CN106606351A - 一种基于颈椎疲劳程度的智能判断系统及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能可穿戴设备技术领域，涉及一种基于颈椎疲劳程度的智能判断系统，所述智能判断系统包括检测单元、控制单元、数据传输单元；系统各单元模块安装在一套可穿戴的设备中，该系统与所述可穿戴设备中的按摩单元和手机APP中的相应功能配合使用。本智能判断系统具有实时检测、自动统计、智能判断、使用方便的特点，通过实时检测颈椎的活动频率与颈椎生理曲线科学地判断颈椎的疲劳程度，在颈椎出现人能感知到的不适感之前进行适当按摩，提高用户的工作和学习效率，保持良好状态；根据检测的颈椎状态推荐有针对性的运动方式使颈椎得到保健；同时手机APP中定时推荐养生曲目使用户得到有效的身心放松。

Description

一种基于颈椎疲劳程度的智能判断系统及其用途

技术领域

本发明属于智能可穿戴设备技术领域，涉及一种基于颈椎疲劳程度的智能判断系统，具体涉及一种基于实时检测的颈椎状态来智能判断颈椎疲劳程度的系统及其用途。

背景技术

现有技术公开了智能可穿戴设备是可以直接作为配件穿戴在身上的便携式电子设备，其在软件支持下感知、记录、分析生命特征，极大地提高配戴者的生活质量。随着物联网和移动互联网的发展，智能可穿戴设备与各类应用软件紧密结合，成为其新的发展趋势。通常智能可穿戴设备分为生活健康、信息咨询和体感控制类设备，但在目前的可穿戴设备中，尚缺乏专门针对颈椎保健功能的设备；而且在现有的颈椎按摩仪中，亦没有可以智能检测并判断颈椎疲劳程度来开启按摩单元，以进一步为用户提供高效个性化的颈椎保健功能。

根据最近中国城市健康状况调查之白领健康分析报告显示，久坐少动的上班族通常会因为过度劳损、使力不当、姿势不良、饮食不规律，引起腰背痛或颈椎僵硬以及胃肠道不适的情形,致使肩颈疾病位列青年人患病率第三位。调查显示，大部分有颈椎问题的人士从事的工作都是需要长时间久坐的，如：久坐不动的上班族、电脑族、长期伏案工作或学习的教师或学生、司机等需长期开车的驾车一族、手工、雕塑、写作等需要长期低头作业的特定职业者等；而颈椎保健，可以缓解因长期保持某一固定姿势导致的颈部不适，从而达到缓解疲劳、有效预防颈椎病的功效。

针对以上原因，各种颈椎保健仪器正在悄然兴起，目前现有的颈部保健方式有：或震动或敲打的按摩方式，低频电疗，磁疗，红外热灸，枕式牵引等，有关产品的类型有：

(1)颈椎按摩椅垫、按摩靠垫，其利用按摩头来模拟人的手部动作，具有恒温热敷功能，机械式控制方式，该方式虽然对手部动作起到良好的模拟效果，但是产品体积过大，不便于办公时使用，不便于携带；

(2)颈肩部按摩披肩，其利用按摩头实现模拟敲打动作，该方式虽然便于携带，但是不是智能设备，不能实时检测颈椎的疲劳程度，不能智能开启按摩功能，也不能提供个性化的保健方式；

(3)颈椎按摩棒，其需按钮操作，手握使用，在使用时不能解放双手，并且噪声较大，不适于办公使用。

综上，现有的颈椎按摩产品及方式不能实现颈椎状态的实时检测以及智能判断开启按摩功能，未实现真正意义的智能控制和为用户制定个性化的颈椎保健方式，并且大部分有关产品不具有便携、可穿戴的功能。

鉴于上述问题，本申请的发明人拟提供一种通过实时检测颈椎状态来智能判断颈椎疲劳程度的系统以及相应的使用方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于颈椎疲劳程度的智能判断系统，具体涉及一种基于实时检测的颈椎状态来智能判断颈椎疲劳程度的系统及其用途。

该系统可以实时检测颈椎活动频率及颈椎生理曲线，并可以根据检测的数据智能判断颈椎的疲劳程度，从而智能控制是否开启相应设备的按摩功能，进一步用于指导佩戴者达到最佳的放松状态。

