TWM588789U - 足底動態壓力感測系統 - Google Patents

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TWM588789U
TWM588789U TW108213432U TW108213432U TWM588789U TW M588789 U TWM588789 U TW M588789U TW 108213432 U TW108213432 U TW 108213432U TW 108213432 U TW108213432 U TW 108213432U TW M588789 U TWM588789 U TW M588789U
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pressure
signal
foot
pressure sensing
plantar
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TW108213432U
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Inventor
余金樹
Original Assignee
慧誠智醫股份有限公司
阿瘦實業股份有限公司
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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

本新型揭露一種足底動態壓力感測系統，前述足底動態壓力感測系統包含一壓力感測鞋墊、一訊號處理裝置以及一雲端伺服器。前述壓力感測鞋墊放置於一鞋身的內部，並且具有一訊號收集器。前述壓力感測鞋墊感測一使用者的一足底壓力訊號，透過前述訊號收集器將感測到的足底壓力訊號傳輸至前述訊號處理裝置，前述訊號處理裝置用於接收該訊號收集器發送的壓力資訊，並將壓力資訊上傳至前述雲端伺服器，由前述雲端伺服器根據足底壓力訊號分析出使用者的足部狀態後，回傳至前述訊號處理裝置供使用者參考。

Description

足底動態壓力感測系統
本新型係關於一種足底壓力量測系統，尤其是一種具有動態足底壓力量測的系統。
隨著現代科技和醫療領域的不斷發展，人們越來越加重視自身的身體健康，而足部健康是全身健康中不可或缺的一環，現代生活中大部分的人一整天有許多時間必須穿著鞋子進行活動，而鞋子的鞋墊版型針對每個人不同的腳型便有可能造成相關的足部健康問題。舉例來說，不適合的腳墊版型可能造成足底特定區域壓力峰值長期過高，造成腳部的疼痛不適問題，並且有可能因此養成錯誤的行走姿勢或步態。如同血壓量測可以得知身體健康問題，透過測量雙腳足底壓力可以得知長短腳、骨盆傾斜等健康問題之情形。
因此各種可測量人體足底壓力的裝置也應運而生。透過這類裝置可以測量一受測者的足底壓力分佈，以用來分析判斷該受測者的足部或身體軀幹的健康情況。然而，現有的測量足底壓力裝置大多是以測量靜態的測量數據為主，該靜態測量的測量數據分析並不能反映受測者完整的足部相關健康情況，因為人體實際走路時的足底壓力情況不一定會和人體靜止站立時的足底壓力情況相同，而且人體的病痛傷害大多都是在動態的行為中衍生出來的；一般人雙腳在每天的動作型態中，除了睡覺是呈現赤腳放鬆狀態之外，其他過半的時間都是雙腳穿著鞋子的狀態，可能是拖鞋、涼鞋、皮鞋、運動鞋…等，所以以雙腳穿入鞋子中行走的動態情境來取得真實數據是較貼切且具說服力的。故如何針對現有量測分析技術進行改進是現在相關領域的重要研究方向。
有鑑於上述問題，本新型提供一種足底動態壓力感測系統，讓一使用者穿上該鞋子系統進行足底之動態壓力量測，以用來提供該使用者評估自身足部健康情況的相關參考。
