CN110507329B - 一种基于柔性弯曲传感器的颈椎姿态监测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于柔性弯曲传感器的颈椎姿态监测方法，至少包括如下步骤：基于贴合在使用者后颈部的数据采集器获取颈椎的弯曲数据；在基于所述弯曲数据判定颈椎姿态处于异常姿态的情况下，生成第一报警数据以提醒使用者；所述弯曲数据至少包括第一数据RAW1n+1和第二数据RAW2n+1，其中，在颈椎朝第一方向弯曲的情况下，所述第一数据RAW1n+1增大并且所述第二数据RAW2n+1减小，或者在颈椎朝第二方向弯曲的情况下，所述第一数据RAW1n+1减小并且所述第二数据RAW2n+1增大；所述第一报警数据是在基于所述第一数据RAW1n+1和所述第二数据RAW2n+1共同确定的判定条件被满足的情况下生成的。

Description

一种基于柔性弯曲传感器的颈椎姿态监测方法及系统
技术领域
本发明属于医疗健康技术领域，尤其涉及一种基于柔性弯曲传感器的颈椎姿态监测方法及系统。
背景技术
在现在快速发展的世界，人们接触手机、电脑、平板等电子设备的时间越来越多，使用者的年龄与性别越来越广泛，但是由于频繁的在不良的颈椎姿态下使用这些设备，导致人们的颈椎出现了各种健康问题，如常见的颈椎曲度异常导致的颈椎疼痛。在实际生活中，大部分人都知道应该保持颈椎姿态端正，但人们很难时刻端正自己的颈椎姿态。因此迫切需要一种监测方法或系统能够在颈椎姿态不良的时候提醒用户。
许多系统可以监测颈椎姿态，Xsens MVN是一种经济高效的全身人体运动捕捉系统，它是基于IMU且运用了生物力学及传感器融合技术的系统，可以捕获人体运动，由于体积较大，佩戴复杂，并不适合日常使用。Paul P.Breen等人研究了单轴加速度实时颈椎姿态纠正系统，6名实验者佩戴了这个设备之后颈椎不良姿态的时间减少了82％。YingyingWang等人开发了一种可以检测颈椎姿态的智能可穿戴设备，它是一种套在额头上的设备，通过设备内部的三轴加速度传感器实时获取颈椎姿态数据，5名测试者的姿态准确度为100％。上述加速度传感器测量颈椎相对于大地的姿态，颈椎的姿态角度依赖于重力加速度，人体躯干不与重力线重合就会引起较大的误差。Worawat Lawanont等人提出了使用手机角度传感器与前置摄像头的方法获取颈椎姿态，以大地为参考系，人体面部相对于手机的角度通过面部图像来计算，手机相对于大地的角度通过手机中的角度传感器来获取，结合人体面部倾角与手机相对于与大地的倾角计算获取用户颈椎姿态，实验结果表明用户头颅弯曲误差不超过4°。例如，公开号为CN107273823A的专利文献公开了一种基于传感器与图像处理融合的颈部姿态监测方法，具体按照以下步骤实施：步骤1：判断用户是否正在使用移动终端，则转到步骤2，否则转到步骤1；步骤2：通过三轴加速度传感器采集移动终端长机轴与重垂线的夹角，即移动终端的倾斜角度β；步骤3：对移动终端前置摄像头捕捉的面部图像进行图像处理，计算用户相对于移动终端屏幕的面部角度FaceAngle；步骤4：根据步骤2的移动终端的倾斜角度β和步骤3的用户相对于移动终端屏幕的面部角度FaceAngle计算颈部弯曲角度α；步骤5：依据颈部弯曲角度α大小对颈部姿态进行基于规则的分类，对不正确的颈部姿态进行实时预警。该发明方法可以实时监测使用者的颈部姿态，并对不健康颈部姿态进行实时预警。公开号为CN109938739A的专利文献公开了一种颈椎监测装置，该装置包括：加速度信号采集模块、数据处理模块、控制模块和无线通信模块；加速度信号采集模块位于用户的前额，用于实时获取用户头部的三轴加速度；数据处理模块的输入端与加速度信号采集模块的输出端相连，用于当用户的颈部姿态类型为低头类型时，根据三轴加速度的平均绝对值确定用户头部的转动角度；当用户头部的转动角度大于或者等于第一阈值且小于第二阈值时，确定用户的颈部姿势为轻微低头；当用户头部的转动角度大于或者等于第二阈值时，确定用户的颈部姿势为重度低头，并向用户发送提醒信息。通过该发明的技术方案，能够实现对使用者颈椎姿势进行实时持续的监测，并进行提醒。