本發(fā)明屬于智能康復(fù)設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種個(gè)性化反饋電刺激的異常姿態(tài)精準(zhǔn)康復(fù)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、青少年姿勢(shì)性駝背是現(xiàn)代社會(huì)普遍存在的一種姿勢(shì)異常，是近年來兒童青少年體質(zhì)健康領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。其發(fā)病機(jī)制涉及多種因素，包括年齡、性別、種族、骨骼、肌肉、韌帶和姿勢(shì)因素。健康的脊柱是保持人體正常姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng)能力的基礎(chǔ)。青少年處在身體快速發(fā)育的階段，神經(jīng)系統(tǒng)和肌肉骨骼系統(tǒng)尚未完全發(fā)育成熟，脊柱過度后凸不僅影響形體美觀，還有可能引起脊柱退變、身體功能下降、呼吸功能受損、內(nèi)臟發(fā)育受限，嚴(yán)重影響青少年身心健康。

2、姿勢(shì)性駝背的主要原因是因?yàn)殚L(zhǎng)期的異常姿態(tài)導(dǎo)致脊柱的屈肌和伸肌發(fā)育失衡，背部肌肉由于長(zhǎng)期處于放松狀態(tài)而會(huì)發(fā)生一定程度的萎縮。姿勢(shì)性駝背等不良身體姿態(tài)對(duì)于骨骼健康的影響是緩慢而持續(xù)的，姿態(tài)異常會(huì)導(dǎo)致人體骨骼肌肉系統(tǒng)由功能性改變向器質(zhì)性改變過渡。如果等到成年后、疾病或疼痛已經(jīng)發(fā)生后再進(jìn)行治療則為時(shí)已晚。作為影響青少年身體姿態(tài)的的關(guān)鍵因素，青少年姿勢(shì)性駝背問題備受關(guān)注，國內(nèi)外的研究表明結(jié)合電刺激的主動(dòng)干預(yù)方式是改善這一現(xiàn)象行之有效的方法。cobb角是目前標(biāo)準(zhǔn)的背測(cè)量方式，它是根據(jù)美國整形外科醫(yī)生john?robert?cobb命名的，通過測(cè)量脊柱x光片中最傾斜的兩個(gè)椎骨之間的角度得到，此法一開始用于測(cè)量脊椎側(cè)彎，其后將其修改應(yīng)用與側(cè)面胸椎x光片的測(cè)量。胸椎1~3節(jié)在x光片上會(huì)有肋骨及肩膀的影像重疊問題，不容易看清楚，所以較常選擇胸椎第4節(jié)(t4)及胸椎第12節(jié)(t12)當(dāng)參考點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。此角度是由t4椎體上緣終板、及t12椎體下緣終板的延伸線所形成的交角進(jìn)行測(cè)量，如圖8所示。當(dāng)角a測(cè)量出的角度大于40度即為駝背。

3、中國專利cn108514689a公開了一種電刺激矯姿方法及矯姿設(shè)備，其中，電刺激矯姿設(shè)備包括：采集模塊、姿態(tài)數(shù)據(jù)處理模塊以及電刺激模塊，其中，采集模塊，用于采集待矯姿部位的姿態(tài)數(shù)據(jù)；姿態(tài)數(shù)據(jù)處理模塊，用于依據(jù)采集模塊采集的姿態(tài)數(shù)據(jù)，判斷姿態(tài)變化是否滿足觸發(fā)條件，若是，向電刺激模塊輸出電刺激指令；電刺激模塊，用于依據(jù)接收的電刺激指令，輸出電刺激，以提示對(duì)所述待矯姿部位進(jìn)行矯姿。本申請(qǐng)實(shí)施例提高了矯姿設(shè)備的矯姿效果。

4、但是由于個(gè)體肌肉特性的差異性,同樣的電刺激參數(shù)對(duì)于不同個(gè)體肌肉來說效果有所差異，中國專利cn108514689a僅憑姿態(tài)變化來確定電刺激參數(shù)難以讓不同患者獲得同樣有效的矯姿效果,同樣的參數(shù)可能對(duì)有的患者達(dá)不到電刺激效果，對(duì)有的患者卻會(huì)有明顯刺痛感。如何有效精準(zhǔn)地實(shí)施個(gè)性化的電刺激是目前主要需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種個(gè)性化反饋電刺激的異常姿態(tài)精準(zhǔn)康復(fù)系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，能夠有效判定用戶的背部狀態(tài)與姿勢(shì)性駝背程度，根據(jù)不同用戶個(gè)體和肌肉狀態(tài)實(shí)施個(gè)性化電刺激輔助矯姿，以有效的肌肉刺激達(dá)到有效矯姿的效果。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種個(gè)性化反饋電刺激的異常姿態(tài)精準(zhǔn)康復(fù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

