TWI566747B - Foot center of gravity offset assessment system - Google Patents

Description

足底重心偏移評估系統

本發明是有關於一種足底重心偏移評估系統，特別是指一種可提供一足底調整角度的足底重心偏移評估系統。

足部所扮演的是人體和地面環境接觸及身體動作平衡協調的重要角色，提供身體行動時的知覺回饋，因此了解足底壓力之分布及分析可製作適當足部輔具(醫療用鞋墊)與適當的鞋具以有效地提供足部良好的支撐、穩定與吸震，控制不正常的足部運動，並分散足底壓力，改善下肢的關節受力，減少骨骼肌肉的傷害，導正骨骼肌肉的生長。

足底壓力分析(pedobarograph analysis)已廣泛運用於臨床復健醫學對神經、肌肉骨骼患者之診斷與評估。然而過去的評估與測量方式大多僅提供足底壓力中心的重心路徑圖，並無提供進一步的評估參數，如，足底重心平均偏移角度、第一足底重心偏移標準差、第二足底重心偏移標準差及足底調整角度等，評估者僅能藉由臨床經驗並根據足底壓力中心的重心路徑以目視法評估足部關節在步態中的異常與否，且亦無法提供需調整足區與調整之程 度。此外，藉由此種方式所獲得的評估結果往往不夠準確也不夠客觀，導致所製作出的足部輔具無法有效的達成輔助目的。

因此，實有必要發展出一完善的足底重心偏移評估系統以提供步態中各分期的客觀評估結果，並可進一步將此客觀評估結果作為製作足部輔具時的重要依據。

因此，本發明之目的，即在提供一種用以提供更客觀之評估方式的足底重心偏移評估系統。

於是本發明足底重心偏移評估系統包含一電子裝置。該電子裝置包括一處理器及一電連接且受控於該處理器的輸出模組。

該處理器用以在接收到一組相關於一使用者之足底壓力的重心位置輸入訊號時，根據該組重心位置輸入訊號計算出多個足底重心位置，並根據該等足底重心位置的一部分計算出一足底重心平均偏移角度，且根據該等足底重心位置計算出一相對一第一軸的第一足底重心偏移標準差及一相對一第二軸的第二足底重心偏移標準差，並根據該足底重心平均偏移角度、第一足底重心偏移標準差及第二足底重心偏移標準差計算出一足底調整角度，其中該第一軸垂直該第二軸，且該第一軸與該第二軸所形成之平面是一水平面，並每一足底重心位置包含一第一足底重心位置及一第二足底重心位置。

該輸出模組用以呈現該足底重心平均偏移角度 、第一足底重心偏移標準差、第二足底重心偏移標準差及足底調整角度。

本發明之功效在於，藉由該處理器計算出該足底重心平均偏移角度、第一足底重心偏移標準差、第二足底重心偏移標準差及足底調整角度以提供評估者更客觀及準確的量化數據，進而避免過去僅提供足底壓力中心的重心路徑圖並採取目視法來進行評估時所造成的誤判。

1‧‧‧足底重心偏移評估系統

2‧‧‧電子裝置

21‧‧‧儲存模組

22‧‧‧輸出模組

23‧‧‧通訊模組

24‧‧‧處理器

3‧‧‧壓力感應裝置

31‧‧‧感測模組

32‧‧‧通訊模組

4‧‧‧網路

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一系統方塊圖，說明本發明足底重心偏移評估系統之較佳實施例；及圖2是一是示意圖，說明本發明足底重心偏移評估系統之一顯示畫面。

參閱圖1與圖2，本發明足底重心偏移評估系統1之較佳實施例包含一電子裝置2及一經由一網路4而與該電子裝置2連接之壓力感應裝置3。

該壓力感應裝置3包括一感測模組31及一電連接該感測模組31之通訊模組32。該感測模組31用以感測該使用者作用於該感測模組31之足底動作以產生一組相關於該使用者之足底壓力的重心位置輸入訊號，並經由該通訊模組32將該組重心位置輸入訊號傳送至該電子裝置2， 其中，該組重心位置輸入訊號對應於一時間區間，該時間區間依序分為一第一時間區段、一第二時間區段、一第三時間區段及一第四時間區段，該第一時間區段與該時間區間之比值為一第一比值，該第二時間區段與該時間區間之比值為一第二比值，該第三時間區段與該時間區間之比值為一第三比值，該第四時間區段與該時間區間之比值為一第四比值。

在本較佳實施例中，該第一比值為6.2%，該第二比值為4.8%，該第三比值為54%，該第四比值為35%。

該電子裝置2包括一儲存模組21、一輸出模組22、一通訊模組23及一電連接該儲存模組21、輸出模組22及通訊模組23的處理器24。該儲存模組21儲存有一足底參數計算程式(圖未示)及一繪圖程式(圖未示)。

