CN112617837A - 一种人体下肢耐力的评估方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人体下肢耐力的评估方法及装置，该方法包括：构建以平板中心为原点的XY坐标轴，采集预设时长范围内受试者站立在平板中心Y轴两侧双脚连续不断的交替踩踏平板，所产生的压力中心X坐标的时间序列数据；进行两个阶段的分析和处理，最终可计算出耐力衰减指数和稳定控制指数等指标，其作为影响抵抗疲劳的能力、保持运动中相对平衡的能力的指标；进而获得受试者耐力水平参数。应用该方法，可准确评估下肢耐力的水平参数，可根据不同运动项目对下肢肌肉耐力要求的特点，结合运动员下肢肌肉耐力水平的评估结果，可指导改进并选择科学的训练手段和方法，加强下肢耐力的训练，进一步提高下肢肌肉持续重复动作和对抗疲劳的能力。

Description

一种人体下肢耐力的评估方法及装置
技术领域
本发明涉及运动生物力学评估技术领域，具体地讲，本发明涉及一种人体下肢耐力的评估方法及装置。
背景技术
下肢功能能力主要是指下肢肌肉的爆发力、下肢肌肉的耐力，以及通过下肢控制人体姿势稳定性的能力，在人们的日常工作、生活中，以及各类运动中都有着非常重要的作用，比如：走路、跑步、爬楼梯等；在运动员参与的竞技比赛中，对取到优异的比赛成绩也是至关重要的，特别是跑、跳类及相关比赛项目。
对于下肢功能不足，或损伤后的康复，都是可以通过针对性的运动训练方法来进行改善和提高的。那么通过对下肢功能的评估就能及早的发现下肢功能的问题，避免日常工作、生活中，乃至运动中，因功能不足造成的意外损伤，及早的进行改善性训练，从而提升生活的品质。通过对运动员训练前后的下肢功能评估结果的对比，也能够及时了解运动效果，适时调整训练方案，监控训练效果，提升竞技比赛的成绩。
目前下肢耐力主要通过测量10秒或15秒双脚连续踩踏来进行评估，目前评估手段主要采用人工或开关式传感技术来进行计数。
人工计数是通过计时器计时，计数员计数的方式进行。由于高水平运动员每秒的频率能高达25-30次(每次约33-40毫秒)，普通人的每秒频率也能达到10-15次(每次约66-100毫秒)，而人类的反映速度极限，目前科学界公认为100毫秒，因此，人工计数因反映判断能力的限制，在时间控制和计数上存在很大的误差。
目前评估手段主要采用开关式传感技术，开关式传感技术是由两层导电层，中间用隔离点隔开，当受到压力时，两层导电层接触，即反映出断开/闭合两种状态。由于两层导电层间存在着一定的距离，灵敏性会受很大的影响，另外，在受到压力到闭合的过程中就会存在的一定的时间差，这类传感器因制作工艺的影响，这个时间差会有很大的差异，在对高水平运动员评估下肢耐力时，这个差异的影响会直接影响到评估结果的准确性。
另外，开关式传感技术只有断开/闭合两种状态，即在起跳前(或落地后)的支撑阶段，传感器受到人体重力压力的作用，呈闭合状态；在起跳后的腾空阶段，人体已经离开传感器，传感器未受到任何压力的作用，呈断开状态。
采用开关式传感技术，虽然可以通过软件精确计时和计数，但是在测量过程中，无法在测量过程中分析评估，双腿力量和耐力的非对称性差异，而双侧肌肉的非对称问题，是发生运动损伤最直接的原因，也是运动损伤评估中非常重要的依据。
因此，如何准确获取下肢在双脚连续踩踏过程中力的变化，以及如何对受试者进行下肢耐力的准确评估，以便指导调整训练方案；是同行从业人员亟待解决的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种人体下肢耐力的评估方法及装置，可解决上述无法获取力的变化数据，以及无法准确评估受试者下肢耐力的问题。
作为本发明的第一方面，涉及一种人体下肢耐力的评估方法，包括：
根据评估硬件装置的平板，构建以平板中心为原点的XY坐标轴；
采集预设时长范围内受试者站立在平板中心Y轴两侧双脚连续不断的交替踩踏平板，所产生的压力中心X坐标的时间序列数据；
根据所述压力中心X坐标的时间序列数据，分析确认两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系；所述两个阶段包括：左脚的触地阶段和右脚的触地阶段；
根据两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系，获得多个评估参数；
基于多个评估参数，计算得受试者耐力水平参数。
