基于步态分析的脑卒中辅助康复app的设计与实现

基于步态分析的脑卒中辅助康复app的设计与实现摘要：随着传感器、芯片、无线通讯技术以及医疗技术的不断发展，人们对个人生理健康的重视程度也越来越高。在智能医疗领域，穿戴式设备正逐渐占据优势地位，原因是其安全、便捷、低成本、可远程监控的技术特性。中风，也被称为脑卒中，是一种常见的脑血管疾病，其高死亡率使其成为全球范围内导致死亡的重要原因之一，且发病率在逐年持续上升。在医疗与电子相结合的研究背景下，通过穿戴式智能设备定量监测和有效干预脑卒中半身不遂患者的运动方式，再通过APP的设计和实现，将监测结果实时展现给用户，具有重要的社会意义和经济价值。关键词：可穿戴设备；脑卒中；医疗；监测DesignandImplementationofaStrokeRehabilitationAppBasedonGaitAnalysisAbstract:Withthecontinuousdevelopmentofsensors,chips,wirelesscommunicationtechnology,andmedicaltechnology,thereisanincreasingfocusonpersonalhealth.Inthefieldofsmarthealthcare,wearabledevicesaregraduallytakingtheleadduetotheirsafety,convenience,lowcost,andremotemonitoringcapabilities.Stroke,alsoknownascerebrovascularaccident,isacommoncerebrovasculardiseasewithahighmortalityrate,makingitoneofthesignificantcausesofdeathglobally,anditsincidencerateiscontinuouslyrising.Inthecontextoftheintegrationofmedicalandelectronicresearch,thisstudyutilizeswearablesmartdevicestoquantitativelymonitorandeffectivelyinterveneinthemovementpatternsofstrokepatientswithhemiplegia,andthroughappdesignandimplementation,themonitoringresultsaredisplayedtotheusersinreal-time,holdingsignificantsocialsignificanceandeconomicvalue.Keywords:wearabledevices;stroke;medicaltreatment;monitor目录TOC\o"1-3"\h\u28063基于步态分析的脑卒中辅助康复系统 176561引言 470531.1研究背景及意义 4304801.2研究现状 4100801.2.1基于视频和图像的步态检测技术 4197991.2.2基于压力信号的步态检测技术 5308361.2.3基于肌电信号的步态检测技术 669191.2.4基于惯性感器的步态检测技术 658232开发环境及技术介绍 8193762.1开发语言介绍 8320622.1.1HTML、CSS、JavaScript 8239052.1.2Node.js 8278402.1.3Uniapp 9176002.1.4Vue.js2 9107792.1.5MySql 9294162.2开发工具介绍 10110312.2.1HBuilderX 1049172.2.2微信开发者工具 1039803需求分析 1221463.1项目概述 12288023.1.1目标 12111743.1.2用户特点 1275193.2具体需求 1296543.2.1功能需求 12217043.2.2性能需求 20204153.2.3输入输出要求 20281693.2.4数据管理能力要求 21133293.2.5故障处理要求 22142303.2.6接口需求 2257874系统设计 2335834.1系统架构设计 23228604.1.1系统结构和组成部分 2398324.1.2使用的架构 24101754.2数据库设计 24186004.2.1概念结构设计 2467374.2.2数据字典设计 25242215系统实现 2888495.1主要功能 28118005.1.1压力分布 28101235.1.2压力评分 28165235.1.3步态评估 2864495.1.4警报 28187525.2其余功能 28236125.3界面设计 29148535.4软件测试 32146525.4.1登录模块 3271975.4.2注册模块 343476总结与展望 37229586.1总结 37254676.2展望 3719698参考文献 3932356致谢 42

