福州大学科研职员研制出穿着式步态分析体系，利用笨重，精度高

步态分析是对下肢活动情况量化评价的紧张伎俩。福州大学海洋学院、福州大学福建省医疗东西和医药武艺重点实行室的研讨职员李江慧、连春快、李玉榕，在2021年第9期《电气武艺》上撰文，接纳基于惯性传感器的步态时空参数估盘算法，依据穿着在小腿上的惯性传感器节点检测步态事变点，再对穿着在脚跟处的惯性传感器减速率信号举行双重积分盘算步长，依据步态时相校正减速率信号以提高步长估计精度，计划并完成了基于惯性传感器的步态数据节点收罗，完成了硬件和软件的计划。

为了验证体系的可靠性和准确性，对3个志愿者举行实行。比力本步态分析体系和商用locometrix步态分析仪的后果，步长、步速和步频的均匀相对偏差分别为5.21%、4.51%和11.87%。后果标明使用研讨职员研制的穿着式步态分析体系，能准确估计步态时空参数。

步行是人类赖以保存的活动办法之一，人类经过深化研讨步行的机制后发明，步行活动必要肌肉体系、神经体系及骨骼体系的和谐共同，若此中任一环节出现成绩，都约莫招致步态十分乃至丧失步行才能。临床上越来越多地使用步态分析对患者的下肢活动情况举行量化分析，并与正凡人的步态数据比力来评价患者的病情，特别关于一些早期不容易被发明的下肢疾病的诊断更故意义。

经过步态分析可以检测出人眼难以发觉的巨大步态十分，从而完成对疾病的尽早发明、尽早干涉，制止病情的好转。在患者举行全愈练习时，由步态分析量化出的后果可以作为医生评价患者下肢全愈情况的依据，有助于对患者订定针对性的全愈练习方案，从而完成高效全愈。

三维步态分析体系是现在精度最高且盘算的参数最单方面的体系，但它也存在一些成绩：

①体系利用巨大，非专业职员难以对其举行调试和装备维护，照实行前对相机的校准、相机摆放位置的调试等，假如没调试好会严峻影响三维步态分析体系的丈量精度；

②三维步态分析体系对情况有很高的要求，必要有专门的场合来增长其他光源及噪声的干扰，且园地较小，这限定了受试者的活动范围；

③装备本钱高，难以大范围推行，患者使用三维步态分析体系做检测的用度本钱和工夫本钱都比力高。

因此，越来越多的研讨者希冀接纳便宜传感器代替三维步态分析体系，在只管提高丈量精度的同时低落装备本钱，并朝可穿着化偏向展开。

市场上已有多款商用化较成熟地接纳微机电体系（micro-electro mechanical system, MEMS）传感器的步态分析体系产物，比力出名的有荷兰Xsens Technologies公司推出的Xsens MVN惯性举措捕捉体系、北京诺亦腾科技无限公司消费的鉴步活动功效评价体系等。现有的基于惯性传感器的穿着式体系多为浑身活动捕捉体系，功效巨大，收罗节点较多，穿着历程较为繁琐。

针对以上不敷，福州大学的研讨职员接纳价廉的传感器代替三维步态分析体系，完成了步态分析体系收罗节点的硬件计划，以及步态参数估盘算法的计划。此中，收罗子节点的硬件是以STM32F411RET6为中心芯片，同时由传感器电路、电源模块、存储模块等构成；软件包孕下位机的数据收罗、数据存储等的步伐计划。

图1 步态参数盘算步伐流程

研讨职员表现，与现有其他典范体系比拟，该体系具有信息收罗节点的体积较小、便利穿着，所用的传感器较为便宜、可低落装备本钱，利于大范围推行，利用浅易便利，对算力要求较初等上风，并完成可穿着化。

图2 传感器穿着位置

研讨职员指出，在计划步态参数盘算算法时，起首依据穿着在小腿上的惯性传感器测得的角速率信号确定积分工夫，然后对使用穿着于脚跟处的惯性传感器测得的角速率信号举行双重积分失掉步长，并经过将站立相时期的足部减速率置零来减小积分偏差，提高步长估计精度。步频经过一次步态实行中的步数和工夫的比值失掉，步速经过一次步态实行的位移和工夫的比值失掉。实行标明，经过该步态分析体系，能失掉准确的步态参数。

本文编自2021年第9期《电气武艺》，论文标题为“基于惯性传感器的穿着式步态分析体系计划与完成”，作者为李江慧、连春快、李玉榕。