假肢分析系统的制作方法

1.本技术涉及假肢受力分析技术领域，具体而言，涉及一种假肢分析系统。


背景技术：

2.假肢是残疾人员生活中必不可少的生活辅助用品，例如，下腿假肢为下腿缺失的残疾人员必备的生活辅助用品，为了使得下腿缺失的残疾人员佩戴穿着假肢更为舒适，需要对下腿假肢进行步态测量与分析。
3.相关技术中主要采用步态测量仪对下腿假肢进行步态测量与分析，而步态测量仪体积较大，功能单一，无法灵活对下腿假肢所受压力和即时的步态配合的合理性给出同步的分析，也即，相关技术中的假肢舒适度评估对于步态的分析不够灵活和充分。
4.针对相关技术中通过步态测量仪对假肢的功能进行测量，无法对下腿假肢所受压力和步态进行同步分析的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本技术提供一种假肢分析系统，以解决相关技术中通过步态测量仪对假肢的功能进行测量，无法对下腿假肢所受压力和步态进行同步分析的问题。
6.根据本技术的一个方面，提供了一种假肢分析系统。该假肢分析系统包括：多个第一传感器，设置在一对下腿假肢的足底；多个第二传感器，设置在一对下腿假肢的接受腔内壁；主控芯片，分别与第一传感器、第二传感器通信连接，用于接收第一传感器采集到的第一传感数据和第二传感器采集到的第二传感数据，并通过第一传感数据确定下腿假肢的步态情况，通过第二传感数据确定在步态情况下接受腔的受力情况；终端设备，与主控芯片通信连接，用于显示步态情况和接受腔的受力情况。
7.可选地，多个第一传感器至少设置在足底的以下部位：后足跟骨部位、近节指骨部位、远节指骨部位。
8.可选地，多个第二传感器均匀设置在接受腔的内壁。
9.可选地，该系统还包括：数据采集模块，输入端与第一传感器、第二传感器连接，输出端与主控芯片连接，用于对第一传感数据和第二传感数据进行预处理，并将预处理后的数据发送至主控芯片。
10.可选地，该系统还包括：通信模块，设置在主控芯片和终端设备之间，其中，通信模块至少包括以下之一：无线通信模块、有线通信模块。
11.可选地，每个第一传感器以及每个第二传感分别采集对应的感应点的力，主控芯片通过第一传感数据确定下腿假肢的步态情况包括：在非测试足的近节指骨感应点以及远节指骨感应点的力均达到峰值并开始缩减，且测试足的后足跟骨感应点开始受力的情况下，确定步态情况为测试足的足跟触地阶段；在非测试足的近节指骨感应点以及远节指骨感应点受力的衰减幅度大于预设值，测试足的近节指骨感应点开始受力，测试足的后足跟骨感应点受力达到峰值并开始缩减的情况下，确定步态情况为测试足的足跟足掌的触地阶
段；在非测试足的后足跟骨感应点开始受力，测试足的足掌感应点的受力上升的情况下，确定步态情况为测试足的足掌触地阶段；在非测试足进入足跟足掌触地阶段，测试足的各个感应点的受力逐渐消失的情况下，确定步态情况为测试足的足尖触地阶段。
12.可选地，主控芯片通过第二传感数据确定在步态情况下接受腔的受力情况包括：确定每种步态情况下各个第二传感器的感应点对应的受力值范围；在当前步态情况下，在第二传感器的感应点超过当前步态情况对应的受力值范围时，确定第二传感器的感应点受力异常。
13.可选地，第一传感器、第二传感器均为薄膜压力传感器。
14.可选地，主控芯片为stm32h753iik6芯片。
15.可选地，终端设备为pc机或移动终端。
16.通过本技术，采用多个第一传感器，设置在一对下腿假肢的足底；多个第二传感器，设置在一对下腿假肢的接受腔内壁；主控芯片，分别与第一传感器、第二传感器通信连接，用于接收第一传感器采集到的第一传感数据和第二传感器采集到的第二传感数据，并通过第一传感数据确定下腿假肢的步态情况，通过第二传感数据确定在步态情况下接受腔的受力情况；终端设备，与主控芯片通信连接，用于显示步态情况和接受腔的受力情况，解决了相关技术中通过步态测量仪对假肢的功能进行测量，无法对下腿假肢所受压力和步态进行同步分析的问题。通过对下腿假肢的足底受力以及接受腔内壁的受力进行分析，得到步态情况以及步态情况下接受腔的受力情况，进而达到了对假肢的膝关节所受压力和步态进行同步分析的效果。
附图说明
17.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
