本發(fā)明屬于平衡功能評(píng)估領(lǐng)域，具體涉及一種平衡穩(wěn)定極限測(cè)試系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、人類生活中各種動(dòng)作均依賴于平衡功能，許多疾病(例如肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙)均會(huì)引發(fā)平衡障礙。平衡功能評(píng)估可以有效地了解被測(cè)試者平衡功能障礙的程度和平衡康復(fù)訓(xùn)練后的訓(xùn)練效果。

2、目前，平衡功能評(píng)估基本都包含穩(wěn)定極限測(cè)試，有的穩(wěn)定極限測(cè)試只展示壓力中心軌跡和實(shí)時(shí)壓力值，有的進(jìn)一步給出壓力中心軌跡的長度；有的采用足底區(qū)域內(nèi)的壓力分布來評(píng)估，給出足底壓力中心的移動(dòng)距離。

3、現(xiàn)有技術(shù)中采用壓力中心的軌跡來計(jì)算人體在穩(wěn)定狀態(tài)下能夠向八個(gè)方向(前、右前、右、右后、后、左后、左、左前)移動(dòng)的最大距離，缺點(diǎn)：1、沒有規(guī)避人體個(gè)體差異對(duì)壓力中心移動(dòng)距離的影響，特別是身高的影響，醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)及力學(xué)受力分析表明不同身高與人體壓力中心的移動(dòng)距離具有線性關(guān)系；2、只有一個(gè)壓力中心的移動(dòng)軌跡、最大壓力中心偏移距離，反饋的信息較少，一些人為因素、異常因素沒有排除，評(píng)估結(jié)果和實(shí)際情況會(huì)產(chǎn)生較大的差異，穩(wěn)定極限測(cè)試的有效性和準(zhǔn)確性不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種平衡穩(wěn)定極限測(cè)試系統(tǒng)及方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種平衡穩(wěn)定極限測(cè)試系統(tǒng)，包括人體重心角度計(jì)算模塊、最大移動(dòng)距離計(jì)算模塊、反應(yīng)時(shí)間測(cè)量模塊、終點(diǎn)偏移計(jì)算模塊、移動(dòng)速度計(jì)算模塊、方向控制計(jì)算模塊和綜合得分計(jì)算模塊；

3、所述的人體重心角度計(jì)算模塊，根據(jù)人體壓力中心軌跡點(diǎn)的位置坐標(biāo)g(x，y)和身高計(jì)算人體重心角度；

4、所述的最大移動(dòng)距離計(jì)算模塊，用于計(jì)算人體向各目標(biāo)方向到達(dá)的最大有效移動(dòng)距離；

5、所述的反應(yīng)時(shí)間測(cè)量模塊，用于測(cè)量目標(biāo)出現(xiàn)后被測(cè)試者做出運(yùn)動(dòng)反饋的時(shí)間；

6、所述的終點(diǎn)偏移計(jì)算模塊，用于計(jì)算被測(cè)試者向目標(biāo)方向初次到達(dá)的最遠(yuǎn)距離的有效值；

7、所述的移動(dòng)速度計(jì)算模塊，用于計(jì)算被測(cè)試者身體重心從終點(diǎn)偏移距離的5％到95％之間平均移動(dòng)速度；

8、所述的方向控制計(jì)算模塊，用于計(jì)算出前后所有目標(biāo)方向的方向控制得分；

9、所述的綜合得分計(jì)算模塊，用于分別計(jì)算前后左右四個(gè)方向的移動(dòng)速度、終點(diǎn)偏移距離、最大移動(dòng)距離的綜合得分，和/或分別計(jì)算前后左右四個(gè)方向的反應(yīng)時(shí)間、方向控制的綜合得分。

10、在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述的人體重心角度計(jì)算模塊中，人體壓力中心軌跡點(diǎn)的位置坐標(biāo)g(x，y)中x、y的計(jì)算公式為：

11、

12、fa、fb、fc、fd分別為4個(gè)傳感器檢測(cè)到的壓力值；(xa，ya)、(xb，yb)、(xc，yc)、(xd，yd)分別為4個(gè)傳感器的位置，xa＝xb＝-xc＝-xd＝l，ya＝y(tǒng)b＝-yc＝-yd＝m，g為被測(cè)試者重量；

13、人體重心角度包括x方向重心傾斜角θx和y方向重心傾斜角θy；

14、θx＝arc?sin(x/h)

15、θy＝arc?sin(y/h)?式(2)

16、h＝k*身高，k＝0.55-0.56，x、y分別為g(x，y)中x、y。

17、人體向某個(gè)目標(biāo)方向移動(dòng)時(shí)，每隔一段時(shí)間(例如10ms)對(duì)4個(gè)壓力傳感器進(jìn)行采樣，因此每一采樣時(shí)刻均有4個(gè)壓力值數(shù)據(jù)，根據(jù)壓力值數(shù)據(jù)計(jì)算該時(shí)刻的g(x，y)，再根據(jù)g(x，y)計(jì)算該時(shí)刻的θx和θy，各時(shí)刻的θx和θy值組成人體重心軌跡。

