一種用于監測用戶下肢運動的方法與流程

本發明總體來說涉及一種監測方法，具體地，涉及一種用于監測用戶下肢運動的方法。

背景技術：

隨著人口老齡化問題日益突出，患有膝關節炎的患者數量呈現出上漲趨勢，醫院每年進行的人工膝關節置換手術也越來越多，人工關節置換手術為患者解決了膝關節老化、壞死以及功能喪失等問題，減輕了病人的痛苦，大大提高了生活質量。對于患者而言，關節置換手術的術后康復過程同樣非常重要，有效的康復鍛煉能夠大幅度提高術后效果。

目前在臨床上，患者在術后進行關節康復鍛煉時，醫生或者患者本人都只能通過肉眼觀察來判斷關節活動是否達到標準。這種依靠目測的方式不僅效率低，而且會受到觀測者主觀認識的影響，準確性很低。這就使得大多數患者在術后往往得不到有效的康復指導，從而不能進行科學有效的康復鍛煉，導致手術的最終效果大打折扣。

一種現有技術的人體動作識別方案，比如運動手環，其中設置三軸加速器的工作原理是，當人在正常行走時其實會產生水平和垂直兩個加速度，當用戶邁步時，單腳著地重心上提，垂直方向呈向上加速度，而繼續往前走重心回落，加速度方向。而在水平方向，則是邁步時向前加速，收腳是減小。當用戶邁步時，單腳著地重心上提，垂直方向呈向上加速度，并向前加速。而手環中的三軸加速器，就是通過人體這樣不同的加速度變化可以繪制出一條正弦曲線。以垂直方向加速度正弦波為例，從波谷到波峰再到波谷就是正常人一個步伐的過程，如此就可以推算出用戶行進的步數。本領域技術人員理解的是，運動手環需要對一個采樣區間內的測量數據進行運算處理后(例如加工為平均值、最大值或方差)才能得出動作識別及測量結果，所以目前的手環算法實施時，初始的運動狀態識別率不高，并且識別有一定滯后。

MEMS傳感器的發展使得人們可以通過傳感技術測定人類肢體的運動姿態。但是，對于測定關節的姿態、動作而言，由于其運動過程的復雜性，使得人們很難對其進行精確的測定和計算。因此，如何探索一種適用于輔助骨科術后關節康復治療的、具有高精度的智能測定方法，是本領域尚未解決的技術問題。

在所述背景技術部分公開的上述信息僅用于加強對本發明的背景的理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。

技術實現要素：

在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。

本發明的一個主要目的在于克服上述現有技術的至少一種缺陷，提供一種用于監測用戶下肢運動的方法，以提高測量精度。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

根據本發明的一個方面，提供了一種用于監測用戶下肢運動的方法，包括以下步驟：

實時測量下肢的加速度值、角速度值以及氣壓值三者中的至少一者；

得出下肢的運動數據；

根據所述運動數據識別下肢的具體動作。

根據本發明的一實施方式，上述方法中根據下肢末端向至少一方向運動的加速度是否到達預設動作的數值范圍，以及向此方向運動的速度和角速度的比例關系是否到達預設動作的數值范圍，以此來識別下肢的動作。

根據本發明的一實施方式，在所述根據測量值進行動作識別的步驟之前，先存儲有多組閾值，所述多組閾值中各包含加速度值范圍、角速度值范圍和氣壓值范圍中的至少一個，據此將具體下肢動作的所述測量值與各閾值分別進行比對，進行動作識別。

根據本發明的一實施方式，當測量所得下肢的加速度值、角速度值以及氣壓值達到所述多組閾值中一組閾值所限定的范圍時，當前動作識別為此組閾值對應的動作。

根據本發明的一實施方式，其中以腳踝指定位置為測試基準點，建立有測試數據的坐標系，所述坐標系中x軸與指向用戶的正上方，y軸指向用戶的正外側，z軸指向用戶的正前方；所述多組閾值以及其分別對應的動作為：