為完成上述目的，本新型提出一種足底動態壓力感測系統，其包含： 一壓力感測墊，係放置於一鞋子之內部空間的底部，該壓力感測墊包含： 複數個壓力感測器，該複數個壓力感測器平均分布且分別感測一使用者的足部踩壓該壓力感測墊時所產生之壓力訊號； 一傳輸線，連接各該壓力感測器；以及 一訊號收集器，係透過該傳輸線電性連接於該壓力感測墊，接收該壓力感測墊感測到之壓力訊號； 一訊號處理裝置，係無線連接該訊號收集器，接收該訊號收集器發送的該壓力感測墊感測到之壓力訊號，並將該壓力感測墊感測到之壓力訊號整合成一足底壓力訊號；以及 一雲端伺服器，係連接該訊號處理裝置，以接收該足底壓力訊號，並根據該足底壓力訊號分析出使用者的足部狀態後，產生一足部狀態訊號，且回傳該足部狀態訊號至該訊號處理裝置。
本新型藉由測量該使用者之動態或靜態足部壓力量測，並藉由量測資料進一步分析評估該使用者的相關足部健康問題。本新型改進先前技術中缺乏的相關動態之足部壓力感測技術，讓該使用者在使用該新型知系統進行足部健康檢查時可以得到比先前相關檢查技術更深入的足部健康分析成效。
請參閱圖1，本新型的足底動態壓力感測系統包含一壓力感測墊20、一訊號處理裝置30以及一雲端伺服器40。如圖2和圖3所示，該壓力感測墊20是設置在一鞋子50內部，較佳地該壓力感測墊20放置在一鞋墊51之下。
請進一步參考圖3，該壓力感測墊20包含複數個壓力感測器21、一傳輸線22以及一訊號收集器23，該壓力感測器21可在受壓時產生一壓力訊號。如圖2所示，該壓力感測墊20固定於該鞋子50的內部空間之內底面501和該鞋墊51之間。在較佳之實施例中，該壓力感測墊20厚度極薄，因此使用者在行走時並不會感受到有凸起之異物感，讓使用者可以在不被干擾的情況下用平常的走路習慣來進行動態足底壓力資訊的量測，以取得最貼切實際情況的壓力數據資料。該複數個壓力感測器21較佳的分布位置是設置於對應足部的腳趾、足前、足中及足跟區域，以取得該不同區域的壓力訊號。該訊號收集器23透過傳輸線22電性連接於壓力感測墊20，該訊號收集器23包含一儲存單元231和一無線單元232。該訊號收集器23將感測的壓力訊號儲存到內部的儲存單元231，並且將儲存的壓力訊號透過該無線單元232用無線傳輸方式傳送到外部的一訊號接收裝置30，這裡的無線傳輸方式可包括藍芽、WIFI、RFID等無線傳輸技術。另外該訊號接收裝置30可為一個人手持行動裝置，例如智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦等等。同時該訊號接收裝置30可安裝一個人終端應用程式31，其可將接收的壓力訊號轉換成實際壓力之數值，以整合成一足底壓力訊號，並上傳該足底壓力訊號至該雲端伺服器40，且由該雲端伺服器40根據該足底壓力訊號分析出使用者的足部狀態後，產生一足部狀態訊號，再由該雲端伺服器40回傳該足部狀態訊號至該訊號處理裝置30，由該訊號處理裝置30根據該足部狀態訊號呈現相關的數據資訊供使用者參考。較佳地，該訊號處理裝置30係藉由一網路與該雲端伺服器40連線。
該訊號收集器23透過傳輸線22電性連接於壓力感測墊20，該訊號收集器23包含一儲存單元231和一無線單元232。該訊號收集器23將感測的壓力訊號儲存到內部的儲存單元231，並且將儲存的壓力訊號透過該無線單元232用無線傳輸方式傳送到該訊號處理裝置30，這裡的無線傳輸方式可包括藍芽、WIFI、RFID等無線傳輸技術，在較佳之實施例之中，該訊號收集器23內建一電池座以用來提供電能和供該使用者在有需求時更換電池。
請參考圖4，當使用者穿上一搭載該足底動態壓力感測的鞋子系統之鞋子並且開始走動，該壓力感測墊20透過壓力感測器21偵測所承受到的足部所施加壓力並將該偵測到的壓力訊號透過傳輸線22傳送給訊號收集器23。訊號收集器23透過藍芽、WIFI、RFID等無線通訊方式傳送該壓力訊號資訊給該訊號處理裝置30。該訊號處理裝置30接收前述壓力訊號資訊並且使用該個人終端應用程式31進行處理，將接收的壓力訊號轉換成實際壓力之數值，以整合成該足底壓力訊號，並將該足底壓力訊號上傳至該雲端伺服器40。
接著，由該雲端伺服器40根據該足底壓力訊號分析出使用者的足部狀態後，產生一足部狀態訊號，再回傳該足部狀態訊號至該訊號處理裝置30，由該訊號處理裝置30根據該足部狀態訊號呈現一分析結果顯示在一顯示螢幕上以用來提供該使用者相關評估。此外，該訊號處理裝置30可以藉由網路向該雲端伺服器40進行該個人終端應用程式31的下載和版本更新，且該雲端伺服器40可將分析結果保留，以用來保存資料提供日後參考。