公开号为CN109350068A的专利文献公开的一种颈椎健康监测仪及监测方法，该仪器包括外壳，外壳上设有开关按钮和黏贴层，外壳内设有角度检测模块，以及与角度检测模块相连的角度处理模块、振荡模块、电源模块和语音提示模块。本发明的颈椎健康监测仪，解决了现有技术中，各种针对颈椎疾病的物理治疗仪器仅具有治疗功能，不具有预警监测功能的问题，人们在长时间的读写、打字、使用手机等电子设备后，会不自觉的低头，使颈椎前倾，颈椎长时间保持前倾的状态会使颈椎疲劳最终形成颈椎疾病，通过该发明的颈椎健康监测仪，当使用者低头时仪器会发生振动，提示使用者调整姿势，从而起到监测、预防和治疗颈椎疾病的作用。
但是，上述颈椎监测装置及监测方法，依赖于角速度传感器及人面部相对于手机的角度，而角速度传感器功耗较高以及人面部相对于手机的角度误差会随着用户使用手机的姿态的习惯不同有很大的差别，难以实际使用。本发明的基于柔性弯曲传感器的颈椎姿态监测系统，柔性弯曲传感器兼具了加速度计的低功耗特性，不会受到人体躯干不与重力线重合引起出误差的影响，同时便于使用与携带。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
如本文所用的词语“模块”描述任一种硬件、软件或软硬件组合，其能够执行与“模块”相关联的功能。
针对现有技术之不足，本发明提供一种基于柔性弯曲传感器的颈椎姿态监测方法，至少包括如下步骤：基于贴合在使用者后颈部的数据采集器获取颈椎的弯曲数据以判定颈椎姿态，在人体颈椎产生前倾或后仰的情况下，数据采集器能够基于与人体后颈部的贴合而产生弯曲变形，并基于所述弯曲变形获取所述弯曲数据，其中，所述数据采集器能够与所有椎体所对应的后颈部抵靠接触，使得数据采集器产生弯曲变形后的形状能够与人体颈椎的弯曲形态大致匹配；在基于所述弯曲数据判定颈椎姿态处于异常姿态的情况下，生成第一报警数据以提醒使用者，其中，在人体颈椎前倾或后仰以使得头颅偏移角度大于设定角度的情况下，判定颈椎姿态处于异常姿态，所述弯曲数据至少包括第一数据RAW1n+1和第二数据RAW2n+1，其中，在颈椎朝第一方向弯曲以使得头颅产生偏移的情况下，所述第一数据RAW1n+1增大并且所述第二数据RAW2n+1减小，或者在颈椎朝与所述第一方向相反的第二方向弯曲以使得头颅产生偏移的情况下，所述第一数据RAW1n+1减小并且所述第二数据RAW2n+1增大；所述第一报警数据是在基于所述第一数据RAW1n+1和所述第二数据RAW2n+1共同确定的判定条件被满足的情况下生成的。
根据一种优选实施方式，所述判定条件的确定至少包括如下步骤：基于第一计算公式分别确定第一数据RAW1n+1的第一均值LTA1以及第二数据RAW2n+1的第二均值LTA2；基于第二计算公式分别确定第一数据RAW1n+1经滤波处理后的第一滤波数据FD1以及第二数据RAW2n+1经所述滤波处理后的第二滤波数据FD2；基于第三计算公式分别确定第一动态阈值DTA1和第二动态阈值DTA2。
根据一种优选实施方式，所述第一计算公式为
Figure GDA0003453525660000041
其中，LTAn+1表示截止当前时刻的第一数据或第二数据的平均值，LTAn表示截止上一时刻的第一数据或第二数据的平均值。
根据一种优选实施方式，所述第二计算公式为FDn+1＝FDn*(β-1)+RAWn+1*β，其中，FDn+1表示当前时刻下第一数据或第二数据的经过滤波处理后的数据。FDn表示上一时刻下第一数据或第二数据的经过滤波处理后的数据，β是滤波器系数；所述第三计算公式为DTA＝LTA+Delta，其中，Delta为经验参数。
根据一种优选实施方式，所述颈椎姿态监测方法还包括如下步骤：基于所述第一计算公式、所述第二计算公式和所述第三计算公式，按照间隔设定周期的方式对所述第一均值LTA1、所述第二均值LTA2、所述第一滤波数据FD1、所述第二滤波数据FD2、所述第一动态阈值DTA1和所述第二动态阈值DTA2进行更新；在所述第一滤波数据FD1小于所述第一动态阈值DTA1，并且所述第二滤波数据FD2大于所述第二动态阈值DTA2的情况下，生成第一报警数据；或者在所述第二滤波数据FD2小于所述第二动态阈值DTA2，并且所述第一滤波数据FD1大于所述第一动态阈值DTA1的情况下，生成第一报警数据。
