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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201610160391.2 (22)申请日 2016.03.21 (30)优先权数据 105104972 2016.02.19 TW (71)申请人 财团法人资讯工业策进会 地址 中国台湾台北市和平东路二段106号 11F (72)发明人 魏士尧 马治群 (74)专利代理机构 北京律诚同业知识产权代理 有限公司 11006 代理人 徐金国 (51)Int.Cl. A61B 5/11(2006.01) (54)发明名称 步态分析系统及方法 (57)摘要 本发明涉及一种步态分析系统。
2、及方法。 所述 步态分析系统包含足部感测单元、 膝部感测单元 与可携式装置。 足部感测单元用以感测压力信 息。 膝部感测单元用以感测第一与第二膝部三维 角度信息。 可携式装置用以根据压力信息、 第一 与第二膝部三维角度信息与反作用力方向模型 产生反作用力方向信息， 根据压力信息、 第一与 第二膝部三维角度信息、 反作用力方向信息、 胫 骨长度与膝关节力矩模型产生膝关节力矩， 根据 压力信息、 第一与第二膝部三维角度信息其中一 者以及步态模型决定步态信息， 根据步态信息、 膝关节力矩与步态模型产生步态分析结果。 本发 明的系统和方法可感测使用者的足部与膝部的 压力与角度数据， 经过分析产生分析结。
3、果与调整 建议。 权利要求书3页 说明书10页 附图8页 CN 107095677 A 2017.08.29 CN 107095677 A 1.一种步态分析系统， 其特征在于， 包含： 足部感测单元， 包含： 至少一压力感测元件， 用以感测压力信息； 膝部感测单元， 包含： 第一惯性感测元件， 用以感测第一膝部三维角度信息； 以及 第二惯性感测元件， 用以感测第二膝部三维角度信息； 以及 可携式装置， 用以根据所述压力信息、 所述第一膝部三维角度信息、 所述第二膝部三维 角度信息与反作用力方向模型产生反作用力方向信息， 根据所述压力信息、 所述第一膝部 三维角度信息、 所述第二膝部三维角度信息。
4、、 所述反作用力方向信息、 胫骨长度与膝关节力 矩模型产生膝关节力矩， 根据所述压力信息、 所述第一膝部三维角度信息与所述第二膝部 三维角度信息其中一者以及步态模型决定步态信息， 根据所述步态信息、 所述膝关节力矩 与所述步态模型产生步态分析结果。 2.如权利要求1所述的步态分析系统， 其特征在于， 所述可携式装置通过使用者介面显 示所述步态分析结果， 其中所述步态分析结果包含膝关节受力分布信息。 3.如权利要求1所述的步态分析系统， 其特征在于， 所述第一膝部三维角度信息包含胫 骨角度信息， 所述第二膝部三维角度信息包含股骨角度信息， 所述可携式装置更用以根据 所述胫骨角度信息与所述股骨角度。
5、信息产生膝关节角度信息， 并且通过使用者介面显示所 述膝关节角度信息。 4.如权利要求3所述的步态分析系统， 其特征在于， 所述可携式装置储存足部参数， 且 更用以根据所述足部参数与所述步态信息决定所述膝关节力矩与所述膝关节角度信息的 判断顺序以产生步态调整建议信息， 并且通过所述使用者介面显示所述步态调整建议信 息。 5.如权利要求1所述的步态分析系统， 其特征在于， 所述足部感测单元更包含至少一惯 性感测元件， 用以感测加速度及足部角度， 所述可携式装置更用以根据所述加速度及所述 足部角度， 以产生足尖夹角数据、 步长数据与步宽数据。 6.如权利要求1所述的步态分析系统， 其特征在于， 所。
6、述反作用力方向模型包含压力重 心模型， 所述可携式装置更用以根据所述压力信息与所述压力重心模型产生足部压力重心 信息， 并且通过使用者介面显示所述足部压力重心信息。 7.如权利要求6所述的步态分析系统， 其特征在于， 所述可携式装置更用以根据所述足 部压力重心信息产生重心位置调整建议信息， 并且通过所述使用者介面显示所述重心位置 调整建议信息。 8.如权利要求1所述的步态分析系统， 其特征在于， 所述可携式装置更用以从分析引擎 装置接收所述反作用力方向模型、 所述膝关节力矩模型与所述步态模型， 所述分析引擎装 置通过机器学习建立所述反作用力方向模型、 所述膝关节力矩模型与所述步态模型。 9.如。