在本較佳實施例中，該等通訊模組23、32可為一無線網路通訊介面或一有線網路通訊介面。

當該處理器24經由該通訊模組23接收到來自該壓力感應裝置3的該組重心位置輸入訊號時，該處理器24執行該足底參數計算程式以根據該組重心位置輸入訊號計算出多個分別包含一第一足底重心位置X _i 及一第二足底重心位置Y _i 的足底重心位置(X _i ,Y _i )，其中1 i n，並將該等足底重心位置分為四個部份。當該部分的足底重心位置(X _i ,Y _i ),p i q為對應該第一時間區段所對應之重心位置輸入訊號(即，p=1且q=r₁ N)時，該部分的足底重心位置係為該使用者之後足部分的足底重心位置，當該部分的足底重心 位置(X _i ,Y _i ),p i q為對應該第二時間區段所對應之重心位置輸入訊號(即，p=r ₁ N+1且q=r ₁ N+r ₂ N)時，該部分的足底重心位置係為該使用者之距下關節部分的足底重心位置，當該部分的足底重心位置(X _i ,Y _i ),p i q為對應該第三時間區段所對應之重心位置輸入訊號(即，p=r ₁ N+r ₂ N+1且q=r ₁ N+r ₂ N+r ₃ N)時，該部分的足底重心位置係為該使用者之足弓部分的足底重心位置，當該部分的足底重心位置(X _i ,Y _i ),p i q為對應該第四時間區段所對應之重心位置輸入訊號(即，p=r ₁ N+r ₂ N+r ₃ N+1且q=N)時，該部分的足底重心位置係為該使用者之前足部分的足底重心位置。其中，N代表該等足底重心位置之數量，r ₁代表該第一比值，r ₂代表該第二比值，r ₃代表該第三比值，r ₄代表該第四比值。

該處理器24執行該足底參數計算程式以根據該後足部分的足底重心位置、距下關節部分的足底重心位置、足弓部分的足底重心位置及前足部分的足底重心位置以及足底重心位置(X ₁,Y ₁)、(X _n ,Y _n )與下列式(1)計算出四個對應於使用者之足底的後足部分、距下關節部分、足弓部分及前足部分的足底重心平均偏移角度Average angle ₁、Average angle ₂、Average angle ₃、Average angle ₄，其中，當所計算的該足底重心平均偏移角度為一後足重心平均偏移角度Average angle ₁時，a ₁=2且b ₁=r ₁ N，當所計算的該足底重心平均偏移角度為一距下關節重心平均偏移角度Average angle ₂時，a ₂=r ₁ N+1且b ₂=r ₁ N+r ₂ N，當所計算的該足底重心平均偏移角度為一足弓重心平均偏移角度Average angle ₃時，a ₃=r ₁ N+r ₂ N+1且b ₃=r ₁ N+r ₂ N+r ₃ N，當所計算的 該足底重心平均偏移角度Average angle ₄為一前足重心平均偏移角度時，a ₄=r ₁ N+r ₂ N+r ₃ N+1=且b ₄=N-1。

該處理器24執行該足底參數計算程式以根據該後足部分的足底重心位置、距下關節部分的足底重心位置、足弓部分的足底重心位置及前足部分的足底重心位置與下列式(2)計算出四個對應於使用者之足底的後足部分、距下關節部分、足弓部分及前足部分的足底重心平均移動速率Velocity ₁、Velocity ₂、Velocity ₃、Velocity ₄，其中，當所計算的該足底重心平均移動速率為一後足重心平均移動速率Velocity ₁時，c ₁=1且d ₁=r ₁ N-1，當所計算的該足底重心平均移動速率為一距下關節重心平均移動速率Velocity ₂時，c ₂=r ₁ N且d ₂=r ₁ N+r ₂ N-1，當所計算的該足底重心平均移動速率為一足弓重心平均移動速率Velocity ₃時，c ₃=r ₁ N+r ₂ N且d ₃=r ₁ N+r ₂ N+r ₃ N-1，當所計算的該足底重心平均移動速率Velocity ₄為一前足重心平均移動速率時，c ₄=r ₁ N+r ₂ N+r ₃ N且d ₄=N-1。

該處理器24執行該足底參數計算程式以根據該等足底重心位置(X _i ,Y _i ),1 i n與下列式(3)計算出一相對一第一軸的第一足底重心偏移標準差SD _ML ，並根據該等足底重心位置(X _i ,Y _i ),1 i n與下列式(4)計算出一相對一第二軸的第二足底重心偏移標準差SD _AP ，且根據該等足底重心位置 (X _i ,Y _i )1 i n與下列式(5)計算出一足底重心總平均偏移角度Average angle _Total ，並根據該等足底重心位置(X _i ,Y _i ),1 i n與下列式(6)計算出一足底重心總平均移動速率Velocity _Total 。其中該第一軸垂直該第二軸，且該第一軸與該第二軸所形成之平面是一水平面，t代表每兩個相鄰的足底重心位置之時間間隔，μ _X 代表該等足底重心位置之第一足底重心位置之平均，μ _Y 代表該等足底重心位置之第二足底重心位置之平均。在本較佳實施例中，該第一軸係為一X軸，該第二軸係為一Y軸。

