[发明专利]用于运动分析的系统和方法

说明书

一种用于受试者的运动分析的系统包括两个或更多个传感器单元，两个或更多个传感器单元可附接在受试者的相应的附接点处以检测附接点相对于彼此的运动，每个传感器单元均包括与至少处理器通信的飞行时间(TOF)测距传感器。至少一个处理器被配置为：使传感器单元在连续的时间内执行双向测距协议，所述双向测距协议包括从所述TOF测距传感器发送一个或更多个信号以及在所述TOF测距传感器处接收一个或更多个信号，以确定指示在相应时间内，在传感器单元之间的一个或更多个相应距离的TOF距离数据；以及至少根据TOF距离数据确定一个或更多个运动度量。

技术领域

本发明总体涉及一种用于运动分析(如步态分析)的系统和方法。

背景技术

在不同背景下，令人希望的是能够测量个体的移动，例如以进行生物力学评估以改进运动表现，或测试可能是潜在神经病症的特征的物理行为。

例如，步态分析是对与人类运动相关的量(例如，迈步时间或跨步长度)的测量。这些量被称为时空步态参数。这些步态参数的可变性与生活质量和死亡率相关，是健康的重要诊断指标，并且临床医生和研究人员都非常感兴趣。因此，存在用于测量和量化步态的多种技术，包括仪器化的行走垫、跑步机、运动捕获系统和可穿戴传感器(诸如压敏脚踏开关或惯性传感器)。这些技术具有不同的优点和弱点。

例如，仪器化的行走垫(诸如CIR系统公司(Franklin,New Jersey)的GAITRite)提供空间和时间步态分析，代价是要求相对大面积使用。相比之下，基于惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)的可穿戴传感器(诸如Shimmer3(Shimmersensing.com))牺牲了测量准确性和全面性以用于便携性和实用性。

与大多数步行垫、跑步机或运动捕获临床步态分析系统不同，基于IMU的可穿戴传感器允许更方便和实用的方式来在实验室或医院环境之外进行步态分析。因此，这些传感器可以用于捕获老人或患有神经病症的那些人的自然行走。然而，使用基于IMU的传感器难以估计临床感兴趣的步态可变性的一些测量。该限制的一个原因是因为传感器仅测量加速度和旋转，并且为了推断甚至简单的步态参数(例如跨步长度)，必须采用复杂的模型。难以用基于IMU的传感器估计的一个重要步态参数是迈步宽度，迈步宽度是跌倒风险的指标。另一个是在行走期间根据脚间距离估计脚的落点，这可有助于评估平衡和随后的跌倒风险。

可穿戴的基于IMU的传感器被广泛使用，并且已经用于记录健康的老年人和患有神经病症(如帕金森病)的那些人的步态。这些系统可测量各种步态参数，包括迈步时间、迈步长度、迈步时间可变性和迈步长度可变性。然而，难以可靠地估计其他步态参数(如摇摆时间或迈步宽度)。另外，分析中采用的传感器位置、速度和算法对任何步态参数估计的准确性具有直接影响。

令人期望的是克服或减轻上述问题中的至少一个，或至少提供一种有用的替代方案。

发明内容

本文公开了一种用于受试者的运动分析的系统，包括：

两个或更多个传感器单元，所述两个或更多个传感器单元可附接在受试者的相应附接点处以检测附接点相对于彼此的运动，每个传感器单元均包括与至少一个处理器通信的飞行时间(TOF)测距传感器；

其中，至少一个处理器被配置为：

使传感器单元在连续的时间内执行双向测距协议，所述双向测距协议包括从所述TOF测距传感器发送一个或更多个信号以及在所述TOF测距传感器处接收一个或更多个信号，以确定指示在相应时间内，在传感器单元之间的一个或更多个相应距离的TOF距离数据；以及

至少根据TOF距离数据确定一个或更多个运动度量。

本文还公开了一种受试者的运动分析的方法，包括：