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    本發明有關於對於一使用者之他或她的跑步方式或跑步技巧提供回饋的系統與方法。系統利用一壓力感應表面來記錄於一腳步期間在一放在下面的表面上使用者之腳所施加之壓力中心之一步態線。一旦發生一前或中腳落於此步態線可能被觀測來有關於矢狀面向後移動。由一向後進行之步態線，兩時間戳記被決定。第一時間戳記T1係腳觸碰地面的時間。第二時間戳記T2係步態線抵達最後面位置的時間。由這兩個時間戳記之時間差，可以決定一負載時間dT。跑步方式的反應性描述肌肉-肌腱單位的黏彈性行為，且可以被計算為此負載時間與/或壓力中心朝腳後跟向後移動的距離之一函式。因此，一回饋信號可以被提供給使用者，有關其跑步的反應性。
    公开号:TW201315515A
    申请号:TW101128543
    申请日:2012-08-08
    公开日:2013-04-16
    发明作者:Andrew Statham；Marcus Benedictus Hoppenbrouwers
    申请人:Tno；
    IPC主号:A63B69-00
    专利说明:
    跑步方式之回饋方法及系統
    本發明有關於分析與回饋一對象之跑步方式或跑步技巧之系統與方法，且特別有關於可以在對象之跑步反應性上自動地提供回饋之系統與方法。
    在跑步領域中，存在關於應該用來跑的更快、更久與/或減少受傷的風險之最佳方式的不同理論。特別地，不同類型的跑步方法被跑步社群的不同部分來擁護。一方面，有Nicholas Romanov發展之稱為”姿勢方法”的跑步方法。姿勢跑步方法背後的哲學係當跑步時跑者應該儘可能地避免向上與向下的移動，由於此可能花費不必要的能量。另一方面，有一由Frans Bosch與Ronald Klomp發展之稱為Bosch與Klomp跑步方法，也參照為”BK方法”。BK方法背後的哲學係在跑步期間一跑者可以使用他身體的伸縮性，特別是在他的腿與腳之區段的肌肉與肌腱來回復部份他花費之能量。在BK方法中，當跑步時，跑者因此被鼓勵來”彈”上與下，其明顯與姿勢方法相對比。這些方法上更進一步之參考材料與詳情可以在如，Frans Bosch與Ronald Klomp所著之”Dr.Romanov’s Pose method for running”與”Running：Biomechanics and Exercise Physiology in Practice”(2005)之書中找到。跑步的效率有關於運動員作的(期望)工作總量和使用之能量總量的比率。為了達到較佳的效率，係有益來減少”浪費”能量的總量與/或嘗試來回復與再使用部分花費的能量。
    “反應性跑步”係一用於跑步中的名詞，特別係被Bosch與Klomp跑步學校中使用。反應性有關為再次使用於執行有用的工作，在此例子中係跑步之目的之能量總量。跑步更多反應性地表示由一步到下一步更多花費的能量被再次使用，且跑步更少反應性表示較少或沒有能量被再次使用，且因此被藉由身體中的阻尼結構來吸收或緩衝。
    跑步反應性係在一跑步行為中一使用者之腳步係如何反應性或類彈簧力/彈性之一測量(相對於黏)。在跑步反應性之名詞中，姿勢方法與BK方法係於一尺度之兩個極端點，其中姿勢方法努力於最小衝擊，實質上利用肌肉-肌腱單位更多的黏行為減少衝擊以減少反應性(無彈跳)，而BK方法努力於利用肌肉-肌腱單位更多的彈性行為來回復更多能量以達到高反應性(最高彈跳或彈簧動作)。對於一跑者而言，其可以有益的得知其跑步方式落於尺度的哪個部位。藉由接收其反應性的回饋，跑者可以選擇與/或調整它的移動，例如來強調或避免一或其他類型的跑步方式，具有肌肉-肌腱單位更多的黏行為之較少反應性將會導致更多能量被吸收，因此降低跑者經歷的衝擊，具有更多的彈行為之較多反應方式將會導致更多能量被返回跑者，但跑者可能會經歷較高的衝擊。
    Taylor與其他人(Am.J.Sports Med June 1990 vol.18 no.3 300-309)描述了肌肉-肌腱單位的黏彈性行為。隨著有最多的生物組織，肌肉被認為黏彈性地動作。因此，肌肉被認為兼具有彈性與粘性特質。彈性隱含長度改變或變形，被直接地正比於實施的力量或負載。粘性特質特徵於時間相依且率改變相依，其中變形率直接地正比於實施的力量。在生物力學中，真彈性係以一完美彈簧之Hooke’s模型來表示且黏元件係以一水力活塞之Newton’s模型來表示，如已知的緩衝筒。生物力學模型嘗試藉由以各種配置來結合彈簧與緩衝筒來表示黏彈性行為。
    一個人的跑步方式可以原則上藉由一訓練觀察員，例如熟習各種跑步技巧之一個人教練來評估。然而，其期望可以更客觀地量化一跑步方式，特別地來測量或決定一跑步反應性為一可計量特質。當一跑步行為期間自動推導出一對象之一移動樣態之一些型態的系統在技藝領域中已知。舉例來說，美國專利申請號2002/0040601揭示一動作分析系統，其包括架設於一鞋子之加速度器與一傾斜感測器。此已知系統測量步態參數來決定一跑步速度與旅行的距離。使用加速度器來推導移動樣態的一缺點係若加速度器不正確地架設時與/或若他們在使用時變得迷失方向時，此方法可能變成較差的準確率，因此需要持續測定。加速度器也非常容易受到來自震動與不穩定、不正確或鬆散的架設之干擾而受害。加速度器被限制於測量直接接觸(如鞋子或一跑者之腳)之身體的動態元件，移動之更靜態階段(跑步中之站立姿勢階段)無法被容易地利用加速度器測量。
    用以分析腳動態，特別是其黏彈性行為，以估算跑步效率、受傷風險或一使用者之舒適之一實用測量技術係需要的。更需要對於對象之跑步反應性提供客觀回饋之方法，此方法使用相應對象移動之簡單易懂的感測器測量所提供之資料之一簡單分析。也需要用以提供與分析該資料之一系統、簡單易懂來實作，例如使用簡單的感測器與設備之一系統，且對於跑者對象提供一舒服與簡單使用之一系統。
    在一第一型態中，係提供對於一對象之跑步方式或跑步技巧產生回饋之一系統。系統包括一壓力感應表面、一時鐘、一記憶體、一讀出裝置、一處理器、與一回饋裝置。壓力感應平面包括複數壓力感測器，用以產生一電子信號，作為該壓力感應平面上施加壓力之一函式。時鐘被安排來提供時間戳記資訊。記憶體被安排來儲存與擷取資料。讀出裝置係安排來讀取複數壓力感測器與時鐘，且儲存資料於記憶體中，該記憶體包括在壓力感應表面上對象之腳所施加之一壓力移動中心之一時間相依測量。壓力的移動中心形成一壓力步態線，其至少沿著一跑步方向之一前向軸來區別。回饋裝置係安排來產生一或多的視覺、聲音、一觸感回饋信號且由一處理器控制。處理器係安排來由記憶體讀取資料、由資料決定對象之腳開始接觸地面之一第一註冊時刻時之一第一時間戳記、由資料決定壓力中心沿著步驟線有關前向軸抵達最後註冊位置之一時刻時之一第二時間戳記、計算第一與第二時間戳記間之一時間差，作為一定義負載時間、且控制回饋裝置來產生一回饋信號作為負載時間之一函式。
    在一第二型態中，係提供對於一對象之跑步方式產生回饋之一方法。方法包括接收一壓力感應表面上一對象之腳所施加之一壓力移動中心之一時間相依測量的資料之步驟。壓力的移動中心形成一壓力步態線，其至少沿著一跑步方向之一前向軸來區別。方法更包括步驟來由資料決定對象之腳開始接觸地面之一第一註冊時刻時之一第一時間戳記、由資料決定壓力中心沿著步驟線有關前向軸抵達最後註冊位置之一時刻時之一第二時間戳記、計算第一與第二時間戳記間之一時間差，作為一定義負載時間、且控制回饋裝置來產生一回饋信號作為負載時間之一函式。
    在一第三型態中，係提供可穿戴於對象之腕部或手臂之人界面裝置，用以對於一使用者提供跑步方式之回饋。裝置包括一無線收發器、一顯示器、與附著裝置。無線收發器係安排來接收指示對象之跑步方式之一信號。跑步反應性在此情況中被定義為反向正比於對象之腳接觸地面之一第一時刻與對象之腳施加之一壓力中心抵達有關對象之跑步方向之一最後面位置時之一第二時刻間之一測量時間期間之一參數。顯示器係安排來顯示一影像作為對象之跑步反應性之接收信號之一函式。附著裝置係安排來將顯示器附著於對象之腕部或手臂。
    本系統與方法之更進一步優點與可應用區域將透過之後提供之詳細說明更為清楚與明顯。應該注意的是，詳細說明與特定例子，係用以說明自動姿態估算之本方法與系統之示範實施例，目的僅係用以圖示說明，且並不限制本發明之範圍。
    某些示範實施例之下述說明僅係在本質上示範，且並係用以限制本發明、其應用或使用。在本系統、裝置與方法之實施例之下述詳細說明中，可以伴隨形成關於此點之一部份之圖示來參考，且其中係以所述裝置與方法可以實行之特定實施例圖示來顯示。這些實施例被足夠詳細的說明以致使那些領域中熟習技藝者來實行本案揭示之系統與方法，且值得注意的是其他實施例可以利用且結構上與邏輯改變在不離開本系統的精神與範圍內可以被改變。下述詳細說明因此並非用來進行限制，且本系統之範圍僅由附屬申請專利範圍來定義。此外，為了清楚的目的，已知裝置與方法的詳細說明被省略以至於不混淆本系統的說明。