18.图1是根据本技术实施例提供的假肢分析系统的示意图；
19.图2是根据本技术实施例提供的压力传感器的特性曲线图；
20.图3是根据本技术实施例提供的假肢接受腔内的第二传感器的分布示意图；
21.图4是根据本技术实施例提供的足底的第一传感器的分布示意图；
22.图5是根据本技术实施例提供的可选的假肢分析系统的示意图；
23.图6是根据本技术实施例提供的主控电路示意图；
24.图7是根据本技术实施例提供的步态情况示意图一；
25.图8是根据本技术实施例提供的步态情况示意图二；
26.图9是根据本技术实施例提供的步态情况示意图三；
27.图10是根据本技术实施例提供的步态情况示意图四。
具体实施方式
28.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是
本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
30.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
31.为了解决相关技术中通过步态测量仪对假肢的功能进行测量，无法对下腿假肢所受压力和步态进行同步分析的问题，基于此，本技术希望提供一种能够解决上述技术问题的方案，其详细内容将在后续实施例中得以阐述。
32.本公开实施例一提供了一种假肢分析系统。图1是根据一实施例的假肢分析系统的示意图。该假肢分析系统包括：
33.多个第一传感器101，设置在一对下腿假肢的足底。
34.多个第二传感器102，设置在一对下腿假肢的接受腔内壁。
35.具体的，第一传感器101、第二传感器102用于测量下腿假肢在行走过程中不同状态下的不同接触区域受到的压力，并将测量到的信号发送给主控芯片103。
36.例如，第一传感器101、第二传感器102可以为压力传感器，在接收到压力时，压力传感器将压力信号转换为电阻信号，图2是根据本技术实施例提供的压力传感器的特性曲线图，如图2所示，压力传感器所受压力越大，其电阻值越小，例如，当压力分别为10n、20n、30n、40n、55n、80n、100n的时候，对应的电阻值不断减小，分别为480kω、180kω、100kω、70kω、53kω、40kω、35kω。在得到电阻信号之后，压力传感器通过内部的桥式电路和运放电路将电阻信号转换为电压信号，并将电压信号发送至主控芯片103。
37.为了减小在测量过程中传感器的设置对用户佩戴假肢的舒适度的影响，可选的，在本技术实施例提供的假肢分析系统中，多个第一传感器101、多个第二传感器102均为薄膜压力传感器。
38.需要说明的是，多个第一传感器101和多个第一传感器101的位置和数量可以灵活设置，在足底和接受腔内壁的不同位置设置不同密度的传感器点位，并在每个传感器点位设置传感器，可以得到不同的空间测量分辨率下的数据，从而满足不同的测量精度要求。
39.主控芯片103，分别与第一传感器101、第二传感器102通信连接，用于接收第一传感器101采集到的第一传感数据和第二传感器102采集到的第二传感数据，并通过第一传感数据确定下腿假肢的步态情况，通过第二传感数据确定在步态情况下接受腔的受力情况。
40.具体的，主控芯片103通过获取各个第一传感器101、第二传感器102实时采集到的数据，确定足底各部位的压力情况以及接受腔各部位的压力情况，从而确定步态情况以及接受腔在不同步态情况下的受力情况，实现了步态情况和假肢膝关节受力情况的同步分析。
41.主控芯片103的类型可以有多种，例如可以为stm32系列芯片，可选地，在本技术实施例提供的假肢分析系统中，主控芯片103为stm32h753iik6芯片。
42.终端设备104，与主控芯片103通信连接，用于显示步态情况和接受腔的受力情况。
43.终端设备104的类型可以有多种，可选地，在本技术实施例提供的假肢分析系统中，终端设备104为pc机或移动终端。
44.具体的，在pc机或移动终端上安装客户端，通过客户端接收主控芯片103发送的信息，并以图形化方式显示步态情况和接受腔的受力情况。
