具有用于患脊柱侧凸的患者的生物反馈系统的体感背心技术方案

一种衣物，呈背心形式，用于监测患脊柱侧凸的患者和患者相关信号，从而使得所述患者能够获得个性化生物反馈。所述衣物包括多个传感器、传感器接口和智能控制单元(SCU)，当患者穿戴所述衣物时允许所述传感器非侵入式地测量所述患者相关信号，并同时维持所述患者的舒适性。所述SCU经由所述传感器接口与所述传感器通信，且聚集所述患者相关信号。所述衣物外部的计算服务器经由诸如智能电话的用户访问装置从所述SCU中接收所述聚集的患者相关信号，并处理所述聚集的患者相关信号以产生所述个性化生物反馈，所述个性化生物反馈然后被转发到所述用户访问装置以呈现给所述患者。机器学习算法用于在产生所述生物反馈时处理所述患者相关信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种衣物，其用于监测患脊柱侧凸的患者和患者相关信号，从而使得所述患者能够获得基于所述患者相关信号且从计算服务器中产生的个性化生物反馈。
技术介绍
青少年特发性脊柱侧凸(AIS)是脊柱和躯干的多因素性、三维变形，其可出现且有时候发展于表面健康儿童的任何快速成长周期期间。对于非手术和非医疗介入，常规的矫正介入利用矫正器施加被动力于人体以支持躯干对准并控制脊柱的变形。然而，这些外部支持的使用受到诸如不良外观、笨重、物理约束和肌肉萎缩的因素限制，这可造成低接受性和顺应性。背肌强化锻炼尝试强化背肌以利用主动肌肉力将躯干维持在直立位置中。然而，使患者依从所制定的干预性练习是一项挑战，尤其并非自我激励的患者可能无法继续所制定的练习计划。治疗特发性脊柱侧凸中,只有一些现有方法是集中于采用传感器技术。在WO2013110835A1中，提出可编程皮下或肌肉下装置以收集/记录肌电图信号并刺激深处的脊柱旁肌中受病理影响的所述部分。肌肉刺激受到控制逻辑控制，所述控制逻辑包括用于基于获自传感器的结果调整刺激的反馈环算法。存在关于此设计的许多缺陷。首先，其具有侵入性。肌肉下模块需要适当的方法来被植入到人体中。此需求主要影响系统的舒适性和顺应性且甚至导致负作用，诸如感染。其次，其依赖于原生反馈环。反馈环是局部使用预定义控制逻辑来实施。一旦装置被设置，此给修改反馈算法带来了困难。更重要的是，其天生不能支持基于诸如患者的进展的历史信息或基于诸如医生/专科医生的意见的外部信息对反馈逻辑的适应。第三，在体区上采用有线连接。与无线设置相比，有线设计不够灵活且让患者感觉到不太舒适。第四，只考虑肌电图。其缺乏如患者的运动、姿势等的其它重要因素的考虑。在US5082002A中，提出一种病人使用生物反馈的自发反应调节的系统和方法。所述设计提供测量可受病人控制的可变条件(诸如姿势)的手段。所述设备设置标准，所述标准如果没有被满足，那么可导致负强化(诸如让人讨厌的音调)，或如果所述标准被满足，那么将奖励病人。所述标准是根据病人达到或没有达到标准的历史而自动上调或下调。即使此设计考虑了适应方面，其使用的适应方法仍然是极为原始的-其是通过上调或下调标准来实现。然而，在应用中，难以设置标准，因为应考虑多个指标(产生多个标准)，更不用说每一标准在患者之间会不断变化了。因此，仅仅使用基于标准的检测在此案例中是不足够的。此设计的另一缺陷是其提出基于张力的传感器来检测患者的姿势。与利用加速度计和陀螺仪的现代运动传感器相比，基于张力的传感器缺乏精度、灵活性且易于出现错误(由于严格的放置需求)。关于姿势控制(是AIS治疗的主要考虑)，最先进的姿势矫正技术通常由三个抽象组件组成：(1)反馈环；(2)姿势传感器；和(3)反馈构件。根据每一相应组件对姿势控制的现有运行机构如下总结。例如，WO2013110835A1、US20130108995A1、US8157752B2、US7850574B2、US20090054814A1、WO2006062423A1、US6673027B2和US6579248B1中的大部分设计采用具有预定义(通常硬编码)控制逻辑的反馈环，我们将所述反馈环命名为原生反馈环。控制逻辑或开关电路通常是基于一个或几个预设标准而建立。当达到给定的标准时触发反馈构件(诸如音频警报)。整个控制流通常在如US5158089A、US5082002A、US4914423A、US4750480A、US4730625A、US4007733A和US5168264A中的硬件中(使用开关电路)实施，或在如US20130108995A1、WO2013110835A1和US8157752B2中的微控制器上的软件控制逻辑中硬编码。如之前提及，一旦装置被设置，原生反馈机制给修改反馈算法带来了困难。更重要的是，其天生不能支持可适应反馈逻辑。关于姿势传感器，倾角(又称为钟摆)(US5168264A、US5158089A、US20090054814A1)、张力(US4007733A、US4914423A、US5082002A、US5728027A、US6384729B1、US6579248B1、WO2006062423A1、US20080319364A1和US8083693B1)、可流动物质(US7980141B2)、铰链(US6673027B2)、身体与传感器之间的距离(US8157752B2)被用作更早期设计中的姿势检测的感知手段。虽然此类方法的效力主要取决于感知装置的应用区域和定位，但是读数的精确度不能总是被维持在可接受的置信度上。因此，为了能够采用这些方法，应用更复杂设计，从而造成最终设计中的不良外观、笨重和一种或多种物理约束，其全部又将影响装置的效力和顺应性。如在US20110063114A和US20130108995A1中，存在包含使用加速度计(或结合陀螺仪)的现代运动检测途径的一些设计。使用这些类型的传感器可获取更可靠的数据输入且实现更灵活设计。然而，提供完全利用这些传感器读数的有效检测机制仍然是一个挑战性的问题。尤其在姿势矫正的领域中，不可能脱离由传感器提供的测量来定义绝对正确的姿势。在此情况中，具有大部分现有运行机构提出的基于阈值的检测算法的原生反馈算法将不够用。现有技术中采用极为有限的反馈手段。具体来说，只利用呈警报(又称，通知)的形式的声音和振动。然而，随着诸如智能电话和平板计算机的移动装置变得越来越普遍，有利地可通过所述装置提供更多容易使用的反馈手段。更具体地说，反馈不应只被限于警报的形式，而应被集成到利用诸如iOS上的HealthKit或Android上的GoogleFit的框架以及接合已建立的社交媒体平台(例如，脸书和推特)和健康护理平台(例如，Mayoclinic:www.mayoclinic.org)的现有移动平台中。现有技术中需要相对于用于治疗AIS的现有装置经过改良的装置。
技术实现思路
本专利技术提供了一种衣物，其用于监测患脊柱侧凸的患者的患者相关信号且从而使得所述患者能够获得基于所述患者相关信号的个性化生物反馈。所述衣物包括全部集成在所述衣物中的多个传感器、传感器接口和智能控制单元(SCU)，当所述患者穿戴所述衣物时允许所述传感器非侵入式地测量所述患者相关信号。所述SCU被配置成经由所述传感器接口与所述传感器通信，且被配置成聚集由所述传感器测量的所述患者相关信号。另外，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种衣物，其用于监测患脊柱侧凸的患者和患者相关信号，从而使得所述患者能够获得基于所述患者相关信号的个性化生物反馈，所述衣物包括多个传感器、传感器接口和智能控制单元(SCU)，其中：所述多个传感器、所述传感器接口和所述SCU被集成在所述衣物中，当所述患者穿戴所述衣物时允许所述传感器非侵入式地测量所述患者相关信号，并同时维持所述患者的舒适性；所述SCU被配置成经由所述传感器接口与所述传感器通信，且被配置成聚集由所述传感器测量的所述患者相关信号；所述SCU被配置成经由用户访问装置与所述衣物外部的计算服务器通信，其中所述计算服务器被配置成处理从所述SCU中发送的所述聚集的患者相关信号以产生所述个性化生物反馈，且被配置成将所述个性化反馈转发到所述用户访问装置以呈现给所述患者；且所述衣物被配置成给所述传感器、所述传感器接口和所述SCU但不给所述用户访问装置或所述计算服务器供电使得所述个性化生物反馈可由所述患者获得，且在产生所述个性化生物反馈时无需所述衣物消耗电功率来处理所述患者相关信号。

