CN112446162A - 一种基于姿态识别的椎间盘应力测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于姿态识别的椎间盘应力测量装置及方法，其装置包括电源模块、姿态检测模块、中央处理模块、记录存储模块和蓝牙模块；电源模块分别与姿态检测模块、中央处理模块、记录存储模块和蓝牙模块电性连接；姿态检测模块分别与中央处理模块和记录存储模块通信连接；蓝牙模块分别与中央处理模块和记录存储模块通信连接。本发明可以动态持续地记录不同姿势下椎间盘不同部位的应力变化，并实时提供反馈，预防长期不良姿势的危害或处于某姿势时过大应力对椎间盘的损害。且该应力值具有个体化特征，是根据有限元分析并根据使用者独特的解剖学特征输出，结果与真实值接近。

Description

一种基于姿态识别的椎间盘应力测量装置及方法
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种基于姿态识别的椎间盘应力测量装置及方法。
背景技术
随着电子信息化时代的到来，人们的工作及生活习惯已发生了较大变化。久坐、久站及长期不良姿势引发的颈椎病和腰椎间盘突出等椎间盘退行性疾病(DegenerativeDisc Disease,DDD)已成为我国骨科脊柱疾病的主要病源。在引起椎间盘退变的诸多因素中，应力是引起椎间盘退变的重要因素之一。椎间盘连接上下椎体，在人体活动时发挥巨大的作用，它无时无刻不在承受着不同的应力。在一定范围内的应力有利于椎间盘，而异常的应力会导致椎间盘的退变。影响椎间盘退变的应力形式较多，包括由于脊柱和椎旁肌肉等活动产生的动态应力及自身重力所产生的静态应力。
人类的脊柱不断地承受着不同大小和方向的负荷，躯干肌肉被认为是系统的执行者、控制者和稳定者。在抵抗外部负荷(手持、重力和惯性)时、执行任务、控制运动和稳定脊柱的同时，躯干肌会大大增加人体脊柱的负荷。过度的负荷会增大椎间盘的应力，这在腰部疾病和疼痛的病因学中扮演了主要角色。因此，需要一种能够在职业任务中准确估计椎间盘的应力的方法。另外，对椎间盘应力的全面了解对于各种脊柱疾病的管理、运动和康复方案以及全面的脊柱植入物临床前测试十分重要。在正确管理各种脊柱疾病、工作场所的有效风险预防和评估、运动和康复、脊柱内植物的现实测定以及在体外研究等方面，都需要了解椎间盘的应力大小。因此亟需一种能够实时测量椎间盘应力大小的设备。
目前的测量人体椎间盘的缺点为：1.健康志愿者人体测量，用针头带传感器的穿刺针直接穿刺进入椎间盘测量，对人体有害，可能造成椎间盘退变，而且也不能测量全部姿态下的应力大小；且这种方法只能在实验条件下，在有专业人员的监督和保护下测量，无法在日常生活和工作中普及；2.新鲜尸体标本进行生物力学测量，用传感器穿刺进入椎间盘，但由于尸体僵硬且肌肉失去生理功能，结果的准确性不高。一方面由于尸体与正常人体的差异无法提供准确的测量值，另一方面由于这种方式受限于尸体的数量，且无法测量在动态姿势下的椎间盘应力，对普通人的生活与工作过程中多样化的姿势参考价值不大。3.计算机模拟有限元分析的结果可能不会非常精确，多为估计，但是理论上可以模拟脊柱不同姿态下的应力大小。但这种方式一般一次仅建立某个单一解剖特征下的模型并测量不同姿势下的椎间盘应力，当更换解剖学参数时结果会发生不小的变化，无法在解剖学不同的人群中广泛使用。
发明内容
本发明的目的是为了解决椎间盘应力测量及姿势识别的问题，提出了一种基于姿态识别的椎间盘应力测量装置及方法。
本发明的技术方案是：一种基于姿态识别的椎间盘应力测量装置包括电源模块、姿态检测模块、中央处理模块、记录存储模块和蓝牙模块；电源模块分别与姿态检测模块、中央处理模块、记录存储模块和蓝牙模块电性连接；姿态检测模块分别与中央处理模块和记录存储模块通信连接；蓝牙模块分别与中央处理模块和记录存储模块通信连接；