7、权利要求1所述的步态分析系统， 其特征在于， 更包含： 支撑单元， 包含支撑压力感测元件与支撑惯性感测元件， 用以产生支撑压力数据与支 撑角度信息； 其中所述支撑单元与所述足部感测单元更用以产生所述足部感测单元与所述 支撑单元的相对位置信息； 以及， 所述可携式装置更用以根据所述支撑压力数据与所述支 撑角度信息计算支撑重量信息， 并通过使用者介面显示所述支撑重量信息与所述相对位置 权 利 要 求 书 1/3 页 2 CN 107095677 A 2 信息。 10.一种步态分析系统， 其特征在于， 包含： 足部感测单元， 包含： 至少一压力感测元件， 用以感测压力信息； 膝部感测单元， 包含： 。
8、第一惯性感测元件， 用以感测第一膝部三维角度信息； 以及 第二惯性感测元件， 用以感测第二膝部三维角度信息； 分析引擎装置， 用以通过机器学习建立反作用力方向模型、 膝关节力矩模型与步态模 型； 以及 可携式装置， 用以从所述足部感测单元与所述膝部感测单元接收所述压力信息、 所述 第一膝部三维角度信息与所述第二膝部三维角度信息， 并且传送所述压力信息、 所述第一 膝部三维角度信息与所述第二膝部三维角度信息至所述分析引擎装置； 其中所述分析引擎装置用以根据所述压力信息、 所述第一膝部三维角度信息、 所述第 二膝部三维角度信息与所述反作用力方向模型产生反作用力方向信息， 根据所述压力信 息、 所述。
9、第一膝部三维角度信息、 所述第二膝部三维角度信息、 所述反作用力方向信息、 胫 骨长度与所述膝关节力矩模型产生膝关节力矩， 根据所述压力信息、 所述第一膝部三维角 度信息与所述第二膝部三维角度信息其中一者以及所述步态模型决定步态信息， 根据所述 步态信息、 所述膝关节力矩与所述步态模型产生步态分析结果， 并传送所述步态分析结果 至所述可携式装置。 11.如权利要求10所述的步态分析系统， 其特征在于， 所述第一膝部三维角度信息包含 胫骨角度信息， 所述第二膝部三维角度信息包含股骨角度信息， 所述分析引擎装置更用以 根据所述胫骨角度信息与所述股骨角度信息产生膝关节角度信息并传送至所述可携式装 置。
10、， 以及所述可携式装置更用以通过使用者介面显示所述膝关节角度信息。 12.如权利要求10所述的步态分析系统， 其特征在于， 所述足部感测单元更包含至少一 惯性感测元件， 用以感测加速度及足部角度， 所述分析引擎装置更用以根据所述加速度及 所述足部角度， 以产生足尖夹角数据、 步长数据与步宽数据。 13.如权利要求10所述的步态分析系统， 其特征在于， 所述反作用力方向模型包含压力 重心模型， 所述分析引擎装置更用以根据所述压力信息与所述压力重心模型产生足部压力 重心信息并传送至所述可携式装置， 以及所述可携式装置更用以通过使用者介面显示所述 足部压力重心信息。 14.如权利要求10所述的步态分。
11、析系统， 其特征在于， 更包含： 支撑单元， 包含支撑压力感测元件与支撑惯性感测元件， 用以产生支撑压力数据与支 撑角度信息； 其中所述支撑单元与所述足部感测单元更用以产生所述足部感测单元与所述 支撑单元的相对位置信息， 所述可携式装置更用以从所述支撑单元接收所述支撑重量信息 与所述相对位置信息并传送至所述分析引擎装置， 所述分析引擎装置更用以根据所述支撑 压力数据与所述支撑角度信息计算支撑重量信息， 并传送至所述可携式装置， 以及所述可 携式装置更用以通过使用者介面显示所述支撑重量信息与所述相对位置信息。 15.一种步态分析方法， 其特征在于， 包含： 通过足部感测单元， 感测压力信息； 权。
12、 利 要 求 书 2/3 页 3 CN 107095677 A 3 通过膝部感测单元， 感测第一膝部三维角度信息与第二膝部三维角度信息； 通过可携式装置， 根据所述压力信息、 所述第一膝部三维角度信息、 所述第二膝部三维 角度信息与反作用力方向模型产生反作用力方向信息； 通过所述可携式装置， 根据所述压力信息、 所述第一膝部三维角度信息、 所述第二膝部 三维角度信息、 所述反作用力方向信息、 胫骨长度与膝关节力矩模型产生膝关节力矩； 通过所述可携式装置， 根据所述压力信息、 所述第一膝部三维角度信息与所述第二膝 部三维角度信息其中一者以及步态模型决定步态信息； 以及 通过所述可携式装置， 根据。