在一个实施例中，还包括：
将所述耐力水平参数与预设阈值进行比较，根据比较结果确认所述受试者所属评估等级。
在一个实施例中，根据两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系，获得多个评估参数，包括：
根据两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系，构建分析坐标系；获得左脚的触地时间和右脚的触地时间；所述分析坐标系纵轴表示压力中心X坐标值，横轴表示时间；
根据左脚的触地时间和右脚的触地时间，计算得腾空时间；
在所述分析坐标系的纵轴方向，压力中心X坐标每次出现波峰或波谷作为一个踩踏次数；相邻波峰与波谷之间的时间作为每次的时间；
根据所述每次的时间，计算得每次的频率；数值最大的1次频率为峰值频率，数值最小的1次频率为最小频率；
将每次的频率累加之和，与总次数相比，获得平均频率；
在所述预设时长范围内，以左脚或右脚接触平板，并在所述分析坐标系的纵轴方向的两个方向出现峰值时，记录压力中心的坐标点数据，绘制成热力图，获得双脚的触地范围；
根据坐标点数据的密集程度，将热力图分为多个区域，分别计算出每个区域对应的触地区域面积。
在一个实施例中，根据坐标点数据的密集程度，将热力图分为多个区域，分别计算出每个区域对应的触地区域面积，包括：
根据坐标点数据的密集程度，将热力图转换为灰度图，将灰度图按色阶范围划分4个区域；其中区域1表示坐标点很集中；区域2表示坐标点较集中，包含区域1的范围；区域3表示坐标点集中，包含区域2范围；区域4表示坐标点比较分散，包含区域3范围；
将所有区域，填充上预设面积的正三角形，根据各个区域的三角形个数，计算得各个区域对应的触地区域面积。
在一个实施例中，基于多个评估参数，计算得受试者耐力水平参数，包括：
根据所述最小频率和峰值频率的比值，计算得耐力衰减指数；
根据所述区域1面积和区域4面积的比值，计算得稳定控制指数；
将所述耐力衰减指数、稳定控制指数，进行加权平均获得受试者耐力水平参数。
第二方面，本发明实施例还提供一种人体下肢耐力的评估装置，包括：
构建模块，用于根据评估硬件装置的平板，构建以平板中心为原点的XY坐标轴；
采集模块，用于采集预设时长范围内受试者站立在平板中心Y轴两侧双脚连续不断的交替踩踏平板，所产生的压力中心X坐标的时间序列数据；
分析模块，用于根据所述压力中心X坐标的时间序列数据，分析确认两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系；所述两个阶段包括：左脚的触地阶段和右脚的触地阶段；
第一计算模块，用于根据两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系，获得多个评估参数；
第二计算模块，用于基于多个评估参数，计算得受试者耐力水平参数。
在一个实施例中，还包括：
确认模块，用于将所述耐力水平参数与预设阈值进行比较，根据比较结果确认所述受试者所属评估等级。
在一个实施例中，第一计算模块，包括：
触地时间计算单元：根据两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系，构建分析坐标系；获得左脚的触地时间和右脚的触地时间；所述分析坐标系纵轴表示压力中心X坐标值，横轴表示时间；
腾空时间计算单元：根据左脚的触地时间和右脚的触地时间，计算得腾空时间；
次数及每次的时间计算单元：在所述分析坐标系的纵轴方向，压力中心X坐标每次出现波峰或波谷作为一个踩踏次数；相邻波峰与波谷之间的时间作为每次的时间；
频率相关计算单元：根据所述每次的时间，计算得每次的频率；数值最大的1次频率为峰值频率，数值最小的1次频率为最小频率；
平均频率计算单元：将每次的频率累加之和，与总次数相比，获得平均频率；
触地范围计算单元：在所述预设时长范围内，以左脚或右脚接触平板，并在所述分析坐标系的纵轴方向的两个方向出现峰值时，记录压力中心的坐标点数据，绘制成热力图，获得双脚的触地范围；
触地区域面积计算单元：根据坐标点数据的密集程度，将热力图分为多个区域，分别计算出每个区域对应的触地区域面积。
在一个实施例中，所述触地区域面积计算单元，具体用于：
根据坐标点数据的密集程度，将热力图转换为灰度图，将灰度图按色阶范围划分4个区域；其中区域1表示坐标(X,Y)点很集中；区域2表示坐标(X,Y)点较集中，包含区域1的范围；区域3表示坐标(X,Y)点集中，包含区域2范围；区域4表示坐标(X,Y)点比较分散，包含区域3范围；
