Page 131 - 《软件学报》2026年第5期

2010 软件学报 2026 年第 37 卷第 5 期

表 1 步态参数表

参数编号 步态参数 描述
1 步态周期左 左脚脚尖离地到右脚脚尖离地的时间
2 步态周期右 右脚脚尖离地到左脚脚尖离地的时间
3 步高左 左脚摆动过程中离地最高的距离
4 步高右 右脚摆动过程中离地最高的距离
5 步速左 左脚步态周期内加速度积分
6 步速右 右脚步态周期内加速度积分
7 步幅左 左脚两次落地之间的距离 (开始结束不完整步不纳入统计)
8 步幅右 右脚两次落地之间的距离 (开始结束不完整步不纳入统计)
9 摆动相左 每个左周期时间内的左脚脚尖离地到左脚脚跟落地的时间占比
10 摆动相右 每个右周期时间内的右脚脚尖离地到右脚脚跟落地的时间占比
11 支撑相左 每个左周期时间内的左脚脚跟落地到左脚脚尖离地的时间占比
12 支撑相右 每个右周期时间内的右脚脚跟落地到右脚脚尖离地的时间占比
13 双支撑相左 每个左周期时间内的左脚脚跟落地到右脚脚尖离地的时间占比
14 双支撑相右 每个右周期时间内的右脚脚跟落地到左脚脚尖离地的时间占比

PD 患者的运动功能障碍主要源于基底神经节损伤导致的多巴胺能信号丢失, 进而引发姿势控制失调和步
态异常 [46] . 虽然 PD 患者的听觉皮层、顶下叶和额叶等负责运动节律感知的脑区并不受到 PD 的影响, 但由于基
底节功能受损, 其内部时间感知和节律处理能力显著下降. 在这种情况下, 外部提示能够有效替代受损的内部时
间系统. 多模态外部提示通过同步运动能够激活小脑, 重新校准运动感觉反馈信号, 从而补偿基底节-辅助运动
区-前运动皮层环路的时间编码紊乱 [47] . 在多模态外部提示下的训练过程中, PD 患者能够有效激活与节奏感知
相关的运动网络, 通过感知外部提示改善运动功能, 特别是步态控制 [48] . 神经影像学证据进一步表明, 多模态提
示能够增强感知皮层与执行控制网络之间, 以及执行控制网络与小脑之间的功能连接 [49] . 这种神经可塑性改变
为多模态提示改善步态提供了机制解释: 通过增强感觉区和运动区之间的功能连接, 促进步行运动节律与多模
态提示的精确同步, 从而持续改善运动能力 [50] . 这些发现为多模态提示在 PD 患者步态康复中的应用提供了神
经科学依据.
2.2 视听协同提示生成框架
针对现有方法缺乏对多模态信息协同提示考虑的问题, 本文提出步态数据驱动的视听协同提示生成框架
(如图 3 所示), 通过步态参数与视觉、听觉提示的双向映射, 实现个性化康复提示训练. 该框架将患者步态参数
(周期、步高) 转化为可调控的视听协同提示, 实现视听协同提示与患者步态表现的动态适配和增强.

左脚 右脚 BPM 音乐 音乐节 节拍轨 听觉 鼓点
周期 周期 计算 选择 奏调制 道增强 提示 计算 视
听
协
左脚 右脚 位置、地 归一化 动作曲 平滑过 视觉 视觉 同
步高 步高 面检测 相位 线生成 渡处理 提示 对齐

图 3 视听协同提示生成框架

2.2.1 个性化听觉提示生成
现有听觉提示大多采用固定节律, 缺乏对患者异质性的考虑. 本文通过计算患者健康侧与病患侧步态周期
(表 1 参数 1、2) 获取节律参数. 具体而言, 本文对采集到的步态数据首先进行端点检测, 去除静止时期的周期影
响, 进而分析频率与周期关系, 引入滑动窗口对周期进行预判断, 进而定位关键步态事件点. 然后通过周期检测基
本判定 PD 患者的步态周期, 以此作为间隔阈值. 根据脚踝运动突变情况, 结合加速度与角度判定步态时序数据的
步态事件. 进而周期计算如下: