據(jù)本發(fā)明實施例4的穿戴式人體平衡監(jiān)測儀及其穿戴方式的示意圖，圖16是示出根據(jù)本發(fā)明實施例4的穿戴式人體平衡監(jiān)測儀的腰部、左右腳監(jiān)測裝置以及顯示裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

如圖15所示，穿戴式人體平衡監(jiān)測儀4穿戴在身體上使用。該穿戴式人體平衡監(jiān)測儀4包括：腰部穿戴件41，用于穿戴在腰部；腰部監(jiān)測裝置42，固定在腰部穿戴件41上；左腳穿戴件43，用于穿戴在左腳踝處；左腳監(jiān)測裝置44，固定在左腳穿戴件43上；右腳穿戴件45，用于穿戴在左腳踝處；右腳監(jiān)測裝置46固定在右腳穿戴件45上；手腕穿戴件47，用于穿戴在手腕處，顯示裝置48，固定在手腕穿戴件47上。

腰部穿戴件41可以是任意的可固定到人體腰部或者人所穿著的衣物上的固定件，例如可以是綁帶、腰帶、魔術(shù)貼等等，從而通過綁、系、粘貼等方式進行穿戴。

左右腳穿戴件43、45可以是任意的可固定到腿部，這里具體舉例為腳踝處或者人所穿著的衣物上的固定件，例如可以是綁帶、腳環(huán)、魔術(shù)貼等等，從而通過綁、系、扣、粘貼等方式進行穿戴。

手腕穿戴件47可以是任意的可固定到手臂，這里具體舉例為手腕處或者人所穿著的衣物上的固定件，例如可以是綁帶、手環(huán)、魔術(shù)貼、衣服口袋等等，從而通過綁、系、扣、粘貼、放置等方式進行穿戴。

這里，以腰部穿戴件41、左右腳穿戴件43、45為綁帶，手腕穿戴件47為手環(huán)為例。

如圖16所示，腰部監(jiān)測裝置42包括腰部加速度傳感器421和腰部通信模塊422。腰部加速度傳感器421檢測人體行走時腰部的加速度，獲得腰部的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)。腰部通信模塊422將通過腰部加速度傳感器421獲得的腰部的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示裝置48。

左腳監(jiān)測裝置44包括左腳加速度傳感器441和左腳通信模塊442。左腳加速度傳感器421檢測人體行走時左腳的加速度，獲得左腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)。左腳通信模塊442將通過左腳加速度傳感器441獲得的左腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示裝置48。

右腳監(jiān)測裝置46包括右腳加速度傳感器461和右腳通信模塊462。右腳加速度傳感器461檢測人體行走時右腳的加速度，獲得右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)。右腳通信模塊462將通過右腳加速度傳感器441獲得的右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示裝置48。

顯示裝置48包括通信模塊481、處理器482以及顯示器483。通信模塊481接收分別由腰部通信模塊422、左腳通信模塊442、右腳通信模塊462發(fā)來的腰部、左腳以及右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)，將其傳給處理器482。處理器482基于來自通信模塊481的腰部、左腳以及右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)評價人體行走平衡能力。顯示器483顯示處理器482所評價的人體行走平衡能力。處理器482基于腰部、左腳以及右腳的xyz各方向加速度數(shù)據(jù)評價人體行走平衡能力的過程與實施例3的評價方法相同，因此這里不再贅述。

這里，腰部加速度傳感器、左腳加速度傳感器以及右腳加速度傳感器可以使用通常的加速度傳感器即可，例如可以使用三軸加速度傳感器、六軸加速度傳感器、九軸加速度傳感器中的任意一種。

腰部通信模塊、左腳通信模塊以及右腳通信模塊可以使用能夠進行無線通信的通信模塊即可，例如藍牙通信模塊、射頻模塊等等。

圖17是示出根據(jù)本發(fā)明實施例4的穿戴式人體平衡監(jiān)測儀的人體平衡能力顯示示例的圖。如圖17所示，可以顯示某時刻的具體分值，也可以同時顯示行走中平衡能力值的實時曲線，從而不僅能夠知道當(dāng)前的平衡能力，而且還能夠監(jiān)測平衡能力變化。

以上，對本發(fā)明的若干實施例進行了說明。

在本發(fā)明中，評價裝置只要是有數(shù)據(jù)接收功能、運算功能以及輸出功能的設(shè)備即可，不特別限定。例如，可以是PC機、手機、平板電腦等便攜設(shè)備、具有接收、運算及顯示功能的手環(huán)等。

本發(fā)明中所述的輸出例如可以是文字和/或圖像的顯示、文字和/或圖像的打印輸出、聲音輸出，或者它們的組合等。

在本發(fā)明的實施例中，示出了腰部監(jiān)測裝置被穿戴在腰部的例子，但是，腰部監(jiān)測裝置也可以穿戴在其他部位，只要能夠檢測到人體行走時腰部的加速度即可，優(yōu)選穿戴在前腰或后腰的中央位置。

在本發(fā)明的實施例中，示出了左腳監(jiān)測裝置和右腳監(jiān)測裝置被穿戴在左右腳踝的例子，但是，左腳監(jiān)測裝置和右腳監(jiān)測裝置可以穿戴在左右下肢的任意部位，只要能夠檢測到人體行走時左右下肢的加速度即可，例如也可以穿戴在腳上，或者小腿、大腿等部位。另外，也可以安裝在鞋、鞋墊、襪子、腳環(huán)等上。

在本發(fā)明的實施例4中，腰部監(jiān)測裝置是通過腰帶穿戴的，左腳監(jiān)測裝置和右腳監(jiān)測裝置是通過腳環(huán)穿戴的，但穿戴方式不限于此，只要能夠?qū)⑸鲜龈餮b置固定到人體上即可，例如也可以采用通過魔術(shù)貼、或膠布等粘貼件進行粘貼來穿戴。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作出的等同變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

在本說明書中，雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變形，這樣的修改和變形均落入由所述權(quán)利要求所限定的范圍之內(nèi)。