    已經文件證明的是，肌腱可以係非常有彈性且表現非常像一彈簧(Ker(1981)J.Exp.Biol.93：283)。在長度中一10%的增加可以導致拉長一肌腱中完成工作的93%之一彈力回復。此行為之一例子可以使得在跑步時使用小腿之肌肉-肌腱單位。在第一次接觸的例子，在其再次釋放至下一步如肌腱彈性地彈回之前，肌肉-肌腱單位之彈力元件被拉長，儲存能量。此類型的動作通常參照為反應性。此反應性可以表示當垂直位移時施加之能量的一部份可以藉由儲存與對於接下來的步驟再次使用其來進行回復。腳的此技巧也可以幫助在此例子中再次使用能量之此程序。當最初落地階段，腳結構可以變形來在肌肉-肌腱單位中儲存更多能量。請見Ker,Bennett,Bibby,Kester & Alexander(1987)的例子，”The spring in the arch of the human foot”Nature 325：147-9”。依據Tim Noakes的書”Lore of Running”(1985)，小腿與腳之肌肉-肌腱單位之各種組件的結合彈力效果可以最多重新使用垂直移位所需之能量的50%。在身體內有更多彈力結構，其可以貢獻於此彈力行為，包括腿筋與髂脛束(tractus iliotibialis)。在此例子中，當骨盆繞著矢狀切面軸旋轉時，髂脛束可以使用儲存之彈力能量於需要來抬起身體之質量中心的能量(Noakes,1985)。
    在膝蓋下方的肌肉與肌腱及腳的結構可以被視為一起工作作為一效率高的彈力彈簧。(Ker,Bennett,Bibby,Kester & Alexander,1987.The spring in the arch of the human foot.Nature 325：147-9)。一個以4.5m/s跑步之70公斤的人施加2000牛噸之一最高地面力量。他在每一步驟損失與收回100焦耳(KE+PE)。

    為了最佳地工作，肌肉-肌腱單位必須合適地共同協調來被反應與建立最有效率的動作。此係一非常高要求的工作，其需要身體之優秀的本體感覺與協調。依據Noakes(1985)，一高效率的跑步需要許多訓練指令，Noakes聲稱甚至一好的跑者必須持續地練習來維持他的技巧。
    反應性跑步的原則在於肌肉動作必須反應地面的事實。對於此動作必須理想地拉緊，由事先收縮之肌肉，必須在接觸之前已經呈現於腳中。此允許彈性肌肉-肌腱單位部分當落地時來更有效率地負載。實質上，肌肉的收縮係負責用以彈性部份之有效負載。也重要的是接觸時間夠短使得儲存於肌肉-肌腱單位之彈性元件中的能量不會通過其他機構消失。當然腳的位移可以影響對於此動作回復的能量係如何有用的。腳應該儘可能近的被置放來直接在臀部下。另外，以腳後跟著地並不那麼有益地來反應性跑步，由於其限制當接觸時可能被召幕之彈性元件之數目。Noakes(1985)額外地聲稱一起、短暫的地面接觸與足夠的垂直位移將可以幫助當能量-消耗部分移動時來理想地儲存能量。
    發明人發現在前述姿勢方法與BK方法間的差異可以客觀地以可量測之參數來量化，其將被參照為”跑步反應性”或簡稱為”反應性”，其意味者肌肉-肌腱單位之黏彈性行為。特別地，此跑步反應性被建立模式為一參數，其成比例於一彈簧之一彈性常數與/或反比例於一減震器(阻尼器)之一黏彈性，其相等於對象之肌肉與肌腱之黏彈性特質，如當在由腳碰撞地面的時刻直至其再次離地之一腳步期間時。在某種程度上，跑者的身體與腿被認為動作地像一質量彈簧阻尼系統的相同物。給予一穩定環境與身體狀態，結締組織與肌肉的彈性常數對於任一個體發現幾乎是不變的，使得特別是肌肉之收縮狀態可以被跑步對象使用來影響較低之腿的總彈性常數。因此可以發現為了達到更高的彈性行為，跑步對象應該在落地之前在他的腿中預先繃緊肌肉。在下一步中越多由落地重用之能量，則跑步方式可以被稱為更”反應性”。
    發明人觀察到在前腳跑步期間且特別是在快跑期間，一對象透過他的腳於一壓力感應表面施加之壓力的中心在再次向前移動之前有時在撞擊之後立即地向後移動，直至腳被舉離地面。她們歸因於此現象於，至少一部份，一程序之結果，其中運動能量(一部份)被吸收進入較低之腿的結締組織，且在相應跑步之一有用方向(部分地)被回復為運動能量之前暫時地儲存為潛在能量。此將運動能量儲存為潛在能量等等的程序被發現相似於一彈簧可以儲存一移動質量的能量。在此比對中，一跑者的腳步的跑步反應性”R”被建構模型為成比例於一彈簧之彈性常數(或彈力常數)”k”，且反比例於一減震器/阻尼器之一黏性”μ”。
    發明人意外地發現一跑者之反應性可以由一跑步活動期間施加於一表面之壓力的時間相依中心的量測，例如，使用在跑者之鞋中的一壓力感應鞋墊來推論與量化。特別地，發明人發現在耦接於其移動之距離的一腳步(落地之後)期間壓力中心來停止向後移動之時間與如BK方法中使用之腳步的反應性之間的關連。不被理論綁住，此發現之證實以下述討論與函式來提供。
    Hooke’s法則，其被用來模型化一彈簧的彈力，聲明：(E1)F=-k x,其中”F”係由一彈簧以一移位”x”之平衡取出之一彈力常數”k”所施加之一力量。負號”-“表示力量”F”係與移位”x”反向。
    Newton’s法則，管理質量的加速，聲明：(E2)F=m a,其中”F”係需要來使一質量”m”以一加速度”a”加速之力量。因為加速度”a”係位置”x”在時間”t”上的二次導數，此可以重寫為：(E3)F=m(d2 x/d t2),結合函式(E1)與(E3)導致(E4)d2 x/d t2=-(k/m)x。
    就一時間相依移位”x(t)”而言之此微分函式之解法採用(一線性組合之)調和函數的形式(如，正弦與餘弦函數)，其與一自然頻率”Fn”進行振盪，其中(E5)Fn=1/(2 Pi)SQRT[k/m]
    其中Pi係一圓之圓周與直徑間的比率(值近似於3.14)，且SQRT[…]係平方根函數，在此例子中，彈力常數”k”被除以質量”m”。藉由使彈簧穿過一整個動作之時間期間”Tn”的反轉來取代自然頻率”Fn”，可以得到下述函式：(E6)1/Tn=1/(2 Pi)SQRT[k/m]；平方兩邊導致：(E7)1/Tn2=1/(2 Pi)2(k/m),其可以被以彈力常數”k”來重寫為：(E8)k=(2 Pi)2(m/Tn2)。
    在此例子中，”Tn”係一彈簧動作(定期，來回地)之時間週期。腳撞擊地面的第一時刻T1直至壓力(步態)線之中心之轉折點T2之時間期間dT可以被視為一自然彈簧動作期間之四等分之一(四分之一)。此時間期間”dT”將被參照為”落地時間”，相似於被壓於彈簧之一質量所相應之一彈簧的載入。自然彈簧期間與負載時間的關係為：(E9)Tn=4 dT。
    值得注意的是，自然頻率”Tn”與負載時間”dT”間可能存在其他關係，如當震盪係不對稱時或除此之外不完美之正弦函數與/或一減幅震盪的情況下。
    結合函式E8與E9導致：(E10)k=(2 Pi)2(m/(4 dT)2)=(Pi2/4)m/dT2。
    彈力常數k係此彈簧係多硬的測量。由於假設肌肉-肌腱單位行為係彈黏性地，”彈簧”越硬，則此系統之彈性可以假設為越多(由於一較硬的彈簧將會在相同的初始動量下以一較快的速率載入)。更彈性的系統，更多能量被重新使用，且跑步技巧可以被視為更多反應性，因此，反應性”R”係成比例於彈力常數”k”之一參數，即(E11)R~k,其中，”~”符號表示一比例性關係。結合E10與E11，則最終導致：(E12)R~1/dT2
    因此，顯示於一非限制之例子中，在此例子中其中壓力移動的中心係表明由一跑步對象歷經且由腳接替之一彈簧動作之至少一部份，特徵時間期間”dT”可以用來決定人類”彈簧系統”之一彈力常數”k”，且因此提供跑步腳步之反應性之一具體測量。因此，在一般術語中可以顯示相應反應性之測量也可參照為”反應性函數”，其可以計算為負載時間”dT”之一函數。更可以顯示的是，一長的負載時間相應一低反應性且一短的負載時間相應一高反應性。
    更特別地，反應性”R”可以藉由計算參照為(彈簧之)負載時間之特徵時間期間”dT”之平方反比(至少以比例性表示)來量化。可以發現的是，為了決定反應性，此時間參數可以被當作壓力中心之移位的時間。特別地，此時間參數被發現成比例於腳第一次觸及地面之時刻T1與壓力中心抵達其最後的位置(如，關於一前向移動方向或沿著腳長度之一方向)之時刻T2間的時間。換言之，時間參數係壓力之一後向移動中心抵達折返點(在這裡他開始再次移動向前)所花的時間：(E13)dT=T2-T1
    注意的是，假使第一次腳的觸擊已經提供壓力中心之最後的位置(如，腳後跟觸擊)，時間期間可以為零且前述定義之反應性為無限的。然而，相反地，可以辨識的是以他的腳後跟落地的跑者典型地具有一最小的反應性。因此，在一有利的實施例中，對於一腳後跟觸擊，其中壓力中心在步伐期間，與/或低於一特定最小時間臨限值之任何時間期間”dT”不會向後移動時，反應性被定義為零或”未決定”。在一更有利的實施例中，反應性也可以被以壓力中心向後移動之距離來比例化或正規化，因此若沒有距離向後時給予反應性為0。