1引言1.1研究背景及意义随着传感器、芯片、无线通信技术及医疗技术的不断发展，人们对个人健康的关注日益增加。在智能医疗领域，可穿戴设备由于其安全、便捷、成本低廉以及远程可监测等技术特点，正逐渐占据主导地位REF_Ref25441\w\h"[0"[1-REF_Ref25450\w\h"0]"2]。中风，也被称为脑卒中，是一种常见的脑血管疾病，具有极高的死亡率，且发病率在逐年持续上升REF_Ref27328\w\h[3-REF_Ref27341\w\h5]。从世界范围来看，我国25岁以上的人患病的可能性最大。在《2019中国卒中报告》中指出，中国目前因脑死亡的人数高达2876万，每年因脑死亡的人数约为219万。另外，我国的脑血管疾病患者人数每年都在以8.7%的比例不断上升，这给社会带来了沉重的压力，脑卒中已经变成了对国家经济和人民生活产生严重影响的关键公共卫生难题。《“十三五”国家科技创新规划》清晰地指出，要紧扣健康中国的建设需求，着力解决对国家经济和人民生活有重大影响的关键问题，并且要专注于研发如穿戴式监测、生物传感等核心技术和产品。在医疗与电子相结合的研究背景下，利用穿戴式智能设备定量监测和有效干预脑卒中半身不遂患者的运动方式，再通过APP设计和实现，向用户实时显示监测结果，具有重要的社会意义和经济价值。1.2研究现状1.2.1基于视频和图像的步态检测技术常用的两种基于视频和图像处理的步态检测技术：基于标记点的步态分析系统REF_Ref27674\w\h[6-REF_Ref27681\w\h7]和基于无标记点的步态分析系统REF_Ref27811\w\h[8]这两类。OptC系统等基于标记点的步态分析系统，先将可被动发出近红外光的标记点放置在试验者全身的特定位置，然后在试验者运动时，分别用专用红外摄像机对每个标记点的位置变化进行不同角度的捕捉，最后通过相关计算分析，获得人体行动过程中的各种参数，如时相参数、关节角度等。VC光学运动捕捉系统，通过使用由高精度摄像机组成的摄像机阵列，利用数据融合的方法，追踪实验者身上高反射标志点的运动轨迹，并对实验者的姿态信息进行解算。OptT光学动作捕捉系统通过空间中的智能摄像头进行排布，在实验者身上捕捉标记点的三维立体信息。当标记点最少能看见3个时，便可以看作刚体的移动；当可见的标记点足够多时，便可以实现骨骼的立体再造。由于计算精确度较高，光学动作捕捉系统常被作为评估其他动作捕捉系统精确度的“黄金标准”。徐俞弢等利用VC运动捕捉系统，捕捉左、右脚踝反光标记的运动轨迹，得到与脚踝运动有关的时空数据，进而对个体的稳定性、左右脚踝的对称性等进行分析REF_Ref27971\w\h[9]。基于无标记点的步态分析系统，如微软的KT技术，主要是通过KT设备直接实时地对人体的动作进行拍照，并处理结果图片获取步态数据。段增武以KT为基础，开发出互动式肢体康复训练系统REF_Ref28004\w\h[10]，收集人体全身三维质心变化，追踪人体轨迹。1.2.2基于压力信号的步态检测技术人的脚掌与支撑面的作用力在人的一个行走周期中，会发生周期性的变化，即脚掌由支撑状态过渡到下支撑状态，所以脚掌的压力能有效地反映出脚部的结构、力学特性以及身体的平衡控制能力。足底压力测量技术的发展经历了多个方面的研究，包括足印技术、足底压力扫描技术、力板及测力台技术、压力鞋及鞋垫技术REF_Ref28073\w\h[11]。比较有代表性的是FTS压力分析系统和FS鞋垫测力系统。FTS系统，通过测力设备测量足底各区域的压力峰值、接触面积、压力冲量等，并比较这些测量数值，从而达到步态的定量分析REF_Ref28099\w\h[12]的目的。FS鞋垫测力系统可嵌入鞋内，捕捉人体足底接触面的压力讯号，并将压力分布轮廓与实时数据进行可视化分析REF_Ref28138\w\h[13]，透过多维影像实现人体固定或行走过程中静止状态下的压力讯号。在国内，中科院研制的Gaitboter步态分析系统验证了两种测量方法得出的时空参数具有一致性REF_Ref28174\w\h[14]，这是一种便携式、不受场地限制的步态分析系统，基于与Noraxon步态分析系统的比较研究。虽然基于足底压力的步态侦测技术具有便携、动态采集等优点，能准确反映足底压力的变化，但在足部接触支撑面而不能获得运动状态的情况下，仅能获得完整步态周期中间断性的步态信息是其局限性。由于足部腾空时，足底与支撑面无接触，交互为零，无法将完整的步态信息反映在步态循环中，造成压力讯号为零的突变。因此，如果独立使用这类系统，重要的步态信息就会被遗漏在步态循环摆动的相位上。1.2.3基于肌电信号的步态检测技术人在行走过程中，下肢各肌群受神经系统控制，处于不断收缩与舒张的连续交替状态，起支配作用的下肢肌肉在步态循环的不同阶段有规律性REF_Ref28210\w\h[15]。通过肌电信号监测运动时的肌肉活动状态，可以进行步态检测和步态分析，因为肌电信号是肌肉进行收缩、舒张而产生的生理电信号。目前比较有代表性的肌电采集系统有Trigno肌电采集系统REF_Ref28246\w\h[16]和诺拉克森公司的DTS、Telemetric遥感无线表面肌电采集系统REF_Ref28272\w\h[17]。通过TrignoTM无线系统，J.Kim等采集了实验者6个下肢肌肉的表面肌电信号，并在跑步机上运动时进行评估，验证了比目鱼肌的肌电信号与步速有良好的相关性，达到了预测步速的目的REF_Ref28301\w\h[18]。Tzawawi等将电压均方根、频率平均值、方差、标准差共四个特征通过时默传感器从肌电信号中提取出来，分别应用多种主流的机器学习算法进行分类识别，实验结果显示支持更适合肌电信号分类的向量机算法REF_Ref28331\w\h[19]。