将所有区域，填充上预设面积的正三角形，根据各个区域的三角形个数，计算得各个区域对应的触地区域面积。
在一个实施例中，第二计算模块，具体用于：
根据所述最小频率和峰值频率的比值，计算得耐力衰减指数；
根据所述区域1面积和区域4面积的比值，计算得稳定控制指数；
将所述耐力衰减指数、稳定控制指数，进行加权平均获得受试者耐力水平参数。
本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
本发明实施例提供的一种人体下肢耐力的评估方法及装置，该方法包括：构建以平板中心为原点的XY坐标轴，采集预设时长范围内受试者站立在平板中心Y轴两侧双脚连续不断的交替踩踏平板，所产生的压力中心X坐标的时间序列数据；进行两个阶段的分析和处理，最终可计算出比如每次的时间、每次的频率、耐力衰减指数和稳定控制指数等指标，其作为影响抵抗疲劳的能力、保持运动中相对平衡的能力的指标；进而获得受试者耐力水平参数。应用该方法，可准确评估下肢耐力的水平参数，可根据不同运动项目对下肢肌肉耐力要求的特点，结合运动员下肢肌肉耐力水平的评估结果，可指导改进并选择科学的训练手段和方法，加强下肢耐力的训练，进一步提高下肢肌肉持续重复动作和对抗疲劳的能力。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为现有技术中开关式传感器的受力曲线图；
图2a为本发明实施例提供的评估装置的硬件结构图；
图2b为本发明实施例提供的评估装置中传感器安装位置正面示意图；
图2c为本发明实施例提供的评估装置中传感器安装位置反面示意图；
图3为本发明实施例提供的人体下肢耐力的评估方法的流程图；
图4a为以评估硬件装置的平板中心为原点构建的XY坐标轴示意图；
图4b为压力中心在C2和C3连线上时的XY坐标轴示意图；
图4c为压力中心在Y轴上时的XY坐标轴示意图；
图5为本发明实施例提供的受试者站立在平板中心位置的示意图；
图6为双脚连续交替踩踏时X坐标数据变化的示意图；
图7a为分析左脚和右脚的触地时间的曲线图；
图7b为分析腾空时间的X坐标数据变化曲线图；
图8为双脚连续交替踩踏时压力中心坐标绘制的热力灰度图；
图9为将图8按照色阶划分成4个区域示意图；
图10为触地区域面积填充上正三角形的示意图；
图11为本发明实施例提供的人体下肢耐力的评估装置的框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供了一种人体下肢耐力的评估方法，在实施过程中需要借助于评估硬件装置，因此，首先对该评估硬件装置进行介绍和描述。如图2a所示，由4个压力传感器、下位机、PC相互连接，其中①②③④分别为4个压力传感器。如图2b-2c所示，圆圈的位置即为压力传感器的安装位置。
该评估硬件装置的工作原理如下：
压力传感器在通电状态下，输出电压会随着压力变化而变化，这个变化呈线性关系y＝kx。通过对多个不同大小的固定压力，测量传感器的输出电压，即可获取线性变化的系数k。在应用中，通过采集压力变化的电压信号和传感器的线性变化系数k，即可转换成压力数据。
其中，比如采用的压力传感器量程为300kg，灵敏度为2.0mV/V，准确度为±0.01％FS，材质为优质合金钢，测量的精度能达到1克力(或0.00098N)，因此，微弱的压力都能够被准确的感应到。
下位机处理传感器模拟信号，并转换成将数字信号(压力数据)发送给PC。设计中充分考虑到了传感器微小信号容易受外界电磁干扰的影响的问题，即使信号电路中有外来信号也不会影响微小信号的处理能力，不会产生干扰。并且设计采用USB接口，接口可直接连接PC上位机，Windows XP,Windows 7,Windows 10,linux等操作系统都可即插即用。
上位机可执行本发明实施例提供的人体下肢耐力的评估方法，对数据进行处理及评估，参照图3所示该方法包括：
S11、根据评估硬件装置的平板，构建以平板中心为原点的XY坐标轴；
S12、采集预设时长范围内受试者站立在平板中心Y轴两侧双脚连续不断的交替踩踏平板，所产生的压力中心X坐标的时间序列数据；
S13、根据所述压力中心X坐标的时间序列数据，分析确认两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系；所述两个阶段包括：左脚的触地阶段和右脚的触地阶段；