    更注意的是，使用函式E10，其也可能藉由插入一人的質量”m”之參數與一測量時間參數”dT”來決定絕對項之人類彈簧系統之彈力常數”k”(如，以每米牛頓)。此彈力常數”k”可以用來定義絕對項反應性”R”，如在不同對象間比對一跑步反應性。可替代地或同時發生的，一力量測量可以用來決定此彈力常數。
    注意的是，前面的在反應性與時間之間的關係E12也可以根據一尺寸引數來推論。舉例來說，由函式E1，注意的是，一彈力常數”k”與因此反應性”R”可以被重寫為除以一位置單位之力量單位(如，牛頓/米)。由函式E2，或一般原則，可以顯示的是一力量可以以質量單位(如，公斤)乘上加速度來表述，加速度本身具有位置單位除以時間平方(即，米/秒2)。結合這兩個函式，可以顯示的是反應性”R”可以具有質量單位除以時間平方。因此，可以有利的來計算負載時間dT的倒數為一定義之跑步反應性R且提供回饋為計算跑步反應性R之一函數。
    最終要注意的是，當負載時間”dT”之平方的倒數這裡被用來提供如以一相等彈力常數方式定義之”跑步反應性R”之一絕對(或相對測量)，在原則上，負載時間”dT”之任何函數”f(dT)”可以用來在他的跑步效率上提供一使用者回饋。特別地，一反應性函數可以被定義為任何關聯一較短負載時間”dT”與一較高反應性”R”(即定義更鬆地如跑步效率)與關聯一較長負載時間”dT”與一較低反應性”R”之函數。
    如一例子，反應性”R”可以定義為任何反向地成比例於負載時間”dT”之一能量”P”的函數，如：(E14)R~1/dTP
    其中指數”P”係一正實數(>0)。注意的是，函式E12係函式E14之一特別有利之實施例。
    接下來顯示一更一般的模型，其中我們考量一彈簧質量減震系統。將可以顯示的是如此系統中函式14之指數”P”可以係1。
    依據應用的需求，這可以用Maxwell模型的形式，其中彈簧與阻尼器被以序列安排。可替換地，Kelvin模型可以被用作為一肌肉與肌腱之模擬，其中彈簧與阻尼被以平行安排。此可以藉由序列地在Kelvin模型或序列地在阻尼器加入一額外彈簧，來延伸為一更複雜但更具代表性的標準線性立方體模型或Zener模型。
    在任一例子中，阻尼器或減震器黏度係相較於收縮之肌肉張力之一變化因子，越多張力關聯於更高的黏度。在任一模型中，變異的結果將會係系統之時間常數(τ)中之一改變。
    在任何使用黏度模型的例子表示時間與移位都係重要的輸入參數。在Maxwell模型之例子中，此可以於下述由彈簧中力量、彈力常數與減震器黏性的總移位計算中顯然得知：減震器移位：dStotal/dt=dSdashp/dt+dSspring/dt其中Stotal=總移位
    Sspring=彈簧移位
    Sdashp=減震器移位
    t=時間
    dSdashp/dt=Fdashp/μ其中Fdashp=減震器中的力量
    μ=減震器中的黏度
    dSspring/dt=d(Fspring/k)/dt其中Fspring=彈簧中的力量
    k=彈力常數/彈性模數因此：dStotal/dt=Fdashp/μ+d(Fspring/k)/dt
    在正常跑步期間，可以假設的是在跑步期間跑者的身體重量維持相對地不變。由於跑步牽涉一飛行階段且由於重力不變之加速度，對於大部分跑步方式而言腳墜落的加速度也可以假設係相對地不變，因此，在碰撞期間的總力量應該也係相對地不變。力量改變率可能在不同表面上或因不同跑步技巧而改變。
    當跑步表面不變時，可以假設的是”彈簧”(肌肉-肌腱單元)長度的改變率中的改變係歸因於跑步技巧的改變。在大值之dStotal/dt的函式中因此導致更多的移位或更短的負載時間。假設肌肉肌腱單元的材質特質在一穩定相對地環境中之一跑步期間不會相當大地改變，因此在模型中之彈力常數也不會改變，此意味者在移位之強度或負載時間中的改變可以假設主要地被減震器之黏度中的改變而影響。肌肉肌腱單元的黏度被建構模型來被肌肉結締組織的收縮來影響，較強的收縮影響一較高的黏度。
    一較高黏度導致相同力量下透過彈簧分佈之更多移位。此依次導致在彈簧中更多儲存的能量，且接著當力量移除時更多能量被回復，因此導致一更反應性之跑步方法。
    此模型可以以移位對時間，或張力(張力=dL/L，因此也相關於移位)對時間的一圖形來考量。在任一方法中，時間常數(τ)可以顯現且計算。在黏彈性中，力學τ被定義為：τ=μ/k其中τ=時間常數
    μ=黏度
    k=彈性模數
    在此例子中，k假設為不變，因此τ係成比率於黏度μ，其在此例子中係相應於肌肉結締組織之收縮力量。τ被用來計算在Maxwell模型中之應力鬆弛：應力鬆弛=ke (-1/τ).t
    對於此應用τ也許更合適地被用來計算Kelvin模型蠕變(張力對時間)：蠕變函數=1/k(1-e (-1/τ).t )
    使用之模型可以根據應用的需求來互換。在一有益實施例之下述方法被使用：
    1.及時測量具有空間解析度之垂直壓力
    2.及時由此測量的資料中消除壓力中心(COP)
    3.在正常跑步與走路步態期間COP被發現來與腳後跟位置有關係，這項資訊可以用來估量肌肉腱單元長度。
    4. COP的初始位置可以在腳觸擊時辨識
    5.向後至腳後跟之此壓力中心的移動被使用為一模型之一輸入(此模型的例子被給予，如Kelvin黏彈性模性)(b.在跑步步態期間，步伐間飛翔的時間也可以被使用為一輸入來估量身體的高度(假設重力不變且起飛與落地高係可比較的)且在撞擊時與減速的時間耦接，估量將被施加於腳之總力量。此可以用來正規化模型輸入或來估量力量與/或壓力，與取決於這些參數之任何變數之絕對值)
    6. COP之向後移動的距離與時間為參數係用來估量系統之時間常數，τ，或系統中彈簧之負載時間。
    7.肌肉肌腱單元越有彈性表現出更強的肌肉收縮(在黏彈性模型之例子中，此相關於減震器之黏性)，更多的能量可以被重新獲得且跑步方法可以被稱為更多的反應性。
    更彈性的行為意味者更多能量可以由每一步伐中重新獲得，且較低末端之更多連接的結締組織被載入，跑者及其關節與骨頭歷經的衝擊更高。這些具有效率與受傷風險的暗示可以用來根據她們的個人需要與目標來引導一使用者的技巧。對於較高的k與/或較低的μ，一更高的反應性R因此可以達到，即系統描寫彈性而非黏性行為。此因此意味者當時間常數，τ，較低時可以達到一較高的反應性。在一實際系統中，如一測量之負載時間”dT”可以假設成比例於時間常數τ。
    可以說的是，反應性根據肌肉之收縮力量改變，或反應性實質上係肌肉-肌腱單元之彈性，或增強式效力，或也許更一般地步態之彈性或跑步技巧之一測量。
    在一有益實施例中，壓力移動之一時間相依中心有關於腳後跟之一相應移動。此相應腳後跟移動係一時間比對於(即適合於)一黏彈性模型，如Maxwell，Kelvin或Zener之一函數。由此比對或適合，參數可以得到其相關於測量系統(即跑者)之黏性或彈性參數。使用者可以接著被提供其跑步方式之反應性之一測量，如提供一反應性參數，對於相對黏性參數μ較高的彈性參數k而言，反應性參數較高。舉例來說，反應性可以相反地成比例於前述時間常數τ。
    有關於生理學，可以發現的是當肌肉與肌腱被伸長時，他們的自然彈力使得他們來延長且儲存潛在的能量，很像一彈簧。此潛在能量可以釋放這些結構回復為產生力學力量之他們的正常長度。一般可以接受的是其係可能來藉由利用肌肉與肌腱之彈力結構來影響跑步效率。由於肌腱無法被主動地控制，肌肉中之張力係影響此單元伸長的速度的主要支配因子。為了最大化在跑步時的彈力回應效果，有益的係此跑者在使用之前先拉緊肌肉結締組織，因此使得肌肉與肌腱拉緊且可以來吸收/儲存更多的彈力能量。先拉緊肌肉對於反應性跑步的好處係由跑步技巧中之各種教練、研究者與優秀運動員所提倡來改善走路效率。
    更多資訊可以發現，如於：-“Hip a bductor weakness 1n distance runners with iliotibial band syndrome(具有髂脛束症候群之距離跑者中之外展肌力不足)”由Fredericson et al.(2000)所著，Clin.J.Sport Med.Jul.；10(3)：169-75機能復癒系(Department of Functional Restoration)，史丹佛大學，加州943055105，美國；-“Explosive Running：Using the Science of Kinesiology to Improve your Performance”由Michael Yessis,Ph.D所著，(2000)，當代叢書(Contemporary Books)，芝加哥，IL；-“The mechanics of sprint running”由Cavagna及其他人所著，J.Physiol.1971九月217(3)：709-721).
