基于智能手机和虚拟现实头戴设备的颈椎活动度获取系统技术方案

一种基于智能手机和虚拟现实头戴设备的颈椎活动度获取系统，包括VR头显(虚拟现实头戴设备)，VR头显夹持智能手机，通过Android系统的传感器API获取方向传感器数据并转换为颈椎活动度数据，使用极点对称模态分解(ESMD)方法提取颈椎活动度数据的最佳自适应全局均线，并计算颈椎活动度，能够快速便捷地连续测量颈椎活动度；本发明专利技术可以对于颈椎活动度的简易测量，一次测试即可完成测量多个指标，具有测量效率高、可操作性好的优点。可操作性好的优点。可操作性好的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于智能手机和虚拟现实头戴设备的颈椎活动度获取系统


[0001]本专利技术属于颈椎活动度测量
，特别涉及一种基于智能手机和虚拟现实头戴设备的颈椎活动度获取系统。

技术介绍

[0002]颈椎是人体脊椎中灵活性最大、活动频率较高、负重较大的节段，是脊椎重要组成部分。随着生活节奏加快，长期久坐、缺乏活动等原因使得人们容易出现颈椎病等症状。颈椎病是一种常见病，可诱发下肢瘫痪、吞咽障碍等诸多并发症。在颈椎病的诊疗过程中颈椎活动度测量起着重要作用，可成为诊断颈源性头痛、神经根型颈椎病和临床上颈椎损伤评估的组成部分之一(Snodgrass S J,Cleland J A,Haskins R,et al.The clinical utility of cervical range of motion in diagnosis,prognosis,and evaluating the effects of manipulation:a systematic review[J].Physiotherapy,2014,100(4):290
‑
304.)。
[0003]现有多种方式获取颈椎活动度，如电动测角仪、颈椎活动度罗盘测量仪、皮尺测量、目测、X线测量等，工具、射线测量等方法价格昂贵、测量精度低。以上测量仪器和方法在应用有一些不足，主要体现在测量效率低、可操作性差，即便是颈椎活动度罗盘测量仪也不能同步测量多指标颈椎活动度，易受被测人员自身或操作人员操作等影响而产生测量误差。
[0004]颈椎活动度获取对于辅助医生了解病患颈部活动程度、对比康复前后效果等方面具有积极意义，如何快速便捷地连续测量得到颈椎活动度有待进一步研究。

