一种基于重力线监测的人体跌倒风险评估系统和方法与流程

1.本发明涉及人体健康检测产品领域，尤其是一种基于重力线监测的人体跌倒风险评估系统和方法。


背景技术：

2.跌倒是老年人产生健康风险的主要因素，年龄超过65岁的老年人每年发生跌倒的概率高达28％～33％，此外与平衡性相关的疾病也会导致跌倒。
3.现有的人体跌倒风险评估方法是采用专业人员根据被测者生理健康情况和肢体活动能力，依据预先制定的跌倒风险评估表，进行被测者的跌倒风险的评估。缺点在于：现行的评估方法主观性强，测试者和被测试者对于评估结果的影响大，具体体现在，检测结果受到测试人和测试时间的影响，同一人在不同时间进行测量很难达到一致的检测标准；缺乏科学的量化数据支撑；而人体维持站立平衡，防止跌倒，重心轨迹需要稳定在双脚支撑面的一定范围内，现有技术中没有根据重心轨迹数据来对人体跌倒风险进行预判的先例。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种基于重力线监测的人体跌倒风险评估系统和方法，能够通过测量人体的重心位置变化范围，实现量化评估人体跌倒风险。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于重力线监测的人体跌倒风险评估系统，包括：通讯设备、足底压力测量设备和控制装置，所述通讯设备信号连接所述足底压力测量设备和所述控制装置，所述足底压力测量设备用于实时测量被测试者足底压力、获取所述被测试者足底的压力数据，并通过所述通讯设备将被测试者足底的压力数据传输至所述控制装置，所述控制装置接收所述压力数据并基于所述压力数据计算被测试者的重力线数据，所述控制装置还用于将所述被测试者重力线数据与评估标准进行比较分析，判断被测试者的跌倒风险。
6.根据本发明的一个具体实施例，所述足底压力测量设备为足底压力测量平板，包括检测装置和信号采集装置，所述检测装置设置在被测试者站立区，所述站立区内呈矩阵式分布有多个压力测试点，每个所述压力测试点设置有用于测量所述被测试者足底压力数据的压力传感器，所述信号采集装置用于实时采集所述压力传感器的压力数据并传输至所述控制装置。
7.根据本发明的一个具体实施例，所述重力线数据包括所述被测试者的矢状面重力线摆动比值，所述矢状面重力线摆动比值a的计算公式为：a＝l1/l2；
8.其中，l1为所述被测试者矢状面方向重力线摆动幅度，l2为所述被测试者前倾后倾至极限位置时重力线的摆动幅度；
9.所述重力线数据还包括所述被测试者的冠状面重力线摆动比值，所述冠状面重力线摆动比值b的计算公式为：b＝l3/l4；
10.其中，l3为所述被测试者冠状面方向重力线摆动幅度，l4为所述被测试者左倾右倾
至极限位置时重力线的摆动幅度。
11.根据本发明的一个具体实施例，所述被测试者的重力线的位置与其压力中心的法向量方向重合，所述压力中心坐标的计算公式为：
[0012][0013][0014]
其中，x，y为足底压力中心的横坐标和纵坐标；
[0015]
k
xi
表示第i个压力传感器横坐标的传感器系数；
[0016]
x
i
表示对应第i个压力传感器的x轴坐标值；
[0017]
k
yi
表示第i个压力传感器纵坐标的传感器系数；
[0018]
y
i
表示对应第i个压力传感器的y轴坐标值；
[0019]
v
i
表示该位置压力传感器测得的压力数据；
[0020]
a表示横坐标的校正系数，默认值为0；
[0021]
b表示纵坐标的校正系数，默认值为0；
[0022]
n为在x轴方向上的压力传感器的总数量；
[0023]
m为在y轴方向上的压力传感器的总数量。
[0024]
根据本发明的一个具体实施例，所述评估标准为基于健康人群测得的重力线数据标定值，或所述被测试者历史测得的重力线数据。
[0025]
根据本发明的一个具体实施例，所述通讯设备包括有线通讯设备和/或无线通讯设备。
[0026]
根据本发明的一个具体实施例，其还包括用于存储所述压力数据和所述重力线数据的存储设备，所述存储设备连接所述控制装置。
[0027]
根据本发明的一个具体实施例，其还包括显示设备，所述显示设备与所述控制装置连接，所述显示设备用于显示所述重力线数据。
[0028]
根据本发明的一个具体实施例，其还包括语音提示装置，所述语音提示装置连接所述控制装置。
[0029]
本发明还提供了一种基于重力线监测的人体跌倒风险评估方法，具体步骤为：
[0030]
获取被测试者足底压力数据；
[0031]
