Анализатор кинематических параметров ходьбы человека

Полезная модель направлена на расширение диагностических возможностей устройств, анализирующих опорно-двигательные функции человека. Устройство содержит металлическую дорожку, датчики касания с металлической дорожкой, выполненные в виде тонких металлических пластин, закрепленных на подошвах обуви испытуемого. На теле испытуемого закреплены генератор прямоугольных импульсов для инфракрасного излучателя и светорассеивающая мишень. Электронный блок с фотоприемником инфракрасных импульсов, установлен по ходу движения испытуемого и соединен с лазерным дальномером, соединенным в свою очередь с персональным компьютером. Датчики касания соединены с блоком питания и генератором прямоугольных импульсов для инфракрасного излучателя с возможностью испускания инфракрасных импульсов в момент одновременного касания дорожки двумя ногами. 8 з.п.ф., 2 илл.

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для определения кинематических параметров ходьбы человека, в частности для дистанционного измерения длины и длительности шага человека и может быть использовано для контроля процесса реабилитации больных, перенесших инсульт, а также в ортопедии, травматологии, протезировании, медицинской экспертизе для диагностики и коррекции опорно-двигательной функции человека, обучения правильной ходьбе; в спорте и других областях для определения способностей человека и оценки состояния его в процессе тренировки, дозирования нагрузок на его опорно-двигательный аппарат.

Для диагностики опорно-двигательной функции человека используют различные устройства и системы.

Так известны устройства для исследования функциональных возможностей человека, в частности, устройство для оценки ходьбы здорового человека и обучения инвалидов ритмичной ходьбе на протезе (А.с. 257685, А61b, 20.11.1969), устройство для исследования походки (А.с. 340410, А.61b 5/10, 26.06.1972), содержащие датчик, выполненный в виде дорожки, и регистрирующее устройство.

Известные устройства не позволяют регистрировать длину шага - одну из основных характеристик, указывающих на особенности ходьбы, устройство по А.с. 340410 не позволяет регистрировать и такую характеристику, как длительность шага, кроме того, устройство, описанное в А.с. 257685, являясь по сути датчиком давления, не достаточно надежно и при массовом обследовании быстро выходит из строя.

Известны способ и устройство для определения положения тела человека (Патент США N 5388591, А61В 5/103), позволяющие по одновременной регистрации положения стоп по контактным датчикам под ними и траектории движения общего центра масс человека (движение характерной точки на спине, визуально наблюдаемое с помощью кинокамеры), определять кинематику движения человека, например инвалида, что может быть использовано при протезировании. Устройство для реализации заявленного способа достаточно дорогостояще, требует для установки специально оборудованного помещения, а полученный объем информации в ряде случаев недостаточен для диагностики нарушений ходьбы,

Наиболее близким к заявляемому устройству, по функциональным возможностям, в части, касающейся измерения длительности шага, является устройство для определения кинематических параметров движения человека (SU 961676, А61В 5/10, 30.09.82), содержащее контактный датчик, встроенный в обувь испытуемого, блок питания, стереокинокамеру, электросекундомер, сигнальное световое табло.

Недостатком данного устройства является сложность измерения необходимых параметров, в частности длины шага человека в процессе ходьбы, для каждой ноги в отдельности, длительности шагов.

Задачей настоящей полезной модели является расширение диагностических возможностей устройства, в частности получение дополнительных, по сравнению с аналогом параметров ходьбы.

Настоящая задача решается тем, что в анализаторе кинематических параметров ходьбы человека, включающем контактные датчики, закрепленные на обуви испытуемого, блок питания, оптический измеритель расстояния, согласно заявляемой полезной модели устройство содержит металлическую дорожку, контактные датчики, представляют собой датчики касания с металлической дорожкой, выполненные в виде тонких металлических пластин, закрепленных на подошвах обуви испытуемого, генератор прямоугольных импульсов для инфракрасного излучателя и светорассеивающую мишень, закрепленные на теле испытуемого электронный блок с фотоприемником инфракрасных импульсов, установленный по ходу движения испытуемого и соединенный с оптическим измерителем расстояния, в качестве которого используют лазерный дальномер, персональный компьютер, соединенный с лазерным дальномером, при этом датчики касания соединены с блоком питания и генератором прямоугольных импульсов для инфракрасного излучателя с возможностью испускания инфракрасных импульсов в момент одновременного касания дорожки двумя ногами.

Датчики касания на обуви испытуемого могут быть выполнены в виде тонкой алюминиевой фольги.

Датчики касания на обуви испытуемого могут повторять контур подошвы.

Металлическая дорожка может быть выполнена из алюминиевой фольги.

Металлическая дорожка может быть выполнена с возможностью сворачивания ее в рулон.

Инфракрасный излучатель может состоять из одного и более светодиодов.

Лазерный дальномер и персональный компьютер могут быть соединены проводной связью.

Лазерный дальномер и персональный компьютер могут быть соединены беспроводной связью.

Персональный компьютер снабжен, по меньшей мере, одним программным продуктом.

Заявляемое устройство - анализатор кинематических параметров ходьбы человека, иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена блок-схема, устройства; на фиг.2 показан пациент со смонтированным устройством в соответствии с полезной моделью.

