CN106999044A - 压力测量设备 - Google Patents

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CN106999044A CN201580059946.8A CN201580059946A CN106999044A CN 106999044 A CN106999044 A CN 106999044A CN 201580059946 A CN201580059946 A CN 201580059946A CN 106999044 A CN106999044 A CN 106999044A
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Abstract

本发明涉及用于穿戴在人体膝关节处或膝关节旁边的设备，其用于检测施加到膝关节的力的冲击作用，由该检测以及针对穿戴者个人相关信息的典型分析，将反馈信息提供给穿戴者(在一个实施例中，在设备被穿戴着的期间)，以便及时将髌股关节(PF关节)上的冲击作用反馈给穿戴者。穿戴设备或监控设备的人可以在设备被穿戴的同时利用所述反馈，以便允许穿戴者改变他们的运动或停止他们的运动并立即生效，从而防止或将发生损伤的风险降至最低。

Description

压力测量设备
技术领域
本申请所涉及的发明是压力测量设备。具体地但不一定排他地，本发明涉及一种用于检测施加在人体膝盖的髌股关节(PF关节)上的过度压力的设备。
背景技术
膝盖承受复杂形态的压力，而髌股关节常常特别容易受到力的影响。众所周知，在进行体育活动期间，PF关节可能会因一次性事件或反复的应力或冲击作用而受伤。例如，髌肌腱炎(“跳跃膝”)是一种可能由人反复奔跑和/或跳跃引起的令人痛苦的症状。
PF关节的损伤可以由在奔跑和/或跳跃的动作期间的过度压力引起，和/或由于在这些活动期间施加到PF关节的峰值压力呈现为是体重的10倍到14倍(Stephen等人，2008年，Flynn and Soutas-Little 1995)。在奔跑时，相对较大和快速的冲击力与膝盖关节的过度使用和损伤之间存在一种正相关性。大量研究表明，经受相对较大和快速的冲击力的跑步者增加了下肢发展成过度使用性损伤的风险。在论文“Impact and overuse injuriesin runners。Medicine and science in sports and exercise”(Hreljac，A.，2004年，36(5)，第845页到849页)中，Hreljac评论了过度使用性奔跑损伤的成因并强调了冲击力的作用。
通过对没有受伤的跑步者与已遭受至少一种过度使用性跑步损伤的群体的比较，对于没有受伤的群体来说明显更低的生物力学变量是垂直冲击峰值和最大垂直加载速率，如在“Evaluation of lower extremity overuse injury potential inrunners.Medicine and science in sports and exercise”(Hreljac，A.、Marshall、R.N.&Hume、P.a，2000年，32(48)，第1635页到第1641页)的论文中所确认。
在“Risk factors and mechanisms of knee injury in runners.Medicine andScience in Sports and Exercise”(Messier,S.P.等人，2008年，40(14)，第l873页到第1879页)的论文中，显示了有证据表明：除了损伤的潜在机制的生理风险因素之外,施加到下肢组织的高压力可能是膝盖损伤的机理并且还与行为因素(训练史、伤病史)相联系。在论文“Relation between running injury and static lower limb alignment inrecreational runners.British journal of sports medicine”(Lun,V.等人，2004年，38(V1)，第576页到第580页)中提供了类似的证据，其中具有轻度膝盖疼痛的受试者具有高出37％的垂直地面反作用力的加载速率。