虽然表面肌电讯号可以作为主动讯号反映人体的运动，但单一的肌电采集设备并未广泛应用于步态分析领域，因为原始肌电讯号是极小的电信号，且幅值非常小，非常容易受到外界的干扰。1.2.4基于惯性感器的步态检测技术人在行走过程中，MEMS(MicroputerSystem)技术近年来突飞猛进，使得传感器趋向于微型化和智能化，对穿戴式便携设备的发展和相关研究起到了极大的促进作用。其中，加速度计、磁力计、陀螺仪等MEMS惯性传感器以体积小、成本低、便携性好等优势，逐渐在可穿戴智能控制领域占据一席之地。惯性传感器应用于步态分析时，可根据实验需要的不同，在实验者的手臂、腰部、髋骨、腿部等不同身体部位固定惯性测量单元，从而得出人体步态各节点的惯性数据。XSENS公司的MVN系统主要由多个MTX惯性感应器组成，结合人体生物力学模型，可在不依赖摄像机的情况下，估计出每个肢体的方位及位置变化，进而达到动态追踪人体姿态的功能REF_Ref28367\w\h[20]。Li等利用IMU收集中风病人做屈肩试验动作时的上肢惯性信号，结合Wolf运动功能量表，根据仰角、协调性、挥杆速度、判断病人康复进展等三个特征值，计算出三个定量指标REF_Ref28396\w\h[21]。中科院大学的龙舟通过麦克风与惯性传感器的数据融合，通过对步长、步幅等步态特征REF_Ref28422\w\h[22]的有效提取，实现了实验人员在行走过程中对音频、加速度、角速信号的同步采集。VanMeulen等结合XensForceShoes和超声感应器，测量病人的行走速度、步长、站立时间等定量参数，并结合Berg(贝格)平度表(Berg)对病人的平衡能力进行评估REF_Ref28448\w\h[23]。Junseoklee等以加速度信号特征区分偏瘫步态的三轴加速计和三轴陀螺仪，并验证了健全人和偏瘫患者在临床上的治疗方法REF_Ref28474\w\h[24]。人的行走是一种持续的、周期性的运动，而惯性传感器能固定在人的身体各部位，所以步态信息是完全可以获得的。惯性传感器与其他三种步态分析方法相比，成本低，体积小，便于携带，且不依赖实验环境，因此惯性传感器的优点更明显。

2开发环境及技术介绍2.1开发语言介绍2.1.1HTML、CSS、JavaScriptHTML、CSS和JavaScript是web前端开发经常使用的三种工具。它们在网页开发中起着不可或缺的作用，并相互协作来创建丰富、交互性强的用户界面。HTML是一种用于描述网页结构的标记语言。它提供了丰富的元素和标记，使开发者能够创建段落、标题、列表、图像、链接等各种元素，并利用嵌套和层次结构构建页面布局。HTML的主要作用是为网页提供结构和语义，它为网页提供了基本的骨架。CSS用于定义网页的样式和外观。CSS提供许多可以供开发者使用的属性，如Font、Bg等，使开发者能够精确控制网页的外观和排版。通过将样式与HTML结构分离，CSS提供了更好的可维护性和可重用性，同时也使网页的样式更易于修改和调整。JS是增加网页互动性和动态功能的脚本语言。在使用HTML时，加入JS，并通过事件处理、DOM操作、数据处理等方式就可以满足用户对通信的需求。同时JS可以根据我们的需求动态地修改网页的某一个项目、响应用户输入、发送网络请求、进行数据验证等。它还支持面向对象编程和模块化开发，使开发者能够构建复杂的应用程序和交互式用户界面。通过合理运用HTML、CSS和JS这些技术，开发者能够创建功能丰富、用户友好的Web应用程序。2.1.2Node.jsNode.js使用的是ChromeV8引擎，用于服务器端应用构建的Js运行时环境。它采用非阻塞的事件驱动模型，具有高性能和可伸缩性。Node.js使用JavaScript作为开发语言，使前端开发者能够利用自己熟悉的JavaScript中的技能构建全栈应用。Node.js提供了丰富的内置模块和第三方模块，让我们在搭建自己的项目时，可以更加方便，根据自己的需求决定是否使用第三方模块。它还具有强大的网络和文件系统访问能力，能够处理大规模的数据操作和高并发的网络请求。2.1.3UniappUniApp是一款于2018年7月份推出的基于Vue.js的跨平台开发框架，具有高效开发、性能优秀、功能扩展灵活等优势。它让我们用同一套代码发布在不同的平台上并能正确运行，例如苹果、安卓等。其原理是发布在不同平台时自动将语言转化为对应平台的开发语言。UniApp为开发者创建用户界面和功能的原生应用提供了丰富的组件和API。开发者可以使用Vue.js的语法和开发模式来构建页面和组件，同时可以调用应用设备的各种硬件模块，例如本系统就调用了设备的蓝牙模块。UniApp拥有一套强大的跨平台打包工具，能够将应用打包成不同平台下的原生应用的安装包，以便在各个平台上发布和分发。同时，UniApp还提供了一致的用户体验和性能，使得应用在不同平台上都能保持高质量的表现。2.1.4Vue.js2Vue.js2是一款用于构建可视化交互界面的JS框架，利用组件的思想，通过对可重复使用的组件进行组合来构建复杂的应用程序。其核心思想是响应式数据绑定。它通过建立一个虚拟DOM(VirtualDOM)来跟踪应用程序的状态，并且当状态发生变化时，自动更新相应的视图。这种响应式数据绑定的机制使得开发者能够以声明式的方式编写代码，更加关注应用程序的状态和交互，而无需手动操作DOM。