45.本技术实施例提供的假肢分析系统，通过多个第一传感器101，设置在一对下腿假肢的足底；多个第二传感器102，设置在一对下腿假肢的接受腔内壁；主控芯片103，分别与第一传感器101、第二传感器102通信连接，用于接收第一传感器101采集到的第一传感数据和第二传感器102采集到的第二传感数据，并通过第一传感数据确定下腿假肢的步态情况，通过第二传感数据确定在步态情况下接受腔的受力情况；终端设备104，与主控芯片103通信连接，用于显示步态情况和接受腔的受力情况，解决了相关技术中通过步态测量仪对假肢的功能进行测量，无法对下腿假肢所受压力和步态进行同步分析的问题。通过对下腿假肢的足底受力以及接受腔内壁的受力进行分析，得到步态情况以及步态情况下接受腔的受力情况，进而达到了对假肢的膝关节所受压力和步态进行同步分析的效果。
46.为了准确获取接受腔内的受压情况，可选地，在本技术实施例提供的假肢分析系统中，多个第二传感器102均匀设置在接受腔的内壁。
47.为了准确地分析步态情况，可选地，在本技术实施例提供的假肢分析系统中，多个第一传感器101至少设置在足底的以下部位：后足跟骨部位、近节指骨部位、远节指骨部位。
48.具体的，图3是根据本技术实施例提供的足底的第一传感器101的分布示意图，如图3所示，使用多个第一传感器101测量残肢在行走过程中足底的不同接触区域受到的压力，从而确定及足底步态，例如，至少设置在足底的后足跟骨部位、近节指骨部位、远节指骨部位等受力严重的部位，可以使得在不同步态下测定的步态支撑相差异明显，分析得到的步态情况更加准确。
49.具体的，图4是根据本技术实施例提供的假肢接受腔内的第二传感器102的分布示意图，具体为接受腔截面图，为更好的检测到残肢对接受腔产生的压力，将多个第二传感器102均匀的、以成组分布的方式安装在假肢接受腔的内壁，例如，成组分布的方式可以是将第二传感器102分为5组，每组第二传感器102按照线性排布的方式环绕地贴到接受腔内壁。
50.为了便于主控芯片103对数据进行分析，可选地，在本技术实施例提供的假肢分析系统中，该系统还包括：数据采集模块，输入端与第一传感器101、第二传感器102连接，输出端与主控芯片103连接，用于对第一传感数据和第二传感数据进行预处理，并将预处理后的数据发送至主控芯片103。
51.具体地，第一传感数据和第二传感数据为模拟信号，预处理可以包括滤波处理和转换处理，过滤第一传感数据和第二传感数据中的噪声数据，并将过滤后的数据转换为数字信号，发送至主控芯片103。
52.为了实现主控芯片103和终端设备104的通信，可选地，在本技术实施例提供的假肢分析系统中，该系统还包括：通信模块，设置在主控芯片103和终端设备104之间，其中，通信模块至少包括以下之一：无线通信模块、有线通信模块。
53.具体地，有线通信模块可以为主通信模型，无线通信模块为备用通信模块，在主通信模块出现故障的情况下，切换至备用通信模块，保证了主控芯片103和终端设备104之间
的通信的稳定性。
54.图5是根据本技术实施例提供的可选的假肢分析系统的示意图，在本实施例中，系统由第一传感器102、第二传感器103、主控电路、终端设备104组成。其中，主控电路由主控芯片103、数据采集模块以及通信模块构成系统，图6为主控电路示意图，如图6所示，主控电路分别与第一传感器101、第二传感器102通信连接，用于接收第一传感器101采集到的第一传感数据和第二传感器102采集到的第二传感数据，并通过第一传感数据确定下腿假肢的步态情况，通过第二传感数据确定在步态情况下接受腔的受力情况。
55.其中，主控电路部分中的数据采集模块可以为32路adc转换电路，用于将传感器采集到的实时电压信号进行模数转换，将模拟信号转化成为数字信号输入主控芯片103中进行处理。
56.其中，主控芯片103可以stm32h753iik6芯片，通过电源模块进行为主控芯片103持续提供稳定电压。具体地，电源模块可以包括电源和电压转换模块，例如，电源的供电方式可以为usb供电、充电电路供电及外部电池供电，电压转换模块可以为tps63060芯片，通过tps63060芯片进行稳压和电压转换，从而为主控芯片103提供稳定3.3v或5v电压。
57.其中，主控芯片103与终端设备104通信时，可以以无线方式或者本地传输方式与终端设备104建立通信连接，进行数据和信息传输，其中，无线方式可以为wifi、蓝牙、3g、4g等无线通讯方式。具体地，可以采用通信模块与终端设备104通信连接，通信模块可以为本地通讯模块cp2104或者无线通讯模块hc