此外，通过高频反复的低负荷或低频反复的高负荷而施加过度法向力会导致过度使用综合症(Davies、Wallace和Malone 1980)。
除施加压力外，多种因素及所述多种因素的可能组合包括脚的错位和/或不当的步态，诸如步幅过大和步幅过小)均会导致高负荷的施加(Davies、Wallace和Malone 1980年)和/或使负荷的影响加重。研究已表明，下肢校准程度和跑步损伤相关(Lun等人，2004年)，这可以通过测量冲击的方向来确定。
用带子或绑带结构来保护髌股关节(PF关节)的概念是已知的。例如，US 7594897提供一种施加局部压力以减少膝盖疼痛的构件；US6852088以及US7730550和US5865782公开了一种提供径向压力的调节装置。
如US8581731中所描述，还可以提供使用适当的传感器在用户的鞋子处测量脚部冲击的装置，但US8581731所公开的装置不能够确定膝盖处的冲击作用或冲击的不良方向。US20120259255公开了一种帮助遭受周围神经病患的患者恢复正常步态的装置。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种可穿戴式设备，其测量在穿戴者的膝盖处的减速/冲击和/或所述减速/冲击的方向。设想，当进行体育活动时，这对于防止或最大程度降低对人的损伤将是特别有用的。
根据本发明的第一方面，提供一种用于检测和测量施加在人体膝关节上其或旁边的一个或多个压力的设备，其中所述设备包括：感测构件，其用于检测和测量所述施加的力的至少一种性质；供电构件；以及数据处理构件，其连接到或包括在使用期间由用户穿戴在所述膝盖处或膝盖旁边的所述感测构件，并且，所述设备将关于被测力和/或施加在所述膝关节上的冲击作用的反馈信息提供给这个人和/或另一个人。
通常，反馈信息在设备被穿戴期间被提供给穿戴者，以便及时将PF关节上的冲击反馈给穿戴者。因此，这意指穿戴设备或监控设备的这个人可获取反馈且该反馈可以在设备被穿戴的同时予以使用，以便允许穿戴者改变他们那时的运动以减少损伤的风险，或如果反馈显示这个人面临直接风险，那么这个人可以停止他们的运动且立即生效，从而避免发生损伤。
在一个实施例中，反馈包括被提供来帮助用户采取预防性措施以降低膝盖损伤风险的信息。
在一个实施例中，设备包括用于允许提供反馈信息的数据传送构件。
在一个实施例中，所述数据传送构件准许将数据传送到设备和从设备传送数据。因此，在一个实施例中，设备可以在使用之前输入有关于用户的特定信息。此类信息可与用户的体重、身高等有关。因此，设备可更好地计算施加在用户上的力的冲击作用，并检测达到预定阈值时间，超过这个阈值，便可能对膝关节造成损害。
在一个实施例中，所述数据传送构件可为有线的和/或无线的。通常，无线数据传送构件包括但不限于无线射频(RF)、Wi-Fi、蓝牙和/或类似手段等等。
在一个实施例中，所述数据处理构件计算施加在用户的膝关节上的所述一个或多个力的冲击作用。通常，数据处理构件确定施加在用户上的力的冲击作用是否超过预定最大力。进一步地，通常所述预定力是基于已输入在设备上的有关用户的特定信息来计算的。
在一个实施例中，设备进一步包括警报构件。通常，所述警报构件是以以下各形式中的一种或多种形式提供的：声音警报构件；视觉警报构件；和/或运动警报构件。进一步地，通常当施加在用户的膝盖上的力超过预定阈值时，所述警报构件激活。
在一个实施例中，设备进一步包括编写在其中的提醒系统。通常，所述提醒系统基于用户行为向用户产生定制的反馈。进一步地，通常所述反馈可被提供为肯定用户所采用的跑步步态是正确的，或者警告用户所施加的力有超过预定阈值的危险。
在一个实施例中，感测构件是通过绑带来定位的，所述绑带选择性地定位在人的膝盖处或膝盖旁边。
在一个实施例中，感测构件相对于绑带被提供在预定位置处，因此相对于待监控者的膝盖其也是被提供在预定位置处。
在一个实施例中，绑带是以松紧带的形式提供的，其具有一定大小的尺寸以便适合于穿戴在用户的膝关节上。