S14、根据两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系，获得多个评估参数；
S15、基于多个评估参数，计算得受试者耐力水平参数。
本实施例中，对人体下肢耐力的评估是基于以上压力中心X、Y坐标数据的实时变化。构建以平板中心为原点的XY坐标轴，采集预设时长范围内受试者站立在平板中心Y轴两侧双脚连续不断的交替踩踏平板，所产生的压力中心X坐标的时间序列数据；进行两个阶段的分析和处理，最终可计算出比如每次的时间、每次的频率、耐力衰减指数和稳定控制指数等指标，其作为影响抵抗疲劳的能力、保持运动中相对平衡的能力的指标；进而获得受试者耐力水平参数。应用该方法，可准确评估下肢耐力的水平参数，可根据不同运动项目对下肢肌肉耐力要求的特点，结合运动员下肢肌肉耐力水平的评估结果，可指导改进并选择科学的训练手段和方法，加强下肢耐力的训练，进一步提高下肢肌肉持续重复动作和对抗疲劳的能力。
进一步地，如图3所示，还包括：
S16、将所述耐力水平参数与预设阈值进行比较，根据比较结果确认所述受试者所属评估等级。其中，预设阈值，比如是基于大样本数据计算出所有评估指标的平均值；当对受试者进行评估后，得出其肌肉耐力水平的参数，可与平均值进行比较，确认其属于正常水平、还是低于正常水平、或高于正常水平。另外也可以用标准差来设定多个等级；可进一步明确受试者与其他大部分人或其他运动员的差别；便于制定新的运动目标或调整运动策略等。
下面分别对上述人体下肢耐力的评估方法各步骤进行详细说明。
上述步骤S11中，以评估硬件装置的平板构建以平板中心为原点的XY坐标轴；其中，比如该评估硬件装置的数据采样频率约为200Hz，平均约5ms一组传感器数据(4个传感器的电压值)，将其按线性关系y＝kx和线性变化系数k，即可得到4个传感器的压力数据。
该评估硬件装置的压力中心算法原理如下：
如图4a所示，将安装了4个传感器的平板放置在XY的坐标系里，4个传感器分别表示为C1、C2、C3、C4。假设图4a中的小三角形为某一时刻的压力中心所在位置(该压力中心实际大小应为极小的一个点，为了便于描述和分析，此处用较大的图形表示)。
以X方向为例分析，假设右左测压力差(C2+C3)-(C1+C4)为D，那么当D＞0时，表明压力中心在Y轴的右侧，如果当D＜0时，表明压力中心在Y轴的左侧，如图4a所示，小三角在X方向上Y轴的左侧，即D＜0；在Y方向上同理分析可得，小三角在Y方向上X轴的上面，即上下测压力差(C1+C2)-(C3+C4)＞0。
假设，传感器中心到Y轴的距离为L，压力中心到Y轴的距离为S，压力大小为F，如果压力中心处于传感器C2、C3中心的连线上，那么S＝L，如图4b所示，此时，C2+C3＝F，C1+C4＝0，D＝(C2+C3)-(C1+C4)＝F，即D＝F；
如果压力中心处于Y轴上，S＝0，如图4c所示，此时C2+C3＝C1+C4＝0.5F，D＝(C2+C3)-(C1+C4)＝0，即D＝0。
综上分析，当S＝L时，D＝F，当S＝0时，D＝0，说明D与S是正比例关系(即压力中心到Y轴的距离与右左侧压力差呈正比例关系)，即S∶D＝L∶F，转换后得S＝D×L/F(即压力中心到Y轴的距离＝右左测压力差×传感器中心到Y轴的距离/压力大小)，压力中心到Y轴的距离实际为压力中心在XY坐标系里的X坐标；同理可得压力中心的Y坐标。
压力中心坐标的计算公式为：
X坐标＝(传感器2+传感器3-传感器1-传感器4)×传感器到Y轴的距离/4个传感器的和；
Y坐标＝(传感器1+传感器2-传感器3-传感器4)×传感器到X轴的距离/4个传感器的和。
步骤S12中，可如图5所示，受试者站立在平板中心位置，此时4个压力传感器的压力数据之和，是人体的重量对平板施加的压力(即体重)。采集数据时具有两种情况：
第一种情况：受试者双脚分开，站立在平板中线Y轴两侧，即X轴为受试者的左右方向；比如在10秒或15秒的时间范围内，双脚连续不断的交替踩踏平板，通过对X坐标数据变化的过程(如图6所示)，来进行分析和评估。其中，本步骤中，预设时长范围的选择与评估硬件装置的采集频率相关，也与后续评估时大数据样本的测试标准相关、还与受试者的连续交替踩踏疲劳程度相关。优选的范围比如在10到15秒之间。
第二种情况：同样地，受试者也可以站立在平板中心X轴的两侧，即Y轴为受试者的左右方向，此时采集压力中心Y坐标的时间序列数据即可。
