一种基于足底压力的小腿后肌损失检测系统
阅读说明：本技术 一种基于足底压力的小腿后肌损失检测系统 (Plantar pressure-based posterior crus muscle loss detection system ) 是由 王坤 崔博 佘晓俊 杲修杰 杨红莲 马科锋 朱英文 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于足底压力的小腿后肌损伤检测系统,根据目标身高体重构建对应目标人体的肌骨模型；通过步态仿真获得目标小腿后肌不同程度损伤情况下的足底压力；通过对比目标实际行走的足底压力与损伤仿真的足底压力判断目标小腿后肌损伤程度。本发明可以在小腿后肌损伤初期提示损伤信息,使得目标能够及时对损伤情况进行处理,避免更加严重的肌肉损伤。(The invention relates to a crus posterior muscle injury detection system based on plantar pressure, which is used for constructing a muscle bone model corresponding to a target human body according to the height and the weight of the target body; obtaining plantar pressure under different degrees of injury of target crus posterior muscles through gait simulation; and judging the injury degree of the target calf posterior muscles by comparing the sole pressure of the target actually walking with the injury simulated sole pressure. The invention can prompt injury information at the early stage of the postcrural muscle injury, so that the target can process the injury condition in time and avoid more serious muscle injury.)
技术领域
本发明涉及下肢损伤检测技术领域，特别是涉及一种基于足底压力的小腿后肌损伤检测系统。
背景技术
人在剧烈运动中下肢肌肉组织急性、慢性损伤常见，当肌肉严重损伤时，疼痛感明显，活动受到限制，此时再进行诊断治疗为时已晚。现有的下肢肌肉损伤诊断主要是通过医生经验及彩超等成像的方法进行，然而当人们意识到去医院的时候，往往已经发展到严重损伤。
因此，本领域亟需一种快速简易的肌肉早期损伤检测的技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于足底压力的小腿后肌损伤检测系统，能够快速简易的检测小腿后肌的损伤程度，实现早期损伤的及时诊断，避免小腿后肌的严重损伤。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于足底压力的小腿后肌损伤检测系统，所述系统包括：
身高体重获取模块，用于获取检测者的身高体重；
肌骨模型构建模块，用于根据所述身高体重构建人体肌骨模型；
足底压力仿真模块，用于根据所述肌骨模型仿真小腿后肌不同损伤程度下的足底压力，得到仿真足底压力；
行走足底压力获取模块，用于获取所述检测者行走时的足底压力；
足底压力对比模块，用于对比所述足底压力和所述仿真足底压力，得到对比结果；
损伤程度判断模块，用于根据所述对比结果判断所述检测者的小腿后肌损伤程度。
可选的，所述根据所述身高体重构建人体肌骨模型，具体包括：
根据所述身高体重等比缩放初始肌骨模型；所述初始肌骨模型为：初始身高1.8m，体重75kg，平面自由度为9。
可选的，所述根据所述身高体重构建人体肌骨模型，具体包括：
根据所述身高体重等比缩放初始肌骨模型；所述初始肌骨模型为：初始身高1.6m，体重45kg，平面自由度为9。