2.1.5MySqlMySQL是一种广泛用于结构化数据存储和管理的流行关系型数据库管理系统(RDBMS)。它是一个C/S系统，允许多个不同的用户使用自己的电脑通过互联网连接到服务器上，并与数据库进行互动，提供丰富的功能和工具，供开发者对数据库进行高效的管理和操作，支持标准的SQL查询语言，让开发人员可以进行查询，插入，更新，删除数据等操作。此外，MySQL还提供了交易处理、索引、VIEW、存储过程、触发器等高级功能，以应对复杂的数据处理需求。MySQL具有良好的性能和可靠性，能够应对大数据和高频率的请求。它采用了多线程架构和高效的查询优化器，能够快速执行复杂的查询操作。此外，MySQL还提供了备份和恢复机制、故障恢复和数据安全性功能，以确保数据的可靠性和稳定性。2.2开发工具介绍2.2.1HBuilderXHBuilderX是一款基于HTML5开发的跨平台集成开发环境。它提供了丰富的功能和工具，用于开发Web、移动应用和桌面应用，支持多种前端开发技术，包括HTML、CSS、JavaScript、Vue.js、React等。利用这个集成开发环境，我们可以完成正常前端后端的开发工作。在这个集成开发环境中编写或运行代码，我们同样可以知道代码的哪个地方出现了问题，方便我们进行修改。HBuilderX拥有丰富的插件和工具，用于快速开发和调试我们的代码。它支持使用uni-app等框架进行安卓、苹果、或web端的应用开发，并提供了模拟器和真机调试的功能，方便开发者在不同平台上测试和调试应用。此外，HBuilderX还具有可视化界面设计工具，使开发者能够通过拖拽和配置的方式创建用户界面，无需编写大量的代码。2.2.2微信开发者工具微信开发者工具是一款由微信官方提供的集成开发环境，本系统利用其可视化界面，通过手机蓝牙连接智能鞋垫，进行数据传输。开发者可以利用其可视化工具，对小程序、小游戏的效果进行实时预览，并对其进行调试和性能优化。具体地说在微信开发者工具中，开发者可以通过一个界面实时观察小程序或小游戏的运行结果，并进行调试和性能优化，代码的任何变动也会实时地体现出来。同时还为开发人员在开发过程中进行实时调试和测试提供了模拟器和真机调试功能。

3需求分析3.1项目概述3.1.1目标通过脑卒中辅助康复系统，用户可以实时获取自己的健康数据，并且每日推荐会提供一些健康技巧供用户了解。此外，在商城中，用户还可以方便地购买我们的康复物品以及其他生活用品。3.1.2用户特点本应用的最终用户为脑卒中患者，他们有着康复训练的重要需求。由于脑卒中患者需要长期进行康复训练以恢复和改善功能，他们迫切需要一种便捷、价格合理的工具来辅助康复。这款App能够满足他们的需求，为他们提供方便的康复训练工具，同时也是一款经济实惠的App。3.2具体需求3.2.1功能需求图1患者用例图为了实现脑卒中辅助康复系统的目标，以下是一些关键用例：用户注册和登录用户可以注册新账号并登录到系统中。对涉及用户个人隐私和资料安全的，系统应核实用户身份并予以保护。图2用户注册活动图图3用户登录活动图(2)健康数据记录和展示用户可以记录和追踪自己的健康数据。系统应该提供直观的界面展示用户的健康数据，并支持数据的图表和报表生成。图4用户评估结果管理活动图(3)每日健康技巧推荐系统应该每日推荐一些有益的健康技巧和建议给用户，如营养、锻炼、心理健康等方面的建议。用户可以将每日推荐的技巧收藏至收藏夹。图5每日推荐管理活动图(4)康复物品商城系统应该提供一个商城功能，用户可以方便地购买康复物品和其他生活用品。用户可以浏览商品、添加商品至购物车、立即购买并进行支付。图6购物车订单管理活动图(5)压力分布用户可以通过蓝牙和智能鞋垫进行连接，获得自己的压力实时评估。在系统中，用户可以通过一个可视化组件查看自己足部压力的变化情况。当用户出现压力得分超出设定的阈值时，系统应该进行预警，向周围人群传递该用户摔倒信号。图7获取压力分布活动图(6)步态评估用户可以完成睁眼平视前方，保持站立；闭眼面向前方，保持站立；睁眼平视前方，在海绵上保持站立；睁眼仰视上方，保持站立；这几个项目，获取步态评估结果。图8步态评估活动图(7)个人信息管理用户可以管理自己的账号、昵称、地址、出生日期等信息图9用户信息管理活动图3.2.2性能需求为了提供良好的用户体验和系统性能，以下是一些性能需求：(1)响应时间系统应该在用户操作的合理时间范围内响应，以避免长时间的等待和延迟。(2)并发处理当多个用户同时请求服务时，本系统应该屏蔽用户的区别予以实时的响应。(3)系统容量本系统可以存储和管理大量的用户、商品、推荐数据。系统的数据库和服务器要有足够的容量和扩展性，以应对未来的用户增长和数据增长。3.2.3输入输出要求为了确保用户能够方便地使用系统并获得预期的输出，以下是一些输入输出要求：(1)用户界面用户界面应该简洁、直观、易于导航和操作。系统的界面应该采用响应式设计，适配不同的设备和屏幕尺寸。(2)数据输入系统应该提供合适的输入控件和界面，以方便用户输入和记录健康数据、购物车、收藏夹等信息。输入控件应该具备合理的验证和格式要求，以确保数据的准确性和完整性。系统应该支持多种数据输入方式，包括手动输入、导入文件、与健康设备的连接等。(3)数据输出系统应该能够以易读和易理解的方式展示用户的健康数据、购物车和收藏信息。输出的图表、报表和反馈信息应该具备合适的可视化效果，以帮助用户更好地理解和分析数据。