CN107095677B - 步态分析***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种步态分析***及方法。所述步态分析***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***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。

Description

步态分析***及方法
技术领域
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***及步态分析方法。
背景技术
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，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，30～40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。
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
本揭示内容是提供一种步态分析***，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。
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布信息。
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。
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。
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足部角度，以产生足尖夹角数据、步长数据与步宽数据。
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。
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。
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。
于本揭示内容的一实施例中，步态分析***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。
本揭示内容的另一态样是提供一种步态分析***，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。
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。
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。
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。
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。
于本揭示内容的一实施例中，步态分析***更包含支撑单元。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，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。
本揭示内容的另一态样是提供一种步态分析方法，包含下列步骤。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。
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。
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。
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。
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。
综上所述，本揭示内容的***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。
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
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，所附附图的说明如下：
图1是说明本揭示内容一实施例的步态分析***的示意图；
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；
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；
图4是说明本揭示内容一实施例的步态分析***的示意图；
图5是说明本揭示内容一实施例的支撑单元的示意图；
图6是说明本揭示内容一实施例的步态分析***的示意图；
图7是说明本揭示内容一实施例的步态分析***的示意图；
图8A～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
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：
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：
100：步态分析*** 110：足部感测单元
120：膝部感测单元 130：可携式装置
212：压力感测元件 310：脚部
322、324：惯性感测元件 θ：角度
400：步态分析*** 440：支撑单元
450：分析引擎装置 542：区域
544：角度 600：步态分析***
610：足部感测单元 620：膝部感测单元
630：可携式装置 640：分析引擎装置
700：步态分析*** 750：支撑单元
810：使用者介面 811、812：足部压力重心信息
813、814：重心位置调整建议信息
815：足尖夹角数据 816：步宽数据
817：步长数据 818：步态信息
820：使用者介面 821～824：区域
830：使用者介面 831、832：点
840：使用者介面 841、842：区域
850：使用者介面。
具体实施方式
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。
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征、区域、整数、步骤、操作、元件、组件，与/或其中的群组。
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。
图1是说明本揭示内容一实施例的步态分析***100的示意图。步态分析***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，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)。
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。
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。
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(Inertialmeasurement 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，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(Frontalplane)、水平面(Transverse Plane)的三轴旋转角度。
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。
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)。
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可经由以下公式计算出。
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130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。
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θ(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θ。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。
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，以作为步态调整的参考。
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。
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。
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。
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。
图4是说明本揭示内容一实施例的步态分析***400的示意图。步态分析***400架构与步态分析***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。
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的双脚是否接近稳定位置。
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。
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。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)。
步态分析***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***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***600的示意图。步态分析***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(Machinelearning)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(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。
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。
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关节角度信息θ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θ。
