发明创造名称：下肢体训练辅助及定位系统
外观设计名称：
决定号：181697
决定日：2019-06-20
委内编号：1F256428
优先权日：
申请（专利）号：201510654775.5
申请日：2015-10-12
复审请求人：吉林大学
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：汤元磊
合议组组长：欧岚
参审员：鹿士杰
国际分类号：A63b23/04,A61B5/11
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点：一项权利要求与对比文件相比存在区别特征，但若现有技术中存在采用该区别特征以解决发明实际解决技术问题的启示，使得本领域的技术人员有动机改进对比文件从而获得该权利要求的技术方案，则该权利要求不具备突出的实质性特点。
全文：
本复审请求涉及申请号为201510654775.5，名称为“下肢体训练辅助及定位系统”的发明专利申请(下称本申请)。本申请的申请人为吉林大学，申请日为2015年10月12日，申请公布日为2015年12月9日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年3月28日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：本申请权利要求1相对于对比文件1（CN104864872A，申请公布日2015年8月26日）、本领域的常规技术手段不具备专利法第22条第3款规定的创造性。驳回决定所依据的文本为：申请人于本申请的申请日即2015年10月12日提交的说明书第1-32段、说明书附图图1-15、说明书摘要及摘要附图；2017年10月27日提交的权利要求第1项。驳回决定所针对的权利要求1如下：
“1. 一种下肢体训练辅助及定位系统，其特征在于：是由系统程序下载接口电路、ARM单片机外围电路、ARM单片机复位电路和插头电路、系统供电电路、陀螺仪传感器电路、重力感应传感器电路、地磁传感器电路、数据收发模块电路和串口USB互转电路构成；
系统程序下载接口电路： VCC3.3为下载接口电路的供电电压，HEDDER1的第3、5、7、9、13、15引脚分别于ARM单片机外围电路的STM32F103的第90、77、72、76、89、14引脚连接；
ARM单片机外围电路：采用核心处理器STM32F103；
ARM单片机复位电路和插头电路：复位电路和插头电路的VCC3.3与核心处理器STM32F103的VCC3.3连接；NRST与核心处理器STM32F103的NRST连接；
系统供电电路：SW是电源开关，VCC3.3为核心处理器STM32F103供电，ASM117为稳压芯片；
陀螺仪传感器电路：采用L3GD20H，陀螺仪传感器电路的SCL与重力感应传感器电路的SCL连接，陀螺仪传感器电路的SDA引脚与地磁传感器电路的SDA连接；
重力感应传感器电路：采用ADXL362，其SDA引脚与地磁传感器电路的SDA连接；
地磁传感器电路：采用HMC5983；
数据收发模块电路：其引脚RX、TX分别与核心处理器STM32F103和串口USB互转电路的引脚RX、TX连接；3.3V接在系统供电电路上；
串口USB互转电路：PL2303为串口转USB芯片，引脚TX、RX分别与核心处理器STM32F103和数据收发模块电路的引脚RX、TX连接；3.3V接在系统供电电路上；
其步骤算法是：
上位机LabVIEW软件中，对信号进行三层小波包分解，设各种动作信号为S，进行三层小波包分解；选用小波基函数为db06, 以S表示前端探测单元采集到的目标信号，对信号进行N层小波包分解， 表示第层的第节点，其中，，，为第层的第个频带的小波包分解系数；
②选取分解后的个终端节点对信号进行重构，若令为的重构信号，则目标信号经过重构后的表达式为：
；
③令的能量为，则可得：
，
式中为的各个分量幅值；
④由步骤③得到个能量值，将其合并为一个特征向量，即：
；
⑤对进行归一化处理，因此令总能量为：
，
为归一化后的特征向量；