13、所述步态信息、 所述膝关节力矩与所述步态模型产生步态 分析结果。 16.如权利要求15所述的步态分析方法， 其特征在于， 更包含： 通过所述可携式装置， 根据胫骨角度信息与股骨角度信息产生膝关节角度信息， 其中 所述第一膝部三维角度信息包含所述胫骨角度信息， 所述第二膝部三维角度信息包含所述 股骨角度信息； 以及 通过所述可携式装置的使用者介面， 显示所述膝关节角度信息。 17.如权利要求15所述的步态分析方法， 其特征在于， 更包含： 通过所述足部感测单元的至少一惯性感测元件， 感测加速度及足部角度； 通过所述可携式装置， 根据所述加速度及所述足部角度产生足尖夹角数据、 步长数据 与步宽数据。
14、； 通过所述可携式装置， 根据所述压力信息与所述反作用力方向模型是压力重心模型产 生足部压力重心信息； 以及 通过所述可携式装置的使用者介面， 显示所述足部压力重心信息。 18.如权利要求15所述的步态分析方法， 其特征在于， 更包含： 通过分析引擎装置， 通过机器学习建立所述反作用力方向模型、 所述膝关节力矩模型 与所述步态模型； 以及 通过所述可携式装置， 从所述分析引擎装置接收所述反作用力方向模型、 所述膝关节 力矩模型与所述步态模型。 19.如权利要求15所述的步态分析方法， 其特征在于， 更包含： 通过支撑单元， 产生支撑压力数据与支撑角度信息， 其中所述支撑单元包含支撑压力 感测元。
15、件与支撑惯性感测元件； 通过所述支撑单元与所述足部感测单元， 产生所述足部感测单元与所述支撑单元的相 对位置信息； 通过所述可携式装置， 根据所述支撑压力数据与所述支撑角度信息计算支撑重量信 息； 以及 通过所述可携式装置的使用者介面， 显示所述支撑重量信息与所述相对位置信息。 权 利 要 求 书 3/3 页 4 CN 107095677 A 4 步态分析系统及方法 技术领域 0001 本揭示内容是关于一种分析技术， 且特别是关于一种步态分析系统及步态分析方 法。 背景技术 0002 由于高龄化社会， 退化性膝关节炎(Knee osteoarthritis， knee OA)的问题日趋 严重，。
16、 严重影响人们的健康与生活品质。 此外， 近年来由于运动风气的盛行， 3040岁的人 们也可能因退化性膝关节炎所苦。 退化性膝关节炎不仅造成行走机能与疼痛问题外， 更可 能影响患者的身心健康。 0003 退化性膝关节炎的成因中， 不当步态造成的软骨不均磨损与再生速度失衡， 以及 膝盖过大的弯曲角度造成的膝关节与股骨内侧受损是常见的因素。 因此， 调整正确步态是 维持膝关节健康的解决方法之一。 发明内容 0004 本揭示内容是提供一种步态分析系统， 其包含足部感测单元、 膝部感测单元与可 携式装置。 足部感测单元包含至少一压力感测元件， 用以感测压力信息。 膝部感测单元包含 一第一惯性感测元件用。
17、以感测第一膝部三维角度信息与一第二惯性感测元件用以感测第 二膝部三维角度信息。 可携式装置用以根据压力信息、 第一膝部三维角度信息、 第二膝部三 维角度信息与反作用力方向模型产生反作用力方向信息， 根据压力信息、 第一膝部三维角 度信息、 第二膝部三维角度信息、 反作用力方向信息、 胫骨长度与膝关节力矩模型产生膝关 节力矩， 根据压力信息、 第一膝部三维角度信息与所述第二膝部三维角度信息其中一者以 及步态模型决定步态信息， 根据步态信息、 膝关节力矩与步态模型产生步态分析结果。 0005 于本揭示内容的一实施例中， 其中可携式装置通过使用者介面显示步态分析结 果， 步态分析结果包含膝关节受力分。
18、布信息。 0006 于本揭示内容的一实施例中， 其中第一膝部三维角度信息包含胫骨角度信息， 第 二膝部三维角度信息包含股骨角度信息。 可携式装置更用以根据胫骨角度信息与股骨角度 信息产生膝关节角度信息， 并且通过使用者介面显示膝关节角度信息。 0007 于本揭示内容的一实施例中， 其中可携式装置更储存一足部参数， 且用以根据足 部参数和步态信息决定膝关节力矩与膝关节角度信息的判断顺序以产生步态调整建议信 息， 并且通过使用者介面显示步态调整建议信息。 0008 于本揭示内容的一实施例中， 其中足部感测单元更包含至少一惯性感测元件， 用 以感测一加速度及一足部角度。 可携式装置更用以根据加速度及。