具体的，本发明提供的智能检测并判断颈椎疲劳程度系统，包括：检测单元、数据传输单元、控制单元；系统各单元模块安装在一套可穿戴的设备中，该系统与所述可穿戴设备中的按摩单元和手机APP中的相应功能配合使用。

本发明中，可穿戴的设备由直接接触皮肤的衣服以及带传感器的电极等组成。

本发明中，检测单元：包括颈椎活动频率检测模块与颈椎生理曲线检测模块，其中：所述颈椎活动频率检测模块是利用加速度传感器和陀螺仪检测颈部在某时间段内(如：30分钟)运动速度和方向的变化；所述颈椎生理曲线检测模块通过应变片实时检测颈椎的生理曲线；

本发明中，数据传输单元：由控制板的蓝牙模块以及Android端的蓝牙模块共同构成，控制板中的蓝牙模块将数据以固定频率发出，Android端开发获取程序，对数据进行获取；

本发明中，控制单元：由可穿戴设备中的控制板和基于Android端的开发程序共同构成，其中，基于Android端的开发程序对手机接收到的数据进行处理，计算出在一段时间内，颈椎的活动频率A以及检测到的颈椎生理曲线与标准生理曲线之间差值的平方和B，系统采用阈值分析的方法对颈椎的疲劳状态进行判断，将判断结果通过蓝牙模块传递给控制板，由控制板根据判断结果，智能控制按摩单元是否启动。

本发明中，所述颈椎活动频率检测模块，由三轴加速度传感器和陀螺仪构成，用三轴加速度传感器检测出颈部运动加速度值，并由此判断颈椎的活动情况，陀螺仪获得颈部的角度变化；

本发明中，所述颈椎生理曲线检测模块，由应变片构成，用于实时检测颈椎的生理曲线。

本发明中，控制单元，由可穿戴设备中的控制板和安装安卓(Android)操作系统的手机组成，控制板可以将采集到的生理数据通过蓝牙传输到手机，并通过Android端的手机开发程序进行数据处理，然后将结果以及操作指令通过蓝牙发回到控制单元，由控制单元操作按摩单元执行各种动作，另外控制板还可以自行处理采集的生理数据并通过按摩单元执行动作；本发明的实施例中，可穿戴设备中的控制板负责控制检测单元中加速度传感器、陀螺仪和应变片的数据采集、按摩单元中的电脉冲发生电路以及可穿戴设备中的蓝牙模块。基于Android端开发程序，通过对手机接收的数据进行分析判断，智能判断颈椎的疲劳程度；

本发明中，数据传输单元，由控制板的蓝牙模块以及Android端的蓝牙模块共同构成，负责将可穿戴设备中检测单元测得的数据通过蓝牙实时传输到用户手机，以及将手机处理结果以及各指令回传到控制板中；

本发明的目的还在于提供一种上述智能判断系统相应的使用方法，包括：按摩单元和手机APP中的相应功能，使用方法能使穿戴设备者更有效的颈椎放松。

本发明中，按摩单元，由可穿戴设备中作用于各个特定穴位上的电脉冲发生电路，以及可穿戴设备中作用于各个穴位上的电极构成，用户手机通过蓝牙模块实时接收来自可穿戴设备的数据，并且可以调节按摩单元的按摩频率和力度，手机中相应的APP，具有多重放松功能，与按摩单元共同构成一种使穿戴设备者的放松方式。

本发明的实施例中，按摩单元，采用在特定的穴位进行电脉冲刺激，其实现过程为：手机产生的控制指令，通过蓝牙模块传输到控制板，控制板根据获得指令，分别控制各个穴位的电脉冲发生电路，其中各个穴位的电脉冲发生电路包括：D/A转换模块、波形发生模块、开关控制模块，控制板通过控制电脉冲发生电路中产生电脉冲的幅度、频率、以及波形，实现对各个穴位的按摩力度和按摩频率的调节，最后输出的波形脉冲经过专用安全的治疗电极作用于人体；