側臥抬腿，測試基準點在y軸加速度A_y>0.9[g]，且x軸加速度A_x<0.1[g],y軸方向速度和z軸方向角速度的絕對值比值V_y[m/s]:ω_z[rad/s]在0.3～0.5[m/rad]之間；

直腿抬高，測試基準點在z軸加速度A_z>0.9g且x軸加速度A_x<0.1g，Z軸方向速度和y軸方向角速度比值V_z[m/s]:ω_y[rad/s]的絕對值在0.3～0.5[m/rad]之間；

滑移屈膝，測試基準點在Z軸方向速度和y軸方向角速度比值V_z[m/s]:ω_y[rad/s]的絕對值在0.2～0.4[m/rad]之間，x軸方向加速度A_x在最小值小于0.1g，最大值大于0.6g的區域往復運動；

俯臥屈膝，Z軸方向速度和y軸方向角速度比值V_z[m/s]:ω_y[rad/s]的絕對值在0.2～0.4[m/rad]之間，z軸加速度A_z的最小值小于-0.3g，最大值大于0.8g；以及

站立外展，x、y軸加速度的平方和根的最小值小于0.7g，最大值大于0.9g，x軸加速度A_x在10s內方差大于0.0026；

以上的一種或多種。

根據本發明的一實施方式，所述多組閾值以及其分別對應的動作還包括：

平地步行，去重力后x軸加速度在最小值小于0.8g，最大值大于1.2g的區域往復運動；

上樓梯，在5分鐘內，氣壓傳感器所測的高度差Δh>1.5m，同時x軸脈沖變化>1g；

深睡眠，加速度計中，pitch_y[rad]＝sin^-1(A_y[g]/1[g])的方差低于0.6[rad]/20分鐘；

淺睡眠，加速度計中，pitch_y[rad]＝sin^-1(A_y[g]/1[g])的方差高于0.6[rad]/20分鐘且小于1200°/20分鐘；

以上的一種或多種。

根據本發明的一實施方式，所有步驟之前還包括姿態識別步驟，其中，根據下肢指定位置建立的肢體坐標系相對于地理坐標系的差異識別用戶的身體姿態。

根據本發明的一實施方式，還包括動作測量步驟：

側臥抬腿，首先初始化XY平面的重力方向夾角A＝arctan(Y/X)，記錄備用，之后將所述XY平面的重力方向夾角變化量ΔA<3°/5s作為測試基準點的y軸方向高度進行測算，將積分運算得出的高度輸出為測試結果；

直腿抬高，首先初始化XZ平面的重力方向夾角B＝arctan(Z/X)，記錄備用，之后將所述XZ平面的重力方向夾角變化量ΔB<3°/5s作為閥值對測試基準點的z軸方向高度進行測算，將積分的高度輸出為測試結果；

站立外展，首先初始化XY平面的重力方向夾角A＝arctan(Y/X)，記錄備用，將所述XY平面的重力方向夾角變化量ΔA<3°/5s作為閥值對測試基準點的x軸方向高度進行測算，將積分的高度輸出為測試結果；

屈膝滑移，首先初始化XZ平面的重力方向夾角B＝arctan(Z/X)，記錄備用，將所述XZ平面的重力方向夾角的當前值B`與初始值B相減獲得的夾角差的2倍輸出為測試結果，作為膝關節屈曲角度值；

俯臥彎腿(俯臥屈膝)，首先初始化XZ平面的重力方向夾角B＝arctan(Z/X)，記錄備用，將所述XZ平面的重力方向夾角的當前值B`與初始值B相減獲得的夾角差ΔB輸出為測試結果，作為膝關節屈曲角度值；