可选的，所述初始肌骨模型的身体部分简化为头、躯干、大腿骨、小腿骨和脚。
可选的，所述初始肌骨模型的肌肉简化为下肢单肢9块Hill肌肉-肌腱力学模型，包括：臀大肌、双关节腘绳肌、髂腰肌、股直肌、股中间肌、股二头肌短头、腓肠肌、比目鱼肌和胫骨前肌。
可选的，所述根据所述肌骨模型仿真小腿后肌不同损伤程度下的足底压力，得到仿真足底压力，具体包括：
设置所述肌骨模型中腓肠肌与比目鱼肌最大等长肌力分别减小0％、30％和60％模拟小腿后肌不同程度损伤情况；以所述肌骨模型不摔倒、头部最稳定、肌肉耗能最小为仿真目标，仿真小腿后肌不同程度损伤情况下的足底压力，得到仿真足底压力。
可选的，所述以所述肌骨模型不摔倒、头部最稳定、肌肉耗能最小为仿真目标，仿真小腿后肌不同程度损伤情况下的足底压力，得到仿真足底压力，具体包括：
利用步态控制算法计算所述肌骨模型中肌肉的激活程度，结合所述肌骨模型初始状态进行步态仿真，仿真过程中所述步态控制算法的控制参数不断更新，直至寻找达到所述肌骨模型不摔倒、头部最稳定、肌肉耗能最小的步态仿真终止条件的控制参数，此时的仿真结果即为所述仿真足底压力。
可选的，所述对比所述足底压力和所述仿真足底压力，得到对比结果，具体包括：
根据所述足底压力绘制足底压力变化曲线
根据所述仿真足底压力绘制仿真足底压力变化曲线；
对比所述足底压力变化曲线和所述仿真足底压力变化曲线，得到对比结果。
可选的，所述根据所述对比结果判断所述检测者的小腿后肌损伤程度，具体包括：
若所述足底压力变化曲线波峰低于所述仿真足底压力变化曲线的30％损伤下的波峰，则判断小腿后肌未损伤；
若所述足底压力变化曲线波峰高于所述仿真足底压力变化曲线的30％损伤下的波峰，且低于所述仿真足底压力变化曲线的60％损伤下的波峰，则判断小腿后肌一级损伤；
若所述足底压力变化曲线波峰高于所述仿真足底压力变化曲线的60％损伤下的波峰，则判断小腿后肌二级损伤。
可选的，所述小腿后肌损伤程度包括：小腿后肌未损伤、小腿后肌轻度损伤和小腿后肌重度损伤。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明实施例提供的基于足底压力的小腿后肌损伤检测系统能够快速简易的检测小腿后肌的损伤程度，实现早期损伤的及时诊断，避免小腿后肌的严重损伤，其基于足底压力变化诊断小腿后肌损伤程度，快速简易，能够在小腿后肌损伤初期及时诊断，避免运动过程中小腿后肌的进一步损伤。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的基于足底压力的小腿后肌损伤检测系统的系统框图。
图2为本发明实施例一提供的基于足底压力的小腿后肌损伤检测系统的初始肌骨模型示意图。
图3为本发明实施例一提供的基于足底压力的小腿后肌损伤检测系统的步态控制算法示意图。
图4为本发明实施例一提供的基于足底压力的小腿后肌损伤检测系统的仿真足底压力变化曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
剧烈运动中下肢肌肉组织急性、慢性损伤常见，当肌肉严重损伤时，触疼明显，活动明显受到限制，此时再进行诊断治疗为时已晚。现有的下肢肌肉损伤诊断主要是通过医生经验及彩超等成像方法进行，快速简易的肌肉早期损伤检测方法匮乏。
本发明的目的是提供一种基于足底压力的小腿后肌损伤检测系统，能够快速简易的检测小腿后肌的损伤程度，实现早期损伤的及时诊断，避免小腿后肌的严重损伤。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于足底压力的小腿后肌损伤检测系统，其该系统包括：
身高体重获取模块M1，用于获取检测者的身高体重；
肌骨模型构建模块M2，用于根据所述身高体重构建人体肌骨模型；
具体的，根据所述身高体重等比缩放初始肌骨模型；如图2所示，所述初始肌骨模型为：初始身高1.8m，体重75kg，平面自由度为9。所述初始肌骨模型的身体部分简化为头、躯干、大腿骨、小腿骨和脚。所述初始肌骨模型的肌肉简化为下肢单肢9块Hill肌肉-肌腱力学模型，包括：臀大肌、双关节腘绳肌、髂腰肌、股直肌、股中间肌、股二头肌短头、腓肠肌、比目鱼肌和胫骨前肌。
作为一种可选的实施方式，为了满足不同人的实际需求，还可以将所述初始肌骨模型设置为：初始身高1.6m，体重45kg，平面自由度为9。