18、進(jìn)一步地，最大移動(dòng)距離計(jì)算模塊執(zhí)行的步驟為：

19、a為人體重心初始位置，b為目標(biāo)中心，c點(diǎn)是人體重心軌跡的某個(gè)點(diǎn)，d點(diǎn)為c點(diǎn)在直線lab上的投影；

20、直線ab方程式即y＝-1*(x-xa)，其中xa＝0，ya＝0，斜率用k表示，k＝±1；y＝-kx；兩條垂直直線ab、cd的斜率乘積＝-1；y為θy；x為θx；

21、由ab線斜率為k可知cd線斜率為-1/k，可知直線cd方程式為

22、聯(lián)立方程組解得:

23、

24、則線段lad為人體重心在方向ab上的有效移動(dòng)距離：

25、

26、當(dāng)人體重心初始位置不在零點(diǎn)時(shí)，計(jì)算出人體重心初始位置的映射點(diǎn)e，則線段led為人體重心在方向ab上的有效移動(dòng)距離：

27、

28、線段lcd為人體重心在方向ab上的無效移動(dòng)距離：

29、

30、每個(gè)目標(biāo)方向上所有重心軌跡點(diǎn)的所有有效移動(dòng)距離中最大有效移動(dòng)距離即為該目標(biāo)方向?qū)?yīng)的最大移動(dòng)距離。

31、在優(yōu)選的實(shí)施方案中，反應(yīng)時(shí)間測(cè)量模塊中，測(cè)量反應(yīng)時(shí)間時(shí)，計(jì)算重心搖擺幅度

32、具體步驟為：求出測(cè)試開始一定時(shí)間內(nèi)重心搖擺幅度最大值amax，測(cè)試開始一定時(shí)間后目標(biāo)出現(xiàn)，此時(shí)記錄時(shí)間t0(即目標(biāo)出現(xiàn)的時(shí)間為t0)，依據(jù)式(7)實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前人體重心的搖擺幅度ai，與amax進(jìn)行比較，當(dāng)ai＞amax時(shí)，此時(shí)記錄時(shí)間t1(即計(jì)算得到目標(biāo)出現(xiàn)后第一個(gè)大于amax的那個(gè)ai所對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)刻)，被測(cè)試者的反應(yīng)時(shí)間t＝t1-t0。

33、終點(diǎn)偏移計(jì)算模塊中，在目標(biāo)出現(xiàn)后采集到的重心軌跡點(diǎn)，依據(jù)式(3)或(4)計(jì)算出重心軌跡上每個(gè)人體重心軌跡點(diǎn)在對(duì)應(yīng)方向上的有效移動(dòng)距離，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)五次—后一個(gè)重心軌跡點(diǎn)比前一個(gè)重心軌跡點(diǎn)的有效移動(dòng)距離減少時(shí)，lm-5是向目標(biāo)方向初次到達(dá)的最遠(yuǎn)距離的有效值；lm-5即l初次；被測(cè)試者終點(diǎn)偏移得分為：

34、被測(cè)試者終點(diǎn)偏移得分＝l初次/人體特定方向活動(dòng)范圍*100％式(8)；

35、而移動(dòng)速度計(jì)算模塊中，

36、移動(dòng)速度

37、其中t5為有效移動(dòng)距離為終點(diǎn)偏移距離的5％的那個(gè)重心軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，t95為有效移動(dòng)距離為終點(diǎn)偏移距離的95％的那個(gè)重心軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間。

38、在優(yōu)選的實(shí)施方案中，方向控制計(jì)算模塊中，依據(jù)式(3)或(4)以及式(5)算出重心軌跡每個(gè)點(diǎn)的有效移動(dòng)距離和無效移動(dòng)距離，