以上的一種或多種。

根據本發明的一實施方式，還包括高度識別步驟，將所述測試基準點的坐標系轉換為地理坐標系，并計算出垂直方向的位移。可將地理坐標系相對于載體坐標系的姿態由四元數進行轉換，得到方向余弦矩陣；在載體坐標系下測量出加速度矢量，并由所述加速度矢量計算得到垂直方向速度；計算得到加速度誤差并對速度進行補償，從而得到垂直方向位移。

根據本發明的一實施方式，所述用于監測用戶下肢運動的方法還包括步行活動量的測量步驟，其中通過步頻判斷運動種類，記錄該運動種類的持續時間，將該持續時間進行加權計算，得到用戶的活動量。

根據本發明的一實施方式，所述多組閾值以及其分別對應的動作還包括：

緩慢走路：在2s時間間隔內，重力方向合加速度分量除去重力1g之后與垂直分量之比的范圍出現小于1:3或大于3:1的周期性變化；

靜止站立：在2s時間間隔內，重力方向合加速度分量除去重力1g之后與垂直分量之比的范圍為大于或等于1:3且小于或等于3:1；

緩步走路：所述周期性變化的頻率小于60/分鐘；

上樓梯：緩慢走路的情況下，氣壓高度傳感器持續大于10s呈上升趨勢并且小于3m；

下樓梯：緩慢走路的情況下，氣壓高度傳感器持續大于10s呈下降趨勢并且小于3m；

快速走路：所述周期性變化的頻率為大于60步/分鐘且小于120步/分鐘，且重力方向合加速度分量小于1.2g；

跑步：所述周期性變化的頻率為大于120步/分鐘，且重力方向合加速度分量大于1.2g；

高臺跳：重力方向合加速度分量瞬間大于2.2g；

以上的一種或多種。

根據本發明的一實施方式，所述用于監測用戶下肢運動的方法還包括睡眠質量測量步驟，其中通過測量的加速度值可以識別不同的活動頻段，記錄該活動頻段的持續時間，并對所述持續時間進行加權，計算即可算出睡眠質量值。

根據本發明的一實施方式，所述睡眠質量測量步驟，根據X軸方向和Y軸與地面夾角pitch_x[rad]＝sin^-1(A_x[g]/1[g])、pitch_y[rad]＝sin^-1(A_x[g]/1[g])方向的數據，每20分鐘數據Δpitch_x和Δpitch_y進行加權平均聚類分組，按方差分為高頻活動時間、中頻活動時間、低頻活動時間，根據低頻占比>90％判斷進入深度睡眠，根據高頻占比>30％判斷進入清醒狀態；并將高頻、中頻、低頻時間占比加權值作為睡眠質量指標。

根據本發明的另一個方面，提供了一種骨科術后康復治療的輔助裝置，所述輔助裝置包括加速度計、角速度計和氣壓計中的至少一種。

根據本發明的一實施方式，其中所述骨科術后康復治療的輔助裝置還包括無線通信模塊。

根據本發明的一實施方式，其中所述骨科術后康復治療的輔助裝置還包括電源。

根據本發明的一實施方式，其中所述骨科術后康復治療的輔助裝置還包括腳環帶，通過該腳環帶穿戴在用戶的腳踝處，所述腳環帶上設置有粘扣帶。

根據本發明的另一個方面，提供一種用于監測用戶下肢運動的方法，使用加速度計、角速度計、氣壓計中至少一個的測定數據對下肢的運動進行監測。

根據本發明的一實施方式，包括姿態識別算法；所述姿態識別算法融合加速度計、角速度計和氣壓計的數據，自動判斷用戶是否進行規定動作。

根據本發明的一實施方式，所述加速度計、角速度計和氣壓計佩戴在下肢的腳踝處。

由上述技術方案可知，本發明的用于監測用戶下肢運動的方法和骨科術后康復治療的輔助裝置的優點和積極效果在于：姿態識別算法，利用融合加速度計和角速度計及/或氣壓計的數據，根據瞬時值是否符合條件來自動判斷用戶是否進行規定的動作，并不需要建立測量動作的軌跡模型便可以識別各種動作，減少了系統運算量，并提高了識別精度。