‑
12，两种通信模块可以将主控芯片103采集到的同步步态信息以本地连接方式或无线方式传送到终端设备104。
58.可选地，在本技术实施例提供的假肢分析系统中，每个第一传感器101以及每个第二传感分别采集对应的感应点的力，主控芯片103通过第一传感数据确定下腿假肢的步态情况，包括：在非测试足的近节指骨感应点以及远节指骨感应点的力均达到峰值并开始缩减，且测试足的后足跟骨感应点开始受力的情况下，确定步态情况为测试足的足跟触地阶段；在非测试足的近节指骨感应点以及远节指骨感应点受力的衰减幅度大于预设值，测试足的近节指骨感应点开始受力，测试足的后足跟骨感应点受力达到峰值并开始缩减的情况下，确定步态情况为测试足的足跟足掌的触地阶段；在非测试足的后足跟骨感应点开始受力，测试足的足掌感应点的受力上升的情况下，确定步态情况为测试足的足掌触地阶段；在非测试足进入足跟足掌触地阶段，测试足的各个感应点的受力逐渐消失的情况下，确定步态情况为测试足的足尖触地阶段。
59.具体的，图7、图8、图9和图10为一个支撑相阶段步态情况示意图，其中，左足为测试足，右足为非测试足。
60.其中，图7是根据本技术实施例提供的步态情况示意图一，也即，正常步态支撑相中的足跟触地阶段足部的受力示意图，在这个时间段内非测试足近节指骨及远节指骨附近感应点的力达到峰值，并且开始缩减，测试后足跟骨感应点(8号)处开始受力，此时身体重心处于非测试足远节指骨，开始了双脚的初步交替。
61.图8是根据本技术实施例提供的步态情况示意图二，也即，正常步态支撑相中足跟足掌触地阶段，在这个时间段内身体重心开始前移，非测试足近节指骨及远节指骨附近感应点受力开始大幅缩减并进入摆动期，测试足近节指骨处感应点(2号)开始受力，后跟骨感应点(8号)受力达到峰值，并开始缩减，在这个时间段内完成了测试足的足跟受力到足掌受
力的过渡，此阶段身体重心处于测试足，双脚的交替结束。
62.图9是根据本技术实施例提供的步态情况示意图三，也即，正常步态支撑相中的足掌触地阶段，在这个时间段内，非测试足结束摆动期，进入足跟触地阶段，测试足足掌受力慢慢上升，身体重心处于双足之间，双脚开始交替。
63.图10是根据本技术实施例提供的步态情况示意图四，也即，正常步态支撑相中的足尖触地阶段，此时非测试足进入足跟足掌触地阶段，测试足即将离地进入摆动期，结束双脚的交替。
64.需要说明的是，以上四个阶段统称为一个支撑相的承重阶段，承重阶段结束后，进入终止阶段的支撑终止阶段，该阶段相当于另一只脚的初始接触阶段，开始另一只脚的支撑相承重阶段，支撑相过后进入摆动相，它们相互交替，形成完整步态。
65.此外，还需要说明的是，对于行动不便的患者来说，足底压力感知的步态与正常人有所差异，所以对于不同人群，可以利用足底压力感知的不同步态去分析该患者在行走过程中存在什么障碍。
66.在得到下腿假肢的步态情况后，可以确定步态情况下接受腔的受力情况，可选地，在本技术实施例提供的假肢分析系统中，主控芯片103通过第二传感数据确定在步态情况下接受腔的受力情况包括：确定每种步态情况下各个第二传感器102的感应点对应的受力值范围；在当前步态情况下，在第二传感器102的感应点超过当前步态情况对应的受力值范围时，确定第二传感器102的感应点受力异常。
67.具体的，由于一个支撑相中的各种步态情况下各个第二传感器102的感应点对应的受力值范围已经确定，主控芯片103可以确定在不同步态情况下接受腔的受力情况，实时判断运动过程中接受腔的受力情况是否出现异常。
68.例如，在当前步态情况下，在第二传感器102的感应点未超过当前步态情况对应的受力值范围时，说明第二传感器102的感应点受力正常，在第二传感器102的感应点超过当前步态情况对应的受力值范围时，可确定第二传感器102的感应点受力出现异常，并通过终端设备104进行实时反馈。
69.通过本实施例，实现了假肢的膝关节受力情况和运动中步态情况的同步分析，从而对改进假肢各部分的协调性、提高用户佩戴假肢的舒适度提供数据支持。
70.术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
71.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。