一种人体姿势控制评估系统及方法

1.本发明属于姿势评估技术领域，尤其涉及一种人体运动姿势控制评估系统及方法。


背景技术：

2.跌倒是老年人和脑卒中、帕金森、认知障碍以及骨关节退行性改变等等疾病最常见的不良事件。跌倒后给患者造成的影响是很严重的。它会增加对跌倒的恐惧，限制活动，增加跌倒后的依赖性。跌倒的严重后果可能会导致严重的社会剥夺感，产生抑郁，并可能对康复过程产生负面影响。姿势控制能力下降是导致跌倒的最直接的因素。姿势控制指控制身体在空间的位置以达到稳定性和方向性，从生物力学的角度指个体在基准平面上的重心移动最小化的能力。姿势控制由维持稳定性、姿势定向及空间中的位置调整三要素构成。目前针对姿势控制评估的客观指标主要是以维持稳定功能的评估为主。但是缺乏一定方向性的稳定能力以及姿势转换下的稳定能力的客观指标。研究显示，大多患者及老年人多数是在回归家庭以后在相对复杂环境下姿势转换时发生的跌倒，针对这些人群现有的评估手段无法达到精准的判断。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
4.(1)弥补现有评估手段无法实现精准的不同运动状态(直线行走/上下台阶/跨越障碍/绕过障碍物/行走时执行其它任务等)和不同运动模式转换下的姿势控制功能的精准评估的缺陷，该创新更加符合患者的真实活动场景。
5.(2)实现不同任务下姿势控制的功能的精准评估，降低跌倒风险，提高康复疗效。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种人体姿势控制评估系统及方法。
7.本发明是这样实现的，一种人体姿势控制评估系统包括：
8.关节活动度测量模块，用于对人体关节的活动度进行测量检测；
9.重心检测模块，用于对人体移动过程中的重心转移进行检测；
10.压力检测模块，用于足底动态压力曲线，足底压力分布以及左右对称的检测；
11.人机交互模块，用于利用人机交互界面进行任务选择；
12.语音播报模块，用于利用语音播放器进行语音播放；
13.中央处理和控制模块，用于利用计算机对检测数据进行处理，并对整体系统的运行进行协调控制。
14.进一步，还包括有场景模拟模块，所述场景模拟模块包括多种不同的实物模型，用于被检测人员进行运动模拟。
15.进一步，所述实物模型包括路障模型、台阶模型、坡道模型和障碍物模型。
16.进一步，所述关节活动度测量模块包括：
17.动作检测单元，用于利用多个传感器对人体的双上肢、双下肢的关节动作进行检
测；
18.足底压力检测单元，用于利用压力鞋垫检测足底压力变化。
19.本发明的另一目的在于提供一种人体姿势控制评估方法，所述人体姿势控制评估方法包括：
20.步骤一，被检测人员利用场景模拟模块的多种不同的实物模型进行运动模拟；
21.步骤二，利用关节活动度测量模块、重心检测模块和压力检测模块分别对被检测人员活动过程中的双下肢运动模式和重心转移以及压力分布进行检测；
22.步骤三，利用人机交互模块进行任务选择，利用语音播报模块进行语音播放。
23.结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
24.第一、本发明通过设置有关节活动度测量模块、重心检测模块和压力检测模块，在不同运动模式以及姿势转换下，对人体关节的活动度和人体移动过程中的重心转移进行检测，通过计算机对检测数据进行处理，实现对病人的姿势控制能力评估降低跌倒风险，提高康复疗效。
25.第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
26.1)全方位评估人体姿势：该系统通过关节活动度测量、重心检测、压力检测等模块的组合设计，能够全方位评估人体姿势，包括关节活动度、平衡能力、足部健康状态等多个方面，能够为用户提供更全面、更准确的姿势评估结果。
27.2)非侵入性测试：该系统采用传感器对人体进行测量，不需要穿戴任何特殊的设备或传感器，测试过程非常便捷，不影响用户的正常活动和行为。
28.3)实时反馈和语音提示：该系统能够实时反馈测试结果，并通过语音提示的方式将测试结果和操作指导等信息告知用户，方便用户了解测试结果和操作指导，提高了测试的效率和准确度，同时也提高了用户的测试体验。
29.4)提供个性化评估：该系统可以根据用户的个性化需求和测试结果，为用户提供个性化的姿势评估服务，例如针对运动员、老年人、残疾人等不同人群提供不同的测试和评估方案。
30.5)可远程监测：该系统可以通过互联网等方式实现远程监测和数据共享，方便医生、康复师等专业人士对用户的姿势进行监测和评估，提高了医疗和康复服务的效率和质量。
31.综上所述，人体姿势控制评估系统具有全方位评估、非侵入性测试、实时反馈和语音提示、提供个性化评估以及可远程监测等优点和积极效果，是一种具有广泛应用前景和市场潜力的技术方案。
附图说明
32.图1是本发明实施例提供的人体姿势控制评估系统的结构原理图。
具体实施方式
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明