上述两种采集方式，择一选择即可，即通过单独采集压力中心X坐标、或Y坐标。为方便描述，下面描述过程中皆以第一种情况为例进行说明。
在S13-S14步骤中，根据图6所示，分析压力中心X坐标的时间序列数据，分析确认两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系：构建分析坐标系，该分析坐标系纵轴表示压力中心X坐标值，横轴表示时间；
触地时间(CT)：当左脚刚刚接触上平板时，此时，虽然右脚还未离开，但压力中心在X坐标值方向(纵轴向上)上已出现明显的反向变化(差异＞5mm)，此刻，即为左脚接触地面的开始时间；随着左脚逐渐的发力，右脚准备离开平板，压力中心继续朝着X方向的反方向快速变化；当压力中心在X坐标值方向(纵轴向下)的反方向达到峰值，并再次反向，朝着X坐标值方向(纵轴向上)变化，意味着左脚准备离开平板，右脚逐渐的开始发力；当压力中心在X坐标值方向上的变化距离小于5mm时，说明左脚以离开平板，此刻，即为左脚接触地面的结束时间。左脚接触地面的开始时间至结束时间，即为左脚的触地时间(CT-L)，同理，右脚的触地时间(CT-R)，如图7a所示。
腾空时间(FT)：如图7b所示，两次接触时间(CT)之间的空隙，即为腾空时间。
踩踏次数、每次的时间：如图7所示，在分析坐标系的纵轴方向，压力中心X坐标，每次出现波峰或波谷即为1次，相邻波峰与波谷之间的时间为每次的时间。
频率、峰值频率、最小频率、平均频率：每次的频率＝1/每次的时间，峰值频率为数值最大的1次频率，最小频率为数值最小的1次频率，平均频率＝(∑每次的频率)/总次数。
双脚触地范围：以左脚(或右脚)接触平板，并在X坐标值方向(或X坐标值方向的反方向)出现峰值时，记录此时的压力中心的坐标(X,Y)点数据。在10秒或15秒的时间范围内，双脚连续不断的交替踩踏平板所产生的坐标(X,Y)点数据。根据绘制热力图的原理，将这些坐标(X,Y)点数据绘制成热力图，分析时将触地范围的热力图，转换为灰度图，如图8所示。
将图8所示的灰度图按以下色阶划分4个区域，如图9所示：
区域1：RGB(0，0，0)至RGB(50，50，50)
区域2：RGB(51，51，51)至RGB(150，150，150)
区域3：RGB(151，151，151)至RGB(200，200，200)
区域4：RGB(201，201，201)至RGB(255，255，255)
其中，区域1表示坐标(X,Y)点很集中；区域2表示坐标(X,Y)点较集中点，包含区域1的范围；区域3表示坐标(X,Y)点集中，包含区域2范围；区域4表示坐标(X,Y)点比较分散，包含区域3范围。
触地区域面积：将所有区域，填充上面积为1mm2的正三角形，互相交错，如下图所示(为了更直观的表达，所用的正三角形较大，所以下图中有部分区域未被三角形覆盖，而实际情况下，1mm2的正三角形足以覆盖所有所有区域)，分别计算4个区域内这些正三角形的个数，就能得到各区域所覆盖的面积。
步骤S15中，根据上述得出的最小频率与峰值频率，可得出耐力衰减指数：最小频率与峰值频率的比值；反应肌肉抵抗疲劳的能力，即肌肉表现的可逆性衰退，肌肉活动所产生的力逐渐减小的速度。数值越大，抵抗疲劳的能力越弱。
稳定控制指数：区域1面积与全面积(即区域4面积)的比值，反映人体在快速重复动作中，肌肉为了维持持久运动的同时，保持运动中相对平衡的能力。数值越大，说明稳定性越好。
肌肉耐力水平：耐力衰减指数、稳定控制指数分别除以各自的平均值；然后进行加权平均，得到一个量化的数值。其中加权系数，可根据实际情况，比如运动项目自行调整，本公开实施例也不作限定。
肌肉耐力水平，可综合反映肌肉持续重复动作和对抗疲劳的能力。其中该平均值为对应类型，根据大数据测量计算所得的平均值，本公开实施例对此不作具体限定。
然后S16中，基于上述量化的数值，可作为肌肉耐力水平参数，并将其与预设阈值进行比较，根据比较结果确认受试者所属的评估等级。
其中，上述预设阈值也是基于大样本数据为基础，计算出的所有评估指标平均值的加权值。
比如，以标准差SD为参照，当比较结果在-3SD～-2SD时，则评估结果为差；当比较结果在-2SD～-1SD时，则评估结果为稍差；当比较结果在-1SD～1SD时，则评估结果为中等；当比较结果在1SD～2SD时，则评估结果为良好；当比较结果在2SD～3SD时，则评估结果为优秀。
