基于逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的下肢步態(tài)參數(shù)計(jì)算和測(cè)量*

王勇哲，沈林勇，章亞男，錢晉武

(上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，上海 200072)

1 引 言

臨床應(yīng)用中，步態(tài)分析是研究步行規(guī)律的檢查方法，旨在通過(guò)生物力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)手段，揭示步態(tài)異常的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及影響因素，從而指導(dǎo)康復(fù)評(píng)估和治療，也有助于臨床診斷、療效評(píng)估及機(jī)理研究等[1]。不僅在康復(fù)評(píng)估方面，“關(guān)鍵轉(zhuǎn)變的早期預(yù)警”是當(dāng)今國(guó)際研究的熱點(diǎn)，不同領(lǐng)域相關(guān)研究在《Nature》等國(guó)際科技刊物上多有發(fā)表[2-5]。這些研究表明，系統(tǒng)突變的早期預(yù)警信號(hào)是普遍存在的，不因系統(tǒng)的細(xì)節(jié)差異而異，神經(jīng)疾病也存在早期信號(hào)，因此，應(yīng)用步態(tài)分析研究早期預(yù)警信號(hào)是一種新的嘗試且具有一定的理論支持。

現(xiàn)階段的步態(tài)參數(shù)獲取方法很多，如基于特征融合的步態(tài)識(shí)別中利用圖像處理與關(guān)節(jié)點(diǎn)定位的方法獲取關(guān)節(jié)角度，該方法測(cè)量方便但計(jì)算復(fù)雜，由于關(guān)節(jié)點(diǎn)是根據(jù)比例來(lái)確定的，所以精度也會(huì)有所影響[6-7]?；贙inect骨骼跟蹤功能的骨骼識(shí)別系統(tǒng)研究中，用Kinect和圖形處理的步態(tài)測(cè)量方法，由于Kinect主要應(yīng)用在游戲方面，在人移動(dòng)或者與Kinect距離變化均會(huì)導(dǎo)致人體下肢桿長(zhǎng)變化和關(guān)節(jié)角度變化，數(shù)據(jù)精度能否用在神經(jīng)疾病的康復(fù)與評(píng)估中還需要進(jìn)行探究[8]。使用光學(xué)標(biāo)記點(diǎn)來(lái)測(cè)量步態(tài)參數(shù)的方法也存在標(biāo)記點(diǎn)滑移和遮擋等問(wèn)題[9]。為了能夠精確、方便的測(cè)量步態(tài)參數(shù)，本研究提出基于機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的步態(tài)參數(shù)計(jì)算方法，解決了機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)算法在人體上的應(yīng)用問(wèn)題，平衡了實(shí)驗(yàn)方便性與精度。

2 下肢建模

2.1 下肢關(guān)節(jié)角度定義

圖1 人體下肢關(guān)節(jié)角度定義

2.2 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)建模

本研究將人體下肢的大腿、小腿和足三部分分別簡(jiǎn)化為三個(gè)剛體，各剛體之間均設(shè)為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)聯(lián)接且在矢狀面中進(jìn)行建模分析?？祻?fù)醫(yī)學(xué)中描述的踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的定義并不是腳與小腿之間的夾角，而是腳底直線與小腿之間的角度θAnkle，這與3連桿機(jī)器人結(jié)構(gòu)有些區(qū)別。因此分析圖1中角度幾何關(guān)系，作過(guò)C點(diǎn)且平行于ED的直線CF，BC與CF即為踝關(guān)節(jié)夾角。由此可以得到人體下肢逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算模型，坐標(biāo)系建立見(jiàn)圖2。

圖2 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)建模坐標(biāo)系

根據(jù)D-H參數(shù)建模法[12]可以得到機(jī)器人坐標(biāo)變換矩陣T關(guān)系如下：

(1)

其中s代表sin函數(shù)，c代表cos函數(shù)，且S123=Sin(θ1+θ2+θ3)；由逆運(yùn)動(dòng)學(xué)幾何解法可推導(dǎo)出3個(gè)關(guān)節(jié)角度的計(jì)算公式，首先可以計(jì)算出膝關(guān)節(jié)角度：

(2)

膝關(guān)節(jié)角度公式有兩個(gè)解，選取符合人體下肢運(yùn)動(dòng)關(guān)系的角度進(jìn)行計(jì)算(這里取正解)。髖關(guān)節(jié)角度計(jì)算公式：

θhip=±arctan(s1，c1)

(3)

其中s1和c1分別滿足公式(4)和公式(5)。

(4)