电源模块用于为姿态检测模块、中央处理模块、记录存储模块和蓝牙模块供电；
姿态检测模块用于测量人体姿势和身体屈伸角度，得到人体姿态原始数据；
中央处理模块用于分析人体姿态原始数据，并得到人体的具体姿势；
记录存储模块用于存储姿态检测模块采集的人体姿态原始数据；
蓝牙模块用于将中央处理模块和记录存储模块的数据信息传输至移动终端；
移动终端用于整合存储记录存储模块存储的人体姿态原始数据和中央处理模块分析得到的人体的具体姿势。
进一步地，电源模块包括充电电池、充电电路、有线充电端口和无线充电端口；所述椎间盘应力测量装置利用有线充电端口和无线充电端口，通过充电电路为充电电池充电。
进一步地，中央处理模块通过距离传感器、压阻式加速度传感器或磁通式传感器分析人体姿态原始数据，并得到人体的具体姿势。
进一步地，中央处理模块中，利用距离传感器得到人体具体姿势的方法为：在3轴加速度传感器和3轴陀螺仪传感器上设置距离传感器；压阻式加速度传感器包括第一压阻式加速度传感器和第二压阻式加速度传感器；第一压阻式加速度传感器包括第一球体、弹性梁和第一质量块；弹性梁和第一质量块的个数均为6个；每个弹性梁的一端分别与第一球体的内壁固定连接，其另一端分别和第一质量块一一对应固定连接；第二压阻式加速度传感器包括第二球体、弹簧和第二质量块；弹簧的个数为6个；每个弹簧的一端分别和第二球体的内壁固定连接；第二质量块通过弹簧固定设置于第二球体的中心；
磁通式传感器包括永久磁铁S极、永久磁铁N极、悬臂梁、红外距离传感器、线圈和平面板；永久磁铁S极、永久磁铁N极和平面板形成永久磁场；悬臂梁固定设置于平面板上；悬臂梁上固定设置有线圈；线圈的两端固定设置有红外传感器。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的椎间盘应力测量装置，能够通过便捷的穿戴在身上，无创，便携，且不需要复杂的结构或测试仪器，方便快捷，不影响使用者的日常生活，不会带来其他不良反应；且实时监测穿戴者的姿势并显示出当下椎间盘的应力大小，并通过与手机的蓝牙连接显示在app上，并且拥有记录功能，报警功能，预防不良姿势的持续存在。
(2)该装置能够提高椎间盘退行性病变易患人群的自我监督和管理，降低特殊工种的发病率，脊柱手术术后患者的再入院率，减缓椎间盘的退行性病变过程，降低卫生经济学成本。
基于以上系统，本发明还提出一种基于姿态识别的椎间盘应力测量方法，包括以下步骤：
S1：利用姿态检测模块采集人体的姿态原始数据，利用中央处理模块分析姿态原始数据，得到具体姿势和正常颈椎CT数据；利用记录存储模块储存姿态检测模块和中央处理模块的数据；并利用正常颈椎CT数据建立有限元模型；
S2：验证有限元模型的有效性；
S3：利用颈椎标本进行姿态分组；
S4：根据姿态分组的结果，对验证有效性后的有限元模型加载不同的扭转角度进行分析，得到椎间盘不同部位的应力数据；
S5：采用正交法和拉丁方方法对颈椎的椎体高度、椎间间隙、椎孔矢状径、椎体矢状径、椎弓根间距、椎弓根宽度和椎弓根高度进行分组，得到分组表；
S6：根据分组表，利用映射参数化技术对解剖结构参数进行调整；
S7：根据分组表，重复步骤S1-S6，逐一进行有限元模型分析，得到椎间盘前缘、后缘、左缘和右缘的应力数据库，并进行灵敏度分析，建立数学近似模型；
S8：根据不同身高、体重、胸围、腹围、臀围和大腿，得到调整后的对应解剖结构参数，并形成人体特征对应颈椎解剖结构参数特征数据库；
S9：根据应力数据库和人体特征对应颈椎解剖结构参数特征数据库，对不同身高、体重、胸围、腹围、臀围和大腿的特征人群进行有限元分析和技术矫正，得到姿势-椎间盘应力数据库；