基于足底压力数据计算重力线数据；
[0032]
将重力线数据与评估标准比较，判断被测试者的跌倒风险。
[0033]
根据本发明的一个具体实施例，所述获取被测试者足底压力数据具体方法为：
[0034]
被测试者光脚自然站立在足底压力测量设备上进行测量，获取被测试者自然站立时的足底压力数据；
[0035]
被测试者双脚不动，在足底压力测量设备上向左、右、前、后四个方向倾斜，获取被测试者向左、右、前、后四个方向倾斜至极限位置站立时的足底压力数据；
[0036]
被测试者闭眼自然站立在足底压力测量设备上，获取并统计被测试者在预定时间
长度内的足底压力数据。
[0037]
根据本发明的一个具体实施例，所述基于足底压力数据计算被测试者重力线数据具体为：
[0038]
根据被测试者自然站立时的足底压力数据，计算被测试者的压力中心位置，被测试者的压力中心的法向量方向与其重力线重合；
[0039]
根据被测试者向左、右、前、后四个方向倾斜至极限位置站立时的足底压力数据，计算被测试者重力线极限摆动范围；
[0040]
根据被测试者在预定时间长度内的足底压力数据，计算被测试者重力线自然摆动范围；
[0041]
根据重力线极限摆动范围和重力线自然摆动范围来计算被测试者矢状面重力线摆动比值和冠状面重力线摆动比值。
[0042]
根据本发明的一个具体实施例，所述评估标准为基于健康人群测得的重力线数据标定值，或被测试者历史测得的重力线数据。
[0043]
本发明的技术效果在于：本发明的一种基于重力线监测的人体跌倒风险评估系统和方法，通过对人体重心变化做连续监测，测量重力线的摆动情况，记录重力线在一定时间内的摆动情况，并对摆动模式进行分析，可以得到被测试者的平衡系统数据，进一步可以与评估标准进行对比，根据该信息实现量化评估人体跌倒风险；本发明应用于医疗和健康检测时，可以了解患者平衡系统受损的严重程度，还可以通过摆动模式大致确定测试者平衡障碍的风险程度，这对于由于各种原因造成的平衡功能障碍病人评估与诊断具有非常大的指导意义，适用于外科术后病人护理评估以及老年人跌倒风险的评估；分析患者在站立状态下重力线运动范围，更加贴近人体日常生活状态，对患者的实际状况有更准确的反映，评估结果客观且科学可靠，为临床研究、决策及预后评估提供新的参考指标。
附图说明
[0044]
图1是本发明的一个实施例提供的人体跌倒风险评估系统的组成结构示意图；
[0045]
图2是本发明的一个实施例提供的人体跌倒风险评估方法的基本步骤流程图；
[0046]
图3是本发明的一个实施例提供的人体跌倒风险评估系统的组成结构示意图；
[0047]
图4是本发明的一个实施例提供的人体跌倒风险评估系统的测试过程示意图；
[0048]
图5是本发明的一个具体实施例中被测试者正常情况下重力线摆动变化范围图。
具体实施方式
[0049]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0050]
如图1所示，为本发明的一种基于重力线监测的人体跌倒风险评估系统的组成结构示意图，包括：通讯设备、足底压力测量设备和控制装置，通讯设备信号连接足底压力测量设备和控制装置，足底压力测量设备用于实时测量被测试者的足底压力，获取被测试者足底的压力数据，并通过通讯设备将被测试者足底的压力数据传输至控制装置，控制装置接收压力数据并基于压力数据计算被测试者的重力线数据，控制装置还用于将被测试者重力线数据与评估标准进行比较分析，判断被测试者的跌倒风险。
[0051]
足底压力测量设备为足底压力测量平板，包括检测装置和信号采集装置，检测装置设置在被测试者站立区，站立区内呈矩阵式分布有多个压力测试点，每个压力测试点设置有用于测量被测试者足底压力数据的压力传感器，信号采集装置用于实时采集压力传感器的压力数据并传输至控制装置。
[0052]
重力线数据包括被测试者的矢状面重力线摆动比值和冠状面重力线摆动比值；
[0053]
矢状面重力线摆动比值a的计算公式为：a＝l1/l2，l1为被测试者矢状面方向重力线摆动幅度，l2为被测试者前倾后倾至极限位置时重力线的摆动幅度；
[0054]
冠状面重力线摆动比值b的计算公式为：b＝l3/l4，l3为被测试者冠状面方向重力线摆动幅度，l4为被测试者左倾右倾至极限位置时重力线的摆动幅度。
[0055]
被测试者的重力线的位置与其压力中心的法向量方向重合，故而本发明中通过计算压力中心来确定被测试者的重力线位置，压力中心坐标的计算公式为：
[0056][0057][0058]
