[發明專利]一種基于織物傳感器的上肢功能運動監測系統及方法

在審

• 申請號: 201510740511.1
• 申請日: 2015-11-04
• 公開（公告）號: CN105266817A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發明（設計）人: 胡吉永;張曉峰;周淑雯;史俊輝;楊旭東;丁辛
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 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

技術領域

本發明涉及一種基于聚吡咯導電機織物為傳感元件的上肢運動監測系統及方法，屬于可穿戴智能紡織品技術領域。

背景技術

肢體運動狀態測試在康復醫學、體育運動等領域都有著重要的應用。例如，在一些體育訓練中，運動信號被用來識別運動員在訓練中的不足，從而有目的地指導后期訓練；在康復醫學領域，運動信號被用來檢測病人的康復過程。目前，由加速計、柔性電測角計、攝像機組成的運動捕捉系統已被用于監測人體運動。研制成功的產品有英國牛津(Oxford)公司自80年代推出的一系列VICON運動分析系統，在許多發達國家得到了廣泛應用。這套系統是基于攝像機的，目前有700多套各種型號在實驗室里和各種醫院、康復中心里運作。美國的PeakPerformanceTechnologiesInc.在過去的近20年也推出了一系列的商用PeakMotus運動測量系統，該系統同樣是基于攝像機的，也取得了廣泛的應用。雖然這樣的系統能夠準確的測量人體的動作，但它的便攜性和隱蔽性差，不方便使用。同時，這些組件為剛性或無彈性材料，如被固定在服裝上會影響人們穿著的舒適性。

不同傳感原理和傳感材料的傳感監測技術已被應用于人體運動姿態系統的開發。國內外已有部分專利技術和學術文獻被公開，如發明專利“一種姿態識別方法及姿態識別控制系統”(公開號：CN102799263A)，該專利對攝像裝置采集的肢體動作圖像進行預處理，提取出僅包含肢體動作區域的圖像數據；提取圖像數據的肢體動作特征，確定肢體擺放姿勢，判斷肢體運動狀態。本發明免去了紅外感光手套或者傳感器對用戶的限制，方便了用戶操作；但其只能在特定的地點進行測試，不能對人體運動進行實時監測。專利“肢體運動監測系統”(公開號：CN101522101A)中采用微型運動傳感器、光子織物、嵌入織物的微型壓力傳感器以及肌肉活動傳感器搭建了一個肢體運動監測系統。該系統結構復雜，嵌入織物的傳感器會影響織物的舒適性進而影響測試結果。

除此之外，《傳感技術學報》2008年第7期發表論文“基于機織結構的柔性應變傳感器的設計與分析”，作者以導電紗線與絕緣紗線組合的機織結構設計了并聯式與串聯式的應變傳感器，通過實驗發現，如果機織物中的導電紗線為并聯式，理論上可用于任意尺寸物體的大應變檢測，若為串聯式，則僅適用于較小尺寸物體的大應變檢測。文章只是對兩種不同結構下傳感器的應變敏感性進行了討論，并沒有應用到肢體進行實測?！禨yntheticMetals》2005年第155卷第3期發表論文“Conductingpolymercoatedlycra”，文中采用聚吡咯萊卡織物作為一個動態電路元件組成一個電路，長條狀導電織物覆蓋在膝蓋上，隨著膝蓋的彎曲導電織物電阻發生變化。根據電阻變化的大小，電路中的發生器發出不同的聲音，通過聲音的不同大小來反映膝蓋的彎曲程度。作者對肢體的運動測試只是一個定性的評價，且提出的條狀導電織物僅能反應彎曲程度，不能全面反應肢體的全方位運動?！禞ournalofneuroengineeringandrehabilitation》2005年第2卷第1期發表了論文“Wearableconductivefibersensorsformulti-axishumanjointanglemeasurements”，介紹了一種能夠連續長期地監測人體關節運動的技術，該技術就是將一根導電紗線貼附在織物上，隨著關節的彎曲導電紗線會伸長，從而導致其電阻增加，通過電阻的變換來反映關節的運動。《Sensors》2014年第14卷第3期發表了論文“ATextile-BasedWearableSensingDeviceDesignedforMonitoringtheFlexionAngleofElbowandKneeMovements”，文中采用彈性紗線制作了彈性導電帶，基于彈性導電帶組裝了一個用于檢測人體手肘和膝蓋運動角度的檢測系統。通過實驗發現該系統能夠很好地反映手肘與膝蓋的運動角度，隨著運動角度的增加，導電彈性帶的電阻幾乎成線性增加。這些研究所述檢測方法由于傳感元件的一維化，只能反應肢體的彎曲運動——這種單一運動。此外，這些研究所述測試方法中往往采用如粘貼式、筘式等固定導電織物與信號采集設備之間的信號引出線，在肢體的反復彎曲運動中都存在容易松動甚至脫落的問題。