    一般地，名詞”步態”參照為在一實心基底上移動期間一對象腳之行動的型態。跑步係允許一人類或一動物來以腳快速移動之陸上行動之方法。跑步在運動名詞中定義為一步態，其中在跑步週期期間在規則點雙腳係離地的。由彈簧質量減震力學的觀點一跑步身體的特有特徵係運動中的改變與在一跨步內的潛在能量同時地發生，伴隨藉由彈力的肌腱與被動肌肉彈力完成能量儲存。飛翔的時間或離地時間表示質量中心的高與落地力量。名詞跑步可以參照為任何由慢跑到衝刺之範圍的種種速度。一步伐期間可以定義為在腳開始接觸地面之後之一第一時刻與腳離開地面之前的一最後時刻。
    可以發現的是，當一跑步方法牽涉一前或中-腳觸擊時，其係可能來使用附著於阿基里斯腱之肌肉來影響腳的行為。除了腳、足踝與小腿結構之固有被動材料特質之外，一腳後跟落地不會允許此肌肉-肌腱單元來在能量之儲存或重新使用中具有如此多的作用。
    在一前或中腳落地期間，與阿基里斯腱關聯之肌肉中的張力可以藉由收縮他們來增加，使得肌肉-肌腱單元拉緊變硬。拉緊變硬的單元必然地被更快的藉由實施之衝擊力量來載入，且基於其黏彈性本質，可以作用的更彈性，因此回復更多的能量，即來自衝擊之更多運動能量被儲存為肌肉-肌腱單元中之潛在能量，且在後續動作中用為運動能量。
    發明人發現，當跑步時，肌肉-肌腱單元的伸長可以在跑者之腳壓力型態中看到。在移動的方向中，在再次向前移動至腳趾之前，壓力中心可以看到向後移動一距離至腳後跟。壓力中心之”向後移動”係在初始衝擊之後腳後跟向地面掉落之結果，實質上，壓力位置之兩維中心可以假設關聯於腳後跟位置(舉起位置，即由腳趾於長度與高中的距離)。
    腳後跟舉起的高假設關聯於肌肉-肌腱單元的長度；特別地，在腳後跟舉起中的改變關聯於肌肉肌腱單元長度中的改變。對於不同人肌腱的絕對長度可以不同。肌肉肌腱單元的長度可以藉由放鬆肌肉或彈性地伸長單元之任一(或兩者)元件來改變。由於在此例子中單元的彈性係感興趣的，肌肉的收縮或放鬆的狀態並不直接地有關。然而，這些型態在沒有使用肌動電流描記術(EMG)設備來測量肌肉活化狀態之下係不容易來區隔的。
    一完整地放鬆的肌肉可以對於腳觸擊時之衝擊提供幾乎沒有的阻力，導致沒有實際地有效彈力伸長，且同樣地，完整收縮之一肌肉-肌腱單元之一伸長僅可以係基於彈力伸長。本質上可能的彈性身長的長度可以假設為相依於肌肉收縮的等級。
    考量這些因子，可以發現的是，根據聲明的假設，肌肉-肌腱單元之彈力行為的延伸係與收縮的等級及其伸長時的速度相依。此效果關聯於在初始腳觸擊之後後腳跟掉落之延伸與速度，其可以藉由測量壓力中心向後移動離開腳趾的速度與距離來估算。在落地之後壓力中心越快停止向後移動，越多能量可以被重新使用，且因此按照定義此跑步技巧越有反應性。在一緊接步伐中用以propulsion之由一之前步伐重新使用之能量總量本質上係小腿之彈力常數與/或阻尼器(減震器)之黏度的一函數。
    更多優點與應用由下述圖示之詳細說明將為更明顯。此說明再次係被視為圖示說明且非限制方法。特別地，顯示之實施例的步驟與/或部分在不離開目前方法與系統之範圍下可以省略與/或增加，其範圍係由附加申請專利範圍來定義。
    第1圖示意地顯示一跑步對象100之一部分，特別地係對象的腿與腳。在對象之腿與腳中肌肉與肌腱之黏彈性行為已經藉由具有彈力常數”K”之一彈簧與具有一黏性”μ”之一阻尼器來示意地表示。彈簧與阻尼器可以根據合適的黏彈性模型來序列地安排(如圖示中顯示)，或可替換地以平行地或平行與序列之組合來安排。當跑步時，對象的質量”M”透過腿與腳施加一壓力”P”至地面”G”。導致壓力的量變曲線可以藉由，如置放於腳與地面間之一壓力感應表面”A”來測量。注意的是，其中參照係使用”地面”，任何走路或跑步表面可以滿足需求。
    在一步伐週期的期間，當一對象以他的腳在地面上落地時，在壓力中之一增加被藉由，如一裝置150測量，且一第一時間戳記T1被決定。當對象的前腳落地時，如第1圖所示，壓力中心”C”將會先被向後移動，如對象在地面”滾動”他的腳且帶動他的腳之後面下來至表示一腳後跟位置之顯示的軸”U”之上。在時間上之一特定點，註冊，如為一第二時間戳記T2，此向後移動的壓力”C”將會在對象將其腳離開且再次由地面舉起來以他的其他腳(在此未顯示)重複程序之前保留。
    第2圖示意地顯示在一跑步活動期間具有一腳在地面上記錄之壓力中心步態線之一圖形200，其在一方向Xf沿著一座標X測量，如時間T之一函數。在時間T1第一個記錄的壓力中心或落地點201被接著形成一步態線211之一向後移動的壓力中心，直至在時間T2到達一翻轉點202。在T1與T2間的時間期間被參照為負載時間”dT”。翻轉點202係沿著有關向前軸Xf之步態線(211，212)之最後面註冊的位置。在翻轉之後，壓力中心再次向前移動形成連續的步態線212直至到達時間T3之一離開點203。原則上，一反應性跑者可以想像為在負載時間dT期間一某人負載其人類彈簧系統(肌肉與肌腱)，且在釋放時間T2-T3期間釋放其中儲存的潛在能量至他的下一步中。
    隨後彈簧之無可觀察的擺動213僅被顯示為一圖示來完成一總期間Tn中人類彈簧之想像震盪。特別地，此顯示時間差dT=T2-T1約等於人類彈簧之總自然震盪期間Tn之四分之一。實際上，僅有約一半的震盪(T1-T3)被發現，且用以計算反應性之目的，其可足以來僅記錄約四分之一震盪T1-T2。注意的是，一沉重的阻尼系統可能不會震盪。
    雖然落地點201在第2圖中與舉起點203係顯示於相同位置，這些可以且一般地位於不同位置，如因為對象可以在步伐期間的最後開始離走他的腳。另，後擺動或”負載”期間T1-T2可以與前擺動或”未負載”期間T2-T3不同。飛翔的時間(TOF)可以係離開點203與一下一落地點201間的時間。
    發明人發現的是，反應性被有益地由期間T1-T2來計算，例如因為此期間很少被反常所影響，如被當在時間T3附近離開他的腳時一對象維持與地面之一較長接觸而影響。如此的推動作對於步伐之反應性R具有較小的代表性，其在此係一期望參數。此外，一向後前進的步態線表示一前腳落地，其比一後腳跟落地可以提供一較高的反應性。
    第3圖示意地顯示包括複數壓力感測器310之一壓力感應表面”A”。如顯示，表面”A”可以合適地形成一鞋內底300，用以穿入一鞋子中。鞋內底定義對象之腳的一前區域301與後區域302。壓力感應表面包括在前區域之前感測器與/或在後區域之一後腳跟感應器303。表面”A”上顯示的是一步態線211例子，其包括後擺動或在時間T1之落地點201與在時間T2之翻轉點202之間的負載部分，且後續的前擺動212與在時間T3之離開點203。步態線211,212之壓力中心被至少沿著矢狀面，沿著一向前跑步方向Xf中之一座標X來測量。在一實際實施例中，向前軸Xf可以等於單獨表面A之長度方向，如顯示。注意的是，即使此軸Xf會稍微旋轉(如最多30度)，此會係測量如前定義之時間戳記T1與T2之小結果。第一衝擊時刻T1可以仍然相同，而翻轉點202可以僅忽略不計的改變(雖然輕微地)，因此在時間戳記T2上具有可忽略的影響。
    也顯示的是一負載距離”d”，其被定義為在落地點201與翻轉點202之間的距離。此距離可以被，如沿著向前軸Xf來投射，如顯示，或可替代地可以被測量或計算為沿著後擺動步態線201之一線整體。可選擇地，負載距離”d”可以利用腳長度”L”來正規化。負載距離提供腳(與腿)需要來翻轉後擺動之距離之一測量。其提供如對象肌肉與肌腱在彈簧動作期間必須忍受的衝撞之一測量。一較長的反應性距離可以對應至一較長的落地期間。在其例子中，越長的落地距離，對象會歷經越少的衝撞。如此負載距離之測量可以提供一跑者額外資訊片段，有關他的跑步方式、他的受傷的俯伏/風險機會，例如一跑者可能希望避免太短之一負載距離，或相反地他可能想要縮短此距離，例如藉由緊繃他的肌肉，因此可能地得到反應性。