(5)

踝關(guān)節(jié)角度計(jì)算公式：

θAnkle=arctan(s123，c123)-θhip-θknee

(6)

3 實(shí)驗(yàn)方案與計(jì)算原理

3.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

利用光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)配套的Marker點(diǎn)做了符合實(shí)驗(yàn)原理的腳剛體固定裝置，原理見(jiàn)圖3。裝置一共用6個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)組成一個(gè)剛體，其中3個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)在A面3個(gè)在B面，A與B面形成一定的角度能夠保證位置傳感器至少識(shí)別到3個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)，從而解決遮擋丟點(diǎn)的問(wèn)題。該裝置還增加了一個(gè)標(biāo)桿，來(lái)設(shè)定每次試驗(yàn)時(shí)標(biāo)定圖2中C點(diǎn)的位置就在標(biāo)桿的上端點(diǎn)，這樣對(duì)同一個(gè)人試驗(yàn)?zāi)軌虮ＷCC點(diǎn)位置不變。

圖3 腳上剛體固定裝置原理圖

光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)中腳剛體的局部坐標(biāo)系的姿態(tài)見(jiàn)圖3。坐標(biāo)系中Y軸垂直腳底面向上，Z軸平行于腳底面沿著腳尖方向。人體下肢標(biāo)識(shí)點(diǎn)的設(shè)定方法有很多，如Helen Hayes標(biāo)識(shí)點(diǎn)設(shè)定方法、3點(diǎn)組標(biāo)識(shí)點(diǎn)設(shè)定和群點(diǎn)法設(shè)定等，本實(shí)驗(yàn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)的設(shè)定參考Helen Hayes標(biāo)識(shí)點(diǎn)設(shè)定方法。見(jiàn)圖4，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)需要在大腿旋轉(zhuǎn)中心(根據(jù)計(jì)算的位置標(biāo)定)、股骨外髁、外踝、腳跟和第二跖骨處設(shè)定標(biāo)識(shí)點(diǎn)[13-15]，由上述標(biāo)識(shí)點(diǎn)使用向量法就可以算出下肢關(guān)節(jié)角度，但根據(jù)提出的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方法只需要大腿旋轉(zhuǎn)中心和外踝位置點(diǎn)。

3.2 下肢桿長(zhǎng)計(jì)算原理

要計(jì)算出關(guān)節(jié)角度θHip、θKnee、θAnkle需要得到L1和L2的長(zhǎng)度，即大腿長(zhǎng)度和膝關(guān)節(jié)中心到C點(diǎn)距離。由于用尺子測(cè)量腿長(zhǎng)會(huì)有較大的誤差，需要通過(guò)其他方法來(lái)測(cè)定。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在腿上固定一個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)，根據(jù)標(biāo)識(shí)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡間接的求出關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心。

圖4 Helen Hayes標(biāo)志點(diǎn)設(shè)置方法

圖5 測(cè)量腿長(zhǎng)動(dòng)作示意圖

首先在人體大腿偏下和小腿偏下各固定一個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)，坐在椅子上依次進(jìn)行抬大腿動(dòng)作、大腿不動(dòng)抬小腿動(dòng)作，見(jiàn)圖5。這兩個(gè)動(dòng)作算一次測(cè)量，在一次測(cè)量中需要人坐在椅子的同一個(gè)位置，期間不能使臀部產(chǎn)生位移。通過(guò)一次測(cè)量，可以得到2個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)的空間軌跡，我們使用最小二乘擬合圓弧的方法擬合圓弧并求出圓弧中心，即髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心和膝關(guān)節(jié)中心。

由圓的方程(7)兩式可知，求出參數(shù)a,b,c即可得到圓半徑和圓心參數(shù)。

R2=(x-A)2+(y-B)2
x2+y2+ax+by+c=0

(7)

其中x,y為變量，點(diǎn)(Xi，Yi)到圓心的距離為di，最小二乘法運(yùn)算的樣本集可以表示為：

d2=(Xi-A)2+(Yi-B)2

(8)

則點(diǎn)(Xi，Yi)到圓邊緣的距離的平方與半徑平方的差為：

(9)

因此只需求解參數(shù)a,b,c使得公式(10)的Q(a,b,c)的值最小即可。

(10)

以上算法根據(jù)標(biāo)識(shí)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)可以擬合圓弧得到圓弧中心，大腿旋轉(zhuǎn)中心和小腿旋轉(zhuǎn)中心長(zhǎng)度即為大腿長(zhǎng)度L1，通過(guò)運(yùn)動(dòng)捕捉儀識(shí)別的點(diǎn)C坐標(biāo)和小腿旋轉(zhuǎn)中心可以算出L2。