根据一种优选实施方式，所述数据采集器至少包括电极贴片、第一弯曲传感器和第二弯曲传感器，第一弯曲传感器和第二弯曲传感器能够按照第一弯曲传感器与电极贴片的距离大于第二弯曲传感器与电极贴片的距离的方式设置在电极贴片的第一表面上，其中：电极贴片的第二表面配置为具有粘性的工作模式，使得所述电极贴片能够贴合在使用者后颈部。
根据一种优选实施方式，所述弯曲数据还包括颈椎的实时弯曲曲率m，所述颈椎姿态监测方法还包括如下步骤：配置用于输出展示所述实时弯曲曲率m的显示终端，使得使用者在响应于所述第一报警数据而将其颈椎姿态由所述异常姿态切换为标准姿态的过程中能够基于所述实时弯曲曲率m明确当前颈椎姿态与所述标准姿态之间的差异，并且在使用者处于所述标准姿态下的时间小于设定阈值时生成第二报警数据。
本发明还提供一种基于柔性弯曲传感器的颈椎姿态监测系统，至少包括：数据采集器，贴合在使用者后颈部以获取颈椎的弯曲数据；处理器，在基于所述弯曲数据判定颈椎姿态处于异常姿态的情况下，生成第一报警数据以提醒使用者；所述数据采集器至少包括用于采集所述第一数据RAW1n+1的第一弯曲传感器和用于采集所述第二数据RAW2n+1的第二弯曲传感器，所述数据采集器配置为在颈椎朝第一方向弯曲的情况下，所述第一数据RAW1n+1增大并且所述第二数据RAW2n+1减小，或者在颈椎朝第二方向弯曲的情况下，所述第一数据RAW1n+1减小并且所述第二数据RAW2n+1增大；所述处理器生成的第一报警数据在基于所述第一数据RAW1n+1和所述第二数据RAW2n+1的共同确定的判定条件被满足的情况下生成的。
根据一种优选实施方式，所述处理器配置为按照如下方式确定所述判定条件：基于第一计算公式分别确定第一数据RAW1n+1的第一均值LTA1以及第二数据RAW2n+1的第二均值LTA2；基于第二计算公式分别确定第一数据RAW1n+1经滤波处理后的第一滤波数据FD1以及第二数据RAW2n+1经所述滤波处理后的第二滤波数据FD2；基于第三计算公式分别确定第一动态阈值DTA1和第二动态阈值DTA2。
根据一种优选实施方式，所述颈椎姿态监测系统还包括与所述数据采集器连接的至少包括模数转换器和电压跟随器的数据采样电路，所述数据采集器和所述数据采样电路按照如下方式连接：所述电压跟随器串联设置于所述数据采集器和所述模数转换器之间以降低模数转换器的输入阻抗对数据采样的影响程度。
本发明的有益技术效果：本发明采用了兼具加速度计的低功耗特性的柔性弯曲传感器，在对颈椎进行监测的过程中不会受到人体躯干不与重力线重合引起出误差的影响，同时便于使用与携带。同时通过由第一数据和第二数据确定的判定条件，能够大大提高颈椎异常判断的准确性。在实验条件下，本发明的颈椎异常判断准确度为100％。
附图说明
图1是本发明优选的第一弯曲传感器和第二弯曲传感器的对接结构示意图；
图2是本发明优选的数据采样电路的结构示意图；
图3是本发明优选的颈椎姿态监测系统模块化结构示意图；和
图4是本发明优选的颈椎出于标准姿态下的形态示意图。
附图标记列表
1：电极贴片 2：第一弯曲传感器 3：第二弯曲传感器
4：数据采样电路 5：处理器 6：双路弯曲传感器放大模块
7：电源管理模块 8：振动提醒/LED模块 9：低功耗蓝牙模块
10：数据重置模块 11：显示终端 1a：第二表面
1b：第一表面 4a：模数转换器 4b：电压跟随器
α：头颅弯曲角度