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。
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议信息并传送至所述可携式装置630。可携式装置630更用以通过使用者介面显示足部压力重心信息与重心位置调整建议信息。
于一实施例中，分析引擎装置640更用以根据步态信息与步态分析结果产生活动历程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活动历程信息。
图7是说明本揭示内容一实施例的步态分析***700的示意图。步态分析***700架构与步态分析***600架构大致上相同，除了支撑单元750。类似于支撑单元440，支撑单元750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750用以产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630。可携式装置630更用以从支撑单元750接收支撑重量信息与相对位置信息并传送至分析引擎装置640。分析引擎装置640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。相对位置信息的感测与显示方式如上所述，此处不再重复。
不同于步态分析***100、400，上述步态分析***600、700均通过可携式装置630接收感测资料并传送至分析引擎装置640。分析引擎装置640处理感测资料以产生分析结果与建议信息，并传送至可携式装置630。可携式装置630可通过使用者介面显示分析结果与建议信息，而无须进行复杂的处理与计算过程。
为了说明上述使用者介面的实作方式，请参考图8A～图8E。图8A～图8E是说明本揭示内容一些实施例的使用者介面810～850的示意图。
如图8A所示，可携式装置可通过使用者介面810显示使用者足底的足部压力重心信息811、812。使用者左脚的足部压力重心偏向足部前端，而右脚的足部压力重心则偏向左前侧。可携式装置(或分析引擎装置)可根据足部压力重心信息811、812产生重心位置调整建议信息813、814以建议使用者调整双脚重心到适当的位置。此外，可携式装置也可通过使用者介面810显示足尖夹角数据815、步长数据817、步宽数据816与步态信息818。如图8A所示，使用者此时正在上楼梯。使用者的足尖夹角为60度(定义为左右脚分别与行进方向的夹角，并且以足外八步态(Toe-out gait)的足尖夹角为正)，步宽为45厘米，步长为30厘米。于另一实施例中，步态信息818亦可不显示于使用者介面810中。
如图8B所示，可携式装置可通过使用者介面820显示膝关节受力分布信息。区域821、822显示膝关节受力可能造成膝关节危险的区域，区域823显示膝关节受力位于良好范围内，区域824显示膝关节受力位于平均范围内。如此一来，使用者可依据使用者介面820显示的目前膝关节受力情况与上述步态调整建议调整为有益于膝关节的步态。
如图8C所示，可携式装置可通过使用者介面830显示膝关节角度信息。使用者左脚膝关节角度以点831表示，使用者右脚膝关节角度以点832表示。如此一来，使用者可随时依据使用者介面830显示的膝关节角度信息与上述步态调整建议来调整为有益于膝关节的步态。
如图8D所示，可携式装置通过使用者介面840显示足底平均压力分布信息。区域841表示足底压力最大的区域，区域842表示足底压力次大的区域。除了区域841、842以外的区域则是足底压力相对低的区域。如此一来，使用者参考检视行走时足底所承受的平均压力分布以调整走路姿势。应注意到的是，足底平均压力分布信息可依据压力大小区分为多个区域，不以本实施例为限。
如图8E所示，可携式装置可通过使用者介面850显示活动历程信息。使用者介面850显示使用者的步数为7543步，以及不同步态信息(包含上楼梯、下楼梯、平地、上坡、下坡情况)的比例。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)。
实际上，压力感测元件可以是压力感测器，惯性感测元件可以是惯性感测器(Inertial sensor)。可携式装置130、630可为笔记型电脑、手机、平板电脑(Tabletpersonal computer)等，但本揭示内容不以此为限。分析引擎装置450、640可实际为计算机。
图9是说明本揭示内容一些实施例的步态分析方法900流程图。步态分析方法900具有多个步骤S902～S912，其可应用于如图1、图4所述的步态分析***100、400。然熟习本案的技艺者应了解到，在上述实施例中所提及的步骤，除特别叙明其顺序者外，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行。具体实作方式如前揭示，此处不再重复叙述之。足部感测单元、膝部感测单元与可携式装置实作方式与运作如上述，此处不再重复。
于步骤S902，通过足部感测单元，感测压力信息。
于步骤S904，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。
于步骤S906，通过可携式装置，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。
于步骤S908，通过可携式装置，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。
于步骤S910，通过可携式装置，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。
于步骤S912，通过所述可携式装置，根据步态信息、膝关节力矩与步态模型产生步态分析结果。
本揭示内容得以通过上述实施例，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。
虽然本揭示内容已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本揭示内容的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视申请专利范围所界定者为准。

Claims (16)

1.一种步态分析***，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；
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，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；
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、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，其中是通过机器学习方法建立所述步态模型，
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信息，其中所述相对位置信息可用以判断使用者使用所述支撑单元时的步态稳定性。
2.如权利要求1所述的步态分析***，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***，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***，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***，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***，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***，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***，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所述机器学习方法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。
9.一种步态分析***，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；
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，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；
分析引擎装置，用以通过机器学习方法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，以及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；
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，以及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，其中所述相对位置信息可用以判断使用者使用所述支撑单元时的步态稳定性。
10.如权利要求9所述的步态分析***，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，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。
11.如权利要求9所述的步态分析***，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。
12.如权利要求9所述的步态分析***，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。
13.一种步态分析方法，其特征在于，包含：
通过足部感测单元，感测压力信息；
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，其中是通过机器学习方法建立所述步态模型；
通过所述可携式装置，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；
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，其中所述相对位置信息可用以判断使用者使用所述支撑单元时的步态稳定性。
14.如权利要求13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。
15.如权利要求13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；
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。
16.如权利要求13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，通过所述机器学习方法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。
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