与老年人肌肉能力相关的运动功能评估系统的制作方法

本发明涉及一种人体运动评估系统，特别是一种与老年人肌肉能力相关的运动功能评估系统。

背景技术：

运动功能评价是对人们功能状态和潜在能力的判断，也是对各个方面情况的资料收集、量化、分析并正常标准进行比较的过程。运动功能评价的一般方法与内容包括：1、肌张力的评点；2、肌力评定；3、关节活动范围测定；4、平衡与协调功能评定；5、步态评价。由于肌张力、肌力、关节活动以及平衡最终都会体现在步态上，对步态产生作用，故步态是运动能力最直观的反应。目前，关于老年人肌肉能力相关的的步态研究针对病理方面的研究较多，针对老年人肌肉能力相关的运动功能评估系统的研究，目前还属空白。而确立评估老年人肌肉能力相关的运动功能的评估指标，对于健全老年人体制测量与评估系统，指导老年人进行科学的运动锻炼活动，提高老年人健康水平等有着重要的现实意义和长远意义。

因此，现有的老年人肌肉能力相关的的步态研究，存在无法对老年人肌肉能力相关的运动功能进行评估的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种与老年人肌肉能力相关的运动功能评估系统。本发明不仅可以对老年人肌肉能力相关的运动功能进行评估，而且无需对老年人做复杂的体质检查，仅观察老年人行走过程，即可得到其跌倒风险分级。

本发明的技术方案：与老年人肌肉能力相关的运动功能评估系统，包括：

数据采集模块，数据采集模块用于录入不少于1000例覆盖不同年龄段的老年人基本数据和采集相应的老年人运动捕捉数据与老年人足底压力数据；

图形化界面操作数据库模块：图形化界面操作数据库模块与数据采集模块的输出端连接，图形化界面操作数据库模块包括操作数据库和操作界面，操作数据库用于储存采集的老年人基本数据、老年人运动捕捉数据与老年人足底压力数据，操作界面用于实现各数据的增加、删除、更新和查询；

步态数据可视化模块：步态数据可视化模块与图形化界面操作数据库模块的输出端连接，用于处理不同年龄段的老年人基本数据，并以步态数据分布图像这种图形化方式显示，还用于处理老年人运动捕捉数据和老年人足底压力数据，生成多项运动功能指标，并将运动功能指标在不同年龄段以折线图的方式显示；

老年人跌倒风险评估模块：老年人跌倒风险评估模块与步态数据可视化模块的输出端连接，用于分析处理运动功能指标，并以各个运动功能指标为特征，采用svm将老年人跌倒风险为进行分类。

前述的与老年人肌肉能力相关的运动功能评估系统中，所述老年人的年龄不少于50岁。

前述的与老年人肌肉能力相关的运动功能评估系统中，所述老年人基本数据包括老年人的基本信息和既往病史与用药史、生活形态、心理因素、跌倒史；基本信息包括性别、年龄、身高、体重。

前述的与老年人肌肉能力相关的运动功能评估系统中，所述老年人基本数据通过调查问卷收集录入，老年人运动捕捉数据通过可拍照的摄像机采集，老年人足底压力数据通过footscan采集。

前述的与老年人肌肉能力相关的运动功能评估系统中，所述操作界面为利用pyqt完成的界面设计。

前述的与老年人肌肉能力相关的运动功能评估系统中，所述操作界面为采用paaeep框架完成的模拟窗口，可实现数据库的管理、步态数据分布图像的生成、派生指标的可视化与跌倒风险预测结果显示；所述paaeep框架表示python+anaconda+eric4+eclipse+pydev。

前述的与老年人肌肉能力相关的运动功能评估系统中，所述步态数据分布图像包括不同年龄段的老年人分布直方图、不同年龄段不同性别的老年人分布推叠图、不同年龄段的老年人体重分布箱形图和不同年龄段的老年人身高分布柱形图。

前述的与老年人肌肉能力相关的运动功能评估系统中，所述运动功能指标包括十项派生指标，所述十项派生指标分别为：pma1、pm1、pma2、v1、v2、v3、k4、k5、k6和k7；pma1表示在着地前支撑阶段，力的最大值；pm1表示在摆动阶段，力的最小值；pma2表示在推离阶段，力的最大值；v1表示摆动相在一个单步周期中所占的比例；v2表示推离期在一个单步周期中所占的比例；v3表示着地前支撑阶段，力由最大值到最小值变化所用时间，在一个单步周期中所占的比例；k4表示支撑腿承受其对侧肢体传递增加的体重的变化率-在足跟触地期间单位时间内，着地力的变化值；k5表示在推离期内达到最大值到离开测力台期间，单位时间内，力的变化值；k6表示着地前支撑时期，力由最大值到最小值变化期间，单位时间内，力的变化值；k7表示推离期，力由最小值到最大值变化期间，单位时间内，力的变化值。