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种基于柔性弯曲传感器的颈椎姿态监测系统，至少包括具有电极贴片1、第一弯曲传感器2和第二弯曲传感器3的数据采集器。电极贴片1用于作为承载基体，第一弯曲传感器2和第二弯曲传感器3均设置在电极贴片1上。电极贴片1具有粘性，进而可以通过将电极贴片1粘贴在人体后颈上的方式使得第一弯曲传感器2和第二弯曲传感器3能够监测颈椎的弯曲程度。通过将数据采集器贴合在使用者后颈部便能够获取颈椎的弯曲数据。弯曲数据至少包括第一数据RAW1n+1和第二数据RAW2n+1。具体的，电极贴片1的形状由长条状限定，并且具有第二表面1a和第一表面1b。第二表面1a配置为具有粘性的工作模式，使得第二表面1a能够粘贴在人体后颈上。例如，第二表面1a上可以设置双面胶以使得第二表面1a具有粘性。第一弯曲传感器2和第二弯曲传感器3各自的电阻均能够随着其弯曲程度的增大而增大。例如，第一弯曲传感器2和第二弯曲传感器3可以采用SpectraSybol公司的柔性弯曲传感器，该柔性弯曲传感器是一种无源的电阻型传感器，由导电材料均匀涂抹在柔性基材的表面制成，使得其能够承受弯曲、振动、冷热冲击。涂抹在柔性基材表面的导电材料受到拉伸后间隙增大，从而使得其电阻增大。
优选的，第一弯曲传感器2和第二弯曲传感器3能够按照第一弯曲传感器2与电极贴片1的距离大于第二弯曲传感器3与电极贴片1的距离的方式设置在电极贴片1的第一表面1b上。具体的，第一弯曲传感器2和第二弯曲传感器3各自的形状可以与电极贴片1的形状相同，使得第一弯曲传感器2和第二弯曲传感器3能够按照彼此重叠的方式设置在电极贴片1的第一表面1b上。第一弯曲传感器2和第二弯曲传感器3彼此重叠是指：第一弯曲传感器2和第二弯曲传感器3各自的一个表面彼此粘接以使得两者构成同步工作的整体结构。由于第一弯曲传感器2或第二弯曲传感器3在单独使用的情况下仅能够测量单个方向的弯曲程度。本发明通过将第一弯曲传感器2和第二弯曲传感器3彼此背靠背的贴合在一起构成一个整体以进行使用，从而能够测量颈椎的前倾方向和后仰方向上的弯曲程度。在人体颈椎前倾或后仰以使得头颅偏移角度大于设定角度的情况下，判定颈椎姿态处于异常姿态。例如设定角度可以是30°。在颈椎朝第一方向弯曲的情况下，第一数据RAW1n+1增大并且第二数据RAW2n+1减小，或者在颈椎朝第二方向弯曲的情况下，第一数据RAW1n+1减小并且第二数据RAW2n+1增大。例如，如图1所示，第一方向是指颈椎前倾的方向。第二方向是指颈椎后仰的方向。第一弯曲传感器2与后颈皮肤之间的距离大于第二弯曲传感器3与后颈皮肤之间的距离，使得第一弯曲传感器2能够用于采集第一数据RAW1n+1，第二弯曲传感器3能够用于采集第二数据RAW2n+1。当颈椎呈前倾姿态时，第一弯曲传感器2呈压缩状态，第二弯曲传感器3呈拉伸状态，进而通过第二弯曲传感器3的电阻值便能够获得颈椎的前倾方向上的弯曲程度。当颈椎呈后仰姿态时，第一弯曲传感器2呈拉伸状态，第二弯曲传感器3呈压缩状态，进而通过第一弯曲传感器2的电阻值便能够获得颈椎的后仰方向上的弯曲程度。
优选的，如图2所示，颈椎姿态监测系统还包括数据采样电路4。数据采样电路4与第一弯曲传感器2和第二弯曲传感器3均连接，使得数据采样电路4能够输出第一弯曲传感器2或第二弯曲传感器3的电阻值。具体的，数据采样电路4至少包括模数转换器4a和电压跟随器4b。电压跟随器4b串联设置于数据采集器和模数转换器4a之间。例如，第一弯曲传感器2和第二弯曲传感器3各自的输出端均与电压跟随器4b的输入端连接，电压跟随器4b的输出端与模数转换器4a的输入端连接，进而可以通过模数转换器4a的输出端输出电阻值。通过在第一弯曲传感器2、第二弯曲传感器3和模数转换器4a组成的电路中串联电压跟随器4b，能够降低模数转换器4a的输入阻抗对数据采样的影响，使得输出阻抗无限接近于零。
优选的，如图3所示，颈椎姿态监测系统还包括处理器5和双路弯曲传感器放大模块6。处理器5经双路弯曲传感器放大模块6连接至数据采样电路4。数据采样电路输出的电阻值信号能够经双路弯曲传感器放大模块6放置至所需的幅度值。放大至设定幅度值的电阻值信号在处理器5中进行处理后便能够获得脊椎的弯曲程度，经处理器5处理后的数据能够传输至例如是手机或电脑的移动设备。例如，处理器5可以采用nRF52832型芯片。
优选的，颈椎姿态监测系统还包括电源管理模块7、振动提醒/LED模块8和低功耗蓝牙模块9。电源管理模块7、振动提醒/LED模块8和低功耗蓝牙模块9均连接至处理器5。电源管理模块7用于为各电子模块供电。振动提醒/LED模块8用于在脊椎处于异常状态时通过振动或闪光的方式以提醒用户。低功耗蓝牙模块9用于将处理器5处理得到的数据传输至例如是电脑的移动设备。