手机APP中的相应功能，包括：对手机接收到的数据进行处理、统计，实时更新颈椎活动频率与颈椎生理曲线统计图；根据一天的检测结果，计算出达到放松颈椎最佳效果的运动量，并向用户推荐合适的运动类型以及运动强度，为用户定制更具针对性的颈椎保健方案；同时手机APP根据中医音乐疗法，在不同的时间段推送适合的养生曲目，从而使用户达到更好的放松效果；并且APP中自带的音乐库可以根据音乐表达的情感，将用户下载的音乐自动分类，使用户可以更加有针对性地进行欣赏，更好地实现身心放松。

本发明的有益效果在于：

具有实时检测、自动统计、智能判断、使用方便的特点，通过实时检测颈椎的活动频率与颈椎生理曲线，可以更加科学地判断颈椎的疲劳程度，在颈椎出现人能感知到的不适感之前进行适当按摩，无需等到出现颈椎酸痛等不适症状时才进行按摩放松，可以提高用户的工作和学习效率，有利于用户保持良好状态；并且根据检测的用户颈椎状态，可以为用户推荐更有针对性的运动方法，从而使颈椎得到真正意义上的保健；同时手机APP中定时推荐养生曲目与根据音乐情感自动进行分类的功能，也使用户可以得到更加有效的放松，有利于用户实现真正意义上的身心放松。

附图说明

图1：智能按摩颈椎系统框图。

图2：智能检测并判断颈椎疲劳程度系统组成框图。

图3：颈椎活动频率与生理曲线检测模块组成框图。

图4：智能判断颈椎疲劳程度工作流程图。

图5：为按摩单元工作流程图。

图6：手机APP功能说明图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做详细说明。

结合图2，图3，图4，本发明智能检测并判断颈椎疲劳程度系统，包括：检测单元、数据传输单元、控制单元。

(1)检测单元：在可穿戴设备位于用户的颈部，设有加速度传感器和陀螺仪，它们构成颈椎活动频率检测模块；在可穿戴设备位于用户的脊椎部位设有应变片，构成检测颈椎生理曲线的模块；

颈椎活动频率检测模块，可以通过加速度传感器和陀螺仪检测到的数据融合成用户在一定时间内(如：30分钟)颈锥的活动次数a，将测得的数据存储到控制板中。颈椎生理曲线检测模块，可以通过应变片实时检测到用户在一定时间内(如：30分钟)实时颈椎生理曲线值b，将测得的数据存储到控制板中；

(2)数据传输单元：由控制板的蓝牙模块以及Android端蓝牙模块共同构成，控制板的蓝牙模块将数据以固定频率发出，Android端开发获取程序，对数据进行获取；

(3)控制单元：由可穿戴设备中的控制板和基于Android端的开发程序共同构成。其中，基于Android端的开发程序对手机接收到的数据进行处理，计算出在一段时间内(如：30分钟)，颈椎的活动频率A以及检测到的颈椎生理曲线与标准生理曲线之间差值的平方和B，系统采用阈值分析的方法对颈椎的疲劳状态进行判断，将判断结果传递给控制板，由控制板根据判断结果，智能控制按摩单元是否启动；

判断颈椎疲劳程度分为三步：第一步，基于Android端的开发程序对加速度传感器和陀螺仪测得的数据进行处理，计算出一段时间内(如：30分钟)颈椎运动频率A、一段时间内(如：30分钟)测得的颈椎的生理曲线与标准生理曲线的差的平方和B。第二步：将A与阈值C(在某时间段内颈椎不会感到疲劳的最小运动频率)进行比较，若A小于C，则判断颈椎为疲劳状态，不用进行第三步判断，开启按摩功能并将检测单元中测得的数据均清零，待按摩结束后，再次进入颈椎疲劳度检测；若A大于阈值C，则继续判断B与阈值D(颈椎在某段时间内不会感到疲劳的生理曲线与标准值的差的平方和的最大值)的关系。第三步，在A大于C的条件下，继续判断B与D的关系，若B小于D，则判断颈椎当前不是疲劳状态，将检测单元中测得数据均清零，开始下一时间段的检测；若B大于阈值D，则判断颈椎为疲劳状态，进入按摩模块，并将检测单元中测得数据均清零，待按摩结束后，再次进入颈椎疲劳度检测模块，依次循环；