下述为本公开装置实施例，可以用于执行上述方法的实施例。
图11是根据上述人体下肢耐力的评估方法实施例示出的一种人体下肢耐力的评估装置的框图，该装置可用于上位机，可以通过软件、硬件或者两者的结合实现成为电子设备的部分或者全部。
如图11所示，该装置包括：
构建模块101，用于根据评估硬件装置的平板，构建以平板中心为原点的XY坐标轴；
采集模块102，用于采集预设时长范围内受试者站立在平板中心Y轴两侧双脚连续不断的交替踩踏平板，所产生的压力中心X坐标的时间序列数据；
分析模块103，用于根据所述压力中心X坐标的时间序列数据，分析确认两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系；所述两个阶段包括：左脚的触地阶段和右脚的触地阶段；
第一计算模块104，用于根据两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系，获得多个评估参数；
第二计算模块105，用于基于多个评估参数，计算得受试者耐力水平参数。
在一个实施例中，还包括：
确认模块106，用于将所述耐力水平参数与预设阈值进行比较，根据比较结果确认所述受试者所属评估等级。
在一个实施例中，第一计算模块104，包括：
触地时间计算单元：根据两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系，构建分析坐标系；获得左脚的触地时间和右脚的触地时间；所述分析坐标系纵轴表示压力中心X坐标值，横轴表示时间；
腾空时间计算单元：根据左脚的触地时间和右脚的触地时间，计算得腾空时间；
次数及每次的时间计算单元：在所述分析坐标系的纵轴方向，压力中心X坐标每次出现波峰或波谷作为一个踩踏次数；相邻波峰与波谷之间的时间作为每次的时间；
频率相关计算单元：根据所述每次的时间，计算得每次的频率；数值最大的1次频率为峰值频率，数值最小的1次频率为最小频率；
平均频率计算单元：将每次的频率累加之和，与总次数相比，获得平均频率；
触地范围计算单元：在所述预设时长范围内，以左脚或右脚接触平板，并在所述分析坐标系的纵轴方向的两个方向出现峰值时，记录压力中心的坐标点数据，绘制成热力图，获得双脚的触地范围；
触地区域面积计算单元：根据坐标点数据的密集程度，将热力图分为多个区域，分别计算出每个区域对应的触地区域面积。
在一个实施例中，所述触地区域面积计算单元，具体用于：
根据坐标点数据的密集程度，将热力图转换为灰度图，将灰度图按色阶范围划分4个区域；其中区域1表示坐标(X,Y)点很集中；区域2表示坐标(X,Y)点较集中，包含区域1的范围；区域3表示坐标(X,Y)点集中，包含区域2范围；区域4表示坐标(X,Y)点比较分散，包含区域3范围；
将所有区域，填充上预设面积的正三角形，根据各个区域的三角形个数，计算得各个区域对应的触地区域面积。
在一个实施例中，第二计算模块105，具体用于：
根据所述最小频率和峰值频率的比值，计算得耐力衰减指数；
根据所述区域1面积和区域4面积的比值，计算得稳定控制指数；
将所述耐力衰减指数、稳定控制指数，进行加权平均获得受试者耐力水平参数。
本发明提供的人体下肢耐力的评估装置，可准确评估下肢耐力的水平参数，可根据不同运动项目对下肢肌肉耐力要求的特点，结合运动员下肢肌肉耐力水平的评估结果，可指导改进并选择科学的训练手段和方法，加强下肢耐力的训练，进一步提高下肢肌肉持续重复动作和对抗疲劳的能力。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
本说明书中所涉及的实施例，其含义是结合该实施例描述的特地特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中出现于各处的这些术语不一定都涉及同一实施例。此外，当结合任一实施例描述特定特征、结构或特性时，都认为其落入本领域普通技术人员结合其他实施例就可以实现的这些特定特征、结构或特性的范围内。

Claims (10)

1.一种人体下肢耐力的评估方法，其特征在于，包括：
根据评估硬件装置的平板，构建以平板中心为原点的XY坐标轴；
采集预设时长范围内受试者站立在平板中心Y轴两侧双脚连续不断的交替踩踏平板，所产生的压力中心X坐标的时间序列数据；
根据所述压力中心X坐标的时间序列数据，分析确认两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系；所述两个阶段包括：左脚的触地阶段和右脚的触地阶段；