附圖說明

通過結合附圖考慮以下對本發明的優選實施例的詳細說明，本發明的各種目標、特征和優點將變得更加顯而易見。附圖僅為本發明的示范性圖解，并非一定是按比例繪制。在附圖中，同樣的附圖標記始終表示相同或類似的部件。其中：

圖1是根據一示例性實施方式示出的一種骨科術后康復治療的輔助裝置坐標軸示意圖。

圖2是根據一示例性實施方式示出的一種輔助裝置中監測單元各個模塊的示意圖。

圖3所示為本發明一種實施方式所提供的輔助裝置的結構示意圖。

圖4所示為本發明一種實施方式所提供的輔助裝置的腳環帶的結構示意圖；

圖5所示為本發明一種實施方式所提供的側臥抬腿的動作示意圖。

圖6所示為本發明一種實施方式所提供的直腿抬高的動作示意圖。

圖7所示為本發明一種實施方式所提供的滑移屈膝的動作示意圖。

圖8所示為本發明一種實施方式所提供的俯臥屈膝的動作示意圖。

圖9所示為本發明一種實施方式所提供的站立外展的動作示意圖。

具體實施方式

現在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限于在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本發明將全面和完整，并將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。圖中相同的附圖標記表示相同或類似的結構，因而將省略它們的詳細描述。

本發明實施例提出了一種用于監測用戶下肢運動的方法，可根據下肢末端向至少一方向運動的加速度是否到達預設動作的數值范圍，以及向此方向運動的速度和角速度的比例關系是否到達預設動作的數值范圍，以此來識別下肢的動作。不僅利用加速度數值來判斷識別動作，而且還融合了速度和角速度的比例關系共同識別，使得動作的速度和角速度同時達到肢體動作時的常見范圍才確認為具體動作，以此可將各種動作進行了有效區分，可提高骨科術后康復治療中的動作識別準確率。

一種實施例中，可使用加速度計、角速度計、氣壓計中至少一個的測定數據對用戶的下肢運動進行監測；加速度計、角速度計和氣壓計組成的復合傳感器可佩戴在用戶的腳踝指定方向上；對齊佩戴會提高計算的精度，若實際使用中未完全對齊佩戴，還可以選擇通過相對標準姿勢的位置標定對可能的誤差實現一定的補償。這個位置標定可通過佩戴完成后，通過上位機發指令給使用者進行站立或平躺等多個標準姿勢進行動態標定。

本實施例中的加速度計、角速度計、氣壓計可組成復合傳感器，所述傳感器的坐標軸可如圖1所示，復合傳感器10可實現x、y、z三個軸向上加速度、角速度、磁偏角(可植入電子羅盤的軟件實現算法來實現，也可以增設電子羅盤實現)的測定。本發明實施例中的加速度計、角速度計可為三軸加速度計和三軸角速度計，兩者的坐標系統可選擇為統一的。

一種實施例中，所有傳感器還可以集成為一個智能平臺(或總稱為監測器)，具體智能平臺可具有MCU、主線、電源以及通信模塊，相應的傳感器或復合傳感器可聯接于此智能平臺中，智能平臺可以具有存儲裝置和運算單元，以此控制傳感器或復合傳感器，得出檢測數據后，可根據相應策略通過通信模塊向外輸出所需結果，且還可以通過通信模塊接受外部指令，以進一步控制相應傳感器或算法模式或輸出方式。舉例來講，如圖2所示，本發明實現上述檢測方法的系統框架可根據功能區分進行描述，本發明實施例的檢測系統可認為主要模塊分別為：電源管理101、傳感數據采集102、藍牙通訊103、姿態識別104、動作測量105和被動測量106等模塊。