圖6 坐標(biāo)變換原理圖

3.3 計(jì)算位姿矩陣

實(shí)驗(yàn)設(shè)備不能夠直接得到腳剛體相對(duì)于髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心的位姿矩陣，需要進(jìn)行幾次坐標(biāo)變換。坐標(biāo)系變換原理見(jiàn)圖6，通過(guò)光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉儀得到設(shè)備坐標(biāo)系下坐標(biāo)系0、坐標(biāo)系3的位置與姿態(tài)，即可算出T1矩陣和T2矩陣，T1和T2滿足公式(11)如下：

T1為坐標(biāo)系0相對(duì)于設(shè)備坐標(biāo)系的變換矩陣，T2為坐標(biāo)系3相對(duì)于設(shè)備坐標(biāo)系的變換矩陣。因此坐標(biāo)系3相對(duì)于坐標(biāo)系0的變換矩陣T3為：

(12)

4 實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析

4.1 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案

為了說(shuō)明上述方法計(jì)算出人體下肢關(guān)節(jié)角度的精度情況，用醫(yī)學(xué)專用人體骨骼模型進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析。首先人體骨骼較細(xì)，能夠通過(guò)光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉儀精確的測(cè)量其下肢長(zhǎng)度，其次，可以得到實(shí)際的人體下肢模型關(guān)節(jié)角度。對(duì)比實(shí)驗(yàn)方法：通過(guò)光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉儀獲取固定在骨骼上的虛擬點(diǎn)坐標(biāo)(圖4所示)，通過(guò)點(diǎn)計(jì)算向量夾角得到實(shí)際的人體骨骼模型角度(簡(jiǎn)稱向量法)，向量法算出的數(shù)據(jù)可以作為誤差分析的真值處理。

首先需要計(jì)算醫(yī)學(xué)骨骼模型的下肢桿長(zhǎng)，為了說(shuō)明下肢桿長(zhǎng)計(jì)算方法的正確性，同時(shí)使用光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉儀測(cè)量進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，其誤差在3 mm左右，由于測(cè)量人體下肢長(zhǎng)度范圍一般在400～500 mm之間，誤差大小只占有0.75%左右，影響較小。

表1 人體下肢桿長(zhǎng)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)中，手驅(qū)動(dòng)醫(yī)學(xué)骨骼模型下肢連續(xù)運(yùn)動(dòng)，連續(xù)采集5 s。獨(dú)立重復(fù)上述過(guò)程5次，通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方法和向量法分別計(jì)算運(yùn)動(dòng)過(guò)程中髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)角度的變化序列。以下對(duì)兩種方法算出的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析和相關(guān)性分析。

(1)根據(jù)誤差數(shù)據(jù)分析方法[16]，我們認(rèn)定向量法計(jì)算出的數(shù)據(jù)為接近真值A(chǔ)0的A，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算出數(shù)據(jù)為測(cè)量值X。則相對(duì)誤d為：

d=X-A

(13)

算數(shù)平均誤差δ平和標(biāo)準(zhǔn)差σ分別為：

(14)

(15)

n為測(cè)量次數(shù)，di為第i次測(cè)量的誤差。

測(cè)量各個(gè)關(guān)節(jié)角度的算數(shù)平均誤差δ平和標(biāo)準(zhǔn)誤差σ見(jiàn)表2。此結(jié)果是每次實(shí)驗(yàn)所有數(shù)據(jù)的算術(shù)平均誤差和標(biāo)準(zhǔn)誤差，但是人體下肢髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角范圍不同，所以同樣的誤差對(duì)于不同關(guān)節(jié)的影響大小是不一樣的，一般人體下肢髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角范圍是-15°～ 35°、膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角范圍0°～ 65°和踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角范圍-10°～ 25°。

表2 基于逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的誤差計(jì)算結(jié)果

最大引用誤差(又稱允許誤差)σmax，是測(cè)量值中的最大絕對(duì)誤差與測(cè)量范圍Y之比的百分?jǐn)?shù)。

(16)

其中Y代表測(cè)量范圍。得到逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算下肢關(guān)節(jié)角度髖關(guān)節(jié)允許誤差σhip、膝關(guān)節(jié)允許誤差σknee和踝關(guān)節(jié)允許誤差σankle，見(jiàn)表3。