根据两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系，获得多个评估参数；
基于多个评估参数，计算得受试者耐力水平参数。
2.如权利要求1所述的一种人体下肢耐力的评估方法，其特征在于，还包括：
将所述耐力水平参数与预设阈值进行比较，根据比较结果确认所述受试者所属评估等级。
3.如权利要求1所述的一种人体下肢耐力的评估方法，其特征在于，根据两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系，获得多个评估参数，包括：
根据两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系，构建分析坐标系；获得左脚的触地时间和右脚的触地时间；所述分析坐标系纵轴表示压力中心X坐标值，横轴表示时间；
根据左脚的触地时间和右脚的触地时间，计算得腾空时间；
在所述分析坐标系的纵轴方向，压力中心X坐标每次出现波峰或波谷作为一个踩踏次数；相邻波峰与波谷之间的时间作为每次的时间；
根据所述每次的时间，计算得每次的频率；数值最大的1次频率为峰值频率，数值最小的1次频率为最小频率；
将每次的频率累加之和，与总次数相比，获得平均频率；
在所述预设时长范围内，以左脚或右脚接触平板，并在所述分析坐标系的纵轴方向的两个方向出现峰值时，记录压力中心的坐标点数据，绘制成热力图，获得双脚的触地范围；
根据坐标点数据的密集程度，将热力图分为多个区域，分别计算出每个区域对应的触地区域面积。
4.如权利要求3所述的一种人体下肢耐力的评估方法，其特征在于，根据坐标点数据的密集程度，将热力图分为多个区域，分别计算出每个区域对应的触地区域面积，包括：
根据坐标点数据的密集程度，将热力图转换为灰度图，将灰度图按色阶范围划分4个区域；其中区域1表示坐标点很集中；区域2表示坐标点较集中，包含区域1的范围；区域3表示坐标点集中，包含区域2范围；区域4表示坐标点比较分散，包含区域3范围；
将所有区域，填充上预设面积的正三角形，根据各个区域的三角形个数，计算得各个区域对应的触地区域面积。
5.如权利要求4所述的一种人体下肢耐力的评估方法，其特征在于，基于多个评估参数，计算得受试者耐力水平参数，包括：
根据所述最小频率和峰值频率的比值，计算得耐力衰减指数；
根据所述区域1面积和区域4面积的比值，计算得稳定控制指数；
将所述耐力衰减指数、稳定控制指数，进行加权平均获得受试者耐力水平参数。
6.一种人体下肢耐力的评估装置，其特征在于，包括：
构建模块，用于根据评估硬件装置的平板，构建以平板中心为原点的XY坐标轴；
采集模块，用于采集预设时长范围内受试者站立在平板中心Y轴两侧双脚连续不断的交替踩踏平板，所产生的压力中心X坐标的时间序列数据；
分析模块，用于根据所述压力中心X坐标的时间序列数据，分析确认两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系；所述两个阶段包括：左脚的触地阶段和右脚的触地阶段；
第一计算模块，用于根据两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系，获得多个评估参数；
第二计算模块，用于基于多个评估参数，计算得受试者耐力水平参数。
7.如权利要求6所述的一种人体下肢耐力的评估装置，其特征在于，还包括：
确认模块，用于将所述耐力水平参数与预设阈值进行比较，根据比较结果确认所述受试者所属评估等级。
8.如权利要求6所述的一种人体下肢耐力的评估装置，其特征在于，第一计算模块，包括：
触地时间计算单元：根据两个阶段压力中心X坐标与时间的映射关系，构建分析坐标系；获得左脚的触地时间和右脚的触地时间；所述分析坐标系纵轴表示压力中心X坐标值，横轴表示时间；
腾空时间计算单元：根据左脚的触地时间和右脚的触地时间，计算得腾空时间；
次数及每次的时间计算单元：在所述分析坐标系的纵轴方向，压力中心X坐标每次出现波峰或波谷作为一个踩踏次数；相邻波峰与波谷之间的时间作为每次的时间；
频率相关计算单元：根据所述每次的时间，计算得每次的频率；数值最大的1次频率为峰值频率，数值最小的1次频率为最小频率；
平均频率计算单元：将每次的频率累加之和，与总次数相比，获得平均频率；
