一种颈椎康复训练参数的定量评估系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种颈椎康复训练参数的定量评估系统及方法，包括测量单元和训练单元；所述训练单元为一L形机械装置，所述机械装置包括设置于底部的高度可调节座椅、设置于背部身体固定支架和设置于顶部的活动支架；所述测量单元包括一主控模块、一运动测量模块和一压力测量模块；所述主控模块与运动测量模块和压力测量模块分别连接；所述主控模块设置于机械装置的底部；所述压力测量模块设置于活动支架上。本发明专利技术应用于颈椎康复训练设备上，弥补现有康复设备无法进行评估的缺陷，实现康复训练参数的定量评估并可进行通信。

A quantitative evaluation system and method of cervical rehabilitation training parameters

The invention relates to a quantitative evaluation system and method for cervical rehabilitation training parameters, including a measurement unit and a training unit; the training unit is an L-shaped mechanical device, the mechanical device includes a height adjustable seat arranged at the bottom, a fixed support arranged at the back and a movable support arranged at the top; the measurement unit includes a main control module and a motion measurement module The main control module is respectively connected with the motion measurement module and the pressure measurement module; the main control module is arranged at the bottom of the mechanical device; the pressure measurement module is arranged on the movable bracket. The invention is applied to the cervical vertebra rehabilitation training equipment to make up the defect that the existing rehabilitation equipment can not be evaluated, to realize the quantitative evaluation of rehabilitation training parameters and to communicate.