优选的，颈椎姿态监测系统还包括与处理器5连接的数据重置模块10。数据重置模块用于将处理器5中的数据置零，以便于能够针对不同的使用者进行多次测量。例如，当颈椎姿态监测系统的使用者需要由第一患者更换为第二患者时，可以通过数据重置模块10将颈椎姿态监测系统中关于第一患者的数据全部清除，避免其数据干扰对第二患者造成干扰。
实施例2
本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。
优选的，本发明还提供一种基于柔性弯曲传感器的颈椎姿态监测方法，至少包括如下步骤：
S1：获取第一弯曲传感器2在当前时刻采集的第一数据RAW1n+1，以及第二弯曲传感器3在当前时刻采集的第二数据RAW2n+1。
具体的，数据采样电路4能够按照设定采样频率持续获取第一数据RAW1n+1和第二数据RAW2n+1。数据采样电路4的采样频率能够根据实际需求进行制定，例如可以将采样频率设定为100Hz。第一数据RAW1n+1和第二数据RAW2n+1能够经数据采样电路4传输至处理器5以便于对其进行运算处理。
S2：在基于第一数据RAW1n+1和第二数据RAW2n+1的共同确定的判定条件被满足的情况下生成的第一报警数据，其中，判定条件的确定至少包括如下步骤：
S20：基于第一数据RAW1n+1确定第一均值LTA1，基于第二数据RAW2n+1确定第二均值LTA2。
具体的，第一均值LTA1和第二均值LTA2的第一计算公式为
Figure GDA0003453525660000093
Figure GDA0003453525660000092
其中，LTAn+1表示截止当前时刻的第一数据或第二数据的平均值，LTAn表示截止上一时刻的第一数据或第二数据的平均值。当前时刻和上一时刻可以按照数据采样电路4的采样频率或采样个数进行确定。例如，当采样频率为A时，即每一秒的采样个数为A，则上一时刻是指相对于当前时刻的上一秒。
S21：基于第一数据RAW1n+1确定其经过滤波处理后的第一滤波数据FD1，基于第二数据RAW2n+1确定其经过滤波处理后的第二滤波数据FD2。
具体的，滤波处理能够通过滤波器执行。例如，处理器5中可以按照集成的方式设置IIR滤波器，进而可以通过IIR滤波器实现第一数据RAW1n+1和第二数据RAW2n+1的一阶滤波处理。第一滤波数据FD1和第二滤波数据FD2的第二计算公式为：FDn+1＝FDn*(β-1)+RAWn+1*β，其中，FDn+1表示当前时刻下第一数据或第二数据的经过滤波处理后的数据。FDn表示上一时刻下第一数据或第二数据的经过滤波处理后的数据。β是滤波器系数，其值可以设置为0.01。
S22：基于第一均值LTA1确定第一动态阈值DTA1，基于第二均值LTA确定第二动态阈值DTA2。
具体的，第一动态阈值DTA1和第二动态阈值DTA2的第三计算公式为：DTA＝LTA+Delta。由于第一弯曲传感器2和第二弯曲传感3的区别，需要分别计算其各自的第一动态阈值DTA1和第二动态阈值DTA2。例如，第一动态阈值DTA1对应第一弯曲传感器2，当需要计算第一动态阈值DTA1时，DTA1＝LTA1+Delta1。第二动态阈值DTA2对应第二弯曲传感器3，当需要计算第二动态阈值DTA2时，DTA2＝LTA2+Delta2。Delta是经验参数，其可以根据实际情况进行具体设定，例如，Delta1和Delta2均可以设置为1000。
S3：基于第一计算公式、第二计算公式和第三计算公式，按照间隔设定周期的方式对第一均值LTA1、第二均值LTA2、第一滤波数据FD1、第二滤波数据FD2、第一动态阈值DTA1和第二动态阈值DTA2进行更新，其中，在第一弯曲传感器2与后颈皮肤之间的距离小于第二弯曲传感器3与后颈皮肤之间的距离，第一滤波数据FD1小于第一动态阈值DTA1，并且第二滤波数据FD2大于第二动态阈值DTA2的情况下，生成第一报警数据。或者，在第一弯曲传感器2与后颈皮肤之间的距离大于第二弯曲传感器3与后颈皮肤之间的距离，第二滤波数据FD2小于第二动态阈值DTA2，并且第一滤波数据FD1大于第一动态阈值DTA1的情况下，生成第一报警数据。
