[發(fā)明專利]穿戴式膝關(guān)節(jié)測量系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910802386.0
• 申請日: 2019-08-28
• 公開（公告）號: CN110558939A
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付曉;張萍萍;張繼濤
• 申請（專利權(quán)）人: 付曉
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B5/11
• 代理公司: 53113 昆明合眾智信知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所
• 代理人: 葉春娜

1.一種穿戴式膝關(guān)節(jié)測量系統(tǒng)，其特征在于，包括加速度傳感器、角速度傳感器、位置傳感器、肌電傳感器，柔性穿戴部件、腕部穿戴部件、外部智能終端，所述的加速度傳感器，角速度傳感器，肌電傳感器、位置傳感器至少各有兩套，分別設(shè)置在人體的大腿位置和小腿位置，所述的柔性穿戴部件可以保證人體的正常生活不受影響，所述的加速度傳感器、角速度傳感器、位置傳感器、肌電傳感器設(shè)置在柔性穿戴部件分別靠近大腿和小腿的位置，所述的柔性穿戴部件內(nèi)部還包括處理器、存儲器以及無線通信裝置；所述的腕部穿戴部件設(shè)有觸摸顯示輸入屏、MCU、無線通信裝置；所述的加速度傳感器分別采集人體不同運(yùn)動場景下的加速度、位置傳感器采集人體不同運(yùn)動場景下的位置信號；所述的角速度傳感器分別采集人體不同運(yùn)動場景下的角速度、角度值；所述的肌電傳感器采集人體在不同運(yùn)動場景下的表面肌電信號sEMG；生成人體大腿在不同運(yùn)動場景下的加速度信號序列、角速度信號序列、位置信號序列、肌電信號序列以及生成人體小腿在不同運(yùn)動場景下的加速度信號序列、角速度信號序列、位置信號序列、肌電信號序列；所述的加速度傳感器、角速度傳感器、位置傳感器、肌電傳感器將采集生成的信號序列傳輸?shù)饺嵝源┐鞑考奶幚砥饕约盁o線通信裝置，通過該無線通信裝置發(fā)送到外部智能終端；所述的腕部穿戴部件具有與穿戴式部件同步的裝置，通過腕部穿戴部件的觸摸輸入屏可以輸入用戶在不同場景下的疼痛水平，腕部穿戴部件通過腕部穿戴部件的無線通信裝置將用戶輸入的疼痛水平發(fā)送到外部智能終端。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的外部智能終端根據(jù)柔性穿戴部件發(fā)送的信號數(shù)據(jù)和腕部穿戴部件發(fā)送的數(shù)據(jù)，判斷人體膝關(guān)節(jié)的性能。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的外部智能終端根據(jù)以下步驟進(jìn)行人體膝關(guān)節(jié)的性能分析：

(1)確定人體在不同運(yùn)動場景下的大腿和小腿相對三維位置關(guān)系，通過測量相對位置變化來確定大腿和小腿間膝關(guān)節(jié)的相對運(yùn)動；

(2)確定人體在不同時(shí)間同一運(yùn)動場景下的大腿和小腿的間膝關(guān)節(jié)角速度和加速度變化；

(3)通過肌電信號確定人體在不同時(shí)間同一運(yùn)動場景下的關(guān)節(jié)力矩以及應(yīng)力分布、應(yīng)變變化；

(4)通過人體輸入的疼痛水平，確定人體在進(jìn)行不同運(yùn)動時(shí)的膝關(guān)節(jié)疼痛值；

(5)根據(jù)膝關(guān)節(jié)的相對運(yùn)動、膝關(guān)節(jié)的角速度和角速度變化、關(guān)節(jié)力矩、應(yīng)力分布、應(yīng)變變化、輸入的疼痛水平，進(jìn)行多尺度特征融合，建立回歸模型，進(jìn)行膝關(guān)節(jié)性能評價(jià)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的測量膝關(guān)節(jié)的相對運(yùn)動，包括確定在走路、跑步、上樓、下樓四種運(yùn)動場景下的大腿和小腿的位置，分別計(jì)算在四種運(yùn)動場景下的大腿和小腿的歐式距離，定義為大腿和小腿間膝關(guān)節(jié)的相對運(yùn)動；統(tǒng)計(jì)j段時(shí)間內(nèi)的相對運(yùn)動，并將其劃分個(gè)n個(gè)基段，進(jìn)行相似性評價(jià)：

S＝aS_走+bS_跑+cS_上+dS_下，其中a，b，c，d為加權(quán)系數(shù)，可以根據(jù)需要進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，S_走表示走路時(shí)的運(yùn)動相似性，S_跑表示走路時(shí)的運(yùn)動相似性，S_上表示上樓時(shí)的運(yùn)動相似性，S_下表示下樓時(shí)的運(yùn)動相似性，S表示人體運(yùn)動的綜合相似性，其中：

式中，j為進(jìn)行分段的個(gè)數(shù)，k為采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)，i為運(yùn)動的類型，i＝1表示走路、i＝2表示跑步、i＝3表示上樓、i＝4表示下樓，Z為歐式距離，建立相似性序列。