在模型构建过程中根据检测者的身高与初始肌骨模型的身高比值等比缩放初始肌骨模型各肌骨尺寸，根据检测者的体重与初始肌骨模型的体重比值等比缩放初始肌骨模型各肌骨重量，从而获得重构的人体肌骨模型。
足底压力仿真模块M3，用于根据所述肌骨模型仿真小腿后肌不同损伤程度下的足底压力，得到仿真足底压力；
具体的，设置所述肌骨模型中腓肠肌与比目鱼肌最大等长肌力(Maximumisometric force，等长收缩形式下的最大肌力)分别减小0％、30％和60％模拟小腿后肌不同程度损伤情况(仿真设定的最大等长肌力为肌肉比肌力为60N/cm2时最大等长肌力)；以所述肌骨模型不摔倒、头部最稳定、肌肉耗能最小为仿真目标，仿真小腿后肌不同程度损伤情况下的足底压力，得到仿真足底压力。
请参阅图3，利用步态控制算法计算所述肌骨模型中肌肉的激活程度，结合所述肌骨模型初始状态进行步态仿真，仿真过程中所述步态控制算法的控制参数不断更新，直至寻找达到所述肌骨模型不摔倒、头部最稳定、肌肉耗能最小的步态仿真终止条件的控制参数，此时的仿真结果即为所述仿真足底压力。
步态仿真通过软件SCONE(version 1.5.0.3078)编写程序实现，首先更新肌骨模型中腓肠肌与比目鱼肌的最大等长肌力参数，然后给定肌骨模型初始状态参数(参考文献1中的初始状态参数)，设定步态控制参数及仿真终止条件，最后运行软件获得仿真结果。
作为一种具体的实施方式，其步态仿真的具体实现过程为：
采用SCONE中的CmaOptimizer步态模拟器进行步态模拟；
设置肌骨模型参数；
通过SCONE中的Properties函数设置左右腿比目鱼肌与腓肠肌最大等长肌力，最大等长肌力正常值为1，设置为0.3即最大等长肌力减小70％；
通过SCONE中的GaitStateController设置步态控制参数；
通过SCONE中的CompositeMeasure设置仿真目标，本实施例中设置实现仿真结果中模型不摔倒、头部最稳定、肌肉耗能最小。
行走足底压力获取模块M4，用于获取所述检测者行走时的足底压力；
足底压力对比模块M5，用于对比所述足底压力和所述仿真足底压力，得到对比结果；
具体的，根据所述足底压力绘制足底压力变化曲线
根据所述仿真足底压力绘制仿真足底压力变化曲线，请参阅图4；
对比所述足底压力变化曲线和所述仿真足底压力变化曲线，得到对比结果。
损伤程度判断模块M6，用于根据所述对比结果判断所述检测者的小腿后肌损伤程度。将检测者一个步态周期中的实际足底压力与仿真足底压力对比，判断实际足底压力所在损伤区间，进而判断小腿后肌损伤情况。
由图4可知，当小腿后肌最大等长力减小达30％时，即损伤程度为30％时，步态周期足底水平方向压力波峰显著提升，通过对比实际步行时，稳定步态的足底水平方向压力波峰低于30％损伤的波峰、在30％损伤的波峰与60％损伤的波峰之间、高于60％损伤的波峰分别对应于小腿后肌未损伤、轻度损伤、重度损伤。
具体的，若所述足底压力变化曲线波峰低于所述仿真足底压力变化曲线的30％损伤下的波峰，则判断小腿后肌未损伤；
若所述足底压力变化曲线波峰高于所述仿真足底压力变化曲线的30％损伤下的波峰，且低于所述仿真足底压力变化曲线的60％损伤下的波峰，则判断小腿后肌一级损伤；
若所述足底压力变化曲线波峰高于所述仿真足底压力变化曲线的60％损伤下的波峰，则判断小腿后肌二级损伤。
作为一种可选的实施方式，本实施例中小腿后肌损伤程度包括：小腿后肌未损伤、小腿后肌轻度损伤和小腿后肌重度损伤，其中小腿后肌轻度损伤对应小腿后肌一级损伤，小腿后肌重度损伤对应小腿后肌二级损伤。
本发明实施例提供的基于足底压力的小腿后肌损伤检测系统，根据目标身高体重构建对应目标人体的肌骨模型；通过步态仿真获得目标小腿后肌不同程度损伤情况下的足底压力；通过对比目标实际行走的足底压力与损伤仿真的足底压力判断目标小腿后肌损伤程度。本发明可以在小腿后肌损伤初期提示损伤信息，使得目标能够及时对损伤情况进行处理，避免更加严重的肌肉损伤，能够快速简易的检测小腿后肌的损伤程度，实现早期损伤的及时诊断，避免小腿后肌的严重损伤，其基于足底压力变化诊断小腿后肌损伤程度，快速简易，能够在小腿后肌损伤初期及时诊断，避免运动过程中小腿后肌的进一步损伤。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。