S10：根据姿势-椎间盘应力数据库，判断使用者是否存在不良姿势，完成基于姿态识别的椎间盘应力测量。
进一步地，步骤S1包括以下子步骤：
S11：从正常颈椎CT数据中读取颈椎图像；
S12：从颈椎图像中提取颈椎C2-C7各节段的几何图像，并分割出皮质骨和松质骨的结构；
S13：对皮质骨和松质骨分别进行采样、光滑处理和表面拟合，生成实体模型；
S14：对实体模型依次进行网格划分、材料属性赋值和界定约束条件的处理；
S15：根据处理后的实体模型，建立有限元模型。
进一步地，步骤S2包括以下子步骤：
S21：对有限元模型施加1Nm扭矩和75N附加载荷；
S22：利用施加了1Nm扭矩和75N附加载荷的有限元模型，模拟前屈、后伸、侧屈和旋转动作，得到颈椎不同姿态下的最大活动度；
S23：将最大活动度与Panjabi实验活动数据进行比对，完成有限元模型的有效性验证。
进一步地，步骤S3中，利用颈椎标本进行姿态分组的结果为：前屈后伸、左右侧屈和左右旋转，其角度范围分别为：前屈后伸1°-20°、左右侧屈1°-12°和左右旋转1°-15°。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，通过对颈椎标本的分析得出前后、左右和旋转的度数范围，以便后续步骤对不同的角度进行应力测量。
进一步地，步骤S4包括以下子步骤：
S41：在有限元模型中，对前屈后伸的姿态依次设置1°、2°、3°…20°的角度加载，得到前屈后伸姿态的应力数据；
S42：在有限元模型中，对左右侧屈的姿态依次设置1°、2°、3°…12°的角度加载，得到左右侧屈姿态的应力数据；
S43：在有限元模型中，对左右旋转的姿态依次设置1°、2°、3°…15°的角度加载，得到左右旋转姿态的应力数据。
进一步地，步骤S10中，判断使用者是否存在不良姿势的方法为：设置应力阈值，输入使用者的指标，通过姿势-椎间盘应力数据库匹配其具体应力，若具体应力大于应力阈值，则移动终端报警，完成基于姿态识别的椎间盘应力测量。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的椎间盘应力测量方法对于特殊工种人群或者本身椎间盘存在病变的人群提供实时的椎间盘应力变化，并告知他们当下姿势的危害，及时调整到良好的姿势以减轻椎间盘内压，预防椎间盘相关疾病。
(2)对于脊柱手术术后的患者，通过监测椎间盘内应力提醒患者避免增大应力的姿势也有助于改善患者的预后，降低再入院率或再手术率，极大地提高高危人群或特殊工种患椎间盘退行性疾病的概率，降低社会保健体系此方面的开销。
(3)本设备可以动态持续地记录不同姿势下椎间盘不同部位的应力变化，并实时提供反馈，预防长期不良姿势的危害或处于某姿势时过大应力对椎间盘的损害。且该应力值具有个体化特征，是根据有限元分析并根据使用者独特的解剖学特征输出，结果与真实值接近。
附图说明
图1为椎间盘应力测量装置的结构图；
图2为椎间盘应力测量装置的整体图；
图3为第一压阻式加速度传感器的结构图；
图4为第二压阻式加速度传感器的结构图；
图5为磁通式传感器的结构图；
图6为椎间盘应力测量方法的流程图；
图中，1、电源模块；2、姿态检测模块；3、中央处理模块；4、记录存储模块；5、蓝牙模块；6、第一球体；7、弹性梁；8、第一质量块；9、第二球体；10、弹簧；11、第二质量块；12、永久磁铁S极；13、永久磁铁N极；14、悬臂梁；15、红外距离传感器；16、线圈；17、平面板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
如图1所示，本发明提供了一种基于姿态识别的椎间盘应力测量装置，包括电源模块1、姿态检测模块2、中央处理模块3、记录存储模块4和蓝牙模块5；电源模块1分别与姿态检测模块2、中央处理模块3、记录存储模块4和蓝牙模块5电性连接；姿态检测模块2分别与中央处理模块3和记录存储模块4通信连接；蓝牙模块5分别与中央处理模块3和记录存储模块4通信连接；