舉例來講，本發明實施例提供了一種用于實現上述測定方法的骨科術后康復治療的輔助裝置，骨科術后康復治療的輔助裝置的結構如圖3和圖4所示，可主要包括：翼板1、殼體2、按鈕3、觀察指示燈4、腳環帶5和粘扣帶6。殼體2的內側面可選擇設置為弧形，適宜于與用戶的腳踝處相貼合。在殼體2內安裝有MCU、主線、電源以及通信模塊，相應的傳感器或復合傳感器(加速度計、角速度計、氣壓計復合傳感器)可聯接于此輔助裝置中，輔助裝置還可以具有存儲裝置和運算單元，以此控制傳感器或復合傳感器，得出檢測數據后，可根據相應策略通過通信模塊向外輸出所需結果，且還可以通過通信模塊接受外部指令，以進一步控制相應傳感器或算法模式或輸出方式。靠近殼體2的頂部設置為指示燈4，便于用戶在使用過程中觀察指示燈4的顏色。殼體2沿環繞腳踝的方向成型為左右兩個翼板1，與兩個翼板1連接設置有腳環帶5，為了便于穿戴，可在腳環帶5上還設置粘扣帶6；在殼體2上還設置有按鈕3，以便于進行簡單的指令輸入。本發明實施例的用于監測用戶下肢運動的方法中，當用戶處于站立狀態時，復合傳感器10x軸與指向戶的正上方，設備y軸指向用戶的正外側，設備z軸指向用戶的正前方。其中正外側中的“外側”是指解剖學上的外側，即遠離矢狀面的方向。

姿態，所謂姿態是指身體的各部分，即頭部、軀干、上肢與下肢，相互之間的位置關系，是以頭部前屈位、上肢外轉位、軀體后屈的形態來表現的并依體節相互位置的關節角度來測定。本說明書中下肢姿態主要依據人體下肢相對軀干的相對位置，以及膝關節、髖關節角度來測定。所謂體位，是表示身體與重力的方向位于何種關系，以立體、背臥位或側臥位的形態來表示。即指身體被安置的狀態之面與軸的重力方向，也就是與垂直軸相對的關系。

加速度計用于測量物體的線性加速度，加速度計的輸出值與傾角呈非線性關系，隨著傾角的增加而表現為正弦函數變化。角速度計(陀螺儀)的作用是用來測量角速度信號，通過對角速度積分，便能得到角度值。氣壓計是通過氣壓的變化來測量高度的傳感器，因此在測量的過程中不受障礙物的影響，測量高度范圍廣，方便移動，可進行絕對海拔高度測量和相對高度測量。

一種實施例中也可采用三維磁阻傳感器與三軸加速度計結合，利用軟件算法模擬實現角速度計。

本發明實施例中，在所述根據測量值進行動作識別的步驟之前，可先在復合傳感器中存儲或內建多組閾值，這些多組閾值中各可包含加速度值范圍、角速度值范圍和氣壓值范圍中的至少一個，據此將具體下肢動作的實際測量值與各閾值分別進行比對，進行動作識別。當測量所得下肢的加速度值、角速度值以及氣壓值達到所述多組閾值中一組閾值所限定的范圍時，當前動作識別為此組閾值對應的動作。

本發明中一種實施例的姿態識別算法：利用融合加速度計、角速度計和氣壓計的數據，自動判斷用戶是否進行預設的動作：當然，一種實施例情形下，自動判斷步驟之前還包括體位姿態識別步驟，其中，根據下肢指定位置建立的肢體坐標系相對于地理坐標系的差異識別用戶的體位姿態。

所述多組閾值以及其分別對應的動作可為：

側臥抬腿，用戶側躺在平面上，側向抬腿，如圖5所示；測試基準點在y軸加速度A_y>0.9[g]，且x軸加速度A_x<0.1[g],y軸方向速度和z軸方向角速度的絕對值比值V_y[m/s]:ω_z[rad/s]在0.3～0.5[m/rad]之間；