在一个实施例中，感测构件是三轴加速度计。通常，加速度计被用于在设备被穿戴时测量施加在用户的膝关节上的力的大小和方向。在一个实施例中，加速度计是三轴微机电(MEMS)加速度计。
在一个实施例中，所述感测构件检测和测量沿正交轴上施加在用户上的至少两个力。因此，设备可以评估侧向施加在用户的关节上的冲击作用/力。
在一个实施例中，所述设备基本上围绕用户的膝关节延伸。通常，所述设备刚好位于用户的膝关节上面，或刚好位于用户的膝关节下面。
在一个实施例中，多个感测构件被提供在设备中，且在设备被穿上时位于基本上围绕用户的膝关节的相互间隔的位置中。
在一个实施例中，所述数据处理构件是以集成电路的形式提供的，且通常包括微控制器单元(MCU)。进一步地，通常所述MCU包括传感器、存储器和计时器电路。
在一个实施例中，所述供电构件是以一个或多个电池的形式提供的。通常，所述供电构件是可再充电的。通常，所述供电构件将电力提供给设备内的其他部件。
在一个实施例中，所述设备可连接到外部电源。
在一个实施例中，受监控的膝盖的所述关节是髌股关节。
在本发明的另一方面中，提供了一种监控施加在膝盖的至少一个关节上的力的方法，所述方法包括以下步骤：经由安装构件将三轴感测构件安装在所述膝关节处或膝关节旁边，以测量施加到所述关节的力的大小和方向；经由数据处理构件发送表示所述被测力的数据；参考膝盖受监控的穿戴者的特定信息来计算施加在所述关节上的被测力的冲击作用，以及如果所述计算显示冲击作用超过了预定阈值，就产生警报。
通常，警报可以是声音(扬声器)警报、视觉(LED)警报和/或运动(振动器)警报中的任一或任意组合。
在一个实施例中，可以经由移动外部装置(105)的无线射频(RF)发射器来提供与用户有关的信息。
在一个实施例中，至少一部分信息被来评估施加在用户的所述关节上面的力。
因此，本发明的设备提供一种可穿戴式装置，其包含感测构件，在练习跑步和步法期间,所述感测构件测量施加在，例如，用户膝盖的至少一个关节上的一个或多个力的方向和大小，并因此基于预先输入的用户体重、身高等信息来提供反馈。由设备内的数据处理构件处理所述信息，并根据用户的个人数据来分析所述信息以提供定制的反馈。反馈可以以各种形式来呈现，诸如，实时通知和无线发射数据以供进一步分析，以便帮助用户达到或维持期望的跑步步态和步法从而避免膝盖损伤。
附图说明
现将参考附图来描述本发明的实施例，其中：
图1示出根据本发明一实施例的设备的操作方法的流程图；
图2示出根据本发明一实施例的设备的电子部件；
图3a到图3c示出根据本发明一实施例的设备的(a)后视图、(b)侧视图和(c)前视图；
图4a到图4b描述测量穿戴本发明一实施例的设备的人的冲击作用，(a)穿戴者跑步时的侧视图和(b)穿戴者跑步时的主视图；以及
图5a到图5c说明根据本发明的设备一实施例。
具体实施方式
首先参考图1，流程图展示了根据本发明的方法的工作流程。提供呈三轴加速度计(102)形式的感测构件，所述三轴加速度计被提供来经由物理附接件(101)相对于人关节进行安装，所述物理附接件最通常地是以膝带的形式提供的，所述膝带将被用户刚好穿戴在待监控的膝关节下面或者刚好穿戴在其上面。
加速度计测量冲击在安装所述设备的膝关节上的力的大小和方向。表示被测力的数据经由数据处理构件来发送，所述数据处理构件为集成电路(104)，其包括存储器、计时器和微控制器单元(MCU)。电源(103)将电力供应给电子计时器/控制器集成电路和MCU。MCU计算由加速度计102检测到的施加在膝关节上的各种力的冲击作用。
如果计算出关节(诸如，髌股关节(PF关节))上的冲击作用已超过预定阈值，那么可以采取行动。
通常，参考这个人的特定信息，诸如，他们的体重、身高、心率、BMI和其他身体因素和/或社会因素和/或环境因素)来计算冲击作用。通常，在穿上和使用设备之前和/或穿戴期间，经由模块105将这个信息输入到MCU。
在所计算的冲击作用超过预定阈值的情况下，则其中一个行动可以是由信息输出模块(106)产生警报，并且警报可以是声音(扬声器)警报、视觉(LED)警报和/或运动(振动器)警报中的任一或任意组合。
