隨著我國人民生活水平的提高,人均壽命的增加,老齡化人口也越來越多,老齡化趨勢也越來越重,老年人的健康問題日益成為當(dāng)下關(guān)注的熱點(diǎn)。相當(dāng)數(shù)量的一部分老年人,伴隨著身體機(jī)能的下降,會出現(xiàn)早期的運(yùn)動功能障礙方面的癥狀,如阿爾茨海默病、帕金森綜合癥以及偏癱等疾病。這些導(dǎo)致運(yùn)動障礙的疾病在行走過程中具體表現(xiàn)出步態(tài)方面的異常。因此,通過對異常步態(tài)的識別,可以實(shí)現(xiàn)對受試者健康狀況的監(jiān)測和提醒。此外,跌倒行為,在造成65歲以上的老年人傷害死亡的原因中位居首位,很大比例也是由步態(tài)異常引起的。故可以通過對異常步態(tài)的識別從而及時采取預(yù)防措施,指導(dǎo)老年人的步行活動以及注意事項(xiàng)來避免跌倒行為等意外情況的發(fā)生。綜上所述,通過對老年人異常步態(tài)的識別從而實(shí)現(xiàn)對其更好的監(jiān)護(hù)和健康管理等具有重大意義。本文具體的研究內(nèi)容包括以下幾個方面:(1)研究步態(tài)參數(shù)的計(jì)算表示方法,基于下肢運(yùn)動捕捉設(shè)備設(shè)計(jì)步態(tài)數(shù)據(jù)的采集實(shí)驗(yàn),完成數(shù)據(jù)采集工作。(2)步態(tài)數(shù)據(jù)的預(yù)處理和特征降維。數(shù)據(jù)預(yù)處理方面,本文對采集到的數(shù)據(jù)的給出了缺失值、異常值以及數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化等處理方法,并對不同類別的步態(tài)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)學(xué)上的樣本檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)不同類別樣本數(shù)據(jù)分布的差異性;在特征降維方面,分別從特征選擇和特征提取方面進(jìn)行。在特征選擇方面,結(jié)合相關(guān)矩陣法和隨機(jī)森林森林法,取其步態(tài)特征向量的交集,從而進(jìn)行特征的選擇;特征提取則是采用主成分分析法,在保留絕大數(shù)信息的情況下,并進(jìn)行降維。達(dá)到了去除步態(tài)特征中的冗余信息,并提高分類器速度目的。(3)針對單一的分類器分能性能不足的問題,本文采用Stacking集成學(xué)習(xí)的方法將各個分類器進(jìn)行融合。由于集成方法有不同的類型,本文首先從理論上分析了各種不同集成方法的特點(diǎn)。為力求融合后的集成模型識別率更高,本文對各個基分類器進(jìn)行訓(xùn)練的時候反復(fù)調(diào)參,并給出具體探索過程和實(shí)現(xiàn)效果,最后將融合后基于Stacking方法的集成模型與集成前各個單一的基分類器進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)效果有顯著提升。然后又將不同的集成方法所得到的模型進(jìn)行綜合比較,發(fā)現(xiàn)Stacking集成學(xué)習(xí)效果更好,對步態(tài)識別的準(zhǔn)確率更高。(4)在采集到的數(shù)據(jù)中,由于偏癱步態(tài)、帕金森步態(tài)和單側(cè)髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良三種異常步態(tài)數(shù)據(jù)較多,在之前就步態(tài)是否異常進(jìn)行識別的基礎(chǔ)上,本文通過設(shè)計(jì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于這三種類型的異常步態(tài)模式進(jìn)行了進(jìn)一步的分類、識別,可以更好的完成相關(guān)工作。
【學(xué)位單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：R496;TP391.41
【部分圖文】：

關(guān)節(jié)僵硬、髖關(guān)節(jié)內(nèi)收等行為活動受限也時有發(fā)生。.2 穿戴式 RealGait 運(yùn)動捕捉與步態(tài)分析系統(tǒng).2.1RealGait 運(yùn)動捕捉系統(tǒng)功能及特點(diǎn)RealGait 運(yùn)動捕捉與步態(tài)分析系統(tǒng)由中美合資的江蘇德長醫(yī)療有限公司開發(fā)，過采集和分析傳感器動作捕捉系統(tǒng)傳來的反應(yīng)肢體運(yùn)動特征的檢測數(shù)據(jù)以及通過布式壓力測量系統(tǒng)采集到的足底壓力數(shù)據(jù)。提供受試者精確的三維關(guān)節(jié)活動測量據(jù)和精確的動力學(xué)、運(yùn)動學(xué)整合數(shù)據(jù)，并且能夠迅速地將技術(shù)性數(shù)據(jù)編譯成簡單、讀的步態(tài)和運(yùn)動分析表。該系統(tǒng)集測量、評估和數(shù)據(jù)庫管理于一身，并可打印生報(bào)告。如圖 2-1 所示，用于對步態(tài)周期進(jìn)行客觀的定性或定量分析以獲取有關(guān)步的資料進(jìn)行步態(tài)分析。通過步態(tài)分析和檢查，也有助于下神經(jīng)肌肉、關(guān)節(jié)疾患的斷、以及觀察醫(yī)療康復(fù)措施的效果。

圖 2-2 實(shí)時分析工作界面Fig.2-2 Real-time analysis of the work interfaceealGait 運(yùn)動捕捉硬件系統(tǒng)壓力傳感器而研發(fā)的分布式硬件測量系統(tǒng),主要由 7 個尺寸大小為 3cm頻率為 100hz 的傳感器、一塊尺寸為 6cm 8cm 的藍(lán)牙適配器入如下圖 1.5m 左右的可移動的滾輪式臺車一輛組成，如下圖 2-4 所示。其中，ST為其壓力傳感器單元采集模塊的控制核心。在受試者運(yùn)動過程中，傳與傳感器之間的壓力信號，轉(zhuǎn)化為電信號，并依靠藍(lán)牙將步態(tài)運(yùn)動分之間進(jìn)行連接，依靠先進(jìn)的藍(lán)牙無線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傳感器與電腦之間大。

三維步態(tài)運(yùn)動捕捉系統(tǒng)
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本文編號：2867607