    一壓力感應表面”A”可以包括，如複數壓力感應器，其被合適地跨過表面來置放，以測量施加之壓力總量與被測量之此壓力的位置。由在不同位置”Xn”之壓力”Pn”的複數”n”個測量，係可能來計算壓力中心之一位置”Xc”，例如透過(正規化)第一時刻或加權平均位置(由壓力加權)之計算：(E15)Xc=Sum[Xn Pn]/Sum[Pn]，其中，Sum[…]係”n”個測量之上的總和。
    注意的是，位置變數”Xn”可以係分別表示沿著表面”A”之一一維或兩維位置之一純量或向量。壓力中心位置”Xc”可以因此藉由利用其強度與位置來加權每一壓力之測量來計算，以至於其能夠被解析所有力量於一點。
    注意的是，基於計算跑步反應性R的目的，僅必要來決定當一腳開始接觸地面時之一第一時間戳記T1與相應其中一最後面的壓力被壓力感應表面(關於一向前軸Xf，也知道為”矢平面”)測量之一第二時間戳記T2。因此，僅必要來沿著向前軸Xf測量此壓力，而也可能來對映一兩維測量之壓力至此向前軸。
    也需要注意的是，不必要來確實地explicitly計算加權平均，如E15中提出的。舉例來說，也可能來藉由使用在表面之前面與後面之兩個感測器來決定T1與T2，且對於設定T1，決定何時壓力中一突然的增加被發現，且對於設定T2，藉由在由總壓力按比例排列之後感應器上偵測器決定何時最高壓力被感受到。在一更有益之實施例中，不在一單一線上之至少三壓力感應點被用來決定壓力之二維中心。
    在一有益實施例中，後腳跟感測器303可以用來決定一對象之後腳跟係離地的，如當後腳跟感測器303測量之一腳後跟壓力低於一臨限腳後跟壓力時。因此，在一有益實施例中，一方法可以提供來決定一腳後跟位置，其中該步驟包括：
    -定義相應一後腳跟感應器之一臨限壓力，其中後腳跟被認為不再接觸地面。
    -藉由強度與相對空間位置來解析壓力感測器，以定義一壓力中心。
    -測量由腳趾至壓力中心(COP)之長度距離。
    -定義一函數，其中COP位置被用來計算腳後跟位置的中心點，其中腳後跟路徑之彎曲半徑隨著距離而改變，(COP越接近腳趾，半徑越大)。此發生為當旋轉軸移動跨過腳掌延伸至足底肌膜與跗蹠關節，接著在掌骨指骨關節的交接周圍，接著接續地穿過腳的近端/中間/遠側指骨關節。假設的是，集合多骨結構具有一可以忽略的彈性且因此彎曲半徑顯著地關聯至這些結構間的關節，且這些關節序列地連接如以健康個體之正常地情況。知道腳的尺寸(或在此例子中其可以足夠來知道鞋內墊的尺寸或感應器間的距離，由於這些係在鞋之中或在使用者的腳下，所以應該關聯至腳的尺寸一些程度)表示其係可能來由一依比例排列函數根據COP的位置與關聯的彎曲半徑估算腳後跟的高。
    使用一壓力感應器來決定一個人之反應性的好處係壓力感應器通常地在合理價格便可取得，係輕且薄，容易被結合至如一鞋或鞋內墊300之例子，且其信號處理係易做的。有益地，除了測量反應性之外，相同的壓力感應器也可以用來決定，例如跑步參數，如步伐率、內轉率與範圍、壓力分佈與一人類之其他生物力學參數。
    在一有益實施例中，壓力感應表面可以作用如一重量測量裝置，用以決定使用者之重量或質量”M”。特別地，對象之質量”M”可以由複數壓力測量”Pn”之一總和且將此總和乘上一校準常數”Kc”來計算。若質量”M”於表面”A”上施加之所有壓力被壓力感應器測量，質量可以計算為：(E16)M=Sum[Pn]．A/g，其中”g”係重力常數，值約9.8 m/s2。校準常數”Kc”因此可以在此例子中為一轉換因子，其等於表面”A”除以重力常數”g”。注意的是，若表面測量的壓力不表示使用者之重量之所有力量時，例如因為不是所有壓力被記錄或他以兩隻腿站立而僅穿著一鞋內墊，校準常數可以係一線性或前述A/g之較高階函數。
    在一實施例中，校準常數也可以由一查表來形成，表格關聯測量之壓力至一相應質量，該查表可以於一較早時記錄。此質量可以在一質量測量期間，如使用者可以被提示來站著不動來被測量，而他的質量在一訓練運動之開始被測量。可替代地，質量可以再對象跑步或走路時測量，如藉由平均一測量壓力。在一實施例中，其中使用者僅在一腳穿著一壓力感應表面，測量之壓力對應至約對象質量的一半。因此，校準常數”Kc”可以兩倍來取得正確的質量。
    在更一有益實施例中，回饋信號將不僅係一反應性之函數，也係使用者之質量，例如由裝置本身計算，或由使用者分別輸入。特別地，可以發現的是，例如結合函式E10與E11或由一般考量，反應性係成比例於使用者之質量”M”，而且反向成比例於負載時間”dT”之平方。
    這裡注意的是，當應用區域”A”已知時，原則上函式E1-E3之力量”F”可以由總壓力”Sum[P]”類似地解出：(E17)F=Sum[Pn]．A。
    然而，也要注意的是，目前市場中可取得之一般鞋內墊壓力測量系統係根據鞋內墊的材質特性來測量壓力。由於鞋內墊一般係由軟彈性或黏彈性材料來製成，他們對於動態效果，如滯後現象、放鬆時間等係脆弱的，其使得他在步伐期間非常難以來解析一絕對壓力測量，限制他們使用來壓力之相關測量。以此考量，其係難以由測量之相對壓力來簡單地估算力量。因此，目前提出之負載時間”dT”的測量提供計算透過其他手段不容易達成之反應性的一有益方法。
    此外，一力量可以由負載時間”dT”來估算，特別係當飛翔時間(TOF)也知道時，例如力量可以由COP之移動時間來估算。TOF被顯示於圖示中，如在起飛T3與(下一腳步之)落地時間T1間的時間。為了測量飛翔時間，最好提供壓力感應器給雙腳。
    在不同位置一腳的壓力可以藉由裝配於腳與支撐個人之表面間之壓力感應器來測量，使得個人的重量將開動一壓力感應器。若在此文件中參照係複數感應器，必須理解的是，他們並不需要是實體上分開的裝置。他也可以係一感應器，其允許測量在不同位置的壓力，舉例來說，具有一矩陣電極之壓電材料的薄板。
    較佳地，感應器係固定於或在一鞋子中置放之一鞋內墊上，如第3圖所示。此具有壓力感應表面”A”之鞋內墊300之特定例子包括八個壓力感應器310。雖然其可以較佳地固定於或在一鞋子中置放之一鞋內墊上，舉例來說，感應器也可以附著於或置放於鞋底或黏於腳底。感應器甚至可以鑲嵌於或在地板上，或任何其他方便的表面，或在腳與表面間之介面，其中個人於此介面站立、走路或跑步。
    相較於在地板上之感應器之一壓力感應鞋內墊的一優點係測量並不會綁住於一特定地點，如一特定改建的地板，且感應器的數量可以保持較低。在一可替代之有益實施例(未顯示)中，壓力感應表面可以係移動傳送帶之部分，如在跑步踏車中。如此實施例之優點係跑者可以跑步長距離而不需要一鞋內墊。
    適合來測量在支撐表面上腳的壓力之感應器的例子係，例如根據電子特性，像電容(如碳基板)、電感、或壓電或壓阻效果之感應器。然而，根據光學特定，像反射比或衍射(如都卜勒移位、布拉格光纖)或顏色改變(如壓光)之感應器也可以適用。可以測量一步態線之一壓力感應鞋內墊之例子也可以由，如美國專利6,360,597中找到。注意的是，可以測量由一個人之腳所施加之一時間相依之壓力中心的任何裝置也可以使用為一壓力感應表面。
    第4圖顯示使用如第3圖中所示之一壓力感應表面記錄之一壓力地圖400之一例子。在此非限制例子中使用之壓力感應器包括一電容壓力感應鞋內墊，如習知技術中所知。壓力地圖400顯示在時間上之一特定時刻一腳施加於一壓力感應表面之一空間壓力分佈。高壓力410之區域被以一較輕的顏色來表示且低壓力430之區域被以一較深的顏色來表示。中間壓力420之區域也被顯示。如，在一時間T測量之此壓力地圖400可以使用，如函式E15來處理以產生時間T時之一平均壓力點或壓力位置的中心，在此例子中產生步態線211,212之落地點201。