以下舉例說明如何將上述量測到的該足底動態壓力資料經過處理運算，以用來提供客觀的足底或身體之健康情況評估。當一使用者穿上一搭載該足底動態壓力感測的鞋子系統之鞋子並且開始走動。測量該使用者走一趟一直線步道，並得出該使用者的該趟走動過程中的一平均步幅(平均每一步跨出的距離，計算方法為該直線步道的總距離除上該使用者的總步數)；並且得出該使用者的該趟走動過程中一平均步頻(平均一分鐘走幾步)。藉由該使用者的該平均步幅和該平均步頻，可以供相關人員評估該使用者的可能足部健康情況，例如當該使用者的平均步幅低某一數值時，該使用者被評估為有足部相關肌力不足的問題，因此建議攝取乳清蛋白之類的蛋白質營養補給品並配合相關足部肌群的訓練。並且在較佳實施例之中，一使用者的該平均步幅和該平均步頻數據資料經由該個人終端程式31上傳並儲存在該雲端伺服器40，以提供長期的連續足步情況之追蹤，藉由該兩項數據的變化趨勢進一步來評估該使用者足部情況，並由相關人員給予該使用者相應的建議對策。
以下舉例說明如何將上述量測到的該足底動態壓力資料經過處理運算，以用來提供客觀的足底或身體之健康情況評估。請參閱圖5，該壓力感測鞋墊的感測區域包含一足跟區域A、一足中區域B、一足前區域C，測量該足跟區域A之內的所有壓力感測器之壓力總和得到一足跟區域壓力總和
Figure 02_image001
，測量該足中區域B之內的所有壓力感測器之壓力總和得到一足中區域壓力總和
Figure 02_image003
，另外再測量該足前區域C之內的所有壓力感測器之壓力總和得到一足前區域壓力總和
Figure 02_image005
，根據
Figure 02_image007
可以得到一足弓指標，該足弓指標為該足中區域壓力總和
Figure 02_image003
除以所有壓力感測器之壓力總和，亦即該足弓指標等於：
Figure 02_image009
若該足弓指標數值大於0.26，則該受測者足部有可能為扁平足；若該足弓指標數值小於0.21，則該受測者足部有可能為高弓足；若該足弓指標數值介於0.21至0.26之間，則該受測者足部有可能為正常狀況。上述判斷結果僅是一種風險評估結果，僅供使用者參考，並不能斷定受測者必然有該問題。
該足底壓力數據也可以用於評估該受測者的下肢整體、骨盆及軀幹的平衡性。例如該壓力感測鞋墊係供設置於一右腳鞋身內部，供感測該受測者右腳踩壓該右腳壓力感測鞋墊時所產生的右腳壓力訊號，且該足底動態壓力感測系統還進一步包含有一左腳壓力感測鞋墊，供設置於一左腳鞋身內部，而該左腳壓力感測鞋墊的結構與該壓力感測鞋墊相同，故不再贅述。該雲端伺服器40可將該受測者右腳透過該壓力感測鞋墊所測得之全部壓力相加得到一右腳足部壓力總和
Figure 02_image011
，再將該受測者左腳透過左腳壓力感測鞋墊所測得之全部壓力相加得到一左腳足部壓力總和
Figure 02_image013
，進一步取得一右腳足部壓力總和
Figure 02_image011
之佔重比例，亦即該右腳足部壓力總和
Figure 02_image011
之佔重比例等於：
Figure 02_image015
同樣的取得一左腳足部壓力總和
Figure 02_image013
之佔重比例，亦即該左腳足部壓力總和
Figure 02_image013
之佔重比例等於：
Figure 02_image017
若該左右腳之足部壓力總和之佔重比例相差10%以上，則該受測者有可能為具有骨盆傾斜的風險；若該左右腳之足部壓力總和之佔重比例相差範圍落在5%至10%，則該受測者有可能有長短腳的狀況；若該左右腳之足部壓力總和之佔重比例相差落在5%之內，則該受測者被應為沒有相關骨盆傾斜或是長短腳的問題。在本較佳實施例中，該足弓指標、該右腳足部壓力總和
Figure 02_image011
之佔重比例、以及該左腳足部壓力總和
Figure 02_image013
之佔重比例是由該雲端伺服器40計算的。