3.2.4数据管理能力要求为了有效地管理和保护用户的数据，以下是一些数据管理能力要求：(1)数据存储系统应该能够安全地存储用户的个人信息、健康数据、购物车和收藏数据。数据存储应该具备适当的备份机制和恢复策略，以防止数据丢失和损坏。(2)数据隐私和安全系统应对用户隐私进行保护，以确保用户的个人信息和敏感数据不会被违法分子窃取进行交易。传输数据时应该采用一些加密的方式，比如传输密码时，要进行加密。将用户信息存储到浏览器时不能存储用户的密码等。(3)数据权限和访问控制系统应执行恰当的权限管理和门禁机制，确保对应数据只有经过授权的用户才能进行存取和修改。3.2.5故障处理要求为了应对系统故障和异常情况，以下是一些故障处理要求：(1)容错和异常处理系统应该能够识别和处理各种异常情况，如网络中断、服务器错误、无效输入等。系统应该提供适当的错误提示和用户引导，以帮助用户解决问题或与管理员联系。(2)数据恢复在系统故障或异常中断后，系统应该能够自动进行数据恢复和一致性检查，以防止数据丢失或损坏。3.2.6接口需求为了与其他系统和服务进行集成和交互，以下是一些接口需求：(1)用户认证接口系统应该提供与用户认证和授权相关的接口，以支持用户注册、登录和身份验证。(2)第三方支付接口系统应该与第三方支付服务集成，以支持用户在商城中进行购买和支付的功能。(3)数据导入导出接口系统应该提供数据导入和导出的接口，以方便用户从系统中下载资料或者上传数据到系统中。

4系统设计4.1系统架构设计 4.1.1系统结构和组成部分系统的整体结构由前端、后端、数据库三个主要部分组成。前端部分使用UniApp和Vue.js来开发移动端应用程序。服务部分采用Node.js来实现，编写基于步态分析的脑卒中康复系统对应的相关服务，为前端的请求提供服务。同时使用MySQL，存储系统所需的结构化数据，并支持高效的数据查询操作。图10功能模块图图11数据流图4.1.2使用的架构MVC架构模式是用于组织和分离应用程序的不同组成部分，包括数据(Model)、用户界面(View)和应用逻辑(Controller)的一种常见的软件架构模式。Model代表系统中的数据和业务逻辑。它负责处理数据的读取、存储和操作。在我的系统中，MySQL数据库可以被视为Model，它存储了系统的结构化数据，并提供了对数据的增删改查等操作。View负责系统的用户界面展示。它负责接收用户输入，并将结果呈现给用户。在UniApp和Vue.js中，前端页面和组件可以被视为View，它们接受用户的输入，并将请求后端得到的结果展示给用户。Controller是连接Model和View的部分，它负责协调Model和View之间的数据流动和交互。在系统中，Node.js可以被视为Controller，它接收前端的申请，根据业务逻辑处理数据的读取、存储和传输，然后将处理结果返回给前端。MVC架构模式的主要优点是分离了数据、用户界面和应用逻辑，使系统的各个部分可以独立开发、测试和维护。它提供了良好的代码组织和可扩展性，使系统更易于理解、修改和扩展。4.2数据库设计4.2.1概念结构设计在我的项目中，主要的实体包括用户、商品、订单和评估结果。用户实体代表系统中的注册用户，包含属性如用户名、密码和个人信息。商品实体表示商城中的可购买商品，具有属性如商品id、商品名称、价格。订单实体用于表示用户购买商品的交易，包含属性如订单号、购买数量。评估结果实体用于存储步态评估和压力评估的结果数据，包含用户id、评估结果值。在概念结构设计中，我定义了实体之间的关系。举个例子，用户与每日推荐是一对多的关系，一个用户可以收藏多个推荐内容，一个推荐内容只属于该用户。同理，用户与评估结果也是一对多的关系，一个用户可以拥有多条评估结果。在我的项目中，还有一些重要的属性和约束条件。例如，用户实体的用户名是唯一的，通过设置唯一性约束来确保用户名的唯一性。订单实体中的购买数量属性必须大于1，设置了约束条件来限制购买数量的取值范围。图12系统E-R图4.2.2数据字典设计（1）数据项表1数据项表数据项编号数据项名存储结构默认值允许非空DL-1UserIdint无NoDL-2userNamevarchar（255）无NoDL-3userPwdvarchar（255）无NoDL-4phonevarchar（255）无NoDL-5emailvarchar（100）无YesDL-6user_pictext有YesDL-7addressvarchar（255）无YesDL-8genderint无YesDL-9nicknamevarchar(255)无YesDL-10goodsIdint无NoDL-11goodsNamevarchar(255)无NoDL-12goodsPictext无YesDL-13commentNumint无YesDL-14goodEvaluationRateint无YesDL-15pricedecimal无NoDL-16typeint无NoDL-17orderListIdint无NoDL-18numint无YesDL-19recIdint无NoDL-20recNamevarchar(255)无YesDL-21urlvarchar(255)无YesDL-22desctext无YesDL-23keywordtext无YesDL-24userGoodsIdint无NoDL-25userRecIdint无 