【技术实现步骤摘要】
一种颈椎康复训练参数的定量评估系统及方法
本专利技术涉及一种颈椎康复训练参数的定量评估系统及其方法。
技术介绍
随着社会的进步，人们生活方式的改变，电脑、空调的广泛应用，颈椎病的发病率逐年上升，并且日趋年轻化。有关调查显示我国颈椎病患者已达5000万人，每年新增颈椎病患者大约100万人，且呈逐年上升趋势，颈椎病已逐渐成为威胁我国人口健康的主要疾病之一。调查还表明约70%的人在一生中会罹患颈椎病，60岁以上的老年人50%都会有不同程度的颈椎病。目前治疗颈椎病多采用药物治疗、牵引治疗、手法按摩推拿疗法、手术治疗等传统疗法。临床研究发现，牵引治疗在促进颈椎生理曲度的恢复上不仅无治疗效果，反而会加重病情，弱化颈椎生理曲度。脊髓型颈椎病一般禁止重力按摩和复位，否则极易加重症状，甚至可导致截瘫。随着康复治疗理念的转变，传统治疗方法对颈椎功能的评估过于依靠治疗师的经验与患者的主观感受，缺乏对颈椎各指标定量、精准的评估环节，易造成诊断失误。医学训练疗法(MTT)通过制定系统化的身体运动训练计划，并且根据事先制定的方案在运动训练过程中适时调整训练负荷、间歇时间等训练参数。医学训练疗法要求评估与训练环节均可记录、可量化，已成为颈椎病的综合治疗方法中不可或缺的一种治疗方式，是方便而有效的物理替代疗法，有巨大的临床应用潜力。但现有技术中，并未有能够实时对训练训练参数的定量评估的系统。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种颈椎康复训练参数的定量评估系统及其方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种颈椎康复训练参数的定量评估系统，包括测量单元和训练单元；所述训练单元为一L形机械装置，所述机械装置包括设置于底部的高度可调节座椅、设置于背部身体固定支架和设置于顶部的活动支架；所述测量单元包括主控模块、运动测量模块和压力测量模块；所述主控模块与运动测量模块和压力测量模块分别连接；所述主控模块设置于机械装置的底部；所述压力测量模块设置于活动支架上。进一步的，所述压力测量模块设置于活动支架上，可转动支架，移动压力测量模块设置于用户头部上方的额头位置、后脑位置、左耳上方位置和右耳上方位置，分别测量颈前屈、颈后伸、颈左侧屈、颈右侧屈四个自由度等长训练时的压力数据。进一步的，所述主控模块包含第一主控MCU、第一电源单元、第一无线通信单元和数据通信单元；所述主控MCU与电源单元、无线通信单元和数据通信单元分别连接；主控MCU通过无线通信单元从运动测量模块和压力测量模块获取数据。进一步的，所述主控MCU还设置有一数据存储单元，用来存储运动测量模块和压力测量模块的数据。进一步的，所述运动测量模块包括九轴传感器、第一MCU，第二无线通信单元和第二电源模块；所述第一MCU与九轴传感器、第二无线通信单元和第二电源模块分别连接。进一步的，所述九轴传感器包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计。进一步的，所述压力测量模块包括压力传感器，第二MCU，第三无线通信单元和第三电源模块；所述第二MCU与压力传感器、第三无线通信单元和第三电源模块分别连接。一种颈椎康复训练参数的定量评估系统的评估方法，包括以下步骤：步骤S1：用户坐于高度可调节座椅上，并由身体固定支架固定住；步骤S2:使用运动测量模块时，将运动测量模块穿戴于用户头部，所述运动测量模块根据三轴加速度计和三轴陀螺仪测得的加速度与角速度，并传送至主控模块；使用压力测量模块时，转动支架，移动压力测量模块设置于用户头部上方的额头位置、后脑位置、左耳上方位置或右耳上方位置，所述压力测量模块测量得到颈前屈、颈后伸、颈左侧屈、颈右侧屈的压力数据并传送至主控模块；步骤S3:主控模块根据测量得到的加速度与角速度，计算得到颈前屈、颈后伸、颈左侧屈、颈右侧屈、颈左旋和颈右旋六个自由度的关节活动度及记录颈椎训练过程中的关节活动角度变化轨迹。进一步的，所述六个自由度的关节互动度计算具体为包括：步骤S31:颈前屈、颈后伸、颈左侧屈、颈右侧屈这四个自由度上的活动角度，可根据三轴加速度计和三轴陀螺仪测得的加速度与角速度，基于误差补偿和四元数法的姿态解算方法得到,通过旋转轴和绕该轴旋转的角度可以构造一个四元数：其中是绕旋转轴旋转的角度，为旋转轴在x,y,z方向的分量;步骤S32:将加速度归一化，并提取四元数的等效余弦矩阵中的重力分量,根据加速计测得重力向量与角速度计算的重力向量可得姿态误差，对误差进行积分、互补滤波，姿态误差补偿到角速度上，修正角速度积分漂移，得到一个修正的角速度值，将其输入四元数微分方程，更新四元数;步骤S33:定义、分别为绕X轴、Y轴的旋转角度,通过下式坐标变换得到颈部关节活动时的角度;当时，为颈椎在颈前屈自由度上的角度，当时，为颈椎在颈后伸自由度上的角度；当时，为颈椎在颈左侧屈自由度上的角度，当时，为颈椎在颈右侧屈自由度上的角度；步骤S34:颈左旋、颈右旋自由度方向上的活动角度，通过磁力计读取方位角，计算颈部活动时刻中与初始时刻的方位角之差,颈部左旋时，该角度小于零，颈部右旋时该角度大于零。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术通过测量模块采集数据，通过计算得出定量的康复训练评估参数，可实现颈前屈、颈后伸、颈左侧屈、颈右侧屈、颈左旋、颈右旋六个自由度颈椎康复训练的力量和关节活动度定量评估。附图说明图1是本专利技术一实施例中机械装置结构图；图2是本专利技术一实施例中测量单元模块原理图；图3是本专利技术一实施例中主控模块MCU中的控制流程图；图4是本专利技术一实施例中ADC初始化配置图；图5是本专利技术一实施例中DMA配置图；图6是本专利技术一实施例中STM32电路图；图7是本专利技术一实施例中电源模块电路图；图8是本专利技术一实施例中无线通信单元工作电路图；图9是本专利技术一实施例中数据通信单元电路图；图10是本专利技术一实施例中运动测量模块电路图；图11是本专利技术一实施例中压力测量模块工作电路图图中：1-活动支架，2-固定支架、3-高度可调节座椅、4-主控模块。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。请参照图1，本专利技术提供一种颈椎康复训练参数的定量评估系统，包括测量单元和训练单元；所述训练单元为一L形机械装置，所述机械装置包括设置于底部的高度可调节座椅、设置于背部身体固定支架和设置于顶部的活动支架；所述测量单元包括主控模块、运动测量模块和压力测量模块；所述主控模块与运动测量模块和压力测量模块分别连接；所述主控模块设置于机械装置的底部；所述压力测量模块设置于活动支架上。进一步的，所述压力测量模块设置于活动支架上，可转动支架，移动压力测量模块设置于用户头部上方的额头位置、后脑位置、左耳上方位置和右耳上方位置，分别测量颈前屈、颈后伸、颈左侧屈、颈右侧屈四个自由度等长训练时的压力数据。在本实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.种颈椎康复训练参数的定量评估系统，其特征在于：包括测量单元和训练单元；所述训练单元为一L形机械装置，所述机械装置包括设置于底部的高度可调节座椅、设置于背部身体固定支架和设置于顶部的活动支架；所述测量单元包括主控模块、运动测量模块和压力测量模块；所述主控模块与运动测量模块和压力测量模块分别连接；所述主控模块设置于机械装置的底部；所述压力测量模块设置于活动支架上。/n

