一种获取上交叉体态检测数据的系统、设备和方法

本发明涉及人体体态检测，具体而言，涉及一种获取上交叉体态检测数据的系统、设备和方法。

背景技术：

1、上交叉体态异常是因为过度锻炼胸部肌肉或长时间低头伏案或造成的相应部位肌肉不平衡所导致，表现为位于背侧紧张的上斜方肌和肩胛提肌与位于腹侧紧张的胸大肌和胸小肌前后交叉，以及薄弱的颈部前侧深层屈肌与薄弱的中下斜方肌前后交叉。另外，随着上交叉体态异常人群逐渐趋于年轻化，对上交叉体态异常的检测及矫正方法的研究也越来越受到重视。

2、目前，上交叉体态异常检测方法主要包括以下两种：一种是通过对相关肌群进行生物力学检测，对肌肉的生物力学参数进行分析，从而判断测试者是否出现了上交叉体态异常，例如菲尔·佩治在肌肉评估与治疗中提出上交叉体态异常中的“交叉”即为背侧的上斜方肌和肩胛提肌与腹侧的胸大肌和胸小肌构成的，共同紧张形成前下至后上的斜线，颈部前侧深层屈肌与中下斜方肌共同构成前上至后下的斜线，这两条斜线相互交叉于躯干，形成交叉。另一种是通对标记人体关键点，从不同方位获取测试者的图像，采用图像分析、人体结构分析的方法判断测试者是否表现为上交叉体态异常，例如由苹果公司研发的体位评估软件posture screen mobile，分别采集在测试者自然状态下正面观、侧面观和背面观各l张图片，依次定好事先在测试者身上标记出来的瞳孔、人中、肩胛骨肩峰、胸骨柄上端、第六胸骨最外侧端、髂前下棘、踝关节、耳垂、肩峰、股骨大转子以及踝关节侧面中线等人体骨性标记以及体表标记后，由系统自动进行分析，由此得出上交叉体态异常的体位评估指标。上述两种针对上交叉体态异常的检测方法都依赖于大量的生物力学数据，对数据精度要求高，数据分析难度大，导致上交叉体态异常的判断难度大且判断结果不准确。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：目前用于检测上交叉体态的数据通过采集大量的生物力学参数获得，对数据精度要求高，且数据分析难度大。目的在于提供一种获取上交叉体态检测数据的系统、设备和方法，结合上交叉体态异常人群表现出的多个典型体态特征，分阶段地对测试者的足底各骨骼关键点所承受的压力进行检测，通过数据对比的方式将检测结果与上交叉体态异常对应的多个典型体态特征进行逐一匹配并输出匹配结果；最终输出综合检测数据作为判断上交叉体态的参考数据，从而降低检测数据精度的要求和数据分析的难度。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一方面，本发明提供一种获取上交叉体态检测数据的系统，包括标准样本生成模块，用于生成测试者在标准姿势下静止站立t1秒时间内的足底重心波动频率f0、第一跖骨压力均值跟骨内侧压力均值和第一趾骨压力峰值生成测试者在所述标准检测姿势下自然摆臂行走t2秒时间内的第五跖骨压力均值测试样本生成模块，用于生成测试者在第一检测姿势下静止站立t1秒时间内的足底重心波动频率f1，生成测试者在第二检测姿势下静止站立t1秒时间内的第一跖骨压力均值和跟骨内侧压力均值生成测试者在第三检测姿势下静止站立t1秒时间内的第一趾骨压力峰值生成测试者在所述第三检测姿势下自然摆臂行走t2秒时间内的第五跖骨压力均值逻辑分析与控制模块，用于比较f0与f1的大小，若f1＞f0，则输出检测数据a1，继续比较与的大小以及与的大小；若且则输出数据a2，继续比较与的大小；若则输出检测数据a3，继续比较与的大小；若则输出检测数据4，根据检测数据a1、a2、a3和a4，输出上交叉体态检测数据a。

