膝关节活动保护系统及膝关节活动监测保护方法 |
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| 申请号 | CN201611107827.8 | 申请日 | 2016-12-06 | 公开(公告)号 | CN106540432A | 公开(公告)日 | 2017-03-29 |
| 申请人 | 深圳先进技术研究院; | 发明人 | 赵国如; 林颖蕾; 梁升云; 李慧奇; 宁运琨; 谢高生; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种 膝关节 活动保护系统及膝关节活动监测保护方法，包括用于穿戴在活动者的膝关节处的 护膝 柔性材料基底；设置在护膝柔性材料基底上并用于监测膝关节的活动状态数据的监测感应装置；设置在护膝柔性材料基底上的控制部，控制部与监测感应装置电连接以接收并处理监测感应装置监测到的膝关节的活动状态数据而形成数据发射 信号 ；与控制部之间通信连接的终端单元，控制部向终端单元发射数据发射信号，终端单元根据接收的数据发射信号提示调整膝关节的活动状态。该技术方案可解决 现有技术 的膝关节活动状态监测方法无法针对活动者进行实时监测以实时矫正活动者膝关节的活动姿势的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.膝关节活动保护系统，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 膝关节活动保护系统及膝关节活动监测保护方法技术领域[0001] 本发明涉及运动护具研究技术领域，具体地，涉及一种膝关节活动保护系统及膝关节活动监测保护方法。 背景技术[0002] 膝关节是人体的重要关节，其组成包括胫骨关节和髌骨关节双关节，在日常活动和体育运动中起到支撑、稳定和力的传导作用。同时，膝关节也很容易受到急性和慢性的运动伤害。在运动过程中由于没有采取正确姿势动作，很容易造成膝关节半月板急性损伤，两侧韧带和十字韧带的撕裂等运动损伤。而长期的行走姿势不良，有可能诱发和加速骨关节炎的发生。由于膝关节的屈曲动作十分复杂，至今没有建立起膝关节屈曲的精准模型。 [0003] 膝关节的形态决定了其屈曲活动的状况，胫骨关节的活动范围能达到0°到140°，在90°屈曲时，约有±30°的旋转活动范围。这就使得膝关节的表面在屈曲时能达到较大的拉伸。 [0004] 一般的运动护膝的设计目标是对膝关节加强紧固力、运动防护和保暖，不具有对膝关节活动进行监测、提醒、保护等的功能。现有的监测膝部活动状态的方法主要是指实验室里基于光学追踪的方法，以实现对膝关节活动状态进行建模采集膝关节活动数据。但此种方法仅限在实验室测试，且成本高，并且无法针对活动者进行实时监测数据以实时矫正活动者膝关节活动姿势。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种膝关节活动保护系统及膝关节活动监测保护方法，旨在解决现有技术中的膝关节活动状态监测方法无法针对活动者进行实时监测以实时矫正活动者膝关节的活动姿势的问题。 [0006] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种膝关节活动保护系统，包括：护膝柔性材料基底，护膝柔性材料基底用于穿戴在活动者的膝关节处，护膝柔性材料基底覆盖膝关节且覆盖部分大腿及部分小腿；监测感应装置，监测感应装置设置在护膝柔性材料基底上，监测感应装置用于监测膝关节的活动状态数据；控制部，控制部设置在护膝柔性材料基底上，控制部与监测感应装置电连接以接收并处理监测感应装置监测到的膝关节的活动状态数据而形成数据发射信号；终端单元，终端单元与控制部之间通信连接，控制部向终端单元发射数据发射信号，终端单元根据接收的数据发射信号提示活动者调整膝关节的活动状态。 [0007] 可选地，监测感应装置包括多个应变传感器和多个压力传感器，多个应变传感器阵列设置在护膝柔性材料基底的外表面上，多个压力传感器阵列设置在护膝柔性材料基底的与活动者皮肤接触的内表面上，且各个应变传感器和各个压力传感器均与控制部电连接。 [0008] 可选地，监测感应装置还包括温度传感器，温度传感器设置在护膝柔性材料基底的内表面上，且温度传感器与控制部电连接。 [0009] 可选地，应变传感器为柔性应变传感器，压力传感器为柔性压力传感器。 [0010] 可选地，柔性应变传感器为柔性材料应变传感器或非柔性材料应变传感器；和/或柔性压力传感器为柔性材料压力传感器或非柔性材料压力传感器。 [0011] 可选地，当柔性压力传感器为非柔性材料压力传感器时，该非柔性材料压力传感器的厚度小于3.5mm。 [0012] 可选地，护膝柔性材料基底由多层柔性材料层组成，多个应变传感器设置在外层的柔性材料上，温度传感器及多个压力传感器均设置在内层的柔性材料上且均与活动者皮肤接触。 [0013] 可选地，控制部具有信号发射端和信号接收端，信号发射端用于向终端单元发射数据发射信号，信号接收端用接收终端单元发射的执行控制信号。 [0014] 根据本发明的另一方面，提供了一种膝关节活动监测保护方法，活动者在运动过程中穿戴上前述的膝关节活动保护系统，膝关节活动监测保护方法包括以下步骤：膝关节活动保护系统的监测感应装置实时监测活动者膝关节的活动状态数据；膝关节活动保护系统的控制部接收并处理监测感应装置监测到的膝关节的活动状态数据而形成数据发射信号；控制部向膝关节活动保护系统的终端单元发射数据发射信号，终端单元根据接收的数据发射信号提示活动者调整膝关节的活动状态。 [0015] 可选地，活动状态数据包括活动者的膝关节的屈曲状态数据、表面拉伸变化数据以及温度数据。 [0016] 活动者通过应用本发明的膝关节活动保护系统，能够对自己的膝关节的活动状态建立实时的监测模型，从而获知膝关节的运动姿势是否正确，再根据移动终端给出的调整提示进行调整，从而在运动过程中实时地调整膝关节的活动姿势，正确地矫正膝关节活动的不当姿势，达到保护膝关节的目的。附图说明 [0017] 图1是本发明的膝关节活动保护系统的实施例的立体结构示意图。 [0018] 在附图中： [0019] 10、护膝柔性材料基底； 20、监测感应装置； [0020] 30、控制部。 具体实施方式[0021] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0022] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者间接连接至该另一个元件上。 [0023] 还需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。 [0024] 如图1所示，本实施例的膝关节活动保护系统包括护膝柔性材料基底10、监测感应装置20、控制部30和终端单元，护膝柔性材料基底10用于穿戴在活动者的膝关节处，护膝柔性材料基底10覆盖膝关节且覆盖部分大腿及部分小腿，监测感应装置20设置在护膝柔性材料基底10上，监测感应装置20用于监测膝关节的活动状态数据，控制部30设置在护膝柔性材料基底10上，控制部30与监测感应装置20电连接以接收并处理监测感应装置20监测到的膝关节的活动状态数据而形成数据发射信号，终端单元与控制部30之间通信连接，控制部30向终端单元发射数据发射信号，终端单元根据接收的数据发射信号提示活动者调整膝关节的活动状态。 [0025] 活动者在进行运动之前将该膝关节活动保护系统的护膝柔性材料基底10穿戴在膝关节处，然后将该膝关节活动保护系统中的监测感应装置20、控制部30和终端单元都启动，在运动过程中，监测感应装置20通过对膝关节处的活动状态数据进行实时监测，将监测到的膝关节的活动状态数据通过控制部30进行收集并整理，再通过终端单元进行显示活动状态数据，并根据该活动状态数据对活动者的膝关节的活动姿势给出调整提示。