前述的与老年人肌肉能力相关的运动功能评估系统中，所述不同年龄段包括50-60岁年龄段，60-70岁年龄段，70-80岁年龄段和80岁以上年龄段。

前述的与老年人肌肉能力相关的运动功能评估系统中，所述老年人跌倒风险分为低危、中危和高危三类。

与现有技术相比，本发明通过观察老年人的行走过程，收集老年人基本数据、老年人运动捕捉数据和老年人足底压力数据，便可对老年人肌肉能力相关的运动功能进行评估；通过图形化界面操作数据库模块储存采集的老年人基本数据、老年人运动捕捉数据与老年人足底压力数据，从而生成操作数据库，并可直接对操作数据库中的各数据进行增加、删除、更新和查询,对受试者的基本信息进行管理；通过步态数据可视化模块处理数据库中的各数据，生成多项运动功能指标，得到老年人的步态可视化图像与步态指标取值范围，将不同年龄段的步态指标可视化，可更直观地预测到老年人的异常情况；通过老年人跌倒风险评估模块分析处理各项动功能指标，可将老年人跌倒风险分为低危、中危和高危三类，无需对老年人做复杂的体质检查，仅观察老年人行走过程，得到老年人的跌倒风险分级，为康复评估和临床诊断提供依据。本发明不仅可以对老年人肌肉能力相关的运动功能进行评估，而且无需对老年人做复杂的体质检查，仅观察老年人行走过程，即可得到其跌倒风险分级。

附图说明

图1是本发明的流程框图；

图2是本发明不同年龄段的老年人基本信息以图形化方式显示流程图；

图3是本发明不同年龄段的步态指标可视化流程图；

图4是本发明老年人跌倒风险评估算法流程图；

图5是本发明z方向力值-时间曲线示意图；

图6是本发明老年人基本信息查询窗口界面；

图7是本发明运动功能指标可视化窗口界面；

图8是本发明步态数据分布图像显示窗口界面；

图9是本发明支持向量机的训练模型窗口界面；

图10是本发明老年人数据可视化及模型预测结果显示窗口界面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。与老年人肌肉能力相关的运动功能评估系统，构成如图1至图10所示，包括数据采集模块，数据采集模块用于录入不少于1000例覆盖不同年龄段的老年人基本数据和采集相应的老年人运动捕捉数据与老年人足底压力数据；数据采集模块通过观察老年人的行走过程与收集老年人基本数据，无需做复杂的体质检查，即可方便快速完成数据的采集，使样本数量满足数据统计要求，实施方便；

图形化界面操作数据库模块：图形化界面操作数据库模块与数据采集模块的输出端连接，图形化界面操作数据库模块包操作括数据库和操作界面，操作数据库用于储存采集的老年人基本数据、老年人运动捕捉数据与老年人足底压力数据，操作界面用于实现各数据的增加、删除、更新和查询；图形化界面操作数据库模块实现操作数据库的建立与各数据增加、删除、更新和查询等操作；

步态数据可视化模块：步态数据可视化模块与图形化界面操作数据库模块的输出端连接，用于处理不同年龄段的老年人基本数据，并以步态数据分布图像这种图形化方式显示，还用于处理老年人运动捕捉数据和老年人足底压力数据，生成多项运动功能指标，并将运动功能指标在不同年龄段以折线图的方式显示；步态数据可视化模块将操作数据库中的各数据分析，并以图形化的方式表现出来，更加直观，将老年人的步态信息可视化，可更直观地预测到老年人异常情况；

老年人跌倒风险评估模块：老年人跌倒风险评估模块与步态数据可视化模块的输出端连接，用于分析处理运动功能指标，并以各个运动功能指标为特征，采用svm将老年人跌倒风险进行分类。老年人跌倒风险评估模块分析处理接收到的数据，定量、客观地反映老年人跌倒风险程度；svm为支持向量机，是常见的一种判别方法。

所述老年人的年龄不少于50岁。

所述老年人基本数据包括老年人的基本信息和既往病史与用药史、生活形态、心理因素、跌倒史；基本信息包括性别、年龄、身高、体重。

所述老年人基本数据通过调查问卷收集录入，老年人运动捕捉数据通过可拍照的摄像机采集，老年人足底压力数据通过footscan采集。footscan是一种足底压力测试系统。

所述操作界面为利用pyqt完成的界面设计。pyqt是一个创建gui应用程序的工具包。

所述操作界面为基于python开发pyqt的环境下，采用paaeep框架完成的模拟窗口，可实现数据库的管理、步态数据分布图像的生成、派生指标的可视化与跌倒风险预测结果显示；所述paaeep框架表示python+anaconda+eric4+eclipse+pydev。操作界面可实现数据库的管理、步态数据分布图像的生成、派生指标的可视化与跌倒风险预测结果显示这些功能；paaeep框架为python、anaconda、eric4、eclipse和pydev合起来的简称；python表示一种计算机程序设计语言；anaconda是一个开源的python发行版本，其包含了conda、python等180多个科学包及其依赖项；eric4表示一个用pyqt4和qscintilla2开发的python集成开发环境；eclipse表示集成开发环境，是一个开放源代码的、基于java的可扩展开发平台；pyde表示实现了一个功能强大的eclipse插件。