    在第4圖中目前顯示之例子中，一壓力感應器或壓力感應器之陣列被置放於一使用者之腳下”來自感應器的輸出可以被用來計算腳之壓力中心。在規則時間間隔一個接著一個的測量允許壓力中心之位置被隨著時間描繪，以形成一般參照為”步態線”之一線。落地之後，在第一時刻，其中總加總腳壓力通過一預定接觸臨限值之壓力中心的位置被定義為”觸擊位置”。在此例子中，其中壓力中心在矢平面朝向腳後跟向後移動，在改變方向且往後移動至腳趾之前，壓力中心移動的距離與時間被測量。這些時間值與壓力中心的移位被用為輸入至反應性或能量回復模型計算。
    優先地，在走路或跑步期間，腳在不同位置的壓力被以考量為高於腳觸擊地面之頻率之一取樣率來測量。特別地，一50 Hz或更高之一取樣率可以有利的。如此之高取樣率允許壓力位置之中心的一半連續測量。在時間上一特定時刻之壓力位置中心係在此時刻作用之所有地面反應力量之合力的點。
    在步伐期間壓力地圖改變，壓力位置的中心也一樣。此時間相依之平均壓力點因此在表面上產生一線，其參照為”步態線”。將要注意的是，此步態線並不需要係在空間中連接點之一線。此字步態線係用來描述在腳與支撐表面之接觸時間期間不同壓力中心之空間分佈。
    第5圖示意地顯示依據第一型態之一系統之兩部分實施例，其中一裝置150包括一壓力感應表面”A”，其無線地傳送資料至依據第二型態之一人類介面裝置550。特別地，在運作期間，一輸出電子信號可以由壓力感應表面”A”上之複數感應器墊310送出，穿過電線511至一讀出裝置501。讀出裝置可以包括一處理器，用以平均壓力來產生壓力中心位置，或可替換地其可以簡單地記錄所有不同的測量壓力且向前傳送資料，在其例子中處理器可以係人類介面裝置550之一部份。資料可以被，如一無線傳送器503傳送至一接收器503。裝置502與503也可以包括無線收發器，其提供一雙向通訊，如用以更來控制讀出裝置501，如在沒有需要測量反應性時，關閉感應器來節省一電池的能量。
    人類介面裝置550可以具有腕帶512之一腕錶之形成因子，用以便利使用者攜帶。可替代於腕帶，人類介面裝置可以包括，如一維可牢或其他附著手段介面，其附著於，如一使用者之上臂、腕部或他身上之任何地方上之材料補釘。美國專利編號4,578,769顯示一腳感應器與穿於腕部之一顯示裝置之一組合的例子，其具有無線通訊能力。
    可以穿在一對象之腕部、手臂或其他身體部位之人類介面裝置用以提供一使用者有關跑步反應性之回饋。人類介面裝置可以包括一無線收發器503，用以接收一信號Sw，其表示對象之跑步反應性R、一顯示器504，安排來顯示一影像為對象之跑步反應性之接收信號Sw之一函數、與附著裝置512，用以附著顯示器504至一對象之腕部、手臂、或其他身體部位。
    此人類介面也可以因此包括一顯示器504，用以提供一視覺回饋信號”Sf”至使用者為計算之反應性R之一函數。顯示器可以，如簡單地顯示一數字，其成比例於計算之反應性且/或顯示一圖示，如一條型圖，其延伸為反應性之一函數。顯示器也可以藉由變化一顯示影像之顏色來提供一回饋為計算之反應性R之一函數。
    除了視覺回饋之外，人類介面裝置也可以提供一聲音回饋信號Sf，如藉由調變一聽覺回饋裝置之音高或音量作為計算之反應性R之一函數。特別地，此回饋裝置可以包括一揚聲器與一聲音控制器，其被安排來透過揚聲器根據，舉例來說，聲音信號之一音量、高音、或節拍頻率產生聲音回饋信號，以作為計算之跑步反應性R之一函數。
    若使用者跑步在一預設反應性臨限值之上/之下時，一更進一步類型之知感回饋信號Sf可以被提供，如藉由一觸感裝置，其提供一觸感或觸覺刺激給使用者，如震動。
    感應器之輸出信號可以被傳送至一通訊或處理單元，用以提供資料來進一步分析與處理，為了來決定步伐的反應性，即時或稍晚。資料可以包括每一感應器或一感應器之每一位置之壓力與壓力測量之時間。通訊單元可以儲存感應器資料或藉由有線或無線來傳送此資料至用以自動處理資料之一處理單元。處理單元與通訊單元可以結合於一單一裝置或於分開的裝置中。
    根據其，個人戴著處理單元之一方法可以有益來即時提供一個人有關他的反應性之資訊，舉例來說，選項地，使用一顯示器或信號燈，如一行之LED，其形成使用者反應性之條型圖，或聽覺上，使用一記錄之聲音或一信號聲音。此外，例如，一行動電話或”智慧型電話”或網路電話或電腦視窗或任何其他媒體都可以用來顯示資訊。
    第6圖示意地顯示一實施例之一系統600，用以在一對象之跑步方式上提供回饋Sf。在一跑步活動期間，一對象透過他的腳實施一壓力P於一壓力感應表面A上。此壓力被一讀出或測量裝置601記錄，其可以轉變整體壓力Sp為一壓力中心信號C，其與一時脈602提供之一時間戳記T共同儲存於記憶體603中。因此記錄的時間相依壓力中心C(T)形成可以被處理器604由記憶體603中與其他參數一起讀出之資料D，其中其他參數可以分別地提供給記憶體。這些其他參數，如包括跑步對象之重量、高度、鞋子尺寸、年齡、加速度、位置等。
    處理器604可以由資料決定步態線C(T)中之落地與反轉點之時間戳記T1與T2。在一實施例中，處理器先決定對象是否以他的後腳跟或前腳落地，如由在一腳落地的開始之第一次測量之壓力中心的位置上之一臨限值。若步伐係決定為一後腳跟觸擊，一零之反應性被傳遞至回饋裝置。若決定為一前腳落地，繼續反應性之計算。
    落地時間T1可以被指定為壓力中之一突然增加被發現之時間，如在一腳第一次開始接觸地面的時刻。反轉時間T2可以由步態線C(T)之軌道來推導，為此線抵達有關前向軸之最後面位置的時間。由T1與T2間之一時間差dT，可以計算負載時間dT。一反應性R可以計算為負載時間dT與距離之一函數，且用來控制回饋裝置605，如一顯示器、音覺裝置、或觸感裝置。回饋裝置可以提供使用者一回饋信號Sf，以提醒他他的步伐的反應性。反應性可以係，如一步一步更新的值或任何數目之步伐之一移動平均。
    記憶體603可以係任何合適類型的記憶體，其中資料可以被儲存，(如RAM、ROM、可移除記憶體、硬碟、軟碟、記憶卡等)，或可以係一傳輸媒體或可透過一網路(如包括光纖、全球資訊網、纜線、或使用分時多重存取、分碼多重存取或其他無線射頻頻道之一無線頻道之一網路)存取。任何已知或發展之可以儲存與/或傳送可適用與於一電腦系統之資訊的資料媒體可以被使用為電腦可讀取媒體與/或記憶體。記憶體也可以儲存應用資料與控制器/處理器604可存取之期望資料，用以組態其來執行依照本系統與方法之操作動作。任何類型之處理器可以被使用，如專用或分享的裝置。
    處理器604可以包括微處理器、中央處理單元(CPUs)、數位信號處理器(DSPs)、ASICs、或任何其他處理器或控制器，如數位光學裝置、或執行相同函數且利用電子技術與架構之類比電子電路。此處理器典型地係在軟體控制之下，舉例來說，且具有儲存此軟體與其他資料，如使用者喜好、參數、估算範圍、與/或時間、頻寬與片段臨限值之記憶體進行通訊。
    時脈602可以係任何儀器，其可以來提供時間經過的指示。特別地，由於僅有一時間差”dT”需要用來決定反應性，此時脈不需要維持一絕對時間之測量。時脈不需要必要地來與任何標準計時裝置來確認，特別地，此時脈不必要以標準單位，如秒、分或小時來提供時間。任何時脈使用之單位可以足夠，只要其於時間中係線性。