⑥把归一化向量送入BP神经网络分类训练，完成BP神经网络训练后，上位机软件将识别训练人员的各种动作，从而进行计数。”
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年7月11日向国家知识产权局提出了复审请求，未修改申请文件。
复审请求人认为，从技术领域来看，本发明属于电子医疗设备领域，而对比文件1属于电子技术领域。从发明目的来看，本发明旨在解决目前康复设备或系统体积大，结构复杂，制作成本高，无法大范围使用等缺点，目的是提供一种穿戴于人体，用于对人体下肢体辅助训练的下肢体训练辅助及定位系统。对比文件1的发明目的是不使用传感器的测量数据直接去计算人的运动速度和运动方向而获得对动作进行定位的通过动作判断的室内定位系统。对比文件1只是为了定位，而本发明主要是一种下肢体训练辅助及定位系统，本系统的定位是为了知道康复训练人员在相应场地的具体位置从而提高安全性。本发明与文件1所解决的问题和针对的领域有本质的区分。本申请权利要求1具备创造性。
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年8月24日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中坚持认为本申请不具备创造性，因而坚持驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
本案合议组于2019年2月3日向复审请求人发出复审通知书，沿用驳回决定引用的对比文件1指出本申请权利要求1不具备创造性，同时还将复审通知书引用的公知常识性证据《神经网络》的封面页、版权页及目录页一同寄给了复审请求人。
复审请求人于2019年3月4日提交了意见陈述书，未修改申请文件。复审请求人认为：本申请中的无线传输不可以用对比文件1的有线传输所替代，本申请强调的是对下肢体动作的识别，下肢体训练辅助要求足够精确的动作识别，本申请中系统的定位是为了知道康复训练人员在相应场地的具体位置从而提高安全性，因此，本申请权利要求1具备创造性。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
1、审查基础
本复审请求审查决定针对以下文本作出：复审请求人于本申请的申请日即2015年10月12日提交的说明书第1-32段、说明书附图图1-15、说明书摘要及摘要附图；2017年10月27日提交的权利要求第1项。
2、具体理由的阐述
专利法第22条第3款规定，创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步。
一项权利要求与对比文件相比存在区别特征，但若现有技术中存在采用该区别特征以解决发明实际解决技术问题的启示，使得本领域的技术人员有动机改进对比文件从而获得该权利要求的技术方案，则该权利要求不具备突出的实质性特点。
本申请权利要求1要求保护一种下肢体训练辅助及定位系统。
经核查，对比文件1公开了一种通过动作判断的室内定位系统，其可用于计算分析运动人员的轨迹并通过动作判断如步行、跑步、上下楼梯、转向等实现室内定位，而步行、跑步、上下楼梯、转向等动作涉及下肢体的训练，因此其能用于下肢体训练辅助及定位，对比文件1具体公开如下内容（参见说明书具体实施例，附图1-16）：该系统具有用于单片机下载程序的JTAG电路、ARM单片机外围电路、ARM单片机复位电路和插头电路、单片机电源电路、三轴角速度传感器电路、三轴加速度传感器电路、三轴电子罗盘电路、串口转USB电路；系统程序下载接口电路：VCC3.3为下载接口电路的供电电压，JTAG的第3、5、7、9、13、15引脚分别于ARM单片机外围电路的STM32F103VET6的引脚连接；ARM单片机外围电路：采用核心处理器STM32F103VET6；ARM单片机复位电路和插头电路：复位电路和插头电路的VCC3.3与核心处理器STM32F103VET6的VCC3.3连接；NRST与核心处理器STM32F103VET6的NRST连接；单片机电源电路：