直腿抬高，用戶平躺、坐臥在平面上，正向抬腿，如圖6所示；測試基準點在z軸加速度A_z>0.9g且x軸加速度A_x<0.1g，Z軸方向速度和y軸方向角速度比值V_z[m/s]:ω_y[rad/s]的絕對值在0.3～0.5[m/rad]之間；

滑移屈膝，用戶平躺、坐臥在平面上，屈膝并且腳在平面滑移，如圖7所示；測試基準點在Z軸方向速度和y軸方向角速度比值V_z[m/s]:ω_y[rad/s]的絕對值在0.2～0.4[m/rad]之間，x軸方向加速度A_x在最小值小于0.1g，最大值大于0.6g的區域往復運動；

俯臥屈膝，用戶俯臥平面上，屈膝，如圖8所示；Z軸方向速度和y軸方向角速度比值V_z[m/s]:ω_y[rad/s]的絕對值在0.2～0.4[m/rad]之間，z軸加速度A_z的最小值小于-0.3g，最大值大于0.8g；

站立外展，用戶扶欄桿站立，大腿外展運動，如圖9所示；x、y軸加速度的平方和根的最小值小于0.7g，最大值大于0.9g，x軸加速度A_x在10s內方差大于0.0026；

f.平地步行，去重力后x軸加速度在最小值小于0.8g，最大值大于1.2g的區域往復運動，則判斷用戶在進行平地步行動作；

g.上樓梯，在5分鐘內，氣壓傳感器所測的高度差Δh>1.5m，同時x軸脈沖變化>1g，則判斷用戶在上樓梯；

h.深睡眠，加速度計中，方差A_y＝arctan(Y/norm)低于40°/20分鐘，則判斷用戶處于深睡眠狀態，其中Y為y軸加速度，norm為x、y、z軸加速度的平方和根；

i.淺睡眠，加速度計中，方差A_y＝arctan(Y/norm)高于40°/20分鐘且小于1200°/20分鐘，則判斷用戶處于淺睡眠狀態，其中Y為y軸加速度，norm為x、y、z軸加速度的平方和根。

本發明該實施例中，上述所說的具體下肢動作的識別閾值中，可以理解是各傳感器的瞬時值同時滿足數據條件，這屬于可以正確識別動作的實施例；另外還可以參照各傳感器在一個采樣區間的平均值或最大值，或一個采樣區間的方差，以上都可以作為識別特征動作的參數，這些采樣區間后運算得出的數據或數值還可作為校正結果或動作測量的數據依據。

一種實施例中，還可在復合傳感器中增加學習機制，能夠幫助識別特定用戶的行為習慣，通過迭代算法不斷提高自動識別的準確性。舉例而言，復合傳感器的控制固件中內建有迭代算法，可根據遞歸策略不斷更新用戶的行為習慣，可根據遞歸策略將上述閾值中各數據值要求進行微調，以此提高自動識別的準確性。

如下介紹本發明實施例中采用的高度算法，可選擇將地理坐標系相對于載體坐標系的姿態由四元數進行轉換，得到方向余弦矩陣；在載體坐標系下測量出加速度矢量，并由所述加速度矢量計算得到垂直方向速度；計算得到加速度誤差并對速度進行補償，從而得到垂直方向位移。具體的高度算法可示例為：

地理坐標系(Earth)相對于復合傳感器的載體坐標系(Sensor)的姿態可由一組四元數進行轉換，四元數可表示如下：

由此可得方向余弦矩陣

載體坐標系下測量得加速度矢量a^S，可通過以下公式計算得該矢量在地理坐標系下的表示方式

a^E＝R×a^S＝[a_x a_y a_z]