其中，x，y为足底压力中心的横坐标和纵坐标；
[0059]
k
xi
表示第i个压力传感器横坐标的传感器系数；
[0060]
x
i
表示对应第i个压力传感器的x轴坐标值；
[0061]
k
yi
表示第i个压力传感器纵坐标的传感器系数；
[0062]
y
i
表示对应第i个压力传感器的y轴坐标值；
[0063]
v
i
表示该位置压力传感器测得的压力数据；
[0064]
a表示横坐标的校正系数，默认值为0；
[0065]
b表示纵坐标的校正系数，默认值为0；
[0066]
n为在x轴方向上的压力传感器的总数量；
[0067]
m为在y轴方向上的压力传感器的总数量。
[0068]
具体地，评估标准可以是为基于健康人群测得的重力线数据标定值，或被测试者历史测得的重力线数据。
[0069]
通讯设备包括有线通讯设备和/或无线通讯设备，通信协议包括usb、type
‑
c、蓝牙、wifi、5g在内的至少一种，根据本发明的一个具体实施例，通讯设备同时支持有线和无线模式。
[0070]
如图3所示，根据本发明的一个具体实施例，人体跌倒风险评估系统还包括用于存储压力数据和重力线数据的存储设备，存储设备连接控制装置；进一步地，存储设备还可以用于存储测试人员输入的被测试者信息和评估标准。
[0071]
如图3所示，根据本发明的一个具体实施例，人体跌倒风险评估系统还包括显示设备，显示设备与控制装置连接，显示设备用于显示重力线数据。
[0072]
如图3所示，根据本发明的一个具体实施例，人体跌倒风险评估系统还包括语音提
示装置，用于语音引导被测试者按照测试的流程进行完整的风险评估测试，具体地，语音提示装置包括检测单元、判断单元、控制单元和语音播放器，检测单元检测被测试者的测试状态；
[0073]
判断单元用于判断被测试者的测试状态是否满足预设语音提示条件，如果判断出被测试者当前测试状态满足预设提示条件，则获取目标语音文件，目标语音文件为预设提示条件所对应的语音文件且为通过自然语言播放的文件，进一步由控制单元控制语音播放器播放该目标语音文件来进行提示；
[0074]
其中判断被测试者的测试状态是否满足预设语音提示条件包括：判断当前测试项目是否完成，获取的目标文件包括：如果判断出当前测试项目完成；查找下一个测试项目对应的语音提示文件。
[0075]
具体地，根据本发明的一个具体实施例，如图4所示，控制装置为上位机软件，被测试者站立在足底压力测量平板的站立区，站立区设置有矩阵式传感器，上位机软件的显示界面实时显示测得的被测试者的足底压力数据，包括足底压力图和具体数值。
[0076]
本发明还提供一种基于重力线监测的人体跌倒风险评估方法，步骤包括：
[0077]
获取被测试者足底压力数据；
[0078]
基于足底压力数据计算重力线数据；
[0079]
将重力线数据与评估标准比较，判断被测试者的跌倒风险。
[0080]
如图2所示，根据本发明的方法的一个具体实施方式，具体评估步骤包括：步骤1：获取被测试者足底压力数据；
[0081]
具体包括以下分步骤：101、登记被测试者信息：信息包括被测试者的姓名、性别、年龄、身高和体重等数据；102、获取压力数据计算压力中心坐标：被测试者光脚自然站立在前述的足底压力测量平板上，保持平衡，进行测量；控制装置接收足底测量平板测得的压力数据并保存，计算出被测试者自然站立状态下的压力中心坐标，确定被测试者的重力线位置；
[0082]
被测试者的重力线的位置与其压力中心的法向量方向重合，故而本发明中通过计算压力中心来确定被测试者的重力线位置，压力中心坐标的计算公式为：
[0083][0084][0085]
其中，x，y为足底压力中心的横坐标和纵坐标；
[0086]
k
xi
表示第i个压力传感器横坐标的传感器系数；
[0087]
x
i
表示对应第i个压力传感器的x轴坐标值；
[0088]
k
yi
表示第i个压力传感器纵坐标的传感器系数；
[0089]
y
i
表示对应第i个压力传感器的y轴坐标值；
[0090]
v
i
表示该位置压力传感器测得的压力数据；
[0091]
a表示横坐标的校正系数，默认值为0；
[0092]
b表示纵坐标的校正系数，默认值为0；
[0093]
n为在x轴方向上的压力传感器的总数量；
[0094]
m为在y轴方向上的压力传感器的总数量；压力中心的法向量与被测试者身体重力线的矢量方向重合。
[0095]
