[發(fā)明專利]一種基于織物傳感器的上肢功能運動監(jiān)測系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510740511.1
• 申請日: 2015-11-04
• 公開（公告）號: CN105266817A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡吉永;張曉峰;周淑雯;史俊輝;楊旭東;丁辛
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;葉晶

1.一種基于織物傳感器的上肢功能運動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

信號發(fā)生裝置(A)，包括帶有信號傳輸線(3)的導(dǎo)電織物(2)，導(dǎo)電織物(2)與紐扣電池連接；導(dǎo)電織物(2)與人體上肢肘關(guān)節(jié)緊貼，上肢運動對導(dǎo)電織物(2)進行拉伸，使導(dǎo)電織物(2)兩端的電壓信號發(fā)生變化；

信號采集與傳輸裝置(B)，采集所述信號傳輸線(3)傳入的電壓信號，并將所述電壓信號發(fā)送至信號接收與顯示裝置(C)；

信號接收與顯示裝置(C)，接收信號采集與傳輸裝置(B)發(fā)來的電壓信號，并對其進行功能運動表征，同時實時顯示功能運動狀態(tài)，實時保存數(shù)據(jù)并成像。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于織物傳感器的上肢功能運動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述信號發(fā)生裝置(A)中，導(dǎo)電織物(2)為由聚吡咯單體與棉氨混紡織物經(jīng)原位聚合法制成的聚吡咯導(dǎo)電織物，信號傳輸線(3)為導(dǎo)電紗。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于織物傳感器的上肢功能運動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述導(dǎo)電織物(2)的尺寸滿足把整個肘關(guān)節(jié)包覆；所述導(dǎo)電織物(2)的伸長量不小于30％。

4.如權(quán)利要求1或3所述的一種基于織物傳感器的上肢功能運動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述信號傳輸線(3)為構(gòu)成導(dǎo)電織物(2)的紗線，其通過縫編或刺繡方式引入導(dǎo)電織物(2)中。

5.如權(quán)利要求2所述的一種基于織物傳感器的上肢功能運動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述信號采集與傳輸裝置(B)通過無線進行信號采集與傳輸。

6.一種基于織物傳感器的上肢功能運動監(jiān)測方法，其特征在于：采用如權(quán)利要求1所述的基于織物傳感器的上肢功能運動監(jiān)測系統(tǒng)，步驟為：

步驟1：把導(dǎo)電織物(2)縫合在緊身衣(1)上，使導(dǎo)電織物(2)以一定張力貼附于人體上肢肘關(guān)節(jié)上面；導(dǎo)電織物(2)與紐扣電池連接；

步驟2：人體上肢運動時，肘關(guān)節(jié)及緊身衣(1)帶動導(dǎo)電織物(2)產(chǎn)生變形，導(dǎo)電織物(2)的變形會使得其電阻發(fā)生變化，因而導(dǎo)電織物(2)兩端的電壓信號相應(yīng)變化；

步驟3：信號采集與傳輸裝置(B)采集信號傳輸線(3)傳入的電壓信號，并將所述電壓信號發(fā)送至信號接收與顯示裝置(C)；

步驟4：信號接收與顯示裝置(C)，接收信號采集與傳輸裝置(B)發(fā)來的電壓信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過所述信號的變化趨勢與變化大小判斷肢體的運動狀態(tài)，實時顯示在顯示裝置的交互界面上。

7.如權(quán)利要求5所述的一種基于織物傳感器的上肢功能運動監(jiān)測方法，其特征在于：所述步驟1中，緊身衣(1)的彈性至少超過導(dǎo)電織物(2)兩倍。

8.如權(quán)利要求5所述的一種基于織物傳感器的上肢功能運動監(jiān)測方法，其特征在于：不同方向的運動導(dǎo)致導(dǎo)電織物(2)在不同方向上受到拉伸，從而電阻的方向性變化及大小顯示了人體上肢運動方向和運動強度。

9.如權(quán)利要求5所述的一種基于織物傳感器的上肢功能運動監(jiān)測方法，其特征在于：步驟4中，肢體運動狀態(tài)的判斷方法如下：

當(dāng)導(dǎo)電織物(2)兩端的電壓減小時，上肢在做彎曲運動；

當(dāng)導(dǎo)電織物(2)兩端的電壓增大時，上肢在做伸直運動；

上肢的運動快慢通過單位時間內(nèi)電壓信號變化的波形數(shù)反映出來；

上肢的彎曲角度大小通過電壓的變化大小計算得出。

10.如權(quán)利要求9所述的一種基于織物傳感器的上肢功能運動監(jiān)測方法，其特征在于：所述上肢的彎曲角度大小具體計算方法如下：

假設(shè)人體肘關(guān)節(jié)為標(biāo)準(zhǔn)的圓形，其半徑為r；則手臂彎曲角度為θ弧度時，導(dǎo)電織物(2)沿某一方向的伸長為ΔL＝r×θ，則導(dǎo)電織物(2)的方向應(yīng)變ε＝ΔL/L＝rθ/L，L是導(dǎo)電織物的初始長度；則導(dǎo)電織物(2)在該方向的電阻變化為ΔR＝GεR₀，其中G為導(dǎo)電織物的應(yīng)變敏感系數(shù)，ε為織物的應(yīng)變量，R₀是導(dǎo)電織物的初始方向電阻；則θ＝ΔR·L/F·rR₀。