SW是电源开关，VCC3.3为核心处理器STM32F103VET6供电，ASM117为稳压芯片；三轴角速度传感器电路：采用L3G4200D，三轴角速度传感器电路的SCL与三轴加速度传感器电路的SCL连接，三轴角速度传感器电路的SDA引脚与三轴电子罗盘电路的SDA连接；三轴加速度传感器电路：采用ADXL345B，其SDA引脚与三轴电子罗盘电路的SDA连接；三轴电子罗盘电路：采用HMC5883L；串口转USB电路：PL2303为串口转USB芯片，引脚TX、RX分别与核心处理器STM32F103VET6的引脚RX、TX连接；3.3V接在单片机电源电路上。其包括步骤算法（1）在电脑LabVIEW软件中，对信号进行三层小波包分解，
设原始信号为S，进行三层小波包分解；选用母小波函数为db06, 以S即前端探测单元采集到的目标信号，对信号进行N层小波包分解，使用 表示第i层的第j节点，其中，，，
为第i层的第j个频带的小波包分解系数；
选取分解后的 个终端节点对信号进行重构，令 为 的重构信号，则目标信号经过重构后的表达式为：
；
令 的能量为 ，则可得：
，
式中 为 的各个系数的值；
由上述步骤得到 个能量值，将其合并为一个特征向量T，即：
；
对T进行归一化处理，因此令总能量E为：
（即 ），
，T’为归一化后的特征向量；
使用归一化的特征向量训练SVM分类器，在完成训练SVM分类器之后能够将人员的动作的特征向量识别成人员的各种动作。
通过比较，对比文件1说明书附图10所示的JTAG电路相应于本申请权利要求1中的下载接口电路；对比文件1说明书附图8所示电路相应于本申请权利要求1中的ARM单片机外围电路，对比文件1中公开其核心处理器采用STM32F103VET6；对比文件1说明书附图8左上角所示的电路及附图6所示电路相应于本申请权利要求1中的ARM单片机复位电路和插头电路；对比文件1说明书附图7所示的电源电路相应于本申请权利要求1中的系统供电电路；对比文件1说明书附图3所示的三轴角速度传感器芯片电路相应于本申请权利要求1中的陀螺仪传感器电路；对比文件1说明书附图4所示的三轴加速度传感器芯片电路相应于本申请权利要求1中的重力感应传感器电路；对比文件1说明书附图2所示的三轴电子罗盘芯片电路相应于本申请权利要求1中的地磁传感器电路；对比文件1说明书附图9所示的串口USB电路相应于本申请权利要求1中的串口USB互转电路。
本申请权利要求1与对比文件1之间的区别在于：下载程序电路采用HEDDER1模块且第3、5、7、9、13、15引脚分别于ARM单片机外围电路的STM32F103的第90、77、72、76、89、14引脚连接，同时该系统具有数据收发模块电路，其引脚RX、TX分别与核心处理器STM32F103和串口USB互转电路的引脚RX、TX连接；3.3V接在系统供电电路上，同时陀螺仪传感器电路、重力感应传感器电路、地磁传感器电路采用的型号有所区别；且采用BP神经网络对归一化后的向量进行训练分类基于此来配合如软件识别训练人员的动作并进行计数。
基于上述区别特征可以确定该权利要求1实际要解决的技术问题是如何提高使用者肢体定位的精确度。
合议组经审查后认为，对本领域的技术人员而言，单片机型号、陀螺仪传感器电路、重力感应传感器电路、地磁传感器以及下载程序电路的模块型号众多，在功能相同的情况下根据实际情况进行选择无需付出创造性劳动，选择STM32F103的单片机且下载程序电路采用HEDDER1模块、陀螺仪传感器电路采用L3GD20H、重力感应传感器电路采用ADXL362、地磁传感器采用电路HMC5983，同时基于单片机引脚的功能将HEDDER1模块的第3、5、7、9、13、15引脚分别于ARM单片机外围电路的STM32F103的第90、77、72、76、89、14引脚连接，均无需付出创造性劳动。
对比文件1中已经公开传感器部分电路佩戴在人员脚后跟垂直偏上的位置，采用下位机处理器对运动信号进行采集，以及在上位机LabVIEW软件中处理数据，其中涉及进行数据传输(参见说明书第29、36段)。基于数据传输的需要，本领域技术人员容易选择不同的数据传输方式，设置相应的数据收发模块电路用于数据的收发，且其引脚RX、TX分别与核心处理器STM32F103和串口USB互转电路的引脚RX、TX连接，3.3V接在系统供电电路上也是本领域中单片机引脚连接的常规手段。