3、慣性傳感單元(imu)，用于測(cè)量用戶的角，判斷其駝背程度；

4、表面電極，貼于胸大肌肌腹和斜方肌中部肌腹，采集肌電信號(hào)并施加電刺激；

5、主控模塊，用于根據(jù)慣性傳感單元測(cè)量的角判斷用戶駝背程度，當(dāng)用戶處于肌肉放松狀態(tài)時(shí)，檢測(cè)身體姿態(tài)cobb角，若，則用戶姿態(tài)正常，系統(tǒng)反饋?zhàn)藨B(tài)正常提示，不需要進(jìn)行姿態(tài)矯正；若,則用戶為重度駝背，此時(shí)系統(tǒng)反饋重度駝背提示，建議用戶進(jìn)行專業(yè)的醫(yī)療干預(yù)；若，則為輕度駝背，若，則為中度駝背，系統(tǒng)能夠根據(jù)表面電極采集的肌電信號(hào)結(jié)合駝背程度確定電刺激修正閾值；

6、上位機(jī)處理模塊，計(jì)算用戶狀態(tài)的品質(zhì)因數(shù)和狀態(tài)的品質(zhì)因數(shù)以及用戶放松狀態(tài)下的品質(zhì)因數(shù)；所述品質(zhì)因數(shù)為胸部肌肉與背部肌肉的肌電信號(hào)平均整流肌電值差值；并計(jì)算，然后通過電刺激修正閾值對(duì)計(jì)算結(jié)果修正，確定結(jié)合駝背狀態(tài)的個(gè)性化電刺激強(qiáng)度，下發(fā)電刺激指令。

7、進(jìn)一步地，所述慣性傳感單元(imu)一塊貼附于用戶背部頸椎第7節(jié)c7或胸椎第1節(jié)t1，另一塊貼附于處胸椎12節(jié)t12，通過兩塊慣性傳感單元可以分別得到兩處頸椎平面的傾斜角，進(jìn)而計(jì)算出兩處頸椎平面的夾角，即cobb角。

8、進(jìn)一步地，所述表面電極貼附于用戶胸大肌肌腹se11、se12和斜方肌中部肌腹se21、se22，其中se11和se12用于表面肌電采集，se21和se22既用于表面電刺激，又用于電刺激輸出。

9、進(jìn)一步地，電刺激修正閾值確定過程為：對(duì)背部斜方肌中部肌肉即表面電極se21、se22施加電刺激，強(qiáng)度由開始以步進(jìn)值緩慢增加，若為輕度駝背，記錄用戶能感受到電刺激的閾值作為電刺激修正閾值；若為中度駝背，記錄用戶主動(dòng)放松狀態(tài)下背部肌肉依靠電刺激的運(yùn)動(dòng)閾值為作為電刺激修正閾值。

10、進(jìn)一步地，為弱脈沖電流，用于激活肌肉，提醒主動(dòng)收縮；采用脈沖簇電流刺激方式，用于促進(jìn)肌肉收縮，提供更強(qiáng)的牽引力。

11、進(jìn)一步地，所述品質(zhì)因數(shù)具體計(jì)算公式為：

12、

13、其中為胸部肌肉的平均整流肌電值，為背部肌肉的平均整流肌電值，通過品質(zhì)因數(shù)表征胸部肌肉與背部肌肉的收縮差異，不同用戶個(gè)體收縮差異不同。

14、進(jìn)一步地，平均整流肌電值aemg和肌肉神經(jīng)募集能力成正比，體現(xiàn)出肌肉主動(dòng)收縮強(qiáng)度；其計(jì)算公式為：

15、

16、其中emg為所采集到有效肌電數(shù)值，n為單位時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

17、進(jìn)一步地，確定結(jié)合駝背狀態(tài)的個(gè)性化電刺激強(qiáng)度公式為：

18、

19、其中，表示個(gè)性化反饋電刺激強(qiáng)度，此公式中的cobb為實(shí)時(shí)角度，若用戶為正常姿態(tài)，不觸發(fā)電刺激或停止觸發(fā)電刺激；若用戶為重度駝背，建議用戶進(jìn)行專業(yè)的醫(yī)療干預(yù)。

20、進(jìn)一步地，所述上位機(jī)處理模塊確定用戶的肌肉疲勞情況，計(jì)算公式如下：

21、

22、其中，mpf表示平均功率頻率，其值隨肌肉疲勞程度加深而減小，表征肌肉疲勞情況，為功率譜密度，為肌電信號(hào)頻率，和為帶通濾波器截止頻率；當(dāng)平均功率頻率mpf小于等于預(yù)設(shè)疲勞閾值mpf(th)時(shí)，觸發(fā)肌肉疲勞預(yù)警，停止輸出電刺激，建議用戶調(diào)整姿態(tài)以放松肌肉。