103、获取被测试者重力线摆动极限位置：被测试者光脚自然站立在足底压力测试平板上，分别测量被测试者左倾、右倾、前倾和后倾到极限位置时的压力数据，控制装置根据所测得的压力数据，分别计算出被测试者压力中心左侧极限位置(m1,n1)、右侧极限位置(m2,n2)、前侧极限位置(m3,n3)和后侧极限位置(m4,n4)。
[0096]
104、获取被测试者正常情况下重力线摆动变化范围：被测试者保持双臂向前伸展的状态，获取并统计被测试者在30秒内、闭眼自然站立在足底压力测量平板上测得的足底压力数据，通过计算被测试者闭眼状态下重力线移动范围的方法来检测人体正常情况下重力线变化轨迹；
[0097]
应当理解的是，30秒仅为本发明一个较佳实施例的测量时长，具体应用中可以根据情况实际选择其他时长进行数据测量；例如，预定时间长度可以选择30s、45s或60s，统计并计算在这段时间内，被测试者闭眼站立时的重力线摆动范围；
[0098]
重力线摆动范围是通过将实时获取的压力数据传输至控制装置进行实时处理；控制装置保存接收到的压力数据，计算出实时的压力中心位置并进行动态更新显示，记录下被测试者在连续30秒内的压力中心位置变化，绘制成压力中心位置变化曲线，为连续的漂移变化曲线，如图5中所示；根据该曲线获得被测试者在闭眼时自然站立状态下沿左、右、前、后这四个方向上的压力中心摆动外轮廓边界，分别为左侧外轮廓边界(c1,d1)、右侧外轮廓边界(c2,d2)、前侧外轮廓边界(c3,d3)、后侧外轮廓边界(c4,d4)。
[0099]
步骤2、基于足底压力数据计算重力线数据；
[0100]
重力线数据包括被测试者矢状面重力线摆动比值和冠状面重力线摆动比值；
[0101]
矢状面重力线摆动比值a的计算公式为：a＝l1/l2；
[0102]
其中：
[0103]
l1为被测试者矢状面(人体前后)方向重力线摆动幅度，l2为被测试者前倾后倾至极限位置时重力线的摆动幅度，计算公式为：
[0104][0105]
冠状面重力线摆动比值b的计算公式为：b＝l3/l4；
[0106]
其中：
[0107]
l3为被测试者冠状面(人体左右)方向重力线摆动幅度，l4为被测试者左倾右倾至极限位置时重力线的摆动幅度，计算公式为：
[0108][0109]
步骤3、将重力线数据与评估标准比较，判断被测试者的跌倒风险；
[0110]
首先确定评估标准；然后将被测试者的测试得到的矢状面重力线摆动比值a和冠状面重力线摆动比值b与评估标准所对应的的矢状面重力线摆动比值和冠状面重力线摆动比值进行比较分析，并根据比较分析的结果评估被测试者的跌倒风险。
[0111]
应当理解的是，在所有测试过程中，被测试者需要双脚站立在平板上保持不动；每次站立时相对位置可以略微调整，双脚在足底压力测量平板的站立区绕中心位置站立即可，即每个被测试者在测试过程中保持一定的方式站立，这样测得的精度更高。
[0112]
本发明的一个实施例中，评估标准为健康人群，预先针对不同性别、年龄、身高和体重的健康人群，该健康人群是指身体平衡系统健康的人群，建立矢状面重力线摆动比值标称参考值数据库a
n
和冠状面重力线摆动比值标称参考值数据库b
n
；在对被测试者进行跌倒风险评估时，根据被测试者的性别、年龄、身高和体重，调取对应的标称参考值a
n
、b
n
，比较被测试者重力线摆动比值a，b与a
n
，b
n
的大小，若a
n
>a且b
n
>b，则表明被测试者跌倒风险等级较低，相反若a
n
＜a且b
n
＜b，则表明被测试者平衡系统异常。
[0113]
本发明的另一个实施例中，评估标准为被测试者进行疾病治疗前的状态；例如，在被测试者手术前和手术后分别进行测量，被测试者进行手术前测得矢状面重力线摆动比值a1和冠状面重力线摆动比值b1并存储，在被测试者进行手术治疗之后，对其进行测试得到治疗后的矢状面重力线摆动比值a2和冠状面重力线摆动比值b2，若a2<a1且b2<b1则说明被测试者跌倒风险较之前有降低，反之风险提升；相应地，也可以在疾病治疗恢复期的不同时间段内分别进行测量和对比分析，确定被测试者的治疗恢复情况。
[0114]
本发明的评估方法可广泛应用于外科术后病人护理评估，也可用于住院病人跌倒风险的评估，为临床研究、决策及预后评估提供新的参考指标。
[0115]
本发明的一个实施例通过对重力线位置坐标的连续监测，上位机软件可实时显示当前时刻患者重力线变化情况，生成相应的图像，曲线，所得数据便于辅助医生临床研究，远程跌倒风险评估会诊。
[0116]
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。