4、另一方面，本发明提供一种获取上交叉体态检测数据的设备，包括跑步机、测力装置、限位装置和上述系统；所述测力装置设置在所述跑步机的跑带与跑台之间，所述测力装置与所述系统通信连接；所述限位装置设置在所述跑步机的机架上；所述测力装置包括多个测力单元；多个所述测力单元位于同一水平面上且左右对称排成两列，位于同一列的多个所述测力单元沿长边紧密排列；所述测力单元包括矩形测力板，所述矩形测力板底部的每个顶角处设置有测力组件；所述跑带包括沿长度方向划分的左检测区和右检测区，所述左检测区和所述右检测区分别对应一列的多个测力单元；所述限位装置用于将测试者的体位限制为标准姿势、第一检测姿势、第二检测姿势和第三检测姿势中的一种；所述限位装置包括左肩限位机构、右肩限位机构、前额限位机构和后背限位机构。

5、进一步的，足底宽度＜测力单元的长度＜2×足底宽度，每一个限位机构的纵向伸缩高度和水平伸缩长度均可调。

6、进一步的，本设备的系统还包括坐标系生成模块，用于生成所述测力装置对应的直角坐标系；两列测力单元对称分布在所述直角坐标系的第一象限和第二象限；测力单元标记模块，用于对第一象限的多个测力单元沿y轴延伸方向顺序标记为mi+，对第二象限的多个测力单元沿y轴延伸方向顺序标记为mi—，i＝1，2，......，n，n表示测力单元的数量；测力组件标记模块，用于对测力单元的每个测力组件进行标记，将靠近y轴且靠近x轴的测力组件标记为n1，将靠近y轴且远离x轴的测力组件标记为n2，远离y轴且靠近x轴的测力组件标记为n3，远离y轴且远离x轴的测力组件标记为n4；压力值筛选模块，用于从测力单元按照预设采样频率采集到的4个压力值中筛选出最大值作为目标压力值；坐标赋值模块，用于对采集到的每一个目标压力值按照x(mi+，nj)或x(mi—，nj)的格式赋值，j＝1，2，3，4；关系映射映射模块，用于根据所述坐标赋值模块的赋值结果将每一个目标压力值映射到对应的骨骼骨骼关键点，所述关系映射映射模块与数据采集模块连接。

7、进一步的，所述横向测力脚包括一体成形的第一支撑柱、第一横梁和第一受力柱；所述第一支撑柱的底部固定在所述跑台上，所述第一支撑柱的顶部与所述第一横梁的一端连接，所述第一横梁的另一端与所述第一受力柱的底部连接，所述第一受力柱的顶部与所述矩形测力板的底部固定连接，所述第一横梁平行于所述矩形测力板的长边；多个所述应变片设置在所述第一横梁的两端。所述纵向测力脚包括一体成型的第二支撑柱、第二横梁和第二受力柱；所述第二支撑柱的底部固定在所述跑台上，所述第二支撑柱的顶部与所述第二横梁的一端连接，所述第二横梁的另一端与所述第二受力柱的底部连接，所述第二受力柱的顶部与所述矩形测力板的底部固定连接，所述第二横梁平行于所述矩形测力板的短边；多个所述应变片设置在所述第二横梁的两端。所述第一横梁与所述第二横梁上下分布，所述第一横梁与所述第二横梁不接触。所述第一横梁包括一体成形且相互平行的上梁和下梁；所述上梁包括第一凹槽和第二凹槽，以及连接所述第一凹槽和所述第二凹槽的条形凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽分别位于所述上梁的两端；多个所述应变片设置在所述第一凹槽和所述第二凹槽的内壁上；所述下梁的结构与所述上梁的结构相同且成中心对称；所述第二横梁的结构与所述第一横梁的结构相同。

8、再一方面，本发明提供一种获取上交叉体态检测数据的方法，该方法基于上述设备，包括以下步骤：s1：引导测试者站在跑步机的跑带上，双足分别踏在左检测区和右检测区；利用限位装置将测试者的体位限制为标准姿势；s2：让测试者在标准姿势下静止站立t1秒，通过测力装置获取测试者在t1秒时间内的多个第一跖骨压力值、多个跟骨内侧压力值和多个第一趾骨压力值；让测试者在标准姿势下自然摆臂地原地行走t2秒，通过测力装置获取测试者在t2秒时间内的多个第五跖骨压力值；将获取的数据传递给系统；s3：收回前额限位机构，让测试者在第一检测姿势下静止站立t1秒，通过测力装置获取测试者在t1秒时间内的多个第一跖骨压力值；将获取的数据传递给系统；s4：收回后背限位机构，让测试者在所述第二检测姿势下静止站立t1秒，通过测力装置获取测试者在t1秒时间内的多个跟骨内侧压力值；将获取的数据传递给系统；s5：收回左肩限位机构和右肩限位机构，让测试者在第三检测姿势下静止站立t1秒，通过测力装置获取测试者在t1秒时间内的多个第一趾骨压力值；将获取的数据传递给所述系统；s6：让测试者在第三检测姿势下自然摆臂地原地行走t2秒，通过测力装置获取测试者在t2秒时间内的多个第五跖骨压力值；将获取的数据传递给系统；s7：利用系统对接收到的数据进行分析，输出上交叉体态检测数据a。

9、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

10、1、本发明提供的一种获取上交叉体态检测数据的系统，以上交叉体态异常人群的体态变化，进而导致人的步态变化为依据，建立了上交叉体态异常人群的四个典型体态特征(头部前引、胸椎屈曲、肩胛前引和肱骨内旋)与其足底各骨骼关键点(第一跖骨、跟骨内侧、第一趾骨和第五跖骨)之间的映射关系，保证了检测方式的可行性以及检测结果的客观性和可靠性；通过获取测试者在标准姿势下(健康体态下)的足底各骨骼关键点的不同生物力学参数，建立了标准样本，并对上交叉体态异常的上述四个体态特征进行逐级分解和特征叠加，逐一获取在每个体态特征下的足底各骨骼关键点的生物力学参数，建立了测试样本，再将标准样本与测试样本中对应的生物力学参数进行了比对，分析出了不同体态特征下足底各骨骼关键点的生物力学参数的变化，通过数据对比的方式将检测结果与上交叉体态对应的多个典型体态特征进行逐一匹配并输出匹配结果；最终输出综合检测数据作为判断上交叉体态异常的参考数据，从而降低检测数据精度的要求和数据分析的难度。

11、2、本发明提供的一种获取上交叉体态检测数据的设备，包含了上述获取上交叉体态检测数据的系统，并在上述系统的基础上增加了前端用于采集足底各骨骼关键点的生物力学参数的测力装置和用于将测试者的体态调整为标准姿势和各检测姿势的限位装置；其中，测力装置采用了将多个测力单元进行阵列式排布的结构，可克服传统测力台只能测力一个脚的压力中心的缺陷；另外对测力单元的测力脚进行了改进，一方面采用了在测力板底部的四个顶角上分别设置测力组件，且每个测力组件包含相互正交且互不接触的一组测力脚，可采集到来自不同方向的正向压力，弥补了传统测力台只能测力前后的力，不能测力足底左右力分布的缺陷，另一方面，对测力脚的结构做了进一步改进，采用了平行梁的结构，相较于单梁结构而言既保证了测力脚的刚度，也可提高测力精度。

12、3、本发明提供的一种获取上交叉体态检测数据的方法，基于上述获取上交叉体态检测数据的设备，同时根据上述系统的检测原理，通过调节设备的限位装置和控制检测的时间、方式和流程，实现快速地获取上交叉体态检测数据。