下面结合图5、6详细说明本发明系统的使用方法，包括按摩单元和手机APP中相应功能；

按摩单元：采用在特定的穴位进行电脉冲刺激，根据中医学理论和可穿戴设备设计考虑以下3个穴位：肩井穴、肩贞穴、列缺穴，每次均按摩50次，可以达到较好的缓解颈椎疲劳的效果。并且由于不同的穴位对刺激的阈值、基强度和利用时不同，该可穿戴设备会预先设定在不同的穴位会产生不同强度、不同频率、不同波形的电脉冲来刺激穴位，以期穴位达到最佳的放松状态。但是由于用户的个人体质不同，在手机APP中还具有调节按摩力度和按摩频率的功能，用户通过操控手机，可以分别控制在不同穴位的按摩力度和按摩频率，从而使用户达到最佳的按摩体验。该实现过程为，手机端产生的控制指令，通过蓝牙模块传输到控制板，控制板根据获得指令，分别控制各个穴位的电脉冲发生电路。控制板通过控制电脉冲发生电路中脉冲的幅度、频率、以及波形，实现对各个穴位的按摩力度和按摩频率的调节，最后输出的波形脉冲经过专用安全的治疗电极作用于人体；

手机APP中相应功能：手机通过蓝牙模块实时接收到数据后，对数据进行处理统计，计算出一段时间内颈椎活动频率、测得颈椎生理曲线与标准颈椎生理曲线差的平方和，分别画出颈椎活动频率统计图、测得颈椎生理曲线与标准颈椎生理曲线差的平方和统计图；并根据获得数据，计算出达到最佳放松状态，所需做的运动量，为用户推荐适合的运动类型与运动量，使用户可以更有效地进行颈椎保健，同时根据《黄帝内经》提出的“五音疗疾”理论，以及在音乐心理学中所述的“音乐可以感染、调理情绪，进而影响身体”，手机APP中的音乐库包含根据中医音乐疗法精选的适合倾听的曲目，会在特定的时间段内推送相应的养生曲目，使用户在聆听中达到动荡血脉、通畅精神和心脉的作用；音乐库还可以对用户下载的乐曲，根据乐曲表达的情感等信息对乐曲进行自动分类，使用户在选择歌曲时更有针对性、更加高效；

下面结合附图1总体流程阐述如下：

步骤1：用户佩戴可穿戴设备，打开该设备电源的开关，并下载相应的手机APP，该可穿戴设备将实时检测在一定时间段内(时间可自行设置，默认为30分钟)颈椎活动频率和颈椎生理曲线；

步骤2：检测单元获得的数据通过数据传输单元实时传输到手机中，基于Android端开发分析程序，对手机获得的数据进行处理，计算出在一段时间内，颈椎的活动频率A以及检测到的颈椎生理曲线与标准生理曲线之间差值的平方和B，每完成一次时间段检测，数据将以图表的形式在手机中呈现；

步骤3：系统采用阈值分析的方法对颈椎的疲劳状态进行判断，设定的检测时间段结束之后，系统将获得的颈椎活动频率A，与阈值C(在某时间段内颈椎不会感到疲劳的最小活动频率)进行比较，若A大于阈值C，则继续判断测得的颈椎生理曲线与标准生理曲线差的平方和B，如果该值未超过阈值D(颈椎在某段时间内不会感到疲劳的生理曲线与标准值的差的平方和的最大值)，则判断颈椎当前不是疲劳状态，则将该时段检测单元测得数据清零，并进入下一检测时段；若测得的颈椎运动频率A小于阈值C，或者测得的颈椎的生理曲线与标准生理曲线的差的平方和B大于阈值D，则判断颈椎为疲劳状态，此时将直接进入按摩模块，并将检测单元测得数据均清零，待按摩结束后，再次进入颈椎疲劳度检测模块，依次循环；

步骤4：开启按摩功能后，控制模块将会控制不同穴位的电脉冲发生电路，使电脉冲发生电路产生与不同穴位适应的不同幅度、不同频率、不同波形的电脉冲，同时也可通过手机来分别控制不同穴位电脉冲发生电路；