19、足部角度， 以产生足尖夹 角数据、 步长数据与步宽数据。 0009 于本揭示内容的一实施例中， 其中反作用力方向模型包含压力重心模型。 可携式 装置更用以根据压力信息与压力重心模型产生足部压力重心信息， 并且通过使用者介面显 示足部压力重心信息。 说 明 书 1/10 页 5 CN 107095677 A 5 0010 于本揭示内容的一实施例中， 其中可携式装置更用以根据足部压力重心信息产生 重心位置调整建议信息， 并且通过使用者介面显示重心位置调整建议信息。 0011 于本揭示内容的一实施例中， 其中可携式装置更用以从分析引擎装置接收反作用 力方向模型、 膝关节力矩模型与步态模型。 分析引擎。
20、装置通过机器学习建立反作用力方向 模型、 膝关节力矩模型与步态模型。 0012 于本揭示内容的一实施例中， 步态分析系统更包含支撑单元。 支撑单元包含支撑 压力感测元件与支撑惯性感测元件， 用以产生支撑压力数据与支撑角度信息。 支撑单元与 足部感测单元更用以产生足部感测单元与支撑单元的相对位置信息。 可携式装置更用以根 据支撑压力数据与支撑角度信息计算支撑重量信息， 并通过使用者介面显示支撑重量信息 与相对位置信息。 0013 本揭示内容的另一态样是提供一种步态分析系统， 其包含足部感测单元、 膝部感 测单元、 分析引擎装置与可携式装置。 足部感测单元包含至少一压力感测元件， 用以感测压 力信。
21、息。 膝部感测单元包含一第一惯性感测元件用以感测第一膝部三维角度信息与一第二 惯性感测元件用以感测第二膝部三维角度信息。 分析引擎装置用以通过机器学习建立反作 用力方向模型、 膝关节力矩模型与步态模型。 可携式装置用以从足部感测单元与膝部感测 单元接收压力信息、 第一膝部三维角度信息与第二膝部三维角度信息， 并且传送压力信息、 第一膝部三维角度信息与第二膝部三维角度信息至分析引擎装置。 分析引擎装置用以根据 压力信息、 第一膝部三维角度信息、 第二膝部三维角度信息与反作用力方向模型产生反作 用力方向信息， 根据压力信息、 第一膝部三维角度信息、 第二膝部三维角度信息、 反作用力 方向信息、 胫。
22、骨长度与膝关节力矩模型产生膝关节力矩， 根据压力信息、 第一膝部三维角度 信息与第二膝部三维角度信息其中一者以及步态模型决定步态信息， 根据步态信息、 膝关 节力矩与步态模型产生步态分析结果， 并传送步态分析结果至可携式装置。 0014 于本揭示内容的一实施例中， 其中第一膝部三维角度信息包含胫骨角度信息， 第 二膝部三维角度信息包含股骨角度信息。 分析引擎装置更用以根据胫骨角度信息与股骨角 度信息产生膝关节角度信息并传送至可携式装置。 可携式装置更用以通过使用者介面显示 膝关节角度信息。 0015 于本揭示内容的一实施例中， 其中足部感测单元更包含至少一惯性感测元件， 用 以感测加速度及足部。
23、角度。 分析引擎装置更用以根据加速度及足部角度， 以产生足尖夹角 数据、 步长数据与步宽数据。 0016 于本揭示内容的一实施例中， 其中反作用力方向模型包含压力重心模型。 分析引 擎装置更用以根据压力信息与压力重心模型产生足部压力重心信息并传送至可携式装置。 可携式装置更用以通过使用者介面显示足部压力重心信息。 0017 于本揭示内容的一实施例中， 其中足部感测单元更包含至少一惯性感测元件， 用 以感测加速度及足部角度。 分析引擎装置更用以根据加速度及足部角度， 以产生足尖夹角 数据、 步长数据与步宽数据。 0018 于本揭示内容的一实施例中， 步态分析系统更包含支撑单元。 支撑单元包含一支。
24、 撑压力感测元件与一支撑惯性感测元件， 用以产生一支撑压力数据与一支撑角度信息； 其 中所述支撑单元与所述足部感测单元更用以产生所述足部感测单元与所述支撑单元的一 相对位置信息， 所述可携式装置更用以从所述支撑单元接收所述支撑重量信息与所述相对 说 明 书 2/10 页 6 CN 107095677 A 6 位置信息并传送至所述分析引擎装置， 所述分析引擎装置更用以根据所述支撑压力数据与 所述支撑角度信息计算一支撑重量信息， 并传送至所述可携式装置， 以及所述可携式装置 更用以通过一使用者介面显示所述支撑重量信息与所述相对位置信息。 0019 本揭示内容的另一态样是提供一种步态分析方法， 包含。
25、下列步骤。 通过足部感测 单元， 感测压力信息。 通过膝部感测单元， 感测第一膝部三维角度信息与第二膝部三维角度 信息。 通过可携式装置， 根据所述压力信息、 所述第一膝部三维角度信息、 所述第二膝部三 维角度信息与一反作用力方向模型产生一反作用力方向信息。 通过所述可携式装置， 根据 所述压力信息、 所述第一膝部三维角度信息、 所述第二膝部三维角度信息、 所述反作用力方 向信息、 胫骨长度与一膝关节力矩模型产生一膝关节力矩。 通过所述可携式装置， 根据所述 压力信息、 所述第一膝部三维角度信息与所述第二膝部三维角度信息其中一者以及一步态 模型决定一步态信息。 通过所述可携式装置， 根据所述步。