【技术特征摘要】
2015.02.03 US 14/613,3371.一种衣物，其用于监测患脊柱侧凸的患者和患者相关信号，从而使
得所述患者能够获得基于所述患者相关信号的个性化生物反馈，所述衣物
包括多个传感器、传感器接口和智能控制单元(SCU)，其中：
所述多个传感器、所述传感器接口和所述SCU被集成在所述衣物中，
当所述患者穿戴所述衣物时允许所述传感器非侵入式地测量所述患者相关
信号，并同时维持所述患者的舒适性；
所述SCU被配置成经由所述传感器接口与所述传感器通信，且被配置
成聚集由所述传感器测量的所述患者相关信号；
所述SCU被配置成经由用户访问装置与所述衣物外部的计算服务器通
信，其中所述计算服务器被配置成处理从所述SCU中发送的所述聚集的患
者相关信号以产生所述个性化生物反馈，且被配置成将所述个性化反馈转
发到所述用户访问装置以呈现给所述患者；且
所述衣物被配置成给所述传感器、所述传感器接口和所述SCU但不给
所述用户访问装置或所述计算服务器供电使得所述个性化生物反馈可由所
述患者获得，且在产生所述个性化生物反馈时无需所述衣物消耗电功率来
处理所述患者相关信号。
2.根据权利要求1所述的衣物，其中所述衣物被制造成背心式上衣。
3.根据权利要求1所述的衣物，其中所述传感器包括一个或多个物理
传感器和一个或多个虚拟传感器，个体虚拟传感器包括多个组件传感器使
得一次测量中由所述组件传感器测量的多个数据被处理以形成所述个体虚
拟传感器的单个患者相关数据。
4.根据权利要求3所述的衣物，其中所述一个或多个物理传感器是选

\t自3轴加速度计、3轴陀螺仪、磁力计、表面肌电图传感器、温度传感器和
湿度传感器中的一者或多者。
5.根据权利要求3所述的衣物，其中所述一个或多个虚拟传感器包含
顺应性检测器。
6.根据权利要求1所述的衣物，其中所述传感器接口被配置成支持用
于与所述SCU和所述传感器通信的一种或多种通信协议，所述一种或多种
协议是选自i2c、串行通信和WBAN。
7.一种系统，其用于监测患脊柱侧凸的患者的患者相关信号且用于将
基于所述患者相关信号的个性化生物反馈提供给所述患者，所述系统包括：
根据前述权利要求中任一项的所述衣物；
用户访问装置，其被配置成与所述SCU通信以至少接...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶晓云，于晓川，曾东雄，张美珍，易洁伦，吴新培，谢志勇，郭显骏，
申请(专利权)人：香港理工大学，
类型：发明
国别省市：中国香港;81