以下另外舉例如何使用該動態壓力感測系統進行步態穩定性測試：測量該使用者來回走一趟一直線步道，並測量該趟來回走動過程中右腳(或左腳)每一步的壓力數據，並將去程的相對應回程的該步伐之重心座標進行比對以用來評估該使用者的步態穩定性。
在一較佳實施例中，該使用者來回走一給定的直線L米步道，經過壓力數據測量後，總共走了N步，評估去程走了N/2步，回程走了N/2步，扣除去程前兩步(開始加速)及停止前兩步(開始減速)，只提取穩定速度的步數之計算而得的去程中的第n步的重心座標為
Figure 02_image019
，以及回程中的第n步的重心座標為
Figure 02_image021
，
Figure 02_image023
分別為一平面之二維座標，可得一步計算得一步態穩定性評估指標為：
Figure 02_image025
若該步態穩定指標數值越趨近於0則越穩定；若該步態穩定指標數值大於0.2~0.4，則該受測者步態穩定性不佳；若該步態穩定指標數值高於0.4以上，則該受測者步態則為較不穩定狀況建議就診。
舉例來說，在給定的6米步道上該使用者走了12步，因此評估去程走了6步，回程走了6步，將第3步(即去程的第3步)的壓力資訊計算而得的去程第3步之重心座標和第9步(即回程的第3步)的壓力資訊計算而得的回程第3步之重心座標取距離平方；另外將第4步(即去程的第4步)和第10步(回程的第4步)的壓力資訊計算而得的重心座標取距離平方。如下表所示：
  步數
Figure 02_image027
Figure 02_image029
去程 1    
2    
3 4 40
4 4 50
5    
6    
回程 7    
8    
9 2 40
10 3 30
11    
12    
當中先去掉前兩步與後兩步後的穩定速度的步數，且經計算後，去程中的第3步的重心座標為：
Figure 02_image031
回程中的第3步(即第9步)的重心座標為：
Figure 02_image033
去程中的第4步的重心座標為：
Figure 02_image035
回程中的第4步(即第10步)的重心座標為：
Figure 02_image037
因此，該步態穩定性評估指標為：
Figure 02_image039
在另一較佳實施例中，該使用者來回走一給定的直線L米步道，經過壓力數據測量後，總共走了N步，扣除去程前兩步(開始加速)及停止前兩步(開始減速)，只提取穩定速度的步數之計算而得的去程中的第n步的重心座標為
Figure 02_image019
，以及回程中的第n步的重心座標為
Figure 02_image021
，
Figure 02_image023
分別為一平面之二維座標，可得一步計算得一步態穩定性評估參數為：
Figure 02_image041
當中：
Figure 02_image043
Figure 02_image045
Figure 02_image047
舉例來說，該使用者來回走一給定的直線12米步道，經過壓力數據測量後，總共走了12步，扣除去程前兩步(開始加速)及停止前兩步(開始減速)，只提取穩定速度的步數，如下表所示：
Figure 02_image049
Figure 02_image051
Figure 02_image027
Figure 02_image029
Figure 02_image053
Figure 02_image055
Figure 02_image057
1            
2            
3 1 4 40 160 16 1600
4 2 4 50 200 16 2500
5 3 6 50 300 36 2500
6 4 5 60 300 25 3600
7 5 3 40 120 9 1600
8 6 6 60 360 36 3600
9 7 2 40 80 4 1600
10 8 3 30 90 9 900
11            
12            
總和 33 370 1610 151 17900
將全部有效之步伐之壓力值帶入
Figure 02_image059
