[發明專利]穿戴式膝關節測量系統

在審

• 申請號: 201910802386.0
• 申請日: 2019-08-28
• 公開（公告）號: CN110558939A
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 付曉;張萍萍;張繼濤
• 申請（專利權）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權事務所
• 代理人: 葉春娜

本發明涉及一種穿戴式膝關節測量系統，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。通過本發明的測量系統，可以實現膝關節性能的長期監控以及進行膝關節惡化的預防監測。

技術領域

本發明涉及本發明涉及一種穿戴式監測系統，尤其涉及一種穿戴式膝關節特性測量系統。

背景技術

膝關節是人體最大的承重關節，膝骨關節炎是最常見的骨骼肌肉疾病，也是中老年人致殘的主要原因，85％全膝關節置換是由于膝骨關節炎。全膝關節置換常見的難題之一是骨缺損的處理，骨缺損位置可發生于脛骨、股骨及髕骨，多見于脛骨平臺骨缺損，股骨遠端骨缺損較脛骨骨缺損的發生率低，但股骨遠端骨缺損可增加膝關節的屈伸間隙，尤其是屈曲間隙。初次全膝關節置換骨缺損原因主要包括脛骨平臺的磨損、骨壞死、髁發育不全、創傷、炎癥反應等；全膝關節置換骨翻修術缺損的原因主要包括關節炎性、成角畸形、缺血性壞死、應力遮擋、脛骨高位截骨術史或全膝關節置換手術史及假體取出操作不當，或見于感染關節置換，第一期的清創階段。因此，及時發現膝關節的變異是有效預防膝骨關節炎的有效手段。

但是現有的監測膝關節的裝置都不是穿戴式的，都是在發生疾病進行恢復階段使用的，不能進行有效預防，而且不能進行長期監控；同時，在進行膝關節的監控過程中，對于監控參數的選擇以及參數的權重賦值，都存在缺陷，而這些困難的克服，有助于有效的進行膝關節的長期、可行性監測，且不影響人體的正常生活。

因此，有必要提供一種穿戴式的膝關節特效測量裝置，可以通過合理的參數選擇，對不同參數的合理的賦予權重，同時不影響受試者的生活的情況下，進行長期監控，以提高預防膝關節變異。

發明內容

本發明的穿戴式膝關節測量裝置，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動場景下的加速度、位置傳感器采集人體不同運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動場景下的表面肌電信號sEMG；生成人體大腿在不同運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到柔性穿戴部件的處理器以及無線通信裝置，通過該無線通信裝置發送到外部智能終端；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送到外部智能終端。所述的外部智能終端根據柔性穿戴部件發送的信號數據和腕部穿戴部件發送的數據，判斷人體膝關節的性能。

所述的外部智能終端根據以下步驟進行人體膝關節的性能分析：

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

(2)確定人體在不同時間同一運動場景下的大腿和小腿的間膝關節角速度和加速度變化；

(3)通過肌電信號確定人體在不同時間同一運動場景下的關節力矩以及應力分布、應變變化；