具体的，设定周期可以根据数据采样电路4的采样频率进行确定。例如可以将设定周期设置为1秒。处理器5可以配置为完成上述处理并生成第一报警数据。生成的第一报警数据能够传输至振动提醒/LED模块8，进而触发振动提醒/LED模块8产生振动或闪光。本发明的颈椎姿态监测系统的至少能够产生如下技术效果：一者，体积小巧，便于携带。本系统采用小型的电路板及贴合有传感器的电极，能够便于随时佩戴及收纳使用。二者，可以实时检测使用人员的颈椎姿态变化，对于不良颈椎姿态实时提醒，有利于保护使用者的颈椎健康，预防颈椎病的形成。三者，相比于医疗用的颈椎姿态判定系统，本系统的成本大大降低。
实施例3
本实施例是对前述实施例的进一步改进，重复的内容不再赘述。
优选的，基于柔性弯曲传感器的颈椎姿态监测系统还包括显示终端11。在处理器5生成第一报警数据的情况下，显示终端11配置为对颈椎的弯曲数据以文字、图像或声音的方式进行输出展示。颈椎的弯曲数据还包括颈椎的实时弯曲曲率m。通过显示终端11显示颈椎的实时弯曲曲率m能够让用户直观地知道其颈椎当前的姿态，进而使得使用者在响应于第一报警数据而将其颈椎姿态由异常姿态切换为标准姿态的过程中能够基于实时弯曲曲率m明确当前颈椎姿态与标准姿态之间的差异。具体的，第一弯曲传感器2和第二弯曲传感器3可以通过粘接层彼此对接在一起。粘接层的厚度为t。颈椎的实时弯曲曲率m能够通过第四计算公式计算：
Figure GDA0003453525660000111
其中，当第一弯曲传感器2更靠近颈部皮肤的情况下，ΔR1表示第二弯曲传感器3的相对于上一时刻的电阻值变化量，ΔR2表示第一弯曲传感器2的相对于上一时刻的电阻值变化量。Ks表示第一弯曲传感器2和第二弯曲传感器3的灵敏度系数。R表示第一弯曲传感器2和第二弯曲传感器3在未弯曲状态的初始电阻值。通过显示终端11对弯曲数据进行输出展示至少能够达到如下技术效果：一者，现有技术的颈椎姿态监测系统能够在监测到人体脊椎产生过度弯曲变形时，通过报警的方式提醒用户及时改变，此时用户在改变颈椎姿态时会按照常见的例如是左右摆头、上下摆头等扭脖子动作，在此过程中，用户无法明确其调整后的颈椎姿态与颈椎的标准姿态之间的差异。例如，如图4所示，人体颈椎由C1～C7椎体构成，临床上将位于最下方的C7椎体作为定位标记。当头颅弯曲角度α等于30°时，颈椎处于标准姿态。头颅弯曲角度α大于或小于30°时，颈椎出于异常姿态。当用户处于不同坐姿并且通过扭脖子动作以实现颈椎姿态的改变时，可能导致头颅弯曲角度α出现远小于或远大于30°的情况下，从而导致颈椎仍处于过度弯曲的状态，进而达不到纠正颈椎姿态的目的。本发明通过将颈椎的弯曲数据进行实时输出显示，能够使得使用者明确其颈椎的当前姿态，进而根据当前姿态进行调整改变，最终使得使用者能够将颈椎调整至标准姿态，从而达到纠正颈椎姿态的技术效果。二者，在使用者根据弯曲数据对其颈椎姿态进行动态调整时，使用者需要经过多次姿态改变才能够将脊柱姿态调整至标准姿态，该过程是一个缓慢重复的过程，使得使用者在该过程中能够充分缓解颈椎的疲劳程度。
优选的，在处理器5生成第一报警数据以触发使用者依据显示终端11显示的弯曲数据将其颈椎姿态调整至标准姿态的情况下，处理器5配置为在使用者处于标准姿态的时间小于设定阈值时生成第二报警数据。第二报警数据能够传输至振动提醒/LED模块8，进而触发振动提醒/LED模块8产生振动或闪光。通过第二报警数据能够迫使使用者将其颈椎姿态长时间保持在标准姿态下，从而可以强化使用者的颈椎姿态调整过程，进而通过形成肌肉记忆的方式达到纠正颈椎姿态的目的。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于柔性弯曲传感器的颈椎姿态监测方法，至少包括如下步骤：