而且，对于本领域技术人员而言，对归一化后的特征向量进行分类训练的方式很多，基于使用者或者分析者需求的效率、精度以及想要获取的对应信息能够相应的选择，而BP神经网络是较为常见的一种（参见《神经网络》，侯媛彬，杜京义，汪梅编著，西安电子科技大学出版社，2007年8月31日），该书的第3、4、10、11章对BP、SVM如何搭建以及如何进行小波包处理等进行了说明。因此，本领域技术人员在获得归一化后的特征向量能够根据训练需求将其送入BP神经网络分类训练，并在完成BP神经网络训练后，上位机软件来识别训练人员的各种动作，从而进行计数。
综上，在对比文件1的基础上结合本领域常规技术手段以获得该权利要求所要求保护的技术方案，对本领域技术人员来说是显而易见的，因此该权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
3、关于复审请求人的意见
复审请求人认为，从技术领域来看，本发明属于电子医疗设备领域，而对比文件1属于电子技术领域。从发明目的来看，本发明旨在解决目前康复设备或系统体积大，结构复杂，制作成本高，无法大范围使用等缺点，目的是提供一种穿戴于人体，用于对人体下肢体辅助训练的下肢体训练辅助及定位系统。对比文件1的发明目的是不使用传感器的测量数据直接去计算人的运动速度和运动方向而获得对动作进行定位的通过动作判断的室内定位系统。对比文件1只是为了定位，而本发明主要是一种下肢体训练辅助及定位系统，本系统的定位是为了知道康复训练人员在相应场地的具体位置从而提高安全性。本发明与文件1所解决的问题和针对的领域有本质的区分。
对此，合议组经审查后认为，虽然对比文件1所述专利申请的发明名称为“通过动作判断的室内定位系统”，但根据对比文件1所记载的内容，该室内定位系统基于三轴角速度传感器、三轴加速度传感器、三轴电子罗盘等传感器计算分析运动人员的轨迹并通过动作判断室内定位如步行、跑步、上下楼梯、转向等，而步行、跑步、上下楼梯、转向等动作涉及下肢体的训练，因此其同样能用于下肢体训练辅助及定位并帮助使用人员进行分析，其与本申请本质相同均是基于电子技术来实现康复辅助，且本申请中的权利要求以及说明书中记载的关于针对使用者分析的内容与对比文件1公开的内容基本相同，均是在识别康复训练人员的动作之后，通过既得信息，来确定人员转弯、方向以及角度等信息。
复审请求人还认为，从对动作分类的方法来看，对比文件1使用归一化的特征向量训练SVM分类器，将人员的动作的特征向量识别成人员的各种动作。而本系统使用BP神经网络，相比其他分类方法包括对比文件1使用的SVM分类方法，其突出优点就是建模精度高、具有决策树逻辑、非线性映射、自学能力等更适用于本康复领域。BP神经网络具有很强的非线性映射能力和柔性的网络结构，网络的中间层数、各层的神经元个数可根据具体情况任意设定，并且随着结构的差异其性能也有所不同。针对不同功能，BP神经网络的结构是不一样的，也就是说，BP神经网络可以完全按照不同的要求搭建不同的模型。SVM分类器只是对动作的类别进行分类，而本系统的BP神经网络，参数的选择和拟定是根据本系统的实验数据得出，由于个体的差异性BP神经网络能够实现更精确的动作识别。况且，本系统使用的BP神经网络与SVM分类器有着很大的差别，若使用SVM分类器搭建本系统，用于细致地判断下肢动作时会产生较大误差，无法实现本系统用于康复领域的意义。
对此，合议组经审查后认为，本申请说明书中仅记载对归一化后向量使用BP神经网络训练，并未有记载BP神经网络的任何参数，也未记载对能够精确描述下肢运动的BP神经网络的架构以及如何进行网络训练或是对应的支撑数据。再者，BP神经网络较SVM具有建模精度高、具有决策树逻辑、非线性映射、自学能力、有广概括能力等优点都是基于神经网络技术，本领域技术人员基于成本以及实际需求情况进行合理选择无需付出创造性劳动。如前所述，侯媛彬，杜京义，汪梅编著《神经网络》的第3、4、10、11章对BP、SVM如何搭建以及如何进行小波包处理等进行了说明，这属于本领域的公知常识。本领域技术人员根据搭建系统的精确度要求、计算效率要求以及实际数据分析识别的要求进行合理选择，采用BP神经网络替代对比文件1中的SVM分类器无需付出创造性劳动。