步骤5：一天的数据采集结束之后，系统将根据获得数据，计算出达到放松颈椎最佳效果的运动量，手机APP将为用户推荐合适的运动类型和运动量；

步骤6：手机APP中的音乐库会在特定时间段，向用户推荐适合的养生曲目，方便用户倾听；音乐库还会将用户下载的乐曲根据乐曲情感等相关信息，进行自动分类，方便用户更有选择性地欣赏。

Claims (10)

1.一种基于颈椎疲劳程度的智能判断系统，其特征在于，包括检测单元、控制单元、数据传输单元；系统各单元模块安装在一套可穿戴的设备中，该系统与所述可穿戴设备中的按摩单元和手机APP中的相应功能配合使用。

2.根据权利要求1所述的基于颈椎疲劳程度的智能判断系统，其特征在于，所述的可穿戴的设备主要由直接接触皮肤的衣服以及带传感器的电极组成。

3.根据权利要求1所述的基于颈椎疲劳程度的智能判断系统，其特征在于，所述的检测单元，包括颈椎活动频率检测模块与颈椎生理曲线检测模块。

4.根据权利要求3所述的基于颈椎疲劳程度的智能判断系统，其特征在于，所述颈椎活动频率检测模块，由三轴加速度传感器和陀螺仪构成，用三轴加速度传感器检测出颈部活动加速度值，陀螺仪获得颈部的角度变化。

5.根据权利要求1所述的基于颈椎疲劳程度的智能判断系统，其特征在于，所述颈椎生理曲线检测模块，由应变片构成，用于实时检测颈椎的生理曲线。

6.根据权利要求1所述的基于颈椎疲劳程度的智能判断系统，其特征在于，所述的控制单元，由可穿戴设备中的控制板和基于Android端开发程序构成；其中可穿戴设备中的控制板负责控制检测单元中加速度传感器、陀螺仪和应变片的数据采集、按摩单元中的电脉冲发生电路以及可穿戴设备中的蓝牙模块；基于Android端开发程序，通过对手机接收的数据进行分析判断，智能判断颈椎的疲劳程度。

7.根据权利要求1所述的基于颈椎疲劳程度的智能判断系统，其特征在于，所述基于Android端开发程序，完成智能判断颈椎的疲劳程度，包括以下步骤：

第一步：对手机接收到的数据进行计算分析，将加速度传感器和陀螺仪获得的数据，融合成某时间段内的颈椎活动频率A，并将所测得的颈椎生理曲线与标准生理曲线进行比较，计算出该段时间内测得的颈椎生理曲线与标准颈椎生理曲线的差的平方和B；

第二步：将A与阈值C进行比较，若A小于C，则判断颈椎为疲劳状态，不进行第三步判断，开启按摩功能并将检测单元中测得的数据均清零，待按摩结束后，再次进入颈椎疲劳度检测；若A大于阈值C，则继续判断B与阈值D的关系；

其中阈值C为在某时间段内颈椎不会感到疲劳的最小运动频率；

阈值D为颈椎在某段时间内不会感到疲劳的生理曲线与标准值的差的平方和的最大值；

第三步，若B小于D，则判断颈椎当前不是疲劳状态，将检测单元中测得数据均清零，开始下一时间段的检测；若B大于阈值D，则判断颈椎为疲劳状态，进入按摩模块，并将检测单元中测得数据均清零，待按摩结束后，再次进入颈椎疲劳度检测模块，依次循环。

8.权利要求1所述的基于颈椎疲劳程度的智能判断系统在用于指导穿戴设备者有效的缓解颈椎疲劳使用方法中的用途，其中，根据所述系统检测与判断的结果，智能开启按摩单元以及手机APP中的一些功能。

9.根据权利要求8所述的用途，其特征在于，所述的按摩单元中包括，找准的穴位，按照不同频率、不同大小的电脉冲刺激穴位，达到按摩的功效；所述的穴位选自肩井穴、肩贞穴、列缺穴，每次均按摩50次。

10.根据权利要求8所述的用途，其特征在于，所述的手机APP中的一些功能包括：根据一天的检测结果，计算出达到放松颈椎最佳效果的运动量，以及合适的运动类型和运动强度；所述的APP中设有音乐库，根据中医音乐疗法理论，在特定时间段推送相应的养生曲目。