將該矢量中Z軸分量進行數值積分可得垂直方向速度，計算公式如下

v_z,t＝v_z,t-Δt+a_z,t×Δt

vz，t＝vz，t-Δt+az，t×Δt

由于積分過程中存在低頻噪聲干擾，故積分誤差隨時間累積。

為簡化計算，可認為誤差分量為附加在加速度測量值上的一常量，即速度誤差與時間線性相關。又可知運動過程中起始速度和終止速度均為0，由此可計算得加速度誤差

式中v_end表示積分得終止速度，t_all表示積分總時間，由計算得誤差分量可對速度進行補償得

v_z,t＝v_z,t-Δa×t

式中t表示從積分開始所經歷的時間。

對v_z,t再次進行數值積分，可得垂直方向位移

d_z,t＝d_z,t-Δt+v_z,t×Δt。

由于具體利用本發明實施例中傳感器，進行的高度算法在本領域中已比較成熟，對于本領域技術人員來講仍有更多算法可選，因此，在此不再贅述。

如下介紹本發明實施例中采用的動作測量算法；

復合傳感器可與作為上位機的智能終端(手機或電腦)配合，以對用戶的以下動作中的至少一種進行測量：

A.側臥抬腿，復合傳感器可根據上位機提供的指令，初始化XY平面的重力方向夾角A＝arctan(Y/X)，記錄到緩存中，將夾角變化量ΔA<3°/5s作為閥值對傳感器的Y方向高度進行測算，將積分的高度輸出給上位機，其中Y、X分別為y軸、x軸加速度；

B.直腿抬高，復合傳感器可根據上位機提供的指令，初始化XZ平面的重力方向夾角，B＝arctan(Z/X)，記錄到緩存中，將夾角變化量ΔB<3°/5s作為閥值對傳感器的Z方向高度進行測算，將積分的高度輸出給上位機，其中Z、X分別為z軸、x軸加速度；

C.站立外展，復合傳感器可根據上位機提供的指令，初始化XY平面的重力方向夾角,A＝arctan(Y/X)，記錄到緩存中，將夾角變化量ΔA<3°/5s作為閥值對傳感器的X方向高度進行測算，將積分的高度輸出給上位機，其中Y、X分別為y軸、x軸加速度；

D.屈膝滑移，復合傳感器可根據上位機提供的指令，初始化XZ平面的重力方向夾角，B＝arctan(Z/X)，記錄到緩存中，將當前值B`與初始值B相減ΔB＝B`-B獲得的夾角差的2倍2×ΔB輸出給上位機，作為膝關節屈曲角度值，其中Z、X分別為z軸、x軸加速度；

E.俯臥彎腿，復合傳感器可根據上位機提供的指令，初始化XZ平面的重力方向夾角，B＝arctan(Z/X)，記錄到緩存中，將當前值B`與初始值B相減ΔB＝B`-B獲得的夾角差ΔB輸出給上位機，作為膝關節屈曲角度值，其中Z、X分別為z軸、x軸加速度。

上位機根據康復計劃設定的目標值將反饋給設備是否達到預期數值，設備根據反饋改變指示燈顏色提示用戶:綠色，合格；紅色，無效。

被動跟蹤算法，包括膝關節日常運動評估方法實施例，說明如下：

膝關節日常活動量的評估指標：根據膝關節在不同活動下受到的沖擊力建立加權系數表，建立一套日常活動對膝關節損耗的標準，設備在24小時跟蹤過程中將分時段匯總相關活動量評分數據，評估用戶是否符合當前康復狀態的活動量規范；其中，根據膝關節在不同活動下受到的沖擊力建立的加權系數為：高臺跳為8倍，跑步為4倍，上樓梯為3倍，下樓梯為4倍，快速走路為2.5倍，緩步走路為2倍，站立靜止為1倍，臥床為0.02倍。識別的方式依據重力方向的合加速度分量和其垂直分量及其變化特征來判定，具體為：