NoDL-26resultIdint无NoDL-27Item1int无YesDL-28Item2int无YesDL-29Item3int无YesDL-30Item4int无Yes（2）数据结构表2数据结构表数据结构编号数据结构名数据结构含义组成DS-1User用户信息id,userName,userPwd,phone,email,user_pic,address,gender,nicknameDS-2Goods商品信息id,goodsName,goodsPic,commentNum,goodsEvaluationRate,price,typeDS-3Rec每日推荐信息id,recName,url,desc,keyword,typeDS-4Result评估结果信息id,userId,item1,item2,item3,item4DS-5OrderList订单信息id,userId,goodsId,numDS-6UserGoods购物车信息id,userId,goodsId,numDS-7UserRec收藏夹信息id,userId,recId

5系统实现5.1主要功能5.1.1压力分布在探讨智能鞋垫的核心功能时，压力分布无疑是其中最为关键的一环。用户在使用此功能之前，需要用户登录我们的辅助康复系统app。登录成功后，用户需要打开设备的蓝牙功能，此时，智能鞋垫系统便会自动启动进行搜索，寻找附近可连接的智能鞋垫设备。找到设备后，系统会与该设备进行连接，连接成功后，立即停止搜索模块的运作，避免浪费设备资源。当再次需要连接时，可再度打开。连接成功后，智能鞋垫中的压力传感器便开始运作。这些传感器能够精确地捕捉到用户脚部各个区域所承受的压力，并将这些数据实时传输至辅助康复系统。系统接收到这些压力数据后，会立即进行下一步的处理和分析。根据每个压力点的不同压力值，系统会将结果转化为不同的颜色值，并在一个可视化的鞋垫图案中展示出来。这样一来，用户就可以直观地看到自己脚部各区域的压力分布情况，从而了解自己的步态习惯和可能存在的问题。5.1.2压力评分压力评分功能是基于压力分布数据而设计的。通过对用户的压力数据进行深入的分析和计算，系统能够为用户生成一个详细的压力评分报告。这个报告不仅包括了用户的平均压力值，还会计算出压力中心等重要指标。在得到这些指标后，系统会将它们与正常人的压力数据进行比较。如果用户的平均压力中心与正常人的压力中心存在显著的差异，且这种差异超出了系统设定的阈值，那么系统就会判断用户的足部压力存在异常。反之，如果差异在正常范围内，那么系统就会判断用户的足部压力正常。5.1.3步态评估步态评估是智能鞋垫的另一项重要功能，它通过对用户的步态进行深入的分析和评估，帮助用户了解自己的步态习惯和问题。这一功能包含了四个主要的功能部分：睁眼站立、闭眼站立、睁眼站在海绵上模拟以及睁眼抬头站立。在睁眼站立功能中，用户需要穿戴智能鞋垫并保持睁眼状态站立一段时间。在这段时间内，系统会实时检测用户脚部压力中心的变化情况，并据此评估用户的平衡能力和稳定性。闭眼站立功能则要求用户在闭眼状态下进行同样的操作，以进一步检验用户的平衡能力。另外两个部分的功能与上述类似，但增加了不同的挑战因素。例如，在睁眼站在海面上模拟功能中，系统会模拟海绵的不稳定环境，以检验用户在这种特殊环境下的步态和平衡能力。而睁眼抬头站立功能则要求用户在抬头观察高处的同时保持站立，以评估用户的颈部和核心肌肉对步态的影响。通过这些功能，系统能够全面评估用户的步态情况，并为不同用户的具体情况提供不同的建议和指导。5.1.4警报警报功能是智能鞋垫系统中的一个重要安全保障措施，它贯穿于前三个主要功能之中。当任何一个主要功能在运行时发现用户的压力中心与正常压力中心的比较超出了设定的阈值时，系统便会立即触发警报机制。本系统中警报的方式是通过语音提醒。警报的目的在于及时提醒用户及周边人员注意安全防护，预防使用者发生摔倒等二次伤害，避免可能发生的伤害或风险。通过这一功能，智能鞋垫系统不仅能够帮助用户更好地了解自己的足部健康状况和步态问题，还在一定程度上保证了使用者的安全。5.2其余功能(1)登录和注册：实现用户身份验证和注册新用户的功能。包括用户输入验证、密码加密、用户信息存储等。要求登录时可以输入账号或手机号，而注册只能使用手机号。(2)每日推荐：根据健康新闻、养身保健、疾病常识、病因症状、心理健康、母婴育儿这几个方面为用户进行推荐。用户未登录前只能阅览推荐内容，登录后才可添加推荐至购物车。(3)商城：实现商品的展示、搜索、分类等功能，允许用户浏览和购买商品。需要建立商品数据库、实现商品信息管理、购买流程等功能。(4)收藏每日推荐：允许用户收藏喜欢的每日推荐内容，以便日后查看或购买。这需要建立收藏夹数据结构，实现收藏、取消收藏、查看收藏列表等功能。(5)购物车：允许用户添加感兴趣的商品至统一区域，方便批量购买和管理。在此功能中可以进行添加、删除、修改购买数量等操作。(6)订单：处理用户提交的订单，包括生成订单、计算总价、选择支付方式等。需要建立订单数据库、实现订单管理和支付逻辑。5.3界面设计进入app，首先是推荐页面，未登录的用户可以浏览推荐详情，但无法进行收藏。推荐内容包括健康新闻、养生保健、疾病常识、病因病状、心理健康、母婴育儿。图13登录注册页面如果处于游客状态，那么访问功能、商城及我的页面就会被拦截，要求得先登录。登录成功，即可查看功能、商城、我的页面。