电源模块1用于为姿态检测模块2、中央处理模块3、记录存储模块4和蓝牙模块5供电；姿态检测模块2用于测量人体姿势和身体屈伸角度，得到人体姿态原始数据；中央处理模块3用于分析人体姿态原始数据，并得到人体的具体姿势；记录存储模块4用于存储姿态检测模块2采集的人体姿态原始数据；
蓝牙模块5用于将中央处理模块3和记录存储模块4的数据信息传输至移动终端；移动终端用于整合存储记录存储模块4存储的人体姿态原始数据和中央处理模块3分析得到的人体的具体姿势。
如图2所示，本装置为一可穿戴式的束带样结构，可以粘贴于腰部和颈部衣物上，也可通过两侧束带固定。外观类似皮带样结构，外层有柔性材料包裹，对人体无刺激，对皮肤无伤害。这样做可以避免内部元件与人体直接接触，造成不必要的伤害，也避免内部电子元件化学物质泄漏。
在本发明实施例中，如图1所示，电源模块1包括充电电池、充电电路、有线充电端口和无线充电端口；所述椎间盘应力测量装置利用有线充电端口和无线充电端口，通过充电电路为充电电池充电。
在本发明实施例中，如图1所示，中央处理模块3通过距离传感器、压阻式加速度传感器或磁通式传感器分析人体姿态原始数据，并得到人体的具体姿势。
在本发明实施例中，如图1所示，所述中央处理模块3中，利用距离传感器得到人体具体姿势的方法为：在3轴加速度传感器和3轴陀螺仪传感器上设置距离传感器；压阻式加速度传感器包括第一压阻式加速度传感器和第二压阻式加速度传感器；如图2所示，第一压阻式加速度传感器包括第一球体6、弹性梁7和第一质量块8；弹性梁7和第一质量块8的个数均为6个；每个弹性梁7的一端分别与第一球体6的内壁一一对应固定连接，其另一端分别与和第一质量块8固定连接；如图4所示，第二压阻式加速度传感器包括第二球体9、弹簧10和第二质量块11；弹簧10的个数为6个；每个弹簧10的一端分别和第二球体9的内壁固定连接；第二质量块11通过弹簧10固定设置于第二球体9的中心；
压阻式加速度传感器实质上是一个力传感器，是利用测量固定质量块在受到加速度作用时产生的力F来测得加速度a的。在目前研究尺度内，可以认为其基本原理仍遵从牛顿第二定律。也就是说当有加速度a作用于传感器时，传感器的惯性质量块便会产生一个惯性力:F＝ma,此惯性力F作用于传感器的弹性梁上，便会产生一个正比于F的应变。此时弹性梁上的压敏电阻也会随之产生一个变化量△R，由压敏电阻组成的惠斯通电桥输出一个与△R成正比的电压信号V。对于第一压阻式加速度传感器，在弹性梁上带有压敏材料。人体运动时每个弹性梁和质量块组合元件会由于惯性摆动，从而导致电阻的变化，输出不同的电压，分析电压可以测得当前的加速度，从而测量出具体姿势，6个方向的组合测量能够测量出较为精确的姿势。对于第二压阻式加速度传感器，在六个方向连接有含压敏材料的弹簧。人体运动时由于惯性质量块会在球体内运动，从而带动弹簧收缩、舒张和向不同方向摆动，引起电阻的变化，输出不同的电压，最终可以测量出具体的加速度和具体姿势。
距离传感器有多种形式，红外传感器是常用的距离传感器中的一种。
如图5所示，磁通式传感器包括永久磁铁S极12、永久磁铁N极13、悬臂梁14、红外距离传感器15、线圈16和平面板17；永久磁铁S极12、永久磁铁N极13和平面板17形成永久磁场；悬臂梁14固定设置于平面板17上；悬臂梁16上固定设置有线圈16；线圈16的两端固定设置有红外传感器15。
在永久磁场中有一弹性梁连接着的线圈，线圈两端有红外传感器，可以发射和接受红外线从而测量距离。弹性梁固定于平面板上，该板可以感应和接受红外线。具体实施时，SN级方向对应人体前后。