23、進(jìn)一步地，所述上位機(jī)處理模塊實(shí)時(shí)顯示肌電數(shù)據(jù)波形與背部姿態(tài)圖像。

24、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明基于異常體態(tài)所造成的姿勢(shì)性駝背的原因及當(dāng)前相關(guān)研究現(xiàn)狀，充分考慮到不同個(gè)體肌肉的差異化，提供了一種個(gè)性化反饋電刺激的異常姿態(tài)精準(zhǔn)康復(fù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠針對(duì)不同個(gè)體肌肉為反饋電刺激算法定制不同的參數(shù)。本發(fā)明使得不同用戶在使用過程中既能獲得合適的電刺激治療效果，又能避免過度電刺激帶來的刺痛感及肌肉疲勞等問題。

技術(shù)特征：

1.一種個(gè)性化反饋電刺激的異常姿態(tài)精準(zhǔn)康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種個(gè)性化反饋電刺激的異常姿態(tài)精準(zhǔn)康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，所述慣性傳感單元一塊貼附于用戶背部頸椎第7節(jié)c7或胸椎第1節(jié)t1，另一塊貼附于處胸椎12節(jié)t12，通過兩處頸椎平面的夾角，計(jì)算出cobb角。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種個(gè)性化反饋電刺激的異常姿態(tài)精準(zhǔn)康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，所述表面電極貼附于用戶胸大肌肌腹se11、se12和斜方肌中部肌腹se21、se22，其中se11和se12用于表面肌電采集，se21和se22既用于表面電刺激，又用于電刺激輸出。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種個(gè)性化反饋電刺激的異常姿態(tài)精準(zhǔn)康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，電刺激修正閾值確定過程為：對(duì)背部斜方肌中部肌肉即表面電極se21、se22施加電刺激，強(qiáng)度由開始以步進(jìn)值緩慢增加，若為輕度駝背，記錄用戶能感受到電刺激的閾值作為電刺激修正閾值；若為中度駝背，記錄用戶主動(dòng)放松狀態(tài)下背部肌肉依靠電刺激的運(yùn)動(dòng)閾值為作為電刺激修正閾值。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種個(gè)性化反饋電刺激的異常姿態(tài)精準(zhǔn)康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，為弱脈沖電流，用于激活肌肉，提醒主動(dòng)收縮；采用脈沖簇電流刺激方式，用于促進(jìn)肌肉收縮，提供更強(qiáng)的牽引力。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種個(gè)性化反饋電刺激的異常姿態(tài)精準(zhǔn)康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，所述品質(zhì)因數(shù)具體計(jì)算公式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種個(gè)性化反饋電刺激的異常姿態(tài)精準(zhǔn)康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，平均整流肌電值aemg和肌肉神經(jīng)募集能力成正比，體現(xiàn)出肌肉主動(dòng)收縮強(qiáng)度；其計(jì)算公式為：

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種個(gè)性化反饋電刺激的異常姿態(tài)精準(zhǔn)康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，確定結(jié)合駝背狀態(tài)的個(gè)性化電刺激強(qiáng)度公式為：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種個(gè)性化反饋電刺激的異常姿態(tài)精準(zhǔn)康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(jī)處理模塊確定用戶的肌肉疲勞情況，計(jì)算公式如下：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種個(gè)性化反饋電刺激的異常姿態(tài)精準(zhǔn)康復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(jī)處理模塊實(shí)時(shí)顯示肌電數(shù)據(jù)波形與背部姿態(tài)圖像。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種個(gè)性化反饋電刺激的異常姿態(tài)精準(zhǔn)康復(fù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括主控模塊、上位機(jī)處理模塊、慣性傳感單元和表面電極，能夠?qū)崟r(shí)采集用戶特定點(diǎn)位的表面肌電信號(hào)sEMG以及背部姿態(tài)數(shù)據(jù)并輸出特定強(qiáng)度的電刺激輔助用戶準(zhǔn)確地、有效地矯正不良姿態(tài)。通過背部多點(diǎn)位慣性傳感單元IMU分析用戶當(dāng)前姿態(tài)，通過胸部與背部肌肉的肌電信號(hào)的平均整流肌電值A(chǔ)EMG分析肌肉收縮狀態(tài)，同時(shí)系統(tǒng)通過在用戶背部貼附的表面電極可輸出反饋電刺激。基于個(gè)性化反饋電刺激算法，融合用戶個(gè)性化數(shù)據(jù)、當(dāng)前姿態(tài)、肌肉收縮狀態(tài)的分析，輸出個(gè)性化的強(qiáng)度合理的電刺激參數(shù)準(zhǔn)確輔助用戶收縮背部肌肉，從而到達(dá)對(duì)背部肌肉收縮的鍛煉以及不良姿態(tài)矯正的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：金浩,洪宇寅,史呂剛,張順,董樹榮,馮剛,徐新民
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19