发送或来自相应模块105、106的信息可以经由移动外部装置(105)的无线射频(RF)发射器(例如，蓝牙)传送。在一个实施例中，部分信息被用来评估施加在PF关节上面的力。另外，信息可以存储在移动外部装置(106)所提供的存储器构件中且在一段时间内是可访问的，以作为追踪穿戴者所产生的冲击作用和警报的历史的工具)。
图2说明安装构件(101)，其呈适于在膝盖区域处环绕腿部的膝盖绑带和/或带的形式。通常，绑带具有足够的弹性，或足够紧以由此将绑带保持在适当位置。当穿上绑带时，设备的电子部件(诸如，供电构件、数据处理构件、警报构件和信息输出及输出模块(203))位于绑带的前面部分处。加速度计(102)提供在绑带上，所述加速度计，呈三轴加速度计的形式，用于检测施加在PF关节上的力的方向和大小。额外的加速度计和/或其他感测部件可在绑带(101)内位于膝关节周围的点处。电源包含用于将电力供应给电子电路的电池(103)。另外，也可提供具有AC至DC转换器的外部电源。
为了通知用户是否及当到达或超过预定冲击作用阈值时，可以以各种形式中的一种形式或组合形式来操作警报构件：一马达(202)产生振动以发警报给用户，另外可提供无线警报信号。警报被发射到外部装置(例如，移动电话或蓝牙耳机)，且可以以蜂鸣声、警告等形式来激活声音警报。
在设备的集成电路(104)内，MCU实施算法以处理输入信息并产生输出信息。还可以包括：传感器输入电路；计时器电路；存储器电路；警报功能、振动器、扬声器的驱动器电路等；以及无线射频(RF)发射器电路以允许进行远程信息访问。
参考图3a到图3c，安装构件(101)被显示为适用于在PF关节区域处环绕腿部，因此可环绕关节的顶部和/或底部部分。安装构件可以包括在被穿上时位于后部的支撑件(buttress support)。电子部件(203)位于安装构件(101)的固定位置处，不过无需将此限制为带(101)向外的中心(如诸图中所示)。
图4以侧视图(图4a)和前视图(图4b)描述在用户110沿地面116跑步时，对他们的腿部膝关节112上的力的冲击作用的测量。在正常跑步步态的情况下，与冲击产生的加速度(示为实线箭头118)成比例的冲击作用的大小是对膝关节造成损害和/或伤害的主要因素。力120在x轴中的水平分量对应于赋予在PF关节112上的侧向力，这是造成错位的原因，而错位转而导致了膝盖损害。
图5a到图5c说明了呈待穿戴的形式的设备100。设备包括绑带102，在这种情况下，所述绑带具有钩环紧固件布置以便允许绑带的端部104-106接合在某个位置处(这个位置允许绑带在膝关节处或膝关节旁边紧密贴合在围绕人体腿部的位置中)，且在使用期间保持在所述位置中。
绑带包括孔口108，呈加速度计形式的感测构件110位于所述孔口中。尽管在这个示例中仅提供了一个感测构件，但应了解，在其他实施例中可以在间隔位置处提供多个加速度计。所述加速度计110安装在支撑件112上，并将加速度计110放置在孔口108中以使其保持在所述孔口108中。
支撑件112、处理构件电路114和电源116全部位于附接到绑带的内表面120的一背层118上，使得其有效地夹置在位于一面的绑带102与位于另一面的背层118之间，并由此在穿上绑带时受保护以免受损害。
因此，本发明的设备提供一种可穿戴式装置，其包含许多个感测构件，在练习跑步和步法期间，所述感测构件测量施加在，例如，用户膝盖上的一个或多个力的方向和大小，并因此基于预先输入的用户体重、身高等信息来提供反馈。由设备内的数据处理构件处理所述信息，并根据用户的个人数据来分析所述信息以提供定制的反馈。反馈可以以各种形式来呈现，诸如，实时通知和无线发射数据以供进一步分析，以便帮助用户达到或维持期望的跑步步态和步法从而避免膝盖损伤。

Claims (23)