表3 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)測(cè)量方法允許誤差

綜上分析，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方法計(jì)算出的最大算術(shù)平均誤差δ平為3.12°，且具有小于10%的最大允許誤差。

(2) 相關(guān)性分析是考察兩個(gè)變量之間的線性關(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)分析方法，更精確的說(shuō)當(dāng)一個(gè)變量發(fā)生變化時(shí)，另一個(gè)變量如何變化，對(duì)于逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方法和向量方法同時(shí)測(cè)量一次下肢關(guān)節(jié)角度時(shí)，理論上如果二者的方法準(zhǔn)確，那么其測(cè)量的數(shù)據(jù)應(yīng)該是完全正相關(guān)的，這里使用SPSS軟件計(jì)算Pearson相關(guān)系數(shù)[17]進(jìn)行說(shuō)明驗(yàn)證。

圖7 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)法與向量法的膝關(guān)節(jié)角度散點(diǎn)圖

首先作出散點(diǎn)圖大致判斷一下，這里以膝關(guān)節(jié)角度為例，見(jiàn)圖7，由散點(diǎn)圖可以清晰的看出，二者呈明顯的正相關(guān)。表4為通過(guò)SPSS軟件進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析的結(jié)果。結(jié)果顯示髖關(guān)節(jié)角度、膝關(guān)節(jié)角度和踝關(guān)節(jié)角度的計(jì)算，兩種方法的相關(guān)性為0.998或0.999，并且在0.01水平上是顯著相關(guān)的，換句話說(shuō)具有99%的概率認(rèn)為逆運(yùn)動(dòng)學(xué)法和向量法計(jì)算的角度存在著強(qiáng)正相關(guān)性。

決定系數(shù)是一個(gè)變量的方差可以被另一個(gè)變量的方差解釋的百分比，其值為相關(guān)系數(shù)的平方，計(jì)算為99.6%和99.8%，因此，相關(guān)性越強(qiáng)說(shuō)明一個(gè)變量可以更多的解釋另一個(gè)變量表示的信息，即向量法的方差的99.6%或99.8%可以被逆運(yùn)動(dòng)學(xué)法來(lái)解釋，0.4%的方差由其他原因?qū)е隆?/p>

表4 相關(guān)性分析結(jié)果

4.2 實(shí)際人體關(guān)節(jié)角度測(cè)量

通過(guò)人體骨骼模型試驗(yàn)說(shuō)明，我們的實(shí)驗(yàn)方法能夠測(cè)量模型的關(guān)節(jié)角度，我們?cè)趯?shí)際的人體下肢進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中測(cè)試者穿戴設(shè)備進(jìn)行反復(fù)抬腿動(dòng)作，三維運(yùn)動(dòng)捕捉儀進(jìn)行運(yùn)動(dòng)捕捉，得到原始數(shù)據(jù)后用編寫的VC++程序進(jìn)行處理，可以直接算出下肢關(guān)節(jié)角度。逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算的關(guān)節(jié)角度隨時(shí)間變化的曲線圖，見(jiàn)圖8。

圖8 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算關(guān)節(jié)角度時(shí)間序列

以上數(shù)據(jù)算出的是符合人體下肢逆運(yùn)動(dòng)學(xué)建模的角度值，其中膝關(guān)節(jié)算出為負(fù)值，這主要是因?yàn)樽鴺?biāo)系的關(guān)系引起的，其大小就是人體膝關(guān)節(jié)角度值。其次逆運(yùn)動(dòng)學(xué)算出的踝關(guān)節(jié)角度是圖2中∠BCF，但是醫(yī)學(xué)中踝關(guān)節(jié)角度為圖2中標(biāo)注的θAnkle，由幾何關(guān)系就可以算出θAnkle。數(shù)據(jù)再進(jìn)行處理后可以得到符合醫(yī)學(xué)定義的下肢關(guān)節(jié)角度數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖9。

4.3 討論與分析

基于逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算方法有效減少了需要點(diǎn)的數(shù)目，如果用固定在人體下肢向量來(lái)計(jì)算關(guān)節(jié)角度，3個(gè)桿需要用3個(gè)向量即至少5個(gè)虛擬點(diǎn)，如圖4所示。基于逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方法一側(cè)腿只需要2個(gè)虛擬點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)也增加了步態(tài)實(shí)驗(yàn)的方便程度，更能減少由于不可預(yù)知的點(diǎn)滑移導(dǎo)致步態(tài)評(píng)估不準(zhǔn)確。