，估算該使用者之步態穩定性評估參數
Figure 02_image059
為：
Figure 02_image041
當中：
Figure 02_image061
Figure 02_image063
Figure 02_image065
Figure 02_image067
綜上所述，若該使用者在一給定L米步道上另外進一步透過該動態壓力感測系統量測該使用者的足底壓力之重心，量測方法為將使用者左腳和右腳的足底壓力訊號個別進行重心座標的計算，若該使用者的足底重心為內偏(也就是足底的重心座標比較靠近腳底內側)，則相關人員再結合其他數據量測結果(例如有無扁平足之類問題)提出該使用者的鞋子選購方針，舉例來說，對於足底重心內偏的使用者建議選擇有支撐功能的鞋子，以用來減少足部或身體軀幹區域因為重心內偏而受傷的機率；對於足底重心外偏的使用者，建議選擇有避震功能的鞋子，以用來減少足部或身體軀幹區域因為重心外偏而受傷的機率。
100‧‧‧足底動態壓力感測系統 20‧‧‧壓力感測鞋墊 21‧‧‧壓力感測器 22‧‧‧傳輸線 23‧‧‧訊號收集器 231‧‧‧儲存單元 232‧‧‧無線單元 30‧‧‧訊號處理裝置 31‧‧‧個人終端應用程式 40‧‧‧雲端伺服器 A‧‧‧足跟區域 B‧‧‧足中區域 C‧‧‧足前區域
Figure 02_image001
‧‧‧足跟區域壓力總和
Figure 02_image003
‧‧‧足中區域壓力總和
Figure 02_image005
‧‧‧足前區域壓力總和
Figure 02_image011
‧‧‧右腳足部壓力總和
Figure 02_image013
‧‧‧左腳足部壓力總和
圖1：足底動態壓力感測系統架構圖。 圖2：結合該足底動態壓力感測系統應用之鞋子的剖面示意圖。 圖3：壓力感測墊結構圖。 圖4：足底動態壓力感測系統運作示意圖。 圖5：壓力感測墊之區域定義示意圖。
100‧‧‧足底動態壓力感測系統
20‧‧‧壓力感測墊
21‧‧‧壓力感測器
22‧‧‧傳輸線
23‧‧‧訊號收集器
30‧‧‧訊號處理裝置
31‧‧‧個人終端應用程式
40‧‧‧雲端伺服器

Claims (10)

  1. 一種足底動態壓力感測系統，包含： 一壓力感測墊，係供設置於一鞋身內部，該壓力感測墊包含： 複數個壓力感測器，該複數個壓力感測器平均分布且分別感測一使用者的足部踩壓該壓力感測墊時所產生之壓力訊號； 一傳輸線，連接各該壓力感測器；以及 一訊號收集器，係透過該傳輸線電性連接於該壓力感測墊，接收該壓力感測墊感測到之壓力訊號； 一訊號處理裝置，係無線連接該訊號收集器，接收該訊號收集器發送的該壓力感測墊感測到之壓力訊號，並將該壓力感測墊感測到之壓力訊號整合成一足底壓力訊號；以及 一雲端伺服器，係連接該訊號處理裝置，以接收該足底壓力訊號，並根據該足底壓力訊號分析出使用者的足部狀態後，產生一足部狀態訊號，且回傳該足部狀態訊號至該訊號處理裝置。
  2. 如請求項1所述之足底動態壓力感測系統，其中該訊號處理裝置為一手持行動裝置。
  3. 如請求項1所述之足底動態壓力感測系統，其中該訊號處理裝置內安裝一應用程式，該應用程式處理並分析該壓力訊號，並將接收的壓力訊號轉換成實際壓力之數值，以整合成一足底壓力訊號，並上傳該足底壓力訊號至該雲端伺服器。
  4. 如請求項1所述之足底動態壓力感測系統，其中該訊號收集器包含： 一儲存單元，儲存該壓力訊號。
  5. 如請求項1所述之足底動態壓力感測系統，其中該訊號收集器包含： 一無線單元；其中該訊號收機器通過該無線單元無線傳輸該壓力訊號到該訊號處理裝置。
  6. 如請求項1所述之足底動態壓力感測系統，其中該壓力感測鞋墊包含有： 一足跟區域； 一足中區域；以及 一足前區域； 其中該雲端伺服器將位在該足跟區域內的該複數個壓力感測器之壓力訊號加總後得到一足跟區域壓力總和P A； 其中該雲端伺服器將位在該足中區域內的該複數個壓力感測器之壓力訊號加總後得到一足中區域壓力總和P B； 其中該雲端伺服器將位在該足前區域內的該複數個壓力感測器之壓力訊號加總後得到一足前區域的壓力總和P C； 其中該雲端伺服器將進一步計算一足弓指標數值，該足弓指標數值為：