Анализатор кинематических параметров ходьбы человека включает металлическую дорожку 1, датчики касания 2, закрепленные на подошве обуви испытуемого, блок питания 3, генератор прямоугольных импульсов 4 для инфракрасного излучателя 5, закрепленный на теле испытуемого, светорассеивающую мишень 6 закрепленную на теле испытуемого, электронный блок 7 с фотоприемником инфракрасных импульсов 8, лазерный дальномер 9, персональный компьютер 10.

Устройство работает следующим образом. На ноги испытуемого надевают не создающие неудобств при ходьбе легкие «бахилы», к подошвам которых прикреплены тонкие металлические пластины 2, например, из алюминиевой фольги. На теле испытуемого закрепляют генератор прямоугольных импульсов 4 для инфракрасного излучателя 5 и светорассеивающую мишень 6. Испытуемый приближается или удаляется по прямой от лазерного дальномера по металлической дорожке 1. При ходьбе при постановке обеих ног, на металлическую дорожку 1 электрическая цепь замыкается и, закрепленный на испытуемом инфракрасный излучатель 5 испускает несколько инфракрасных импульсов. Инфракрасные световые импульсы, принимаются фотоприемником инфракрасных импульсов 8, и электронный блок 7 по фронту первого принятого импульса включает лазерный дальномер 9 для измерения расстояния (по прямой) от лазерного дальномера 9 до светорассеивающей мишени 6, закрепленной на теле испытуемого. Рассеянный светоотражающей мишенью 6 свет лазера дальномера 9 принимается фотоприемником дальномера, обрабатывается электронным блоком дальномера и на дисплее дальномера индицируется расстояние до объекта. После этого электронный блок 7 переключает дальномер 9 в режим передачи полученного значения расстояния, по любому совместимому с используемым оборудованием интерфейсу, например Bluetooth, в персональный компьютер 10, где данные по измерению расстояния записываются в электронные таблицы Excel и сохраняются в виде таблицы расстояний от испытуемого до дальномера, выраженные в метрах. Одновременно с этим программно считываются показания системных часов компьютера, соответствующие моменту измерения расстояния и также записываются в электронные таблицы Excel. Длина шага определяется как разность расстояний между последовательными положениями испытуемого, а длительность шага - как разность показаний системных часов компьютера в те моменты, когда записаны эти расстояния до объекта.

Данные, записанные в таблице, обрабатываются с помощью специальной программы.

На основе полученных данных при измерениях можно построить следующие зависимости:

- расстояние от лазера до испытуемого от номера шага;

- длина шага от номера шага (общий график и для каждой ноги в отдельности);

- длительность шага от номера шага (общий график и для каждой ноги в отдельности);

- длина шага от его длительности (общий график, выборка для правой и левой ног);

- распределение (гистограмма) длительности шага (общий график, выборка для правой и левой ног);

- распределение длины шага (общий график, выборка для правой и левой ног).

На основе статистической обработки данных могут быть получены следующие статистические характеристики ходьбы:

- средняя длина шага (общая, для правой и левой ног):

- средняя длительность шага (общая, для правой и левой ног);

- средняя скорость движения (общая, для правой и левой ног);

- асимметрия, эксцесс (общая, для правой и левой ног).

К преимуществам заявляемой полезной модели стоит отнести легкость сборки и мобильность что обеспечивает возможность проведения диагностических исследований не только в условиях клиники.

1. Анализатор кинематических параметров ходьбы человека, включающий контактные датчики, закрепленные на обуви испытуемого, блок питания, оптический измеритель расстояния, отличающийся тем, что устройство содержит металлическую дорожку, контактные датчики представляют собой датчики касания с металлической дорожкой, выполненные в виде тонких металлических пластин, закрепленных на подошвах обуви испытуемого, генератор прямоугольных импульсов для инфракрасного излучателя и светорассеивающую мишень, закрепленные на теле испытуемого электронный блок с фотоприемником инфракрасных импульсов, установленный по ходу движения испытуемого и соединенный с оптическим измерителем расстояния, в качестве которого используют лазерный дальномер, персональный компьютер, соединенный с лазерным дальномером, при этом датчики касания соединены с блоком питания и генератором прямоугольных импульсов для инфракрасного излучателя с возможностью испускания инфракрасных импульсов в момент одновременного касания дорожки двумя ногами.

2. Анализатор кинематических параметров ходьбы человека по п.1, отличающийся тем, что датчики касания выполнены в виде тонкой алюминиевой фольги.

3. Анализатор кинематических параметров ходьбы человека по п.1, отличающийся тем, что датчики касания повторяют контур подошвы обуви.

4. Анализатор кинематических параметров ходьбы человека по п.1, отличающийся тем, что металлическая дорожка выполнена из алюминиевой фольги.

5. Анализатор кинематических параметров ходьбы человека по п.1, отличающийся тем, что металлическая дорожка выполнена с возможностью сворачивания ее в рулон.

6. Анализатор кинематических параметров ходьбы человека по п.1, отличающийся тем, что инфракрасный излучатель состоит из одного и более светодиодов.

7. Анализатор кинематических параметров ходьбы человека по п.1, отличающийся тем, что лазерный дальномер и персональный компьютер соединены проводной связью.

8. Анализатор кинематических параметров ходьбы человека по п.1, отличающийся тем, что лазерный дальномер и персональный компьютер соединены беспроводной связью.

9. Анализатор кинематических параметров ходьбы человека по п.1, отличающийся тем, что персональный компьютер снабжен, по меньшей мере, одним программным продуктом.