    壓力感應表面”A”、讀出裝置601、時脈602、記憶體603、處理器604、回饋裝置605之全部或部分可以係一單一(全部或部份)整合單元(600)，如任何可穿戴或非接觸式裝置之一部份。可替代地，代替被整合於一單一裝置，部份可以在多個裝置，如一分開的壓力感應表面與/或回饋裝置間分佈。在任何顯示部分之間，一有線或無線介面可以呈現來在裝置或他們的部份間來傳輸與接收信號。另外，裝置或系統600可以包括用以電源供給之一電池或舉例來說太陽能電池。在一實施例中，壓力感應器可以甚至由使用者的步伐來供電。
    在顯示之系統600中，一進一步之參數值可以對於負載距離”d”來計算，其可以被定義為在T1與T2時壓力中心位置間的距離。此距離可以被沿著一固定軸，如向前軸來測量，或此距離可以沿著在T1與T2時壓力中心位置間的步態線計算為一線積分。此計算之負載距離”d”可以用來提供使用者其跑步方式之更進一步的回饋。回饋裝置605可以被處理器604控制來提供回饋信號Sf為負載時間”dT”與負載距離”d”兩者之一函數。
    在一更有益之實施例中，負載距離”d”可以被縮放為總腳尺寸之一比例。另外，腳的尺寸也可以用來正規化反應性之測量。此因子可以額外地被使用者之身體重量與年齡來正規化。此對於在不同跑者間比較反應性可以提供好處。此外，反應性可以正規化為一飛翔時間(TOF)之一函數。TOF可以定義為對象之腳停止接觸地面(T3)之一最後註冊時刻與對象之腳開始接觸地面之第一次註冊時刻(T1)之間的時間，即對象被註冊為不接觸地面的時間。
    在一有益實施例中，記憶體603包括一轉換表，用以轉換移動壓力中心C至一移動後腳跟位置U(見第1圖)。處理器更安排來轉換移動壓力中心C至一移動後腳跟位置U且控制回饋裝置605來產生回饋信號Sf為移動後腳跟位置U之一函數。
    在一更進一步之有益實施例中，記憶體包括相應一最小或最大期望腳後跟加速度之臨限值。處理器由移動腳後跟位置計算腳後跟加速度，且比對此計算之腳後跟加速度至此臨限值腳後跟加速度。處理器接著控制回饋裝置來產生一信號為此比對之函數，如根據此計算之腳後跟加速度是否落於臨限值腳後跟加速度值之內或之外。
    在另一更進一步之有益實施例中，壓力感應表面包括一腳後跟感應器303(見第3圖)且若由腳後跟感應器測量之一腳後跟壓力低於一臨限值腳後跟壓力時，處理器被安排來轉換移動壓力中心C為一移動後腳跟位置U。特別地，注意的是，若腳後跟離地時，壓力中心可以被關聯於一腳後跟位置。
    第7圖示意地顯示一實施例之方法來提供一使用者他的跑步反應性R之回饋。在此方法中，沿著一座標X一壓力中心位置C被測量(步驟701)且儲存為資料D，為時間T之一函數。此資料形成一步態線，由此步態線可以決定一第一與第二時間戳記T1與T2(步驟702)，其相應落地時間T1與返轉時間T2，其係相應沿著軸X最後測量之壓力中心點C的時間。由此兩時間戳記T1與T2，一反應性被計算(步驟703)，在此例子中，被定義為成正比為時間差dT=T2-T1之平方的反數。反應性被用來提供一使用者一回饋信號Sf為反應性R之一函數。
    可以意識的是，有或沒有負載距離之負載時間dT的任何函數可以原則上被使用來在他的反應性上提供一使用者回饋。在一極端的例子中，有或沒有負載距離之此時間dT可以在沒有任何處理的情況下簡單地提供給使用者，其中使用者自己可以解譯較低負載時間時相應之一反應性係高的。可以意識的是，一般地，如負載時間”dT”之一函數之一回饋信號應該提供使用者相應較高負載時間之一較低反應性”R”與相應較低負載時間之一較高反應性”R”之一指示，與一後腳跟落地之可注意到之例外，其中當反應性微不足道時此負載時間可以定義為零。
    在一有益實施例中，輸出或回饋信號Sf可以係一值，其成比例於透過系統之彈性回復給有用工作之能量總額。輸出值可以被使用為一相對測量來監控重新使用的能量/反應性之總量中的比例的改變。此輸出也可以利用額外參數來正規化，額外參數如重量、高度、鞋子尺寸、與壓力中心移位，如藉由壓力中心移位率來縮放：腳尺寸且呈上重量(對於尺寸與重量正規化)。可替代地，潛在效率可以實驗地被決定來定義需要來轉換模型之輸出至力學效率或最大可能反應性/彈性之%的比例因子值。
    討論與顯示之實施例的各種元件提供特定之好處，如提供反應性與/或跑步效率的指示。當然，可以意識的是，前述實施例或作業之任何一者可以與一或多的其他實施例或作業來結合以提供更進一步之改善在於找與匹配設計與優點。可以意識的是，本發明提供特別優點來定義反應性為負載時間dT之平方的反數，且一般地可以應用來以一反應性/效率的形式來產生任何回饋信號”Sf”或其他相關跑步參數，即負載時間與/或負載距離之一函數。
    最終，前述討論係意圖只來圖示本案系統且應該不被架構來限制附加專利範圍為任何特別實施例或實施例之群組。因此，當本系統被揭露於具有參照特定示範性實施例之特定細節時，其應該也可以意識的是，在不脫離如後附之申請專利範圍所界定者之本系統之更寬與隱含之精神和範圍內，許多修改與可替代之實施例可以由領域中具有基礎技巧之這些人士想到。說明與圖示因此被視為說明的方法且不意圖來限制附加專利範圍的範圍。
    在解譯附加專利範圍中，應該注意的是，此字”包括”並不會排除其他元件或動作之存在，當她們列式於一提供之專利範圍中時；在一元件前之字”一(a)”或”一(an)”不會排除複數此元件的出現；任何專利範圍中之參照標誌並不會限制她們的範圍；多個”裝置”可以表示為相同或不同的項目或實作結構或功能；除非特定聲明用其他方法，任何揭露之裝置或其部分可以結合在一起或分開至更進一步之部分；除非特別地表示，沒有特定順序之動作或步驟係意圖需要；且除非特別地表示，沒有特定次序的元件係意圖需要。
    100‧‧‧使用者
    M‧‧‧質量
    K‧‧‧彈力常數
    μ‧‧‧黏性
    150‧‧‧裝置
    G‧‧‧地面
    U‧‧‧腳後跟位置
    Xf‧‧‧向前軸
    200‧‧‧步態線圖形
    201、202、203‧‧‧壓力中心
    T1、T2、T3、Tn‧‧‧時間
    211、212‧‧‧壓力步態線
    TOF‧‧‧飛翔時間
    300‧‧‧鞋內底
    301‧‧‧前區域
    302‧‧‧後區域
    303‧‧‧後腳跟感應器
    310‧‧‧感應器墊
    400‧‧‧壓力地圖
    410‧‧‧高壓力
    420‧‧‧中壓力
    430‧‧‧低壓力
    L‧‧‧腳長度
    501‧‧‧讀出裝置
    502‧‧‧時脈
    503‧‧‧無線收發器
    504‧‧‧顯示器
    511‧‧‧電線
    512‧‧‧附著裝置
    550‧‧‧人類介面裝置
    A‧‧‧壓力感應表面
    P‧‧‧壓力
    SP‧‧‧整體壓力
    C‧‧‧壓力中心
    T‧‧‧時間
    D‧‧‧資料
    dT‧‧‧負載時間
    d‧‧‧負載距離
    Sf‧‧‧回饋信號
    600‧‧‧系統
    601‧‧‧讀出裝置
    602‧‧‧時脈
    603‧‧‧記憶體
    604‧‧‧處理器
    605‧‧‧回饋裝置
    700‧‧‧方法
    701、702、703、704‧‧‧步驟
    第1圖示意地顯示依據第二型態之實施例之穿著一鞋之一跑者之部分。
    第2圖示意地顯示一壓力線之一記錄中心。
    第3圖示意地顯示一壓力感應表面，適用來穿於一鞋子內。
    第4圖顯示以第3圖顯示之壓力感應表面測量之一壓力圖。
    第5圖示意地顯示依據第二型態之一系統之一兩部分實施例，其中具有與依據第三型態之一裝置之一無線通訊。
    第6圖示意地顯示依據第二型態之一系統之實施例。