該處理器24執行該足底參數計算程式以根據該後足重心平均偏移角度Average angle ₁、距下關節重心平均偏移角度Average angle ₂、足弓重心平均偏移角度Average angle ₃、前足重心平均偏移角度Average angle ₄、第一足底重心偏移標準差SD _ML 及第二足底重心偏移標準差SD _AP 及下列公式(7)計算出四個分別對應於使用者之足底的後足部分、距下關節部分、足弓部分及前足部分的足底調整角度Aajust angle ₁、Adjust angle ₂、Adjust angle ₃、Adjust angle ₄。其中Adjust angle ₁係為一後足調整角 度，Adjust angle ₂係為一距下關節調整角度，Adjust angle ₃係為一足弓調整角度，Adjust angle ₄係為一前足調整角度。

Adjust angle _j =(Average angle _j ×0.5+SD _ML +SD _AP )/4.............................(7)

該處理器24執行該足底參數計算程式以根據該等足底重心位置中的每兩個相鄰的足底重心位置(X _k ,Y _k )、(X _k+1,Y _k+1)，且1k n-1與下列式(8)計算出多個足底重心移動速率V _k 。

該處理器24執行該足底參數計算程式以根據該等足底重心位置(X ₁,Y ₁)、(X _n ,Y _n )、(X _l ,Y _l )，且2 l n-1與下列式(9)計算出多個足底重心偏移角度。

該處理器24還執行該繪圖程式以分別根據該等足底重心位置、足底重心移動速率及足底重心偏移角度產生一足底重心路徑圖、一足底重心移動速率圖及一足底重心偏移角度圖。

該輸出模組22用以呈現該後足重心平均偏移角度、距下關節重心平均偏移角度、足弓重心平均偏移角度、前足重心平均偏移角度、後足重心平均移動速率、距下關節重心平均移動速率、足弓重心平均移動速率、前足重心平均移動速率、第一足底重心偏移標準差、第二足底重心偏移標準差、足底重心總平均偏移角度、足底重心總平均移動速率、後足調整角度、距下關節調整角度、足弓調整角度、前足調整角度、足底重心路徑圖、足底重心移動 速率圖及足底重心偏移角度圖。

綜上所述，藉由該處理器24計算出該後足重心平均偏移角度、距下關節重心平均偏移角度、足弓重心平均偏移角度、前足重心平均偏移角度、後足重心平均移動速率、距下關節重心平均移動速率、足弓重心平均移動速率、前足重心平均移動速率、第一足底重心偏移標準差、第二足底重心偏移標準差、後足調整角度、距下關節調整角度、足弓調整角度及前足調整角度以提供評估者步態中各分期的客觀量化數據，此外藉由該處理器24產生該足底重心路徑圖、足底重心移動速率圖及足底重心偏移角度圖可提供評估者更直觀易懂之足底重心的移動與偏移情形，進而幫助評估者製作出有效的足部輔具，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧足底重心偏移評估系統

2‧‧‧電子裝置

21‧‧‧儲存模組

22‧‧‧輸出模組

23‧‧‧通訊模組

24‧‧‧處理器

3‧‧‧壓力感應裝置

31‧‧‧感測模組

32‧‧‧通訊模組

4‧‧‧網路

Claims (9)