技术实现思路

[0005]为克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于智能手机和虚拟现实头戴设备的颈椎活动度获取系统，能够快速便捷地连续测量颈椎活动度，具有测量效率高、可操作性好的优点。
[0006]为实现上述目标，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种基于智能手机和虚拟现实头戴设备的颈椎活动度获取系统，包括VR头显(虚拟现实头戴设备)，VR头显夹持智能手机，通过Android系统的传感器API获取方向传感器数据并转换为颈椎活动度数据，使用极点对称模态分解(ESMD)方法提取颈椎活动度数据的最佳自适应全局均线，并计算颈椎活动度，能够快速便捷地连续测量颈椎活动度。
[0008]所述的智能手机显示侧与人面部保持相对平行，颈部角度变化等同于手机角度变化，即纵倾角变化对应侧屈，横倾角变化对应颈部屈伸，方位角变化对应颈部旋转。
[0009]所述的智能手机内置重力加速度传感器和地磁场传感器，其方向传感数据利用加速度计值和地磁场传感器值计算得到；通过初始化加速度传感器和地磁场传感器，获取智能手机方向传感数据，进而获取手机旋转角度变化，即横倾角、纵倾角以及方位角。
[0010]使用蓝牙遥控器控制人体颈部活动角度测试开始和停止，测试结束时记录时间戳
及颈椎活动度数据。
[0011]在人体颈部活动角度测试开始前，人体躯干至头部与地面垂直，保持躯干至肩部不动，调整“零位设置”作为初始位置，以此作为基准便于后续测试。
[0012]所述的颈部活动角度通过VR头显左右分屏，将颈部侧屈值、屈伸值和旋转值同时显示，使用者直接看到当前颈椎活动度变化；经VR头显直接看到当前人体颈部活动角度值，记录一次完整的颈部屈伸、旋转和侧屈动作数据，处理得屈伸、旋转和侧屈的最大值和最小值，反映颈部活动范围，综合评判人体颈部活动状态。
[0013]采用极点对称模态分解方法(ESMD)对颈椎活动度数据进行趋势项提取，根据颈椎活动度数据特征，对ESMD方法的最大筛选次数和剩余极点个数进行设置，去除颈椎活动度极端测量数据，统计分析结果。
[0014]本专利技术的有益效果是：
[0015]本专利技术系统在Android基础上，获取手机方向传感器信息，使用VR头显作为夹持设备；使用蓝牙遥控器设置初始位置等，可实时显示颈椎活动度变化信息，并记录分析颈椎活动度数据。
[0016]本专利技术可以对于颈椎活动度的简易测量，相对于传统颈椎活动度测量方法，本专利技术一次测试即可完成测量多个指标，具有可连续测量、较便捷等优点。
附图说明
[0017]图1是本专利技术系统测试原理图。
[0018]图2是本专利技术颈部活动方式示意图。
[0019]图3是本专利技术装置佩戴方式示意图。
[0020]图4是本专利技术手机坐标系与头部坐标系关系示意图。
[0021]图5是本专利技术测试过程和数据分析流程图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和实施例，对本专利技术的技术方案作进一步的详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0023]参照图1
‑
2，一种基于智能手机和虚拟现实头戴设备的颈椎活动度获取系统，包括VR头显(虚拟现实头戴设备)，VR头显夹持智能手机，获取智能手机方向传感数据，方向传感数据经过角度转换得到颈椎活动度数据，适应人体颈部活动范围，实现颈部活动角度实时显示、记录及处理；VR头显手机盒子作为夹持装置，智能手机放入VR头显手机盒子中固定，智能手机显示侧与人面部保持相对平行，颈部角度变化等同于手机角度变化，即纵倾角变化对应侧屈，横倾角变化对应颈部屈伸，方位角变化对应颈部旋转。
[0024]当人体头部至躯干相对于地面垂直时，通过智能手机的API获取方向传感数据，其方向传感数据可通过加速度传感器和地磁场传感器所合成；方位角Φ
X
为手机Y轴与地磁场北方向的角度，即手机顶部朝向与正北方向的角度(0到360
°
)；纵倾角Φ
Y
为手机顶部或尾部翘起与水平面形成的角度(
‑
90
°
到90
°
)；横倾角Φ
z
为手机左侧或右侧翘起与水平面形成的角度(
‑
180
°
到180
°
)。
[0025]参照图3
‑
4，依据手机方向传感与人体的固定相对关系，转换角度值范围以适应相
对颈部活动范围；手机姿态变化相对于人体颈部活动保持固定的相对关系，即手机姿态变化跟随人体颈部活动；由于初始的手机姿态是手机X轴垂直于地面，直接获取到的手机方向传感数据并没有和初始人体位姿角度相一致，故需要经过角度转换。以X轴垂直于地面时手机横倾角数据为例，此手机姿态下手机横倾角为
‑
90
°
，颈部屈伸手机横倾角所在范围为0到
‑
180
°
，为适应人体当前位姿对应的颈部活动角度的变化范围，以该手机姿态下手机横倾角(
‑
90
°
)作为颈部屈伸零位，将手机横倾角加90
°
，即可将颈部屈伸运动时颈部活动角度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于智能手机和虚拟现实头戴设备的颈椎活动度获取系统，其特征在于：包括VR头显(虚拟现实头戴设备)，VR头显夹持智能手机，通过Android系统的传感器API获取方向传感器数据并转换为颈椎活动度数据，使用极点对称模态分解(ESMD)方法提取颈椎活动度数据的最佳自适应全局均线，并计算颈椎活动度，能够快速便捷地连续测量颈椎活动度。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的智能手机显示侧与人面部保持相对平行，颈部角度变化等同于手机角度变化，即纵倾角变化对应侧屈，横倾角变化对应颈部屈伸，方位角变化对应颈部旋转。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的智能手机内置重力加速度传感器和地磁场传感器，其方向传感数据利用加速度计值和地磁场传感器值计算得到；通过初始化加速度传感器和地磁场传感器，获取智能手机方向传感数据，进而获取手机旋转角度变化，即横倾角、纵倾角以及方位角。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐光华，张勋，李保玉，滕志程，裴晋举，陈瑞泉，张四聪，吴庆强，李泽瑾，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：