进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.如图1所示，本发明实施例提供的人体姿势控制评估系统包括：
35.关节活动度测量模块1，用于对人体关节的活动度进行测量检测；
36.重心检测模块2，用于对人体移动过程中的重心转移进行检测；
37.人机交互模块3，用于利用人机交互界面进行任务选择；
38.语音播报模块4，用于利用语音播放器进行语音播放；
39.中央处理和控制模块5，用于利用计算机对检测数据进行处理，并对整体系统的运行进行协调控制；
40.场景模拟模块6，包括多种不同的实物模型，用于被检测人员进行运动模拟；
41.压力检测模块7，用于足底动态压力曲线，足底压力分布以及左右对称的检测。
42.本发明实施例中的实物模型包括路障模型、台阶模型、坡道模型和障碍物模型。
43.本发明实施例中的关节活动度测量模块包括：
44.动作检测单元，用于利用多个传感器对人体的双上肢、双下肢的关节动作进行检测；
45.足底压力检测单元，用于利用压力鞋垫检测足底压力变化。
46.本发明实施例中的人体姿势控制评估系统的工作原理包括：
47.步骤一，被检测人员利用场景模拟模块的多种不同的实物模型进行运动模拟；
48.运动模拟的步骤依次包括站起、跨越路障、上下台阶、上下坡道、直线行走、绕障碍物、直线行走、返回，返回后通过人机交互模块显示的内容，完成显示器的任务：口算、阅读。
49.步骤二，利用关节活动度测量模块、重心检测模块和压力检测模块分别对被检测人员活动过程中的双下肢运动模式和重心转移以及压力分布进行检测；
50.步骤三，利用人机交互模块进行任务选择，利用语音播报模块进行语音播放。
51.本发明实施例提供的人体姿势控制评估系统的测信号和数据处理过程如下：
52.1)关节活动度测量模块：该模块通过传感器对人体关节的活动度进行测量检测，获取关节角度等数据信号，并将信号传输至中央处理和控制模块。
53.2)重心检测模块：该模块通过传感器对人体移动过程中的重心转移进行检测，获取重心位置、重心偏移等数据信号，并将信号传输至中央处理和控制模块。
54.3)压力检测模块：该模块通过足底压力传感器对足底动态压力曲线、足底压力分布以及左右对称进行检测，获取足底压力分布、足弓高度、步态周期等数据信号，并将信号传输至中央处理和控制模块。
55.4)人机交互模块：该模块利用人机交互界面进行任务选择，用户可以根据需要选择不同的测试项目和操作模式，例如选择关节活动度测量、重心检测或压力检测等测试项目。
56.5)语音播报模块：该模块利用语音播放器进行语音播放，将测试结果和操作提示等信息以语音的形式播报出来，方便用户了解测试结果和操作指导。
57.6)中央处理和控制模块：该模块利用计算机对检测数据进行处理，并对整体系统的运行进行协调控制。该模块接收关节活动度、重心位置、足底压力分布等数据信号，对数据进行处理和分析，根据预设的算法和模型，对人体姿势进行评估和分析，并将结果以图
表、数据等形式展示给用户。同时，该模块还负责控制整个系统的运行，包括控制传感器的采集和数据传输、控制人机交互界面的显示和操作、控制语音播放器的播放等功能。
58.综上所述，人体姿势控制评估系统通过关节活动度测量、重心检测、压力检测等模块的组合设计，对人体姿势进行全方位的检测和评估，并通过人机交互、语音播报等模块，实现了用户友好的操作和测试结果展示，具有广泛的应用前景和市场潜力。
59.应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
60.本发明实施例提供的人体姿势控制评估系统的工作原理如下：
61.1)关节活动度测量模块：该模块通过传感器对人体关节的活动度进行测量检测，获取关节角度等数据信号。传感器可以是惯性传感器、电容传感器、光电传感器等类型，安装在人体关节部位，例如手臂、腿部等，通过测量关节的运动范围和运动轨迹，获取关节角度的变化情况。
62.2)重心检测模块：该模块通过重心传感器对人体移动过程中的重心转移进行检测，获取重心位置、重心偏移等数据信号。重心传感器可以是压力传感器、惯性传感器、光电传感器等类型，安装在人体的腰部或脚部等位置，通过测量人体的重心位置和重心偏移，反映人体的平衡状态和姿势稳定性。
63.3)压力检测模块：该模块通过足底压力传感器对足底动态压力曲线、足底压力分布以及左右对称进行检测，获取足底压力分布、足弓高度、步态周期等数据信号。足底压力传感器可以是压力传感器、压力敏感电阻、电容传感器等类型，安装在鞋垫或鞋底等位置，通过测量足底压力分布和变化，反映人体的步态稳定性和足部健康状态。
64.4)人机交互模块：该模块利用人机交互界面进行任务选择，用户可以根据需要选择不同的测试项目和操作模式，例如选择关节活动度测量、重心检测或压力检测等测试项目。用户可以通过触摸屏、按钮、语音等方式与系统进行交互。
65.5)语音播报模块：该模块利用语音播放器进行语音播放，将测试结果和操作提示等信息以语音的形式播报出来，方便用户了解测试结果和操作指导。语音播放器可以是扬声器、耳机等设备，通过语音提示，提高了系统的人机交互性和用户体验。