1. 一種足底重心偏移評估系統，包含：一電子裝置，包括：一處理器，用以在接收到一組相關於一使用者之足底壓力的重心位置輸入訊號時，根據該組重心位置輸入訊號計算出多個足底重心位置，並根據該等足底重心位置的一部分計算出一足底重心平均偏移角度，且根據該等足底重心位置計算出一相對一第一軸的第一足底重心偏移標準差及一相對一第二軸的第二足底重心偏移標準差，並根據該足底重心平均偏移角度、第一足底重心偏移標準差及第二足底重心偏移標準差計算出一足底調整角度，其中該第一軸垂直該第二軸，且該第一軸與該第二軸所形成之平面是一水平面，並每一足底重心位置包含一第一足底重心位置及一第二足底重心位置，及一輸出模組，電連接且受控於該處理器，並用以呈現該足底重心平均偏移角度、第一足底重心偏移標準差、第二足底重心偏移標準差及足底調整角度；其中，該組重心位置輸入訊號對應於一時間區間，該時間區間依序分為一第一時間區段、一第二時間區段、一第三時間區段及一第四時間區段，當該部分的足底重心位置為對應該第一時間區段所對應之重心位置輸入訊號時，該足底調整角度為一後 足調整角度，當該部分的足底重心位置為對應該第二時間區段所對應之重心位置輸入訊號時，該足底調整角度為一距下關節調整角度，當該部分的足底重心位置為對應該第三時間區段所對應之重心位置輸入訊號時，該足底調整角度為一足弓調整角度，當該部分的足底重心位置為對應該第四時間區段所對應之重心位置輸入訊號時，該足底調整角度為一前足調整角度。
2. 如請求項1所述的足底重心偏移評估系統，其中，該處理器係根據該足底重心平均偏移角度Average angle、第一足底重心偏移標準差SD _ML 及第二足底重心偏移標準差SD _AP 及下列公式計算該足底調整角度Adjust angle：Adjust angle=(Average angle×0.5+SD _ML +SD _AP )/4。
3. 如請求項1所述的足底重心偏移評估系統，其中，該第一時間區段與該時間區間之比值為一第一比值，該第二時間區段與該時間區間之比值為一第二比值，該第三時間區段與該時間區間之比值為一第三比值，該第四時間區段與該時間區間之比值為一第四比值。
4. 如請求項3所述的足底重心偏移評估系統，其中，該處理器係根據該部分的足底重心位置(X ₁,Y ₁)、(X _i ,Y _i ),p i q、(X _n ,Y _n )及下列公式計算該足底重心平均偏移角度Average angle： ，其中，當該部分的足底重心位置為對應該第一時間區段所對應之重心位置輸入訊號時，所計算的該足底重心平均偏移角度為一後足重心平均偏移角度，且p=1、q=r ₁ N、a=2及b=r ₁ N，當該部分的足底重心位置為對應該第二時間區段所對應之重心位置輸入訊號時，所計算的該足底重心平均偏移角度為一距下關節重心平均偏移角度，且p=r ₁ N+1、q=r ₁ N+r ₂ N、a=r ₁ N+1及b=r ₁ N+r ₂ N，當該部分的足底重心位置為對應該第三時間區段所對應之重心位置輸入訊號時，所計算的該足底重心平均偏移角度為一足弓重心平均偏移角度，且p=r ₁ N+r ₂ N+1、q=r ₁ N+r ₂ N+r ₃ N、a=r ₁ N+r ₂ N+1及b=r ₁ N+r ₂ N+r ₃ N，當該部分的足底重心位置為對應該第四時間區段所對應之重心位置輸入訊號時，所計算的該足底重心平均偏移角度為一前足重心平均偏移角度，且p=r ₁ N+r ₂ N+r ₃ N+1、q=N、a=r ₁ N+r ₂ N+r ₃ N+1及b=N-1，N代表該等足底重心位置之數量，r ₁代表該第一比值，r ₂代表該第二比值，r ₃代表該第三比值，r ₄代表該第四比值。
5. 如請求項1所述的足底重心偏移評估系統，其中，該處理器還用以根據該等足底重心位置(X _i ,Y _i ),1 i n及下列公式計算一足底重心總平均移動速率Velocity _Total ，且該輸出模組還用以呈現該足底重心總平均移動速率： 其中，N代表該等足底重心位置之數量，t代表每兩個相鄰的足底重心位置之時間間隔。
6. 如請求項1所述的足底重心偏移評估系統，其中，該處理器還用以根據該等足底重心位置中的每兩個相鄰的足底重心位置計算出多個足底重心移動速率，且根據該等足底重心位置計算出多個足底重心偏移角度，並分別根據該等足底重心位置、足底重心移動速率及足底重心偏移角度產生一足底重心路徑圖、一足底重心移動速率圖及一足底重心偏移角度圖，且該輸出模組還用以呈現該足底重心路徑圖、足底重心移動速率圖及足底重心偏移角度圖。
7. 如請求項1所述的足底重心偏移評估系統，其中，該處理器係根據該等足底重心位置(X _i ,Y _i ),1 i n及下列公式計算該第一足底重心偏移標準差SD _ML ： 其中，N代表該等足底重心位置之數量，μ _X 代表該等足底重心位置之第一足底重心位置之平均。
8. 如請求項1所述的足底重心偏移評估系統，其中，該處理器係根據該等足底重心位置(X _i ,Y _i ),1 i n及下列公式計算該第二足底重心偏移標準差SD _AP ： 其中，N代表該等足底重心位置之數量，μ _Y 代表該等足底重心位置之第二足底重心位置之平均。
9. 如請求項1所述的足底重心偏移評估系統，還包含一壓力感應裝置，用以感測該使用者作用於該壓力感應裝置之足底動作以產生該組相關於該使用者之足底壓力的重心位置輸入訊號，並將該組重心位置輸入訊號傳送至該電子裝置。