【技术特征摘要】
1.种颈椎康复训练参数的定量评估系统，其特征在于：包括测量单元和训练单元；所述训练单元为一L形机械装置，所述机械装置包括设置于底部的高度可调节座椅、设置于背部身体固定支架和设置于顶部的活动支架；所述测量单元包括主控模块、运动测量模块和压力测量模块；所述主控模块与运动测量模块和压力测量模块分别连接；所述主控模块设置于机械装置的底部；所述压力测量模块设置于活动支架上。


2.根据权利要求1所述的一种颈椎康复训练参数的定量评估系统，其特征在于：所述压力测量模块设置于活动支架上，可转动支架，移动压力测量模块设置于用户头部上方的额头位置、后脑位置、左耳上方位置和右耳上方位置，分别测量颈前屈、颈后伸、颈左侧屈、颈右侧屈四个自由度的等长训练时的压力数据。


3.根据权利要求1所述的一种颈椎康复训练参数的定量评估系统，其特征在于：所述主控模块包含第一主控MCU、第一电源单元、第一无线通信单元和数据通信单元；所述主控MCU与电源单元、无线通信单元和数据通信单元分别连接；主控MCU通过无线通信单元从运动测量模块和压力测量模块获取数据。


4.根据权利要求3所述的一种颈椎康复训练参数的定量评估系统，其特征在于：所述主控MCU还设置有一数据存储单元，用来存储运动测量模块和压力测量模块的数据。


5.根据权利要求1所述的一种颈椎康复训练参数的定量评估系统，其特征在于：所述运动测量模块包括九轴传感器、第一MCU，第二无线通信单元和第二电源模块；所述第一MCU与九轴传感器、第二无线通信单元和第二电源模块分别连接。


6.根据权利要求5所述的一种颈椎康复训练参数的定量评估系统，其特征在于：所述九轴传感器包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计。


7.根据权利要求1所述的一种颈椎康复训练参数的定量评估系统，其特征在于：
所述压力测量模块包括压力传感器，第二MCU，第三无线通信单元和第三电源模块；所述第二MCU与压力传感器、第三无线通信单元和第三电源模块分别连接。


8.一种颈椎康复训练...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建国，李玉榕，杜民，王烜，苏志超，黄得炳，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35