基于贴合在使用者后颈部的数据采集器获取颈椎的弯曲数据以判定颈椎姿态，在人体颈椎产生前倾或后仰的情况下，数据采集器能够基于与人体后颈部的贴合而产生弯曲变形，并基于所述弯曲变形获取所述弯曲数据，其中，所述数据采集器能够与所有椎体所对应的后颈部抵靠接触，使得数据采集器产生弯曲变形后的形状能够与人体颈椎的弯曲形态大致匹配；
在基于所述弯曲数据判定颈椎姿态处于异常姿态的情况下，生成第一报警数据以提醒使用者，其中，在人体颈椎前倾或后仰以使得头颅偏移角度大于设定角度的情况下，判定颈椎姿态处于异常姿态，
其特征在于，
用于判定颈椎姿态的所述弯曲数据至少包括能够用于表征所述数据采集器的弯曲变形量的第一数据RAW1n+1和第二数据RAW2n+1，其中，所述数据采集器配置为至少具有用于采集所述第一数据RAW1n+1的第一弯曲传感器(2)和用于采集所述第二数据RAW2n+1的第二弯曲传感器(3)，在所述数据采集器贴合在使用者后颈部的情况下，第一弯曲传感器(2)与使用者后颈部之间的距离能够大于第二弯曲传感器(3)与使用者后颈部之间的距离；
在颈椎朝第一方向弯曲以使得头颅产生偏移的情况下，所述第一数据RAW1n+1能够基于第一弯曲传感器(2)的弯曲变形量的增大而增大并且所述第二数据RAW2n+1能够基于第二弯曲传感器(3)的弯曲变形量的减小而减小，或者在颈椎朝与所述第一方向相反的第二方向弯曲以使得头颅产生偏移的情况下，所述第一数据RAW1n+1能够基于第一弯曲传感器(2)的弯曲变形量的减小而减小并且所述第二数据RAW2n+1能够基于第二弯曲传感器(3)的弯曲变形量的增大而增大；
所述第一报警数据是在基于所述第一数据RAW1n+1和所述第二数据RAW2n+1共同确定的判定条件被满足的情况下生成的；
所述判定条件的确定至少包括如下步骤：
基于第一计算公式分别确定第一数据RAW1n+1的第一均值LTA1以及第二数据RAW2n+1的第二均值LTA2；
基于第二计算公式分别确定第一数据RAW1n+1经滤波处理后的第一滤波数据FD1以及第二数据RAW2n+1经所述滤波处理后的第二滤波数据FD2；
基于第三计算公式分别确定第一动态阈值DTA1和第二动态阈值DTA2；
所述第一计算公式为
Figure FDA0003453525650000021
其中，LTAn+1表示截止当前时刻的第一数据或第二数据的平均值，LTAn表示截止上一时刻的第一数据或第二数据的平均值；
所述第二计算公式为FDn+1＝FDn*(β-1)+RAWn+1*β，其中，FDn+1表示当前时刻下第一数据或第二数据的经过滤波处理后的数据，其中，FDn表示上一时刻下第一数据或第二数据的经过滤波处理后的数据，β是滤波器系数；
所述第三计算公式为DTA＝LTA+Delta，其中，Delta为经验参数；
所述颈椎姿态监测方法还包括如下步骤：
基于所述第一计算公式、所述第二计算公式和所述第三计算公式，按照间隔设定周期的方式对所述第一均值LTA1、所述第二均值LTA2、所述第一滤波数据FD1、所述第二滤波数据FD2、所述第一动态阈值DTA1和所述第二动态阈值DTA2进行更新；
在所述第二滤波数据FD2小于所述第二动态阈值DTA2，并且所述第一滤波数据FD1大于所述第一动态阈值DTA1的情况下，生成第一报警数据。
2.根据权利要求1所述的颈椎姿态监测方法，其特征在于，所述数据采集器至少包括作为承载基体的电极贴片(1)以及设置于所述电极贴片(1)上的用于采集所述第一数据RAW1n+1的所述第一弯曲传感器(2)和用于采集所述第二数据RAW2n+1的所述第二弯曲传感器(3)，第一弯曲传感器(2)和第二弯曲传感器(3)彼此堆叠后能够按照第一弯曲传感器(2)与电极贴片(1)的距离大于第二弯曲传感器(3)与电极贴片(1)的距离的方式设置在电极贴片(1)的第一表面(1b)上，其中：
电极贴片(1)的第二表面(1a)配置为具有粘性的工作模式，使得所述电极贴片(1)能够贴合在使用者后颈部。
3.根据权利要求2所述的颈椎姿态监测方法，其特征在于，所述弯曲数据还包括颈椎的实时弯曲曲率m，所述颈椎姿态监测方法还包括如下步骤：
配置用于输出展示所述实时弯曲曲率m的显示终端(11)，使得使用者在响应于所述第一报警数据而将其颈椎姿态由所述异常姿态切换为标准姿态的过程中能够基于所述实时弯曲曲率m明确当前颈椎姿态与所述标准姿态之间的差异，并且
