一种曲径运动模式下的稳定性评价方法
【专利摘要】本发明公开了一种曲径运动模式下的稳定性评价方法，包括以下步骤：采用红外三维运动捕捉系统记录身体各个关键节点的三维坐标以及运动轨迹，求解足跟、足尖处反光标记点运动轨迹在垂直轴方向坐标的极小值，划分步态周期；根据两足足跟、足尖四个反光标记点的三维坐标估算两足中心的三维坐标及曲径圆心，并根据身体重量及各个节段尺寸估算身体重心的三维坐标；求取身体重心相对于两足中心沿曲径径向和切向的倾角，用于表征曲径运动过程中的稳定程度。本方法可明确给出曲径行走模式下身体重心沿身体前进方向和身体侧向的倾斜角度，对于日常行走过程中稳定性的评价以及安全性的监测有重要意义。
【专利说明】一种曲径运动模式下的稳定性评价方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及步态分析及稳定性分析领域，特别涉及一种曲径运动模式下的稳定性评价方法。
【背景技术】
[0002]日常生活中超过40%的步行是需要改变方向的[1]，并且转弯困难是造成行进过程中摔倒的重要因素。研究显示特定的、重复性的曲径行走训练相对于单一的直径行走训练对于锻炼肢体的灵活性与协调性、提高转弯能力有明显的提升作用，但是曲径行走需要中枢神经系统控制身体各个节段的协调转向，以达到按既定方向行进的目的，曲径行走过程中的稳定性保持需要多个感官系统的精密整合，主要包括前庭觉、视觉、躯体感觉以及运动输出等。因此，曲径运动模式下的稳定性分析对于人体运动来说尤为重要。
[0003]人在行走过程中保持步态稳定的能力又称为平衡能力，是指在运动及受到外界干扰时能及时调整以继续前行的一种能力，是由中枢神经系统、本体感觉、前庭觉、视觉及肌肉系统共同控制的结果。目前用于评价步态稳定性的量表主要有Berg平衡量表(BergBalance Scale, BBS)、计时起立-步行测验(Timed Up and Go Test, TUGT)、动态步态指数(Dynamic Gait Index, DGI)、功能性步态评价(Functional Gait Assessment, FGA)、平衡评价系统测试(Balance Evaluation Systems Test, BEST)等。稳定(平衡)性的非量表评测方法目前主要采用静态平衡功能评定系统，其原理是利用测力平台监测人体在站立或行走过程中地面反作用力的情况，并将人体简化成刚体节段模型，根据节段中心、身体质量、节段质量与身体质量的比值，进而推导出重心运动轨迹，通过分析重心运动轨迹前后摆动范围、左右摆动范围、轨迹包络面积及轨迹总长度等参数，来衡量其具体的稳定程度。
[0004]发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点:
[0005]现有的稳定性分析主要针对直径行走模式进行研究，而日常生活中超过40%的步行是需要改变方向的。已有的稳定性分析尚不能对曲径行走模式下的稳定性特征进行全面而准确的评价，不能明确给出曲径行走过程中身体重心的变化情况，限制了日常行走过程中稳定性的评价以及安全性的监测。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种曲径运动模式下的稳定性评价方法，本发明实现了对日常行走过程中稳定性的评价以及安全性的监测，详见下文描述:
[0007]一种曲径运动模式下的稳定性评价方法，所述方法包括以下步骤:
[0008](I)采用红外三维运动捕捉系统记录身体各个关键节点的三维坐标以及运动轨迹，求解足跟、足尖处反光标记点运动轨迹在垂直轴方向坐标的极小值，划分步态周期；
[0009](2)根据两足足跟、足尖四个反光标记点的三维坐标估算两足中心的三维坐标及曲径圆心，并根据身体重量及各个节段尺寸估算身体重心的三维坐标；
[0010](3)求取身体重心相对于两足中心沿曲径径向和切向的倾角，用于表征曲径运动过程中的稳定程度。
[0011]所述根据两足足跟、足尖四个反光标记点的三维坐标估算两足中心的三维坐标及曲径圆心，并根据身体重量及各个节段尺寸估算身体重心的三维坐标的步骤具体为:
[0012]I)两足中心三维坐标的确定；
[0013]左足跟、左足尖、右足跟、右足尖的三维坐标分别为(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,两足中心COf的三维坐标为(U，则估算公式表示为:
[0014]Xcof = ~{Xih Xls +X,h+Xrt)
[0015]ycof = —{yih + yh + yrh + )
1
[0016]zcof =-(? + zlt + zrh + zn)
[0017]2)根据两足中心三维坐标和圆弧拟合公式确定曲径圆心；
[0018]曲径圆心(X。，y0)的坐标以及半径R的值具体为:
[0019]xo=-0.5*a (I)
[0020]yo=-0.5*a (2)
[0021]
【权利要求】
1.一种曲径运动模式下的稳定性评价方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: (1)采用红外三维运动捕捉系统记录身体各个关键节点的三维坐标以及运动轨迹，求解足跟、足尖处反光标记点运动轨迹在垂直轴方向坐标的极小值，划分步态周期； (2)根据两足足跟、足尖四个反光标记点的三维坐标估算两足中心的三维坐标及曲径圆心，并根据身体重量及各个节段尺寸估算身体重心的三维坐标； (3)求取身体重心相对于两足中心沿曲径径向和切向的倾角，用于表征曲径运动过程中的稳定程度。
2.根据权利要求1所述的一种曲径运动模式下的稳定性评价方法，其特征在于，所述根据两足足跟、足尖四个反光标记点的三维坐标估算两足中心的三维坐标及曲径圆心，并根据身体重量及各个节段尺寸估算身体重心的三维坐标的步骤具体为: 1)两足中心三维坐标的确定；
左足跟、左足尖、右足跟、右足尖的二维坐标分别为(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,两足中心COf的三维坐标为(xCOf.Ycof.zcof),则估算公式表示为:
3.根据权利要求1所述的一种曲径运动模式下的稳定性评价方法，其特征在于，所述求取身体重心相对于两足中心沿曲径径向和切向的倾角，用于表征曲径运动过程中的稳定程度的步骤具体为: I)径向、切向偏移计算； 假设在某一时刻两足中心点在A处(xMf，ycof)，身体重心在水平面上的投影在B处(xcom, ycom)，圆心为O处(X。，y。)，AB向量在AO向量上的投影就是此刻径向偏移，表示为屯，Θ是AB向量与AO向量的夹角。
【文档编号】A61B5/00GK103720476SQ201310694864
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】明东, 王欣, 付安爽, 何峰, 周鹏, 赵欣, 綦宏志, 张力新, 万柏坤 申请人:天津大学