39、方向控制得分

40、i＝1，2，3...n，n為重心軌跡上所有點(diǎn)的總數(shù)量。

41、綜合得分計(jì)算模塊中，前后左右方向的移動(dòng)速度、終點(diǎn)偏移和最大移動(dòng)距離的綜合得分算法如下：

42、前：

43、右：

44、后：

45、左：

46、θlfy表示左前方向上終點(diǎn)偏移選取的初次到達(dá)最遠(yuǎn)距離有效值的那個(gè)重心軌跡點(diǎn)與y軸之間的夾角；slf表示左前方向上終點(diǎn)偏移、移動(dòng)速度或最大移動(dòng)距離的得分；θfy表示前方向上終點(diǎn)偏移選取的初次到達(dá)最遠(yuǎn)距離有效值的那個(gè)重心軌跡點(diǎn)與y軸之間的夾角，sf表示前方向上終點(diǎn)偏移、移動(dòng)速度或最大移動(dòng)距離的得分；θrfy表示右前方向上終點(diǎn)偏移選取的初次到達(dá)最遠(yuǎn)距離有效值的那個(gè)重心軌跡點(diǎn)與y軸之間的夾角，srf表示右前方向上終點(diǎn)偏移、移動(dòng)速度或最大移動(dòng)距離的得分；θrfx表示右前方向上終點(diǎn)偏移選取的初次到達(dá)最遠(yuǎn)距離有效值的那個(gè)重心軌跡點(diǎn)與x軸之間的夾角；θrx表示右方向上終點(diǎn)偏移選取的初次到達(dá)最遠(yuǎn)距離有效值的那個(gè)重心軌跡點(diǎn)與x軸之間的夾角，sr表示右方向上終點(diǎn)偏移、移動(dòng)速度或最大移動(dòng)距離的得分；θrbx表示右后方向上終點(diǎn)偏移選取的初次到達(dá)最遠(yuǎn)距離有效值的那個(gè)重心軌跡點(diǎn)與x軸之間的夾角，srb表示右后方向上終點(diǎn)偏移、移動(dòng)速度或最大移動(dòng)距離的得分；θlby表示左后方向上終點(diǎn)偏移選取的初次到達(dá)最遠(yuǎn)距離有效值的那個(gè)重心軌跡點(diǎn)與y軸之間的夾角，slb表示左后方向上終點(diǎn)偏移、移動(dòng)速度或最大移動(dòng)距離的得分；θrby表示右后方向上終點(diǎn)偏移選取的初次到達(dá)最遠(yuǎn)距離有效值的那個(gè)重心軌跡點(diǎn)與y軸之間的夾角；θlfx表示左前方向上終點(diǎn)偏移選取的初次到達(dá)最遠(yuǎn)距離有效值的那個(gè)重心軌跡點(diǎn)與x軸之間的夾角；θby表示后方向上終點(diǎn)偏移選取的初次到達(dá)最遠(yuǎn)距離有效值的那個(gè)重心軌跡點(diǎn)與y軸之間的夾角，sb表示后方向上終點(diǎn)偏移、移動(dòng)速度或最大移動(dòng)距離的得分；θlx表示左方向上終點(diǎn)偏移選取的初次到達(dá)最遠(yuǎn)距離有效值的那個(gè)重心軌跡點(diǎn)與x軸之間的夾角，sl表示左方向上終點(diǎn)偏移、移動(dòng)速度或最大移動(dòng)距離的得分；θlbx表示左后方向上終點(diǎn)偏移選取的初次到達(dá)最遠(yuǎn)距離有效值的那個(gè)重心軌跡點(diǎn)與x軸之間的夾角；

47、前后左右方向的反應(yīng)時(shí)間和方向控制的綜合得分算法如下：

48、前：

49、右：

50、后：

51、左：

52、slf表示左前方向上反應(yīng)時(shí)間或方向控制的得分；sf表示前方向上反應(yīng)時(shí)間或方向控制的得分；srf表示右前方向上反應(yīng)時(shí)間或方向控制的得分；sr表示右方向上反應(yīng)時(shí)間或方向控制的得分；srb表示右后方向上反應(yīng)時(shí)間或方向控制的得分；slb表示左后方向上反應(yīng)時(shí)間或方向控制的得分；sb表示后方向上反應(yīng)時(shí)間或方向控制的得分；sl表示左方向上反應(yīng)時(shí)間或方向控制的得分。

53、本發(fā)明的又一個(gè)目的是公開采用前述的系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定極限測(cè)試方法。

54、本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種處理器，處理器用于運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算機(jī)程序運(yùn)行時(shí)執(zhí)行如前所述的平衡穩(wěn)定極限測(cè)試方法。

55、本發(fā)明的最后一個(gè)目的是提供一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行可實(shí)現(xiàn)如前所述的平衡穩(wěn)定極限測(cè)試方法。

56、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益之處在于：將身高對(duì)穩(wěn)定極限的影響考慮進(jìn)來，得出的數(shù)據(jù)更具普適性。終點(diǎn)偏移計(jì)算，將異常的人為因素排除，主要是評(píng)估人體穩(wěn)定狀態(tài)下的極限重心移動(dòng)范圍。反應(yīng)時(shí)間、移動(dòng)速度，能夠反饋出被測(cè)試者協(xié)調(diào)能力、運(yùn)動(dòng)能力的強(qiáng)弱；方向控制，能夠反饋出被測(cè)試者控制能力的強(qiáng)弱。本發(fā)明從協(xié)調(diào)能力、運(yùn)動(dòng)能力、控制能力多方面多角度評(píng)估出被測(cè)試者穩(wěn)定極限。通過測(cè)試的數(shù)據(jù)能直觀的反饋被測(cè)試者的平衡功能，提高評(píng)估的準(zhǔn)確性和效率。