一种用于颈椎姿态监测的传感器布置方法技术

本发明专利技术涉及一种用于颈椎姿态监测的传感器布置方法，至少包括：电极贴片用于作为承载基体，第一弯曲传感器和第二弯曲传感器均设置在电极贴片上；第一弯曲传感器和第二弯曲传感器能够按照彼此重叠的方式设置在电极贴片的第一表面上；其中，第一弯曲传感器和第二弯曲传感器彼此重叠是指：第一弯曲传感器和第二弯曲传感器各自的一个表面彼此粘接以使得两者构成同步工作的整体结构。本发明专利技术采用了兼具加速度计的低功耗特性的柔性弯曲传感器，在对颈椎进行监测的过程中不会受到人体躯干不与重力线重合引起的误差的影响，同时便于使用与携带。带。带。

【技术实现步骤摘要】
一种用于颈椎姿态监测的传感器布置方法
[0001]本分案申请的原始基础是申请号为201910806048.4，申请日为2019年08月28日，专利技术名称为“一种基于柔性弯曲传感器的颈椎姿态监测方法及系统”的专利申请。


[0002]本专利技术涉及医疗健康
，尤其涉及一种用于颈椎姿态监测的传感器布置方法。

技术介绍

[0003]在现在快速发展的世界，人们接触手机、电脑、平板等电子设备的时间越来越多，使用者的年龄与性别越来越广泛，但是由于频繁的在不良的颈椎姿态下使用这些设备，导致人们的颈椎出现了各种健康问题，如常见的颈椎曲度异常导致的颈椎疼痛。在实际生活中，大部分人都知道应该保持颈椎姿态端正，但人们很难时刻端正自己的颈椎姿态。现有技术中的各种颈椎监测装置过于沉重，不适合长时间佩戴，并且成本高，监测手段简单。本专利技术采用了兼具加速度计的低功耗特性的柔性弯曲传感器，在对颈椎进行监测的过程中不会受到人体躯干不与重力线重合引起出误差的影响，同时便于使用与携带。
[0004]许多系统可以监测颈椎姿态，Xsens MVN是一种经济高效的全身人体运动捕捉系统，它是基于IMU且运用了生物力学及传感器融合技术的系统，可以捕获人体运动，由于体积较大，佩戴复杂，并不适合日常使用。Paul P.Breen等人研究了单轴加速度实时颈椎姿态纠正系统，6名实验者佩戴了这个设备之后颈椎不良姿态的时间减少了82％。Yingying Wang等人开发了一种可以检测颈椎姿态的智能可穿戴设备，它是一种套在额头上的设备，通过设备内部的三轴加速度传感器实时获取颈椎姿态数据，5名测试者的姿态准确度为100％。上述加速度传感器测量颈椎相对于大地的姿态，颈椎的姿态角度依赖于重力加速度，人体躯干不与重力线重合就会引起较大的误差。Worawat Lawanont等人提出了使用手机角度传感器与前置摄像头的方法获取颈椎姿态，以大地为参考系，人体面部相对于手机的角度通过面部图像来计算，手机相对于大地的角度通过手机中的角度传感器来获取，结合人体面部倾角与手机相对于与大地的倾角计算获取用户颈椎姿态，实验结果表明用户头颅弯曲误差不超过4
°
。例如，公开号为CN107273823A的专利文献公开了一种基于传感器与图像处理融合的颈部姿态监测方法，具体按照以下步骤实施：步骤1：判断用户是否正在使用移动终端，则转到步骤2，否则转到步骤1；步骤2：通过三轴加速度传感器采集移动终端长机轴与重垂线的夹角，即移动终端的倾斜角度β；步骤3：对移动终端前置摄像头捕捉的面部图像进行图像处理，计算用户相对于移动终端屏幕的面部角度FaceAngle；步骤4：根据步骤2的移动终端的倾斜角度β和步骤3的用户相对于移动终端屏幕的面部角度FaceAngle计算颈部弯曲角度α；步骤5：依据颈部弯曲角度α大小对颈部姿态进行基于规则的分类，对不正确的颈部姿态进行实时预警。该专利技术方法可以实时监测使用者的颈部姿态，并对不健康颈部姿态进行实时预警。公开号为CN109938739A的专利文献公开了一种颈椎监测装置，该装置包括：加速度信号采集模块、数据处理模块、控制模块和无线通信模块；加速度信号采集
模块位于用户的前额，用于实时获取用户头部的三轴加速度；数据处理模块的输入端与加速度信号采集模块的输出端相连，用于当用户的颈部姿态类型为低头类型时，根据三轴加速度的平均绝对值确定用户头部的转动角度；当用户头部的转动角度大于或者等于第一阈值且小于第二阈值时，确定用户的颈部姿势为轻微低头；当用户头部的转动角度大于或者等于第二阈值时，确定用户的颈部姿势为重度低头，并向用户发送提醒信息。通过该专利技术的技术方案，能够实现对使用者颈椎姿势进行实时持续的监测，并进行提醒。公开号为CN109350068A的专利文献公开的一种颈椎健康监测仪及监测方法，该仪器包括外壳，外壳上设有开关按钮和黏贴层，外壳内设有角度检测模块，以及与角度检测模块相连的角度处理模块、振荡模块、电源模块和语音提示模块。本专利技术的颈椎健康监测仪，解决了现有技术中，各种针对颈椎疾病的物理治疗仪器仅具有治疗功能，不具有预警监测功能的问题，人们在长时间的读写、打字、使用手机等电子设备后，会不自觉的低头，使颈椎前倾，颈椎长时间保持前倾的状态会使颈椎疲劳最终形成颈椎疾病，通过该专利技术的颈椎健康监测仪，当使用者低头时仪器会发生振动，提示使用者调整姿势，从而起到监测、预防和治疗颈椎疾病的作用。
