[发明专利]一种可调节的三维足底压力数据采集装置及方法

说明书

本发明公开了一种可调节的三维足底压力数据采集装置及方法，装置包括：三维鞋套外壳、压力传感器和数据处理及通信模块，三维鞋套外壳包括脚尖部、脚掌部、脚跟部和脚侧部，脚尖部和脚掌部转动连接，脚掌部和脚跟部伸缩连接，脚内侧部和脚外侧部分别和脚掌部的两侧固定连接；多个压力传感器分别布置在脚尖部的脚趾区、脚掌部的足中区和跖骨区、脚跟部的脚跟区、脚内侧部的脚内侧区和脚外侧部的脚外侧区；数据处理及通信模块用于接收和处理所述压力传感器的压力数据，并将处理结果发送至上位机。本发明可根据鞋子大小进行自由调整；通过独创的刚性压力传感器布局，实现了足底压力的三维数据准确采集，提高了测试数据处理的效率和准确性。

技术领域

本发明涉及人体医疗数据采集技术领域，特别涉及一种可调节的三维足底压力数据采集装置及方法。

背景技术

当人体足部出现病理性结构时，就会导致足底的压力分布发生变化，进而影响身体保持平衡的能力，因此足底压力信号测试在临床医疗领域越来越受到重视。据临床研究表明，导致偏瘫患者平衡功能下降的原因是其身体单侧的下肢肌力降低或者是肌张力失常。因此，通过测量治疗前后的足底压力，可直观显示病人康复治疗效果，更好的制定治疗计划。

足底压力测量技术是通过足底压力测量装置测量人体运动或静止状态时足部压力的力学、几何学和时间参数等特性，然后通过分析不同状态时的足压参数来显示足部的动力性特征和运动性特征。足部压力的测量方式多样，如脚印技术、测力板及测力台技术、压力测量鞋及压力测量鞋垫。

然而，现有的足底压力测量装置和方法具有以下缺陷：

(1)测量装置尺寸固定，不能适配不同人的不同大小的鞋子，更使得传感器不能准确检测到足底特定位置的数据；

(2)有线传输方式使得测试人员只能在有限的空间重复一些简单的动作来进行数据采集，在一定程度上会引起测试人员的运动模式发生改变，运动范围更是局限在导线长度以内；过长的导线会引入难以估计的信号误差，影响系统精度。

(3)传感单元数量少，阵列稀疏，传感器测量位置不恰当，不能准确测量足底压力数据。

(4)往往采用人工神经网络开发模型以预测站立期中的步态速度和模型，以预测摆动阶段中的步态速度，但这种识别方法的准确率不高，难以满足实际医疗需求。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明提供了一种可调节的三维足底压力数据采集装置及方法，该装置和方法是以圆柱式传感器为基础，微处理器为核心，支持向量机(SVM)算法为框架，结合无线传输模块实现上、下位机数据交互的一种高精度、便携式、可穿戴、可调节的三维足底测压系统。

本发明的一个方面，提供了一种可调节的三维足底压力数据采集装置，包括：

三维鞋套外壳、多个压力传感器和数据处理及通信模块；

三维鞋套外壳包括脚尖部、脚掌部、脚跟部和脚侧部；脚尖部和脚掌部转动连接；脚掌部和脚跟部伸缩连接；脚侧部包括脚内侧部和脚外侧部，分别和脚掌部的两侧固定连接；

多个压力传感器分别布置在脚尖部的脚趾区、脚掌部的足中区和跖骨区、脚跟部的脚跟区、脚内侧部的脚内侧区和脚外侧部的脚外侧区；

数据处理及通信模块用于接收和处理压力传感器的压力数据，并将处理结果发送至上位机。

进一步的，上述数据处理及通信模块包括：信号调理及滤波电路、AD转换电路、多路模拟开关、处理器和无线通信模块；

信号调理及滤波电路用于对压力传感器采集的数据进行信号调理和滤波放大；AD转换电路用于将滤波放大后的模拟信号转换为数字信号；多路模拟开关用于实现采样通道的依次导通；处理器用于对信号调理及滤波电路输出的数据进行数字处理，并将处理后的数据通过无线通信模块发送至上位机。