图14功能、商城、我的页面其中功能页面需要先连接蓝牙，点击蓝牙状态进行蓝牙连接，连接成功后可以展示鞋垫实时的夜里数据，进入步态评估页面可以选择项目进行步态评估，并获取评估结果。在我的页面中，评估结果选项中可以获取历史评估结果。图15蓝牙连接、步态评估、历史评估结果页面选择特定分类即可进入分类页面。图16商品分类页面点击商品，可弹出商品详情，可直接购买，也可先加入购物车。图17商品详情、购物车，订单页面5.4软件测试5.4.1登录模块（1）等价类划分输入数据包括：完全符合自定义约束的数据，完全不符合自定义约束的数据以及部分符合部分不符合的数据。完全符合的数据表示用户名和密码均正确，完全不符合的数据表示用户名和密码均错误，而部分符合部分不符合的数据表示用户名正确但密码错误（此处不存在密码正确但用户名错误的情况，因为用户名错误则无法进入密码比对的步骤），使用黑盒测试法中的等价类划分法，等价类详细划分结果见表3。表3登录等价类划分表划分依据有效等价类无效等价类按输入条件进行划分输入值个数（1）2个（5）小于2个账户正确性（2）账户不为空（6）账户为空密码正确性（3）密码为6-16位的字母加数字组合（9）小于6位（7）大于16位（8）密码仅含数字（9）密码仅含字母账户密码匹配（4）账户密码均正确（10）账户密码不匹配（2）根据等价类，生成测试用例。设计新的测试用例尽可能多地覆盖有效等价类，迭代执行此过程，直至全部的有效等价类都被测试用例涵盖。同理设计测试用例，此时每一个测试用例只需要覆盖一个无效等价类。假设已存在用户（user，zhangsan），不存在用户（host,123456），生成的测试用例见表4。表4登录测试用例表输入输出说明账号密码账号或密码不能为空没有输入用户名和密码123434账号或密码不能为空没有输入用户名0011_001_K账号或密码不能为空没有输入密码1123账号或密码错误用户名错误（用户名无效）zhangsan123456密码错误密码错误（用户名正确）123456a账号或密码不能为空没有输入用户号或密码不能为空没有输入密码18975754125125282账号或密码错误用户名错误（用户名无效）14251475268245356密码错误密码错误（用户名正确）zhangsan12334555667788899a密码错误密码长度超过16位zhangsan123456a登录成功，进入读者模块用户名和密码均正确有效（3）根据边界值生成测试用例，如账号为空；密码为空；密码长度达到最大，刚好超过一个，刚好少一个；账号长度同密码一样设计。5.4.2注册模块等价类划分所使用的输入数据为：已存在的用户及其密码，不存在的用户及其密码，账号为以1开头并且长度为11位，账号不以1开头或长度不满足11位，密码为6-16位的数字加字母组合。使用黑盒测试法中的等价类划分法，等价类详细划分结果见表5。表5注册等价类划分表划分依据有效等价类无效等价类按输入条件进行划分输入值个数（1）2个（5）小于2个账户正确性账户不为空账户为以1开头并且长度为11位账户为空账户不以1开头长度不满足11位密码正确性（4）密码为6-16位的字母加数字组合（9）小于6位（10）大于16位（11）密码仅含数字（12）密码仅含字母（2）根据等价类，生成测试用例。假设已存在用户（user，生成的测试用例见表6。表4注册测试用例表输入输出说明账号密码账号或密码不能为空没有输入用户名和密码234567a账号或密码不能为空没有输入用户号或密码不能为空没有输入密码1123请输入11位的手机号用户名错误（用户名无效）17323459141123456密码应为6-16位数字与字母组合密码错误14251475268123456a213123123密码应为6-16位数字与字母组合密码格式错号或密码不能为空没有输入密码17323459141123456a用户名已存在用户名错误（用户名无效）14251475268245356密码应为6-16位数字与字母组合密码错误（用户名格式正确）142514752681234567a注册成功账户密码格式都正确zhangsan123456a登录成功，进入读者模块用户名和密码均正确有效5.4.3主要功能模块测试（1）压力分布测试当用户穿上智能鞋垫后，他们会按照系统提示正常站立。此时，用户会注意到鞋垫与手机或其他显示设备相连接的可视化模块开始运作。随着用户的站立，智能鞋垫内的压力传感器开始捕捉脚部各个区域的压力变化，并将这些实时数据传输至可视化模块。用户可以清晰地观察到，随着他们脚部的承重变化，可视化模块上的鞋垫图案也相应展示出不同区域的压力变化情况。颜色的深浅、范围的扩大或缩小，都直观地反映了用户脚部压力分布的实时动态。这种直观的可视化展示，不仅帮助用户更好地了解自己的足部压力分布状况，也为后续的评估和分析提供了重要的数据支持。（2）压力评分测试在进行压力评分测试时，用户首先需要穿上智能鞋垫，并正常站立。此时，系统会根据鞋垫捕捉到的压力数据，进行下一步的计算和分析，然后给出一个初始的压力评分。随后，用户按照提示正常走动，智能鞋垫会实时捕捉并记录用户在行走过程中的压力变化。系统再次对这些数据进行处理，并给出新的压力评分。通过比较不同状态下的评分，用户可以更加全面地了解自己的足部压力状况，以及在不同活动状态下的压力变化情况。（3）步态评估测试在步态评估测试中，用户需要完成系统设定的几个项目，包括睁眼站立、闭眼站立、睁眼站在海绵上、睁眼抬头站立等。在每个项目完成后，系统会立即对用户的步态数据进行分析和处理，并将评估结果展示到用户交互界面里。用户可以通过项目的评分，直观地看到自己的步态评估结果。警报测试在主要功能中，警报测试是非常关键的一环。当系统检测到用户的压力中心与正常人的压力中心出现明显的区别时，它会立即发出警报。此时，用户可以观察到系统通过声音提醒用户及周围人员注意预防使用者摔倒。通过这一测试，用户可以确认智能鞋垫系统的警报功能是否正常运作，从而确保在使用过程中能够得到及时的安全保障。