[0005]公开号为CN107028613B的中国专利公开了一种简便的、易于携带的颈椎状态实时监测仪器，包括柔性基底框架，其上分别固定有左弯曲传感器、右弯曲传感器、后弯曲传感器、前弯曲传感器以及三轴倾角传感器，三轴倾角传感器、左弯曲传感器、右弯曲传感器、前弯曲传感器、后弯曲传感器均与处理单元相连接，所述处理单元还连接有无线通信单元；无线通信单元和控制装置均与电源相连接。该专利公开的颈椎健康状态监测仪具有体积小、质量轻、结构简单、使用方便等优点，可适用于各类人群，进行颈椎健康监测，可预防颈椎病，也可用于颈椎病康复过程的辅助检测和治疗。但是该专利通过多个基础传感器进行监测，导致其使用过程中，传感器极易发生损坏。该装置的制作成本高，并且易损率高，不便于正常使用。
[0006]上述颈椎监测装置及监测方法，依赖于角速度传感器及人面部相对于手机的角度，而角速度传感器功耗较高以及人面部相对于手机的角度误差会随着用户使用手机的姿态的习惯不同有很大的差别，难以实际使用。本专利技术的基于柔性弯曲传感器的颈椎姿态监测系统，柔性弯曲传感器兼具了加速度计的低功耗特性，不会受到人体躯干不与重力线重合引起出误差的影响，同时便于使用与携带。
[0007]中国专利CN109147285A公开了一种可穿戴的智能坐姿监测系统。该专利引用的计算基础数据为电阻变化量，其中记载到：数据处理模块还包括处理芯片及基本元件、档位调节器、电源等，档位调节器共有三个档位，分别对应三个曲率传感器，可以对应设置弯曲阈值，当脊椎的弯曲程度超过该弯曲阈值时，触发振动器提醒人体进行矫正。当矫正为正确坐姿时，振动器停止振动。该专利的技术方案中的坐姿判断过程都是基于弯曲曲率的判断进行的。而本申请计算基础数据为弯曲变形量，本申请中的第一数据和第二数据并非直接用于计算弯曲曲率。本申请的通过第四计算公式获得的实时弯曲曲率一方面通过将颈椎的弯曲数据进行实时输出显示，能够使得使用者明确其颈椎的当前姿态，进而根据当前姿态进行调整改变，最终使得使用者能够将颈椎调整至标准姿态，从而达到纠正颈椎姿态的技术效果，另一方面，在使用者根据弯曲数据对其颈椎姿态进行动态调整时，使用者需要经过多次姿态改变才能够将脊柱姿态调整至标准姿态，该过程是一个缓慢重复的过程，使得使用
者在该过程中能够充分缓解颈椎的疲劳程度。
[0008]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于专利技术人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于颈椎姿态监测的传感器布置方法，其特征在于，至少包括：电极贴片(1)用于作为承载基体，第一弯曲传感器(2)和第二弯曲传感器(3)均设置在电极贴片(1)上；所述第一弯曲传感器(2)和第二弯曲传感器(3)能够按照彼此重叠的方式设置在所述电极贴片(1)的第一表面(1b)上；其中，所述第一弯曲传感器(2)和第二弯曲传感器(3)彼此重叠是指：所述第一弯曲传感器(2)和第二弯曲传感器(3)各自的一个表面彼此粘接以使得两者构成同步工作的整体结构。2.如权利要求1所述的用于颈椎姿态监测的传感器布置方法，其特征在于，基于第一计算公式、第二计算公式和第三计算公式，按照间隔设定周期的方式对第一均值LTA1、第二均值LTA2、第一滤波数据FD1、第二滤波数据FD2、第一动态阈值DTA1和第二动态阈值DTA2进行更新；在第二滤波数据FD2小于第二动态阈值DTA2，并且第一滤波数据FD1大于第一动态阈值DTA1的情况下，生成第一报警数据。3.如权利要求2所述的用于颈椎姿态监测的传感器布置方法，其特征在于，所述第一弯曲传感器(2)与后颈皮肤之间的距离大于所述第二弯曲传感器(3)与后颈皮肤之间的距离，使得所述第一弯曲传感器(2)能够用于采集第一数据RAW1
n+1
，所述第二弯曲传感器(3)能够用于采集第二数据RAW2
n+1
。4.如权利要求3所述的用于颈椎姿态监测的传感器布置方法，其特征在于，所述第一弯曲传感器(2)和第二弯曲传感器(3)彼此背靠背的贴合在一起构成一个整体以进行使用，以测量颈椎的前倾方向和后仰方向上的弯曲程度。5.如权利要求4所述的用于颈椎姿态监测的传感器布置方法，其特征在于，在颈椎朝第一方向弯曲的情况下，第一数据RAW1
n+1
增大并且第二数据RAW2
n+1
减小，或者在颈椎朝第...

【专利技术属性】
技术研发人员：安宁，郭延锐，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：