这样，活动者通过应用本发明的膝关节活动保护系统，能够对自己的膝关节的活动状态建立实时的监测模型，从而获知膝关节的运动姿势是否正确，再根据移动终端给出的调整提示进行调整，从而在运动过程中实时地调整膝关节的活动姿势，正确地矫正膝关节活动的不当姿势，达到保护膝关节的目的。 [0026] 控制部30可以采用能够充电的锂电池进行供电，监测感应装置20也通过该锂电池获得工作所需电能。当然，控制部30也可以采用可更换的纽扣电池进行供电。具体地，控制部30为现有技术中普遍使用的体积小、功耗低、运行速度快的高性能微型处理器，并且该微型处理器安装在护膝柔性材料基体10的前部(或者，微型处理器安装在护膝柔性材料基体10的包裹大腿外侧的上边缘的位置上；当然，微型处理器还可以安装在护膝柔性材料基体 10上的任意位置上)，进一步地，微型处理器是可拆卸地安装在护膝柔性材料基体10上的，因而当微型处理器发生故障时能够对微型处理器进行更换处理。 [0027] 控制部30具有信号发射端和信号接收端。信号发射端用于向终端单元发射数据发射信号。信号接收端用接收终端单元发射的执行控制信号，即是，当活动者穿戴完毕该膝关节活动保护系统之后，使用者通过终端单元上的控制程序向控制部30发射执行控制信号以控制控制部30及监测感应装置20开始运行。 [0028] 在本实施例中，监测感应装置20包括多个应变传感器和多个压力传感器。 [0029] 多个应变传感器阵列设置在护膝柔性材料基底10的外表面上，且各个应变传感器与控制部30电连接，具体地，各个应变传感器为柔性应变传感器。并且，柔性应变传感器为柔性材料应变传感器或非柔性材料应变传感器。当柔性应变传感器为柔性材料传感器时，柔性材料传感器可有弹性柔性材料基底和导电涂层组成(或者也可由弹性纱和可导电纱线织成)，该柔性材料传感器能够测量较大的应变量，并且可以承受多次循环拉伸疲劳测试，耐水洗，能够保持良好性能。当柔性应变传感器为非柔性材料传感器时，非柔性材料传感器可由各种弹性材料实现，如硅橡胶、聚氨酯等。 [0030] 多个压力传感器阵列设置在护膝柔性材料基底10的与活动者皮肤接触的内表面上，且各个压力传感器与控制部30电连接，具体地，各个压力传感器为柔性压力传感器，并且，柔性压力传感器为柔性材料压力传感器或非柔性材料压力传感器。当柔性压力传感器为柔性材料压力传感器时，可由弹性柔性材料和导电涂层组成，也可以由弹性纱和导电纱线织成，能够承受多次循环疲劳试验，耐水洗，能够保持良好性能。当柔性压力传感器为非柔性材料传感器时，可由各种压力传感器来替代实现，并且，该非柔性材料压力传感器的厚度小于3.5mm，从而大大减小活动者膝关节处收承受的负重物的大小和重量。 [0031] 在活动者运动过程中，膝关节处的温度升高，同时膝关节处的各个骨骼之间的摩擦，这会严重影响膝关节的活动功能，对膝关节造成损伤，因此，监测感应装置20还包括温度传感器，温度传感器设置在护膝柔性材料基底10的内表面上，且温度传感器与控制部30电连接。通过利用温度传感器监测活动者膝关节处的温度升高情况，从而适时地提示活动者进行休息，以使膝关节处温度降低，并使膝关节获得休息恢复的时间，从而保护膝关节的健康。 [0032] 具体地，该膝关节活动保护系统的护膝柔性材料基底10由多层柔性材料层组成，多个应变传感器设置在外层的柔性材料上，温度传感器及多个压力传感器均设置在内层的柔性材料上且均与活动者皮肤接触。本实施例中，护膝柔性材料基底10优选采用2层柔性材料或3层柔性材料，且柔性应变传感器为阵列布置，其位于护膝柔性材料基体10的外层柔性材料上，而柔性压力传感器则位于护膝柔性材料基体10的内层柔性材料上。柔性应变传感器可以采用多种阵列排布方式，并且膝关节处髌骨下方至髌骨上方的位置是主要测量位置。例如采用长条状柔性应变传感器，其长度方向沿护膝柔性材料基体10的长度方向延伸，并且各个柔性应变传感器沿护膝柔性材料基体10的周向布置。 [0033] 当活动者在寒冷的冬日进行户外运动时，多层柔性材料组成的护膝柔性材料基底10还具有对膝关节保暖的功能。 [0034] 优选地，终端单元可以是手机、平板电脑、智能手环等智能移动设备。以终端单元为手机为例进行说明。与膝关节活动保护系统配套地，预先设计并开发出相应的控制应用程序，并将控制应用程序安装到手机中，同样地在微型处理器中预先设计并存储相应的运行程序。然后，运行该控制应用程序，手机通过该控制应用程序向控制部30发出控制执行信号，控制部30的接收端接收到控制执行信号则启动运行，并且控制监测感应装置20也开始启动运行。在活动者运动过程中，监测感应装置20对活动者的膝关节的活动状态数据进行监测，并实时传输至控制部30进行收集、处理以形成数据发射信号，再由控制部30的发射端将数据发射信号发射至手机，然后手机中的控制应用程序分析接收到的数据发射信号，然后将膝关节的活动状态数据进行显示，并同时显示调整膝关节活动姿势的提示信息，活动者根据该提示信息对膝关节的活动姿势进行调整，从而实现实时矫正膝关节活动的不当姿势，达到保护膝关节的目的。 [0035] 本发明的膝关节活动保护系统为大众人群提供了一种实时反映膝关节表面拉伸状态及运动监测的智能护膝系统。该膝关节活动保护系统的护膝柔性材料基体10能够满足活动穿戴方便的要求，符合大众穿着护膝器具的习惯，不受试验条件或地理位置等因素的影响，并且通过在护膝柔性材料基体10上布置应变传感器节点和压力传感器节点，能够实时地采集日常生活中和体育运动中活动者的膝关节的表面拉伸参数，是活动者了解自身的膝关节的活动情况，并及时调整不适合的活动姿势。另外，安装在护膝柔性材料基体10上的监测感应装置20和控制部30均能够从护膝柔性材料基体10上拆卸下来，从而方便对护膝柔性材料基体10进行清洗(当应变传感器和压力传感器均为柔性材料传感器时，可以仅将控制部30拆卸下来而不拆卸监测感应装置20，然后直接进行清洗即可；当应变传感器和压力传感器均为非柔性材料传感器时，则应将监测感应装置20和控制部30均进行拆卸之后再进行清洗)。 [0036] 在本申请中，柔性材料优选为织物材料，即该膝关节活动保护系统中的护膝柔性材料基底10为护膝织物基底，柔性材料应变传感器为织物应变传感器，柔性材料压力传感器为织物压力传感器。当然，柔性材料还可以选择具有透气、柔软性质的高分子复合材料，但并不限于此，其余的具有透气、柔软性质的材料也能够符合应用条件。 [0037] 根据本发明的另一方面，提供了一种膝关节活动监测保护方法，活动者在运动过程中穿戴上前述的膝关节活动保护系统，以对膝关节形成保护。膝关节活动监测保护方法包括以下步骤：膝关节活动保护系统的监测感应装置20实时监测活动者膝关节的活动状态数据；膝关节活动保护系统的控制部30接收并处理监测感应装置20监测到的膝关节的活动状态数据而形成数据发射信号；控制部30向膝关节活动保护系统的终端单元发射数据发射信号，终端单元根据接收的数据发射信号提示活动者调整膝关节的活动状态。通过采用该膝关节活动监测保护方法，能够对自己的膝关节的活动状态建立实时的监测模型，从而获知膝关节的运动姿势是否正确，在根据移动终端给出的调整提示进行调整，从而在运动过程中实时地调整膝关节的活动姿势，正确地矫正膝关节活动姿势，达到保护膝关节的目的。 [0038] 优选地，活动状态数据包括活动者的膝关节的屈曲状态数据、表面拉伸变化数据以及温度数据。在运动过程中，控制部30实时收集并整合处理分析活动者的膝关节的屈曲状态数据、表面拉伸变化数据以及温度数据，从而建立活动者的膝关节的活动状态的个人模型，得出针对活动者符合活动者自己的膝关节活动状态模型，因而能够更有针对性地调整活动者的膝关节的活动姿势，保护膝关节的健康。 |
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