26、态信息、 所述膝关节力矩与所述步 态模型产生一步态分析结果。 0020 于本揭示内容的一实施例中， 通过所述可携式装置， 根据一胫骨角度信息与一股 骨角度信息产生一膝关节角度信息， 其中所述第一膝部三维角度信息包含所述胫骨角度信 息， 所述第二膝部三维角度信息包含所述股骨角度信息。 通过所述可携式装置的一使用者 介面， 显示所述膝关节角度信息。 0021 于本揭示内容的一实施例中， 通过所述足部感测单元的至少一惯性感测元件， 感 测一加速度及一足部角度。 通过所述可携式装置， 根据所述加速度及所述足部角度产生一 足尖夹角数据、 一步长数据与一步宽数据。 通过所述可携式装置， 根据所述压力信息与。
27、所述 反作用力方向模型的一压力重心模型产生一足部压力重心信息。 通过所述可携式装置的一 使用者介面， 显示所述足部压力重心信息。 0022 于本揭示内容的一实施例中， 通过一分析引擎装置， 通过机器学习建立所述反作 用力方向模型、 所述膝关节力矩模型与所述步态模型。 通过所述可携式装置， 从所述分析引 擎装置接收所述反作用力方向模型、 所述膝关节力矩模型与所述步态模型。 0023 于本揭示内容的一实施例中， 通过一支撑单元， 产生一支撑压力数据与一支撑角 度信息， 其中所述支撑单元包含一支撑压力感测元件与一支撑惯性感测元件。 通过所述支 撑单元与所述足部感测单元， 产生所述足部感测单元与所述支。
28、撑单元的一相对位置信息。 通过所述可携式装置， 根据所述支撑压力数据与所述支撑角度信息计算一支撑重量信息。 通过所述可携式装置的一使用者介面， 显示所述支撑重量信息与所述相对位置信息。 0024 综上所述， 本揭示内容的系统和方法可感测使用者的足部与膝部的压力与角度数 据， 经过分析产生分析结果与调整建议。 使用者持有的可携式装置可显示上述分析结果与 调整建议， 因此使用者可随时了解目前的步态是否不利于健康， 并且可依据调整建议矫正 为有益于健康的步态。 0025 以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述， 并对本揭示内容的技术方案提供 更进一步的解释。 附图说明 0026 为让本揭示内容的上。
29、述和其他目的、 特征、 优点与实施例能更明显易懂， 所附附图 的说明如下： 说 明 书 3/10 页 7 CN 107095677 A 7 0027 图1是说明本揭示内容一实施例的步态分析系统的示意图； 0028 图2是说明本揭示内容一实施例的足部感测单元的示意图； 0029 图3是说明本揭示内容一实施例的膝部感测单元的示意图； 0030 图4是说明本揭示内容一实施例的步态分析系统的示意图； 0031 图5是说明本揭示内容一实施例的支撑单元的示意图； 0032 图6是说明本揭示内容一实施例的步态分析系统的示意图； 0033 图7是说明本揭示内容一实施例的步态分析系统的示意图； 0034 图8A。
30、图8E是说明本揭示内容一些实施例的使用者介面的示意图； 以及 0035 图9是本揭示内容一实施例的适用于加工机台的用电量预估方法流程图； 其中， 符 号说明： 0036 为让本揭示内容的上述和其他目的、 特征、 优点与实施例能更明显易懂， 所附符号 的说明如下： 0037 100： 步态分析系统 110： 足部感测单元 0038 120： 膝部感测单元 130： 可携式装置 0039 212： 压力感测元件 310： 脚部 0040 322、 324： 惯性感测元件 ： 角度 0041 400： 步态分析系统 440： 支撑单元 0042 450： 分析引擎装置 542： 区域 0043 54。
31、4： 角度 600： 步态分析系统 0044 610： 足部感测单元 620： 膝部感测单元 0045 630： 可携式装置 640： 分析引擎装置 0046 700： 步态分析系统 750： 支撑单元 0047 810： 使用者介面 811、 812： 足部压力重心信息 0048 813、 814： 重心位置调整建议信息 0049 815： 足尖夹角数据 816： 步宽数据 0050 817： 步长数据 818： 步态信息 0051 820： 使用者介面 821824： 区域 0052 830： 使用者介面 831、 832： 点 0053 840： 使用者介面 841、 842： 区域 0。