复审请求人强调，从整个系统的技术架构来看，本申请包括前端可穿戴数据采集部分，下位机处理采集模块，无线传输模块，上位机PC软件显示操作界面四个部分，缺一不可。对比文件1虽然也提及了数据采集及下位机模块，但二者有所不同，对比文件1中分层小波包频带在0.39到18.75Hz，这仅仅是在其所述领域，而在本领域却完全不适用。并且本领域着重于康复训练，包括但不限于对比文件中的几种动作，对比文件1公开的通过动作判断的室内定位系统，仅仅能粗略判断人的动作，如步行、慢跑、上下楼梯等，是一种粗略误差较大的定位方式，而下肢体训练辅助及定位系统，除了上述动作外，还能精确的描述步行和慢跑时下肢弯曲角度及蹲起状态等，在人体静止状态下，依然能够判断下肢体的行为，更为细致地展现人的动作，能够实现更高的精度，进而判断人下肢的健康恢复程度，进行后续的治疗，这是对比文件1中的系统所不能实现的。此外，本发明使用了数据收发模块将康复训练人员的康复训练动作通过无线传输到上位机系统上，并实现数据在LabVIEW上位机的在线保存，对比文件1并未用到数据收发模块，也未曾提及与上位机相关的内容。在本发明中上位机起着至关重要的作用，所述上位机软件显示界面基于LabVIEW可视化PC显示界面集成训练数据采集指令、数据存储显示、动作分类及计数、步幅和步距与航向、定位等指令和相关算法，显示当前康复训练人员每次训练的数据情况，包括各种动作的计数情况，实时地显示给康复人员家属或医生。通过事先在上位机输入康复人员的资料，可以让医生或者家属即使不在康复训练人员身边也能实时确认康复训练人员在训练时候的位置，保证其安全，使用对比文件1的阐述的系统是无法实现这些功能的。
对此，合议组经审查后认为，对比文件1说明书第36段记载“按照硬件连接中描述的方法将硬件组装在一起，将传感器部分的电路绑在测试人员小腿后部脚后跟上方，单片机部分电路和电脑通过USB线连接。然后人员进行行走、跑动、上楼和下楼这几个动作，通过编写的LabVIEW采集程序对从单片机传感器得到的数据，按照上面描述的小波包提取特征的方法，得到不同动作的特征向量”，对比文件1中的电脑即为本申请所述的上位机。而且有线传输和无线传输均属于本领域的常规技术，两种方式的效果也均是本领域的技术人员所知晓的，采用无线传输不能使本申请具备创造性。精确的描述步行和慢跑时下肢弯曲角度及蹲起状态是在采用公知的BP神经网络替代对比文件1中的SVM分类器实现的，如前所述理由，这一替代无需付出创造性劳动。复审请求人所强调的数据存储、显示当前康复训练人员每次训练的数据情况以及让医生或者家属即使不在康复训练人员身边也能实时确认康复训练人员在训练时候的位置并未记载在权利要求1中，且上述内容均属于本领域的常规技术，也不能使本申请具备创造性。
复审请求人还强调，本申请强调的是对下肢体动作的识别，下肢体训练辅助要求足够精确的动作识别，本申请中系统的定位是为了知道康复训练人员在相应场地的具体位置从而提高安全性。
对此，合议组认为，如前所述，精确的描述步行和慢跑时下肢弯曲角度及蹲起状态是在采用公知的BP神经网络替代对比文件1中的SVM分类器实现的，它们均是本领域的常用技术，本领域的技术人员容易想到进行替换，获取康复训练人员在相应场地的具体位置从而提高安全性也是本领域的技术人员容易想到的应用。
综上，复审请求人的复审理由均不成立。
根据以上事实和理由，本案合议组作出如下决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年3月28日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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