1.一种用于检测和测量施加在人体膝盖的关节上或期旁边的一个或多个压力的设备，其中所述设备包括：感测构件，其用于检测和测量所述施加的力的至少一种性质；供电构件；以及数据处理构件，其连接到或包括在使用期间由所述用户穿戴在所述膝盖处或膝盖旁边的所述感测构件，并且，所述设备将关于所述被测力和/或施加在所述膝关节上的所述冲击作用的反馈信息提供给所述人和/或另一个人。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述反馈包括被提供来帮助所述人采取预防性措施以降低所述膝关节损伤的风险的信息。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备包括用于允许提供所述反馈信息的数据传送构件。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述数据传送构件准许将数据传送到所述设备和从所述设备传送数据。
5.根据权利要求1所述的设备，其中在所述设备在被穿戴时且在使用期间，所述反馈信息被提供给所述人。
6.根据权利要求5所述的设备，其中在设备被穿戴时提供的所述反馈信息允许所述人改变他们那时的运动以减少损伤的风险或停止他们的运动且立即生效，并由此防止或最大程序降低发生损伤的风险。
7.根据权利要求1所述的设备，其中在使用之前和/或使用期间，使用所述设备的所述人的相关特定信息被输入到所述设备。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述信息在对测得的施加在所述膝关节上的力的冲击作用进行的计算过程中被参考。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所计算的冲击作用与预定阈值相比较，超过所述阈值，便可能对所述膝关节造成损害。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述设备包括警报构件，当所述所计算的冲击作用达到或超过所述预定阈值时，所述警报构件激活。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备包括提醒系统，所述提醒系统用于向所述人产生定制的反馈以肯定所述用户采用的正确步态，或警告所述用户由他们的步态造成的力的冲击作用有超过预定阈值的危险。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述感测构件位于绑带上，所述绑带选择性地定位在所述人的膝盖处或膝盖旁边。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述感测构件在被穿戴时相对于所述绑带及所述人的膝盖提供在预定位置处。
14.根据权利要求1所述的设备，其中所述感测构件是三轴加速度计。
15.根据权利要求1所述的设备，其中所述感测构件检测和测量沿正交轴上施加在所述用户上的至少两个力。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述设备评估侧向施加在所述膝关节上的力的冲击作用。
17.根据权利要求1所述的设备，其中多个感测构件提供在所述设备中，且在所述设备被穿上时位于基本上围绕用户的所述膝关节的间隔位置处。
18.根据权利要求1所述的设备，其中所述数据处理构件包括微控制器单元(MCU)、存储器和计时器。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述膝关节是髌股关节。
20.一种监控施加在膝盖的至少一个关节上的力的方法，所述方法包括以下步骤：经由安装构件将三轴感测构件安装在所述膝关节处或膝关节旁边，以测量施加到所述关节的力的大小和方向；经由数据处理构件发送表示所述被测力的数据；参考膝盖受监控的所述人的特定信息来计算施加在所述关节上的所述被测力的所述冲击作用，以及如果所述计算指示所述冲击作用超过了预定阈值，那么产生警报。
21.根据权利要求20的方法，其中所述警报是声音(扬声器)警报、视觉(LED)警报和/或运动(振动器)警报中的任一或任意组合。
22.根据权利要求21的方法，其中经由移动外部装置(105)的无线射频(RF)发射器来提供与所述人有关的所述信息。
23.根据权利要求20的方法，其中所述感测构件测量所施加的一个或多个力的方向和大小。
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