32、054 850： 使用者介面。 具体实施方式 0055 为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备， 可参照附图及以下所述的各种实施 例。 但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围； 步骤的描述亦非用以限制其执 行的顺序， 任何由重新组合， 所产生具有均等功效的装置， 皆为本发明所涵盖的范围。 0056 于实施方式与申请专利范围中， 除非内文中对于冠词有所特别限定， 否则 一 与 所述 可泛指单一个或复数个。 将进一步理解的是， 本文中所使用的 包含 、包括 、具有 及相似词汇， 指明其所记载的特征、 区域、 整数、 步骤、 操作、 元件与/或组件， 但不排除其所 述或额外的其一个或多个其它特。
33、征、 区域、 整数、 步骤、 操作、 元件、 组件， 与/或其中的群组。 说 明 书 4/10 页 8 CN 107095677 A 8 0057 关于本文中所使用的 约 、大约 或 大致约 一般通常是指数值的误差或范围约 百分之二十以内， 较好地是约百分之十以内， 而更佳地则是约百分之五以内。 文中若无明确 说明， 其所提及的数值皆视作为近似值， 即如 约 、大约 或 大致约 所表示的误差或范 围。 0058 图1是说明本揭示内容一实施例的步态分析系统100的示意图。 步态分析系统100 包含足部感测单元110、 膝部感测单元120与可携式装置130。 为了搜集使用者足部与膝部的 感测资料，。
34、 可携式装置130可与足部感测单元110以及膝部感测单元120无线连接(例如蓝牙 (Bluetooth)、 低耗电蓝牙(Bluetooth low energy， BLE)、 无线保真(WiFi)、 群蜂(ZigBee)、 近场通讯(Near Field Communication， NFC)、 红外线或其他短距离无线通讯技术)。 可携式 装置130储存反作用力模型、 膝关节力矩(Knee moment， KM)模型与步态模型以分析使用者 的步态。 于一实施例中， 步态模型可包含步态情境模型与步态分析模型。 步态情境模型用来 产生使用者所处的步态信息(例如行走于平地或上楼梯)。 步态分析模型用。
35、来产生步态分析 结果(例如膝关节受力分布信息与步态信息)。 0059 或者， 于另一实施例中， 步态情境模型与步态分析模型分别建立为两个独立的模 型且储存于可携式装置130内。 0060 于一实施例中， 如图2所示， 足部感测单元110包含压力感测元件212(例如压力感 测器)， 并设置于使用者的足底， 例如设于鞋内、 鞋垫或其他适用足部的用品或装置。 当使用 者行走时， 足部感测单元130可经由压力感测器侦测使用者足底的压力信息(例如使用者足 底不同位置的压力数据)， 并传送至可携式装置130作为后续分析之用。 0061 于一实施例中， 如图3所示， 膝部感测单元120包含惯性感测元件(In。
36、ertial measurement unit， IMU)322、 324， 并设置于使用者胫骨与股骨位置。 在一较佳实施例中， 可 将惯性感测元件设置与一护膝之中， 且分别位于膝部的上方和下方对应于使用者的胫骨与 股骨位置。 膝部感测单元120可包含二个惯性感测元件， 例如第一惯性感测元件和第二惯性 感测元件， 分别用以感测第一膝部三维角度信息(例如胫骨角度信息)与第二膝部三维角度 信息(例如股骨角度信息)， 并传送至可携式装置130作为后续分析之用。 应注意到的是， 依 据惯性感测元件设置位置不同， 本揭示内容的第一膝部三维角度信息与第二膝部三维角度 信息可以是以人体为基准的三维角度信息，。
37、 不以胫骨角度信息、 股骨角度信息为限。 上述以 人体为基准的三维角度定义为垂直于人体矢状面(Sagittal plane)、 额状面(Frontal plane)、 水平面(Transverse Plane)的三轴旋转角度。 0062 于一实施例中， 上述足部感测单元110可与鞋垫整合， 膝部感测单元120可与护膝 整合， 以便于使用者于日常生活中穿戴。 0063 当可携式装置130接收压力信息、 第一膝部三维角度信息与第二膝部三维角度信 息后， 可携式装置130可根据压力信息、 第一膝部三维角度信息、 第二膝部三维角度信息与 反作用力方向模型产生反作用力方向信息(例如地面反作用力向量的方向。
