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专利号: 2020110781474
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 医学或兽医学;卫生学
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于下肢关节力矩估计的关节磨损情况分析系统,其特征在于,包括:数据采集模块,用于获取下肢运动参数和计算下肢静态参数;

数据处理模块,根据下肢参数,运用关节力矩估计方法,完成膝关节力矩的估计,并根据所述膝关节力矩,分析膝关节的磨损情况;

所述的下肢运动参数包括:

薄膜压力传感器测得的脚底压力数据p1、p2、p3、p4,惯性传感器测得的足部质心加速度afoot、足部质心角速度ωfoot、小腿质心加速度aleg和小腿质心角速度ωleg;

所述的静态下肢参数包括:

足部质心centerfoot、小腿质心centerleg、足部质量mfoot、小腿质量mleg、足部转动惯量Ifoot和小腿转动惯量Ileg;

所述的关节力矩估计方法具体是:

分析下肢中的脚节段、小腿节段,根据下肢运动参数,估计脚节段中踝关节的力矩;

根据下肢运动参数和所述脚节段中踝关节的力矩,估计小腿节段中膝关节的力矩;

所述的分析膝关节的磨损情况具体是:

Step1:获取使用者在各种运动下的膝关节力矩大小的范围,然后把这个范围分成多个小范围;

Step2:每一个采样周期内会得到一个对应的膝关节力矩;在使用者开始运动后,对每个采样周期内的膝关节力矩按所述step1的范围进行归类并计数;

Step3:每隔一段时间,给出每个范围内的计数,并计算每个范围内的计数占总计数的百分比。

2.根据权利要求1所述的一种基于下肢关节力矩估计的关节磨损情况分析系统,其特征在于:所述估计脚节段中踝关节的力矩,具体是:

对所述足部质心角速度ωfoot进行积分,得到实时的脚节段角度θfoot;

根据所述压力数据p1、p2、p3、p4、所述足部质心加速度afoot、所述足部质量mfoot,对脚节段进行受力分析,分析得到小腿节段中的踝关节对脚节段中的踝关节的水平作用力F11、垂直作用力F12;

根据每个薄膜压力传感器到踝关节在鞋垫平面的投影点的水平距离、脚节段中踝关节与足部质心的距离、所述脚节段角度θfoot,计算得到每个压力对所述足部质心的力臂L1~L4和所述水平、垂直作用力F11、F12对所述足部质心的力臂L5、L6;

根据所述压力数据p1、p2、p3、p4、所述水平、垂直作用力F11、F12、所述力臂L1~L6、所述足部质心角速度ωfoot、所述足部转动惯量Ifoot,对脚节段进行逆动力学分析,分析得到脚节段中踝关节的力矩Mankle。

3.根据权利要求2所述的一种基于下肢关节力矩估计的关节磨损情况分析系统,其特征在于:所述估计小腿节段中膝关节的力矩,具体是:

对所述小腿质心角速度ωleg进行积分,得到实时的小腿节段角度θleg;

根据所述作用力F11、F12、所述小腿质心加速度aleg、所述小腿质量mleg,对小腿节段进行受力分析,分析得到大腿节段中的膝关节对小腿节段中的膝关节的水平作用力F21、垂直作用力F22;

根据小腿节段中踝关节与小腿质心的距离、小腿节段中膝关节与小腿质心的距离、所述小腿节段角度θleg,计算得到所述作用力F11、F12对所述小腿质心的力臂L7、L8,所述作用力F21、F22对所述小腿质心的力臂L9、L10;

根据所述作用力F11、F12、F21、F22、所述力臂L7~L10、所述小腿质心角速度ωleg、所述小腿转动惯量Ileg、所述脚节段中踝关节的力矩Mankle,对小腿节段进行逆动力学分析,分析得到小腿节段中踝关节的力矩Mknee。