在使用者处于所述标准姿态下的时间小于设定阈值时生成第二报警数据。
4.一种基于柔性弯曲传感器的颈椎姿态监测系统，至少包括：
数据采集器，贴合在使用者后颈部的数据采集器获取颈椎的弯曲数据以判定颈椎姿态，在人体颈椎产生前倾或后仰的情况下，数据采集器能够基于与人体后颈部的贴合而产生弯曲变形，并基于所述弯曲变形获取所述弯曲数据，其中，所述数据采集器能够与所有椎体所对应的后颈部抵靠接触，使得数据采集器产生弯曲变形后的形状能够与人体颈椎的弯曲形态大致匹配；
处理器(5)，在基于所述弯曲数据判定颈椎姿态处于异常姿态的情况下，生成第一报警数据以提醒使用者，其中，在人体颈椎前倾或后仰以使得头颅偏移角度大于设定角度的情况下，判定颈椎姿态处于异常姿态，
其特征在于，
用于判定颈椎姿态的所述弯曲数据至少包括能够用于表征所述数据采集器的弯曲变形量的第一数据RAW1n+1和第二数据RAW2n+1，其中，所述数据采集器配置为至少具有用于采集所述第一数据RAW1n+1的第一弯曲传感器(2)和用于采集所述第二数据RAW2n+1的第二弯曲传感器(3)，在所述数据采集器贴合在使用者后颈部的情况下，第一弯曲传感器(2)与使用者后颈部之间的距离能够大于第二弯曲传感器(3)与使用者后颈部之间的距离；
在颈椎朝第一方向弯曲以使得头颅产生偏移的情况下，所述第一数据RAW1n+1能够基于第一弯曲传感器(2)的弯曲变形量的增大而增大并且所述第二数据RAW2n+1能够基于第二弯曲传感器(3)的弯曲变形量的减小而减小，或者在颈椎朝与所述第一方向相反的第二方向弯曲以使得头颅产生偏移的情况下，所述第一数据RAW1n+1能够基于第一弯曲传感器(2)的弯曲变形量的减小而减小并且所述第二数据RAW2n+1能够基于第二弯曲传感器(3)的弯曲变形量的增大而增大；
所述第一报警数据是在基于所述第一数据RAW1n+1和所述第二数据RAW2n+1共同确定的判定条件被满足的情况下生成的；所述处理器(5)配置为按照如下方式确定所述判定条件：
基于第一计算公式分别确定第一数据RAW1n+1的第一均值LTA1以及第二数据RAW2n+1的第二均值LTA2；
基于第二计算公式分别确定第一数据RAW1n+1经滤波处理后的第一滤波数据FD1以及第二数据RAW2n+1经所述滤波处理后的第二滤波数据FD2；
基于第三计算公式分别确定第一动态阈值DTA1和第二动态阈值DTA2；
所述第一计算公式为
Figure FDA0003453525650000041
其中，LTAn+1表示截止当前时刻的第一数据或第二数据的平均值，LTAn表示截止上一时刻的第一数据或第二数据的平均值；
所述第二计算公式为FDn+1＝FDn*(β-1)+RAWn+1*β，其中，FDn+1表示当前时刻下第一数据或第二数据的经过滤波处理后的数据，其中，FDn表示上一时刻下第一数据或第二数据的经过滤波处理后的数据，β是滤波器系数；
所述第三计算公式为DTA＝LTA+Delta，其中，Delta为经验参数；
所述颈椎姿态监测方法还包括如下步骤：
基于所述第一计算公式、所述第二计算公式和所述第三计算公式，按照间隔设定周期的方式对所述第一均值LTA1、所述第二均值LTA2、所述第一滤波数据FD1、所述第二滤波数据FD2、所述第一动态阈值DTA1和所述第二动态阈值DTA2进行更新；
在所述第二滤波数据FD2小于所述第二动态阈值DTA2，并且所述第一滤波数据FD1大于所述第一动态阈值DTA1的情况下，生成第一报警数据。
5.根据权利要求4所述的颈椎姿态监测系统，其特征在于，所述颈椎姿态监测系统还包括与所述数据采集器连接的至少包括模数转换器(4a)和电压跟随器(4b)的数据采样电路(4)，所述数据采集器和所述数据采样电路(4)按照如下方式连接：
所述电压跟随器(4b)串联设置于所述数据采集器和所述模数转换器(4a)之间以降低模数转换器(4a)的输入阻抗对数据采样的影响程度。
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