向量法誤差主要來(lái)源于兩個(gè)方面：(1)實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)，計(jì)算固定在大腿和小腿的向量共用一個(gè)點(diǎn)計(jì)算(股骨外髁，如圖4)，但股骨外髁點(diǎn)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)不可能剛好標(biāo)定在旋轉(zhuǎn)中心處，從而導(dǎo)致誤差，圖10即為標(biāo)記點(diǎn)計(jì)算出的大腿長(zhǎng)度和小腿長(zhǎng)度值，其大腿長(zhǎng)度為定值而小腿長(zhǎng)度出現(xiàn)變化。(2)固定在人體下肢的向量屬于一條直線，但是人體下肢是有維度的，不能準(zhǔn)確表現(xiàn)出下肢在長(zhǎng)度維度的方向，具有較大誤差。

圖9 醫(yī)學(xué)定義關(guān)節(jié)角度序列

圖10 標(biāo)記點(diǎn)計(jì)算腿長(zhǎng)數(shù)據(jù)

與逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算方法進(jìn)行比較，對(duì)向量法進(jìn)行誤差分析，為了更加準(zhǔn)確的通過(guò)向量法進(jìn)行計(jì)算，分別在下肢剛體各固定兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，這樣就不會(huì)有共用標(biāo)志點(diǎn)的誤差了，誤差來(lái)源主要都是向量表征人體下肢的誤差。理論上人體直立姿態(tài)站立時(shí)，各個(gè)關(guān)節(jié)角度都是0度，但由于標(biāo)記點(diǎn)偏差所計(jì)算出的角度非0。以人體大腿長(zhǎng)度為450mm,小腿長(zhǎng)度400mm，標(biāo)記點(diǎn)最大偏移誤差為20mm為誤差計(jì)算模型(有研究表明，人體運(yùn)動(dòng)時(shí)標(biāo)記點(diǎn)滑移最大可達(dá)30mm[18]，這里以20mm計(jì)算)，由此可以算出標(biāo)記點(diǎn)誤差導(dǎo)致的人體下肢關(guān)節(jié)角度的最大誤差。髖關(guān)節(jié)為3.81°、膝關(guān)節(jié)為6.67°和踝關(guān)節(jié)2.86°，根據(jù)上述各個(gè)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)范圍可以算出其最大允許誤差，見(jiàn)表5。

向量誤差計(jì)算具有比例特性，因此以上數(shù)據(jù)具有普遍性，數(shù)據(jù)表明，髖關(guān)節(jié)角度中向量法比逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方法計(jì)算允許誤差小，但向量法中膝關(guān)節(jié)由于受到大腿向量誤差和小腿向量誤差的雙重影響其最大允許誤差相對(duì)于逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方法較大，踝關(guān)節(jié)角度計(jì)算二者方法誤差水平相近。向量法如果考慮共用標(biāo)記點(diǎn)的影響其誤差可能更大，且不可預(yù)知。

表5 向量法測(cè)量方法允許誤差

5 結(jié)束語(yǔ)

本研究提出的基于逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算下肢關(guān)節(jié)角度的方法具有小于10%的最大允許誤差和3.12°的最大算術(shù)平均誤差，誤差主要來(lái)源于實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)時(shí)參數(shù)的設(shè)定，如系統(tǒng)設(shè)置的腳剛體局部坐標(biāo)系的Z軸不可能完全平行于腳底面(見(jiàn)圖3)，再者由于髖關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角范圍相對(duì)較小，分別為50°和35°，因此，得到最大允許誤差相對(duì)較大，最大值為髖關(guān)節(jié)的9.8%。

本方法未計(jì)算人體下肢內(nèi)、外翻及旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)據(jù)，因此，還具有改進(jìn)空間，在該研究的實(shí)驗(yàn)后期，可以不斷完善計(jì)算人體關(guān)節(jié)參數(shù)的機(jī)器人模型，如增加髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的自由度等，制定一套符合原理的實(shí)驗(yàn)裝置，完善腳上Marker點(diǎn)的固定方法，并增加其他的步態(tài)參數(shù)，包括步長(zhǎng)、步速和步頻等。未來(lái)測(cè)量步態(tài)只需要穿上腳剛體固定裝置就可以完成整個(gè)的步態(tài)測(cè)量，方便實(shí)驗(yàn)人員采集多樣本數(shù)據(jù)。本實(shí)驗(yàn)方法可以為步態(tài)與神經(jīng)疾病的預(yù)警與評(píng)估研究提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)[19-21]。