38、)。 0064 接着， 可携式装置130根据压力信息、 第一膝部三维角度信息、 第二膝部三维角度 信息、 反作用力方向信息、 胫骨长度与膝关节力矩模型产生膝关节力矩。 具体而言， 可携式 装置130先根据使用者的胫骨长度、 膝部感测单元120感测的第一膝部三维角度信息与第二 膝部三维角度信息， 产生膝部到足底的向量接着， 可携式装置130通过膝关节力矩模型并 说 明 书 5/10 页 9 CN 107095677 A 9 根据压力信息(例如地面反作用力向量的大小)、 反作用力方向信息(例如地面反作用 力向量的方向)与膝部到足底的向量 以产生膝关节力矩KM。 举例而言， 膝关节力矩KM 可经由以。
39、下公式计算出。 0065 0066 可携式装置130根据压力信息、 第一膝部三维角度信息与第二膝部三维角度信息 其中一者以及步态模型(或步态情境模型)决定步态信息(例如行走于平地或上楼梯)。 具体 而言， 压力信息、 第一膝部三维角度信息与第二膝部三维角度信息可用来通过机器学习的 方法建立步态情境模型。 可携式装置130将足部感测单元110与膝部感测单元120搜集到的 压力信息、 第一膝部三维角度信息与第二膝部三维角度信息其中一者代入步态情境模型即 可决定步态情境。 接着， 可携式装置130根据步态信息、 膝关节力矩与步态模型(或步态分析 模型)产生步态分析结果。 于一实施例中， 可携式装置1。
40、30通过使用者介面显示步态分析结 果， 因此使用者可得知目前的步态是否不利于膝关节。 0067 于一实施例中， 可携式装置130更用以根据第一膝部信息(例如胫骨角度信息)与 第二膝部信息(例如股骨角度信息)产生膝关节角度信息 (例如膝关节弯曲角度)， 并且通 过使用者介面显示使用者脚部310的膝关节角度信息 。 如此一来， 使用者可得知目前步态 的膝关节角度是否在正确步态的膝关节角度范围之内。 0068 于一实施例中， 上述足部感测单元110更包含至少一惯性感测元件， 用以感测加速 度及足部角度。 可携式装置130更用以根据加速度及足部角度产生使用者目前的足尖夹角 数据、 步长数据与步宽数据，。
41、 以作为步态调整的参考。 0069 为了有效改正使用者的步态， 可携式装置130更用以根据步态信息决定膝关节力 矩与膝关节角度信息的判断顺序以产生步态调整建议信息， 并且通过使用者介面显示步态 调整建议信息， 因此使用者可依照步态调整建议信息调整目前的步态为正确的步态。 0070 举例而言， 当步态信息显示使用者行走于平地时， 判断顺序为膝关节力矩先于膝 关节角度信息。 步态调整建议信息可以是足尖夹角范围 30度 45度， 步长上限为60厘米， 膝关节角度上限为30度。 当使用者行走于平地并且不符合上述任何一项时， 可携式装置130 通过使用者介面显示不符合项目的步态调整建议信息以提醒使用者。。
42、 0071 或者， 当步态信息显示使用者上楼梯时， 判断顺序为膝关节角度信息先于膝关节 力矩。 步态调整建议信息可以是足尖夹角范围 20度 30度， 步宽上限为30厘米， 膝关节角 度上限为70度。 当使用者上楼梯并且不符合上述任何一项时， 可携式装置130通过使用者介 面显示不符合项目的步态调整建议信息以提醒使用者。 0072 于另一实施例中， 反作用力方向模型包含压力重心模型。 可携式装置130更用以根 据足部感测单元110感测的压力信息与压力重心模型产生足部压力重心信息， 并且通过使 用者介面显示足部压力重心信息。 于一实施例中， 可携式装置更用以根据足部压力重心信 息产生重心位置调整建。
43、议信息， 并且通过使用者介面显示重心位置调整建议信息。 如此一 来， 使用者可得知行走时的足底重心位置与重心位置的调整建议以即时调整步态。 0073 图4是说明本揭示内容一实施例的步态分析系统400的示意图。 步态分析系统400 架构与步态分析系统100大致上相同， 除了支撑单元440。 支撑单元440包含支撑压力感测元 件(例如压力感测器)与支撑惯性感测元件(例如惯性感测元件(IMU)。 支撑单元440用以产 说 明 书 6/10 页 10 CN 107095677 A 10 生支撑压力数据与支撑角度信息(如图5角度544所示)， 并传送至可携式装置130。 可携式装 置130更用以根据支撑。