所述步态数据分布图像包括不同年龄段的老年人分布直方图、不同年龄段不同性别的老年人分布推叠图、不同年龄段的老年人体重分布箱形图和不同年龄段的老年人身高分布柱形图。

所述运动功能指标包括十项派生指标，所述十项派生指标分别为：pma1、pm1、pma2、v1、v2、v3、k4、k5、k6和k7；pma1为fz～t曲线的第一波峰值，表示在着地前支撑阶段，力的最大值；pm1为fz～t曲线的波谷值，表示在摆动阶段，力的最小值；pma2为fz～t曲线的第二波峰值，表示在推离阶段，力的最大值；v1为(t4-t2)/(t5-t1)，表示摆动相在一个单步周期中所占的比例；v2为(t4-t3)/(t5-t1)，表示推离期在一个单步周期中所占的比例；v3为(t3-t2)/(t5-t1)，表示着地前支撑阶段，力由最大值到最小值变化所用时间，在一个单步周期中所占的比例；k4为(pma1-ps)/(t2-t1)，表示支撑腿承受其对侧肢体传递增加的体重的变化率-在足跟触地期间单位时间内，着地力的变化值；k5为(pma2-pf)/(t4-t5)，表示在推离期内达到最大值到离开测力台期间，单位时间内，力的变化值；k6为(pm1-pma1)/(t3-t2)，表示着地前支撑时期，力由最大值到最小值变化期间，单位时间内，力的变化值；k7为(pma2-pm1)/(t4-t3)，表示推离期，力由最小值到最大值变化期间，单位时间内，力的变化值。如下表所示。

所述不同年龄段包括50-60岁年龄段，60-70岁年龄段，70-80岁年龄段和80岁以上年龄段。

所述老年人跌倒风险分为低危、中危和高危三类。

工作原理：先以不少于1000例覆盖不同年龄段的老年人作为样本，通过数据采集模块以调查问卷的方式录入相应的老年人基本数据，并采集“量表评估+步态测试”同步的实验数据，实验测试内容包括综合平衡能力测试数据量表和生物力学仪器同时测试，在实验场地放置有可拍照的摄像机来采集老年人运动捕捉数据，铺设好footscan平板式足底压力分布系统来采集老年人足底压力数据。老年人根据实验方案在footscan平板式足底压力板上行走，压力传感器实时记录人体足部的地面反作用力，并将力学信号转换成数据输入计算机。同时老年人的动作完成情况由测试人员进行量表评分；实验结束之后，测试人员将老年人运动捕捉数据、老年人足底压力数据从软件中提取出来，保存到excel中；

再将数据采集模块采集的各个数据导入储存至图形化界面操作数据库模块，从而建立操作数据库，并利用pyqt工具包进行操作界面设计，动态生成sql查询语句，连接到操作数据库，显示查询结果；基于python开发pyqt的环境，采用paaeep(python+anaconda+eric4+eclipse+pydev)框架完成的模拟窗口，可进行操作数据库的操作与管理，实现对受试者基本信息的管理,还具有步态数据分布图像的生成、派生指标的可视化与跌倒风险预测结果显示这些功能；

接着通过步态数据可视化模块将操作数据库中各个数据进行分析处理，经操作界面操作，将老年人的步态数据分布以不同年龄段的老年人分布直方图、不同年龄段不同性别的老年人分布推叠图、不同年龄段的老年人体重分布箱形图和不同年龄段的老年人身高分布柱形图这四种图形化方式显示，并通过footscan的测力台获取受试者行走中的动力学参数，通过公式计算出的十项派生指标(pma1、pm1、pma2、v1、v2、v3、k4、k5、k6、k7)，完成老年人的步态指标提取；并提取受试者左右足的十项派生指标，统计四个年龄段(50-60，60-70，70-80，80以上)的基本参数(均值，方差)和变异性参数，生成各项指标在不同年龄段的折线图与步态指标取值范围，将不同年龄段的步态指标可视化；

之后经老年人跌倒风险评估模块，以各派生指标为特征，采用svm支持向量机将老年人跌倒风险分为低危、中危和高危三类(1～2分为低危、3～9分为中危、10分以上为高危，且不同年龄段的老人的分类判定标准是相同的)，从而定量、客观地反映老年人的跌倒风险程度；因而评估与老年人肌肉能力相关的运动功能时，无需做复杂的体质检查，仅录入老年人的基本数据，观察老年人行走过程，经操作界面操作，便可得到其跌倒风险分级，为康复评估和临床诊断提供依据。本发明不仅可以对老年人肌肉能力相关的运动功能进行评估，而且无需对老年人做复杂的体质检查，仅观察老年人行走过程，即可得到其跌倒风险分级。