6总结与展望6.1总结本文从背景开始，介绍了基于步态分析的脑卒中辅助康复应用的研究现状和其在康复领域中的重要意义。随后，详细介绍了在开发过程中所使用的各种工具和开发环境。在需求分析部分，本文运用了用例图和活动图的方式，详细描述了应用所需具备的功能，以确保满足用户需求。通过用例图，可以清晰地展示用户与应用之间的交互和功能需求；而活动图则展示了用户在应用中的操作流程，使读者更好地理解应用的功能。在概要设计部分，本文确定了系统的功能模块图。功能模块图中包含注册登录、压力分布、压力评分、步态评估、蓝牙连接、警报等功能，从而实现了功能的模块化和分工开发。数据库设计则确保了数据的有效管理和存储，以支持应用的正常运行和数据分析。在详细设计部分，本文对应用进行了具体的开发，并进行了功能测试。详细设计阶段考虑了应用的具体实现细节，包括界面设计、算法选择和数据处理等。通过功能测试，验证了应用在实际使用中的功能是否正常运行，以达到预期的效果。通过以上步骤，本文全面地介绍了基于步态分析的脑卒中辅助康复应用的研发过程，从需求分析到详细设计，再到功能测试，确保了应用的功能完整性和质量。这为脑卒中患者的康复提供了一种创新且便捷的辅助手段，并为未来的相关研究和应用开发提供了参考和借鉴。6.2展望虽然本文已经完成了毕业设计的预定功能，但在多个方面仍存在改进的空间。首先是适配方面，由于权限限制，真机调试程序只能在小程序中展示每日推荐的详情页面。为了解决这个问题，希望未来能够拥有自己的数据源，并编写自己的推荐详情页，以提供更灵活和完善的功能。第二个问题是鞋垫通过蓝牙连接传输数据时存在延迟，无法实时更新数据。为了解决这个问题，后续工作可以深入研究和优化蓝牙传输的方式和算法，以减少延迟并提高数据的实时性。探索使用高效的数据压缩和传输方式，或者优化数据处理和传输逻辑，以提高数据的准确性和实时性。第三个问题涉及页面美观性，包括布局和控件的设计。目前的页面布局和控件的精美程度还有提升的余地。未来的工作可以进一步学习前端设计技巧和原则，以提升界面的整体视觉效果。同时，对自定义控件的延迟问题进行仔细分析和改进，确保控件的转换和交互流畅，并对性能进行优化。可以参考现有的设计资源和界面库，如UI框架和图标库，以提高界面的美感和一致性。综上所述，虽然毕业设计中存在一些不足之处，但关键在于对问题有意识地进行改进和优化。后续工作可以继续深入研究和改进适配、蓝牙传输和页面美观等方面，以提升应用的功能和用户体验。通过持续的迭代和改进，将能够实现更好的效果和成果。

参考文献匡绍龙,房银芳,周瑞等.可穿戴技术应用于术后监控和康复的现状分析[J].科技导报,2017,35(2):55-59.穆爽.可穿戴及便携式设备在健康医疗领域的应用研究[J].中国卫生产业,2019,16(06):172,173.GBD2019DiseasesandInjuriesCollaborators.Globalburdenof369diseasesandinjuriesin204countriesandterritories,1990-2019:asystematicanalysisfortheGlobalBurdenofDiseaseStudy2019.Lancet.2020;396(10258):1204-1222.LiZ,JiangY,LiH,XianY,WangY.China'sresponsetotherisingstrokeburden.BMJ.2019;364:l879.WuS,WuB,LiuM,etal;ChinaStrokeStudyCollaboration.StrokeinChina:advancesandchallengesinepidemiology,prevention,andmanagement.LancetNeurol.2019;18(4):394-405.ChandraPrakash,KanikaGupta,AnshulMittal,etal.PassiveMarkerBasedOpticalSystemforGaitKinematicsforLowerExtremity[J].ProcediaComputerScience,2015,45:176-185.StephaneArmand,MorganSangeux,PierreHoffmeyer,etal.Optimalmarkers'placementonthethoraxforclinicalgaitanalysis-Apreliminarystudy[J].Gait&Posture,2009,30:S54.HuiyuZhou,HuoshengHu.Upperlimbmotionestimationfrominertialmeasurements[J].InternationalJournalofInformationTechnology,2007,13(1):1-14.徐俞弢