触地范围计算单元：在所述预设时长范围内，以左脚或右脚接触平板，并在所述分析坐标系的纵轴方向的两个方向出现峰值时，记录压力中心的坐标点数据，绘制成热力图，获得双脚的触地范围；
触地区域面积计算单元：根据坐标点数据的密集程度，将热力图分为多个区域，分别计算出每个区域对应的触地区域面积。
9.如权利要求8所述的一种人体下肢耐力的评估装置，其特征在于，所述触地区域面积计算单元，具体用于：
根据坐标点数据的密集程度，将热力图转换为灰度图，将灰度图按色阶范围划分4个区域；其中区域1表示坐标(X,Y)点很集中；区域2表示坐标(X,Y)点较集中，包含区域1的范围；区域3表示坐标(X,Y)点集中，包含区域2范围；区域4表示坐标(X,Y)点比较分散，包含区域3范围；
将所有区域，填充上预设面积的正三角形，根据各个区域的三角形个数，计算得各个区域对应的触地区域面积。
10.如权利要求9所述的一种人体下肢耐力的评估装置，其特征在于，第二计算模块，具体用于：
根据所述最小频率和峰值频率的比值，计算得耐力衰减指数；
根据所述区域1面积和区域4面积的比值，计算得稳定控制指数；
将所述耐力衰减指数、稳定控制指数，进行加权平均获得受试者耐力水平参数。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113197571A (zh) * 2021-05-07 2021-08-03 广州晓康医疗科技有限公司 一种基于雷达的步态训练评估方法及其装置
TWI792975B (zh) * 2022-04-11 2023-02-11 上銀科技股份有限公司 肌肉張力評估裝置及其評估方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009093631A1 (ja) * 2008-01-23 2009-07-30 Panasonic Electric Works Co., Ltd. 重心バランス判定装置
AU2012101251A4 (en) * 2012-08-20 2012-09-13 Sman, Amy Denise Ms Ankle Measure for Endurance and Strength (AMES)
CN108665956A (zh) * 2018-06-05 2018-10-16 陈燕 体能和肌肉能力的综合评估系统及方法
CN112617836A (zh) * 2021-01-05 2021-04-09 悦动奇点（北京）健康科技有限公司 一种人体下肢爆发力的评估方法及装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009093631A1 (ja) * 2008-01-23 2009-07-30 Panasonic Electric Works Co., Ltd. 重心バランス判定装置
AU2012101251A4 (en) * 2012-08-20 2012-09-13 Sman, Amy Denise Ms Ankle Measure for Endurance and Strength (AMES)
CN108665956A (zh) * 2018-06-05 2018-10-16 陈燕 体能和肌肉能力的综合评估系统及方法
US20190175078A1 (en) * 2018-06-05 2019-06-13 Yan Chen Human physical functional ability and muscle ability comprehensive assessment system and method thereof
CN112617836A (zh) * 2021-01-05 2021-04-09 悦动奇点（北京）健康科技有限公司 一种人体下肢爆发力的评估方法及装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113197571A (zh) * 2021-05-07 2021-08-03 广州晓康医疗科技有限公司 一种基于雷达的步态训练评估方法及其装置
TWI792975B (zh) * 2022-04-11 2023-02-11 上銀科技股份有限公司 肌肉張力評估裝置及其評估方法

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