先判斷重力方向與載體坐標的X軸方向是否大于60度為臥床姿態；

其余依據重力方向合加速度分量除去重力1g之后與垂直分量之比在2秒內有1:3以下和3:1以上的周期性變化，則判斷是走動，否則為靜止站立；

根據周期變化的頻率小于60/min為緩步走路；

60步/min<頻率<120步/min，且重力方向合加速度分量<1.2g為快速走路；

120步/min<頻率重力方向合加速度分量>1.2g為跑步；

判斷為走路的條件下如果氣壓高度傳感器持續>10s呈上升趨勢并且小于3m則判斷為上樓梯；

同時如果氣壓高度傳感器持續>10s呈下降趨勢并且小于3m則判斷為下樓梯；

重力方向合加速度分量瞬間>2.2g則判斷為高臺跳。

對于活動量的測算可以是：各個運動的時間乘以加權系數后再累加，如緩步走路為2小時，站立靜止為1小時，那么活動量即是2*2+1＝5。

睡眠跟蹤指標：包括評估用戶睡眠跟蹤指標的方法：根據X軸方向和Y軸與地面夾角pitch_x[rad]＝sin^-1(A_x[g]/1[g])、pitch_y[rad]＝sin^-1(A_x[g]/1[g])方向的數據，每20分鐘數據Δpitch_x和Δpitch_y進行加權平均聚類分組，按方差分為高頻活動時間、中頻活動時間、低頻活動時間，根據低頻占比>90％判斷進入深度睡眠，根據高頻占比>30％判斷進入清醒狀態；并將高頻、中頻、低頻時間占比加權值作為睡眠質量指標。其中所述高頻活動時間對應的方差范圍為大于20000；所述中頻活動時間對應的方差范圍為大于或者等于1000且小于或者等于20000；所述低頻活動時間對應的方差范圍為小于或者等于1000；所述高頻時間的占比加權值為0.1；所述中頻時間的占比加權值為0.3；所述低頻時間的占比加權值為1。此處的睡眠質量指標是計算出累計的睡眠時間，如高頻是2小時，中頻是3小時，低頻是3小時，那么計算出的睡眠時間就是2*0.1+3*0.3+3＝4.3小時，以此指標作為衡量用戶睡眠質量的依據。

在上述一個或者多個算法的基礎上，通過組建虛擬傳感器物聯網，利用藍牙等無線通信手段可在手機等智能終端中動態展示，可實現動畫和/或語音指導患者動作。

本發明提供了一種可穿戴的骨科術后康復治療的輔助裝置，用于幫助患者進行術后康復訓練，為醫生評估訓練效果提供數據支持。可利用陀螺儀等傳感器導航技術進行人體姿態測量，不受外界環境干擾，可靠性高；可選擇利用無線技術將數據傳輸到上位機，降低傳輸過程中對動作干擾數據實時反饋，幫助用戶提升動作準確度。

在使用時，患者只需將該裝置佩戴至腳踝部位，開啟康復儀的電源開關，打開手機端APP并開啟藍牙即可實現與康復儀的自動無線連接，實時接收腿部動作的各項數據，包括腿部抬升角度，抬升距離等，這些數據可以保存至手機端或通過網絡發送給醫生，為醫生的下一步治療計劃提供參考數據。

本發明只需佩戴使用，無需導線連接，低功耗，續航時間長，測量數據精度高，非常適合手術后的患者佩戴進行康復訓練，可大大縮短康復所需的時間。還可針對所戴的患肢，進行運動跟蹤，4小時監控關節沖擊受力，建立關節損耗指數。

本發明的技術方案已由可選實施例揭示如上。本領域技術人員應當意識到在不脫離本發明所附的權利要求所揭示的本發明的范圍和精神的情況下所作的更動與潤飾，均屬本發明的權利要求的保護范圍之內。

所描述的特征、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施方式中。在上面的描述中，提供許多具體細節從而給出對本發明的實施方式的充分理解。然而，本領域技術人員將意識到，可以實踐本發明的技術方案而沒有所述特定細節中的一個或更多，或者可以采用其它的方法、組件、材料等。在其它情況下，不詳細示出或描述公知結構、材料或者操作以避免模糊本發明的各方面。