44、压力数据与支撑角度信息计算支撑重量信息， 并通过使用者介面显 示支撑重量信息。 支撑重量信息表示当使用者使用支撑单元440所减轻的膝关节负重。 支撑 单元440可实作为手杖外型以辅助使用者行走， 但本揭示内容不以此为限。 0074 于一实施例中， 如图5所示， 使用者使用支撑装置440与足部感测单元110， 支撑单 元与足部感测单元更用以产生足部感测单元与支撑单元的相对位置信息， 如区域542所示。 当区域542越接近正三角形， 则显示使用者的步态稳定性越高。 可携式装置130可通过使用 者介面显示相对位置信息(例如区域542)， 因此使用者可即时得知支撑单元440与穿戴足部 感测单元110的。
45、双脚是否接近稳定位置。 0075 于一实施例中， 分析引擎装置450通过机器学习(Machine learning)建立上述反 作用力方向模型、 膝关节力矩模型与步态模型。 应注意到的是， 步态模型(包含步态情境模 型与步态分析模型)可根据使用者本身的足部参数(例如腿型、 足弓)进行个人化的调整。 如 此一来， 可携式装置130可经由步态模型产生更加准确的步态分析结果。 0076 于一实施例中， 可携式装置130可根据步态信息与步态分析结果产生并通过使用 者介面显示使用者的活动历程信息。 举例而言， 活动历程信息包含步数、 热量消耗、 不同步 态信息(例如上楼梯、 下楼梯、 行走于平地)的比例。
46、。 如此一来， 使用者可参考活动历程信息 调整活动模式(例如多走楼梯以达到消耗多余热量的目的)。 0077 步态分析系统100、 400通过可携式装置130接收感测资料并处理产生分析结果与 建议信息。 为了说明步态分析系统的不同实作方式， 请参考图6。 图6是说明本揭示内容一实 施例的步态分析系统600的示意图。 步态分析系统600包含足部感测单元610、 膝部感测单元 620、 可携式装置630与分析引擎装置640。 分析引擎装置640通过机器学习(Machine learning)建立反作用力方向模型、 膝关节力矩模型与步态模型， 并储存于分析引擎装置 640内。 应注意到的是， 步态模型。
47、(包含步态情境模型与步态分析模型)可根据使用者本身的 足部参数(例如腿型、 足弓)进行个人化的调整。 足部感测单元610与膝部感测单元620运作 方式如上述， 此处不再重复叙述。 0078 可携式装置630用以从足部感测单元610与膝部感测单元620接收压力信息、 第一 膝部三维角度信息与第二膝部三维角度信息， 并且传送压力信息、 第一膝部三维角度信息 与第二膝部三维角度信息至分析引擎装置640。 分析引擎装置640用以根据压力信息、 第一 膝部三维角度信息、 第二膝部三维角度信息与反作用力方向模型产生反作用力方向信息。 接着， 分析引擎装置640根据压力信息、 第一膝部三维角度信息、 第二膝。
48、部三维角度信息、 反 作用力方向信息、 胫骨长度与膝关节力矩模型产生膝关节力矩。 分析引擎装置640根据压力 信息、 第一膝部三维角度信息与第二膝部三维角度信息其中一者以及步态模型决定步态信 息。 分析引擎装置640根据步态信息、 膝关节力矩与步态模型产生步态分析结果， 并传送步 态分析结果至可携式装置630。 于一实施例中， 可携式装置640通过使用者介面显示步态分 析结果。 步态分析结果包含膝关节受力分布信息与步态信息。 0079 于一实施例中， 第一膝部三维角度信息包含胫骨角度信息， 第二膝部三维角度信 息包含股骨角度信息。 分析引擎装置640更用以根据胫骨角度信息与股骨角度信息产生膝 。
49、关节角度信息 并传送至可携式装置630。 可携式装置630更用以通过使用者介面显示膝关 节角度信息 。 说 明 书 7/10 页 11 CN 107095677 A 11 0080 于一实施例中， 分析引擎装置640更用以根据步态信息决定膝关节力矩与膝关节 角度信息的判断顺序以产生步态调整建议信息并传送至可携式装置630。 可携式装置630更 用以通过使用者介面显示步态调整建议信息。 步态调整建议信息的产生方式如上述， 此处 不再重复。 0081 于一实施例中， 反作用力方向模型包含压力重心模型。 分析引擎装置640更用以根 据压力信息与压力重心模型产生足部压力重心信息并传送至可携式装置630。 分析引擎装 置640更用以根据足部压力重心信息产生重心位置调整建。