    Figure 03_image069
    。
  7. 如請求項1所述之足底動態壓力感測系統，進一步包含有： 一左腳壓力感測墊，係供設置於一左腳鞋身內部，該左腳壓力感測墊包含： 複數個壓力感測器，該複數個壓力感測器平均分布且分別感測一使用者的足部踩壓該左腳壓力感測墊時所產生之左腳壓力訊號； 一傳輸線，連接各該壓力感測器；以及 一訊號收集器，係透過該傳輸線電性連接於該左腳壓力感測墊，接收該左腳壓力感測墊感測到之左腳壓力訊號； 其中該壓力感測鞋墊係供設置於一右腳鞋身內部，且該壓力感測鞋墊的複數個壓力感測器產生的該壓力訊號係一右腳壓力訊號； 其中該訊號處理裝置，係進一步無線連接該左腳壓力感測墊的訊號收集器，接收該左腳壓力感測墊的訊號收集器發送的該左腳壓力訊號，並將該左腳壓力訊號整合成一左腳足底壓力訊號，且上傳該左腳足底壓力訊號至該雲端伺服器； 其中該雲端伺服器係根據該右腳壓力訊號將該壓力感測鞋墊測得之全部壓力相加得到一右腳足部壓力總和
    Figure 03_image011
    ，再根據該左腳壓力訊號將該左腳壓力感測鞋墊所測得之全部壓力相加得到一左腳足部壓力總和
    Figure 03_image013
    ，且進一步計算取得一右腳足部壓力總和
    Figure 03_image011
    之佔重比例，該右腳足部壓力總和
    Figure 03_image011
    之佔重比例為：
    Figure 03_image015
    。
  8. 如請求項7所述之足底動態壓力感測系統，其中該雲端伺服器進一步計算取得一左腳足部壓力總和
    Figure 03_image013
    之佔重比例，亦即該左腳足部壓力總和
    Figure 03_image013
    之佔重比例為：
    Figure 03_image017
    。
  9. 如請求項1所述之足底動態壓力感測系統，其中該雲端伺服器根據該足底壓力訊號計算複數重心座標； 其中該些重心座標包含有一第n步去程重心座標
    Figure 03_image019
    及一第n步回程重心座標
    Figure 03_image021
    ，n為正整數； 其中該雲端伺服器進一步計算一步態穩定性評估指標為：
    Figure 03_image025
    。
  10. 如請求項1所述之足底動態壓力感測系統，其中該雲端伺服器根據該足底壓力訊號計算複數重心座標； 其中該些重心座標包含有n個重心座標
    Figure 03_image071
    ，n為正整數，且
    Figure 03_image073
    ； 其中該雲端伺服器近一步計算一步態穩定性評估參數
    Figure 03_image059
    為：
    Figure 03_image041
    ； 其中：
    Figure 03_image043
    ；
    Figure 03_image045
    ；
    Figure 03_image047
    。
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TW108213432U TWM588789U (zh) 2019-10-09 2019-10-09 足底動態壓力感測系統

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI711431B (zh) * 2020-01-17 2020-12-01 寶成工業股份有限公司 左右步態的判斷方法及其分析裝置

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TWI711431B (zh) * 2020-01-17 2020-12-01 寶成工業股份有限公司 左右步態的判斷方法及其分析裝置

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