    第7圖示意地顯示依據第一型態之一方法之實施例。
    100‧‧‧使用者
    150‧‧‧裝置
    A‧‧‧壓力感應表面
    C‧‧‧壓力中心
    G‧‧‧地面
    K‧‧‧彈力常數
    M‧‧‧質量
    P‧‧‧壓力
    U‧‧‧腳後跟位置
    Xf‧‧‧向前軸
    μ‧‧‧黏性
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] 一種在對象之跑步方式產生回饋之系統，該系統包括：一壓力感應表面(A)，具有複數壓力感應器，用以產生一電子信號(Sp)為施加於該壓力感應表面(A)上之一壓力(P)之函數；一時脈(502)，安排來提供時間戳記資訊；一記憶體(503)，安排來儲存與擷取資料；一讀出裝置(501)，安排來讀出該等複數壓力感應器與該時脈且儲存資料至該記憶體中，該記憶體包括一對象之腳施加於該壓力感應表面(A)上之一移動壓力中心(C)之一時間相依(T)測量，該移動壓力中心(C)形成至少沿著一跑步方向之一向前軸(Xf)區別之一壓力步態線(211，212)；一回饋裝置(505)，安排來產生一或多個視覺、聲音、或觸感回饋信號(Sf)，且由一處理器(504)控制，該處理器(504)安排來：由該記憶體(503)讀取該資料；由該資料決定在一第一註冊時刻之一第一時間戳記(T1)，其中在該第一註冊時刻該對象之腳開始接觸地面；由該資料決定在一時刻之一第二時間戳記(T2)，其中在該時刻該壓力中心(C)沿著關於向前軸(Xf)之該步態線抵達最後面的註冊位置；計算在該第一(T1)與第二時間戳記(T2)間之一時間差為一定義之負載時間(dT)；以及控制該回饋裝置(605)來產生一回饋信號(Sf)為該負載時間(dT)之一函數。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該處理器更安排來：計算在第一時間戳記(T1)被記錄之該時刻時測量之該壓力中心(201)與在第二時間戳記(T2)被記錄之該時刻時測量之該壓力中心(202)間之一距離為一定義之負載距離(d)；以及控制該回饋裝置來產生該回饋信號(Sf)為該計算負載距離(d)之一函數。
    [3] 如申請專利範圍第1或2項所述之系統，其中：該記憶體(503)包括一轉換表，用以轉換該移動壓力中心(C)至一移動腳後跟位置(U)；以及該處理器(504)更安排來轉換該移動壓力中心(C)至一移動腳後跟位置(U)，且控制回饋裝置(605)來產生該回饋信號為該移動腳後跟位置(U)之一函數。
    [4] 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中該壓力感應表面包括一腳後跟感應器(303)，且該處理器被安排來當該腳後跟感應器測量之一腳後跟壓力低於一臨限腳後跟壓力時轉換該移動壓力中心(C)至一移動腳後跟位置(U)。
    [5] 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之系統，其中該壓力感應表面被成形為一鞋內墊用以置放於一鞋子之內，其中該鞋內墊定義該對象之腳之一前與後區域，且該壓力感應表面在該前區域包括前感應器與/或在後區域包括一後腳跟感應器。
    [6] 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之系統，其中該處理器更安排來計算該負載時間(dT)之一反數為一定義之跑步反應性(R)且控制該回饋裝置來產生一反應性回饋信號(Sf)為該計算跑步反應性(R)之一函數。
    [7] 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之系統，其中該處理器更安排來：由一總測量壓力(P)之一總和且將此總和乘上一校準常數(Kc)來計算在一質量測量間隔期間該對象之質量(M)；以及控制該回饋裝置來產生該回饋信號(Sf)為該對象之質量(M)之一函數。
    [8] 如申請專利範圍第1至7項中任一項所述之系統，其中該處理器更安排來：決定在該對象之腳停止接觸地面(T3)之一最後註冊時刻與該對象之下一腳開始接觸地面時之一第一註冊時刻(T1)間之一飛翔時間(TOF)；以及正規化該回饋信號為該飛翔時間之一函數。
    [9] 如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之系統，其中該回饋裝置包括一揚聲器，且一聲音控制器安排來透過該揚聲器依據該聲音信號之一音量、音高、或節拍頻率產生一聲音回饋信號為該計算之跑步反應性之一函數。
    [10] 一種在對象之跑步方式產生回饋之方法，該方法包括下列步驟：接收資料(D)，其中該資料包括一對象之腳施加於一壓力感應表面(A)上之一移動壓力中心(C)之一時間相依(T)測量，該移動壓力中心(C)形成至少沿著一跑步方向之一向前軸(Xf)區別之一壓力步態線(211，212)；由該資料決定在一第一註冊時刻之一第一時間戳記(T1)，其中在該第一註冊時刻該對象之腳開始接觸地面；由該資料決定在一時刻之一第二時間戳記(T2)，其中在該時刻該壓力中心(C)沿著關於向前軸(Xf)之該步態線抵達最後面的註冊位置；計算在該第一(T1)與第二時間戳記(T2)間之一時間差一定義之負載時間(dT)；以及控制該回饋裝置(605)來產生一回饋信號(Sf)為該負載時間(dT)之一函數。
    [11] 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該回饋信號(Sf)被產生為在第一時間戳記(T1)被記錄之該時刻時測量之該壓力中心(201)與在第二時間戳記(T2)被記錄之該時刻時測量之該壓力中心(202)間之一計算負載距離(d)之一函數。
    [12] 如申請專利範圍第10或11項所述之方法，更包括計算該負載時間(dT)之一反數為一定義之跑步反應性(R)且控制該回饋裝置來產生一反應性回饋信號(Sf)為該計算跑步反應性(R)之一函數。
    [13] 如申請專利範圍第10至12項中任一項所述之方法，其中在產生該回饋信號之前該計算之跑步反應性被乘上該對象之質量(M)。
    [14] 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該對象之質量(M)被藉由加上該對象之腳施加於該壓力感應表面(A)之該總測量壓力且將此總測量壓力乘上一校準常數(Kc)來計算。
    [15] 一種可穿於對象之腕部或手臂之人類介面裝置(550)，用以提供一使用者在一跑步方式之回饋(Sf)，該裝置(550)包括：一無線收發器(503)，安排來接收一信號(Sw)，其表示該對象之跑步反應性(R)，該跑步反應性定義為成反比例於在該對象之一腳碰到地面之一第一時刻(T1)與該對象之腳施加之一壓力中心(C)抵達有關對象之跑步方向(F)之一最後位置(202)之一第二時刻(T)間之一測量之時間週期(dT)之一參數(R)；一顯示器(504)，安排來顯示一影像為該對象之跑步反應性(R)之該接收信號(Sw)之一函數；一附著裝置(512)，安排來附著該顯示器(504)至該對象之腕部或手臂。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    EP11176967A|EP2556795A1|2011-08-09|2011-08-09|Method and system for feedback on running style|
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