66.6)中央处理和控制模块：该模块利用计算机对检测数据进行处理，并对整体系统的运行进行协调控制。该模块接收关节活动度、重心位置、足底压力分布等数据信号，对数据进行处理和分析，根据预设的算法和模型，对人体姿势进行评估和分析，并将结果以图表、数据等形式展示给用户。同时，该模块还负责控制整个系统的运行，包括控制传感器的采集和数据传输、控制人机交互界面的显示和操作、控制语音播放器的播放等功能。
67.综上所述，人体姿势控制评估系统通过关节活动度测量、重心检测、压力检测等模
块的组合设计，对人体姿势控制进行全方位的检测和评估，并通过人机交互、语音播报等模块，实现了用户友好的操作和测试结果展示，具有广泛的应用前景和市场潜力。
68.本发明实施例的一个应用案例为用于运动训练和康复领域中的下蹲姿势评估。
69.运动员或康复者进入评估区域，穿戴传感器以及配备深度摄像机。进行下蹲动作，并且系统同时记录和分析他们的关节活动度、重心转移和足底压力分布等数据。通过人体运动感应模块，系统能够实时捕捉和跟踪运动员的身体姿势，利用深度摄像机获取准确的关节角度和身体运动轨迹数据。
70.数据被传输到中央处理和控制模块，该模块中的机器学习模块对大量的姿势数据进行学习和分析，自动识别并提出对下蹲姿势的改进方案。通过与自适应人机交互模块结合，系统可以根据每个运动员或康复者的特点和需求，提供个性化的下蹲姿势评估和修正建议。
71.系统还配备了智能语音播报模块，可以通过语音播放器向运动员或康复者提供实时的语音指导和反馈。通过语音合成技术，系统能够根据识别到的姿势数据，向运动员提供针对性的调整建议，例如"保持膝盖与脚尖对齐"或"加强核心肌群的稳定性"。运动员或康复者根据系统的指导和反馈，进行姿势修正和训练，同时系统实时记录和分析他们的姿势改进过程。
72.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种人体姿势控制评估系统，其特征在于，所述人体姿势控制评估系统包括：关节活动度测量模块，用于对人体关节的活动度进行测量检测；重心检测模块，用于对人体移动过程中的重心转移进行检测；压力检测模块，用于足底动态压力曲线，足底压力分布以及左右对称的检测；人机交互模块，用于利用人机交互界面进行任务选择；语音播报模块，用于利用语音播放器进行语音播放；中央处理和控制模块，用于利用计算机对检测数据进行处理，并对整体系统的运行进行协调控制。2.如权利要求1所述的人体姿势控制评估系统，其特征在于，还包括有场景模拟模块，所述场景模拟模块包括多种不同的实物模型，用于被检测人员进行运动模拟。3.如权利要求2所述的人体姿势控制评估系统，其特征在于，所述实物模型包括路障模型、台阶模型、坡道模型和障碍物模型。4.如权利要求1所述的人体姿势控制评估系统，其特征在于，所述关节活动度测量模块包括：动作检测单元，用于利用多个传感器对人体的双上肢、双下肢的关节动作进行检测；足底压力检测单元，用于利用压力鞋垫检测足底压力变化。5.一种人体状态检测系统，其特征在于，所述人体状态检测系统安装有权利要求1～4任意一项所述的人体姿势控制评估系统。6.一种人体肢体康复检测系统，其特征在于，所述人体肢体康复检测系统安装有权利要求1～4任意一项所述的人体姿势控制评估系统。7.一种用于实施权利要求1～4任意一项所述的人体姿势控制评估系统的人体姿势控制评估方法，其特征在于，所述人体姿势控制评估方法包括：步骤一，被检测人员利用场景模拟模块的多种不同的实物模型进行运动模拟；步骤二，利用关节活动度测量模块、重心检测模块和压力检测模块分别对被检测人员活动过程中的双下肢运动模式和重心转移以及压力分布进行检测；步骤三，利用人机交互模块进行任务选择，利用语音播报模块进行语音播放。8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求7所述的人体姿势控制评估方法的步骤。9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求7所述的人体姿势控制评估方法的步骤。10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求7所述的人体姿势控制评估方法的步骤。

技术总结
本发明属于姿势控制评估技术领域，公开了一种人体姿势控制评估系统及方法，关节活动度测量模块用于对人体关节的活动度进行测量检测；重心检测模块用于对人体移动过程中的重心转移进行检测；人机交互模块用于利用人机交互界面进行任务选择；语音播报模块用于利用语音播放器进行语音播放；中央处理和控制模块用于利用计算机对检测数据进行处理，并对整体系统的运行进行协调控制，场景模拟模块包括多种不同的实物模型，用于被检测人员进行运动模拟。本发明通过设置有关节活动度测量模块和重心检测模块，可以对人体关节的活动度和人体移动过程中的重心转移进行检测，通过计算机对检测数据进行处理，实现对病人的姿势控制评估。实现对病人的姿势控制评估。实现对病人的姿势控制评估。


技术研发人员：于惠贤 曹莹瑜
受保护的技术使用者：北京石油化工学院
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/10/15