该装置的原理为在人体运动时，悬臂梁由于惯性发生摆动，在摆动过程中线圈的磁通量发生变化，从而产生感应电流，不同摆动位置的感应电流不同。可以通过分析感应电流的性质计算出摆动的位置以及对应的加速度。红外传感器可以测量线圈到平面板的距离以辅助测量摆动的位置。平面板可感应红外线，从而辅助识别摆动的方向和位置。
基于以上系统，本发明还提出一种基于姿态识别的椎间盘应力测量方法，如图6所示，包括以下步骤：
S1：利用姿态检测模块采集人体的姿态原始数据，利用中央处理模块分析姿态原始数据，得到具体姿势和正常颈椎CT数据；利用记录存储模块储存姿态检测模块和中央处理模块的数据；并利用正常颈椎CT数据建立有限元模型；
S2：验证有限元模型的有效性；
S3：利用颈椎标本进行姿态分组；
S4：根据姿态分组的结果，对验证有效性后的有限元模型加载不同的扭转角度进行分析，得到椎间盘不同部位的应力数据；
S5：采用正交法和拉丁方方法对颈椎的椎体高度、椎间间隙、椎孔矢状径、椎体矢状径、椎弓根间距、椎弓根宽度和椎弓根高度进行分组，得到分组表；
S6：根据分组表，利用映射参数化技术对解剖结构参数进行调整；
S7：根据分组表，重复步骤S1-S6，逐一进行有限元模型分析，得到椎间盘前缘、后缘、左缘和右缘的应力数据库，并进行灵敏度分析，建立数学近似模型；
S8：根据不同身高、体重、胸围、腹围、臀围和大腿，得到调整后的对应解剖结构参数，并形成人体特征对应颈椎解剖结构参数特征数据库；
S9：根据应力数据库和人体特征对应颈椎解剖结构参数特征数据库，对不同身高、体重、胸围、腹围、臀围和大腿的特征人群进行有限元分析和技术矫正，得到姿势-椎间盘应力数据库；
S10：根据姿势-椎间盘应力数据库，判断使用者是否存在不良姿势，完成基于姿态识别的椎间盘应力测量。
在本发明实施例中，如图6所示，步骤S1包括以下子步骤：
S11：从正常颈椎CT数据中读取颈椎图像；
S12：从颈椎图像中提取颈椎C2-C7各节段的几何图像，并分割出皮质骨和松质骨的结构；
S13：对皮质骨和松质骨分别进行采样、光滑处理和表面拟合，生成实体模型；
S14：对实体模型依次进行网格划分、材料属性赋值和界定约束条件的处理；
S15：根据处理后的实体模型，建立有限元模型。
在本发明实施例中，如图6所示，步骤S2包括以下子步骤：
S21：对有限元模型施加1Nm扭矩和75N附加载荷；
S22：利用施加了1Nm扭矩和75N附加载荷的有限元模型，模拟前屈、后伸、侧屈和旋转动作，得到颈椎不同姿态下的最大活动度；
S23：将最大活动度与Panjabi实验活动数据进行比对，完成有限元模型的有效性验证。
在本发明实施例中，如图6所示，步骤S3中，利用颈椎标本进行姿态分组的结果为：前屈后伸、左右侧屈和左右旋转，其角度范围分别为：前屈后伸1°-20°、左右侧屈1°-12°和左右旋转1°-15°。
在本发明中，通过对颈椎标本的分析得出前后、左右和旋转的度数范围，以便后续步骤对不同的角度进行应力测量。
在本发明实施例中，如图6所示，步骤S4包括以下子步骤：
S41：在有限元模型中，对前屈后伸的姿态依次设置1°、2°、3°…20°的角度加载，得到前屈后伸姿态的应力数据；
S42：在有限元模型中，对左右侧屈的姿态依次设置1°、2°、3°…12°的角度加载，得到左右侧屈姿态的应力数据；
S43：在有限元模型中，对左右旋转的姿态依次设置1°、2°、3°…15°的角度加载，得到左右旋转姿态的应力数据。
在本发明实施例中，如图6所示，步骤S10中，判断使用者是否存在不良姿势的方法为：设置应力阈值，输入使用者的指标，通过姿势-椎间盘应力数据库匹配其具体应力，若具体应力大于应力阈值，则移动终端报警，完成基于姿态识别的椎间盘应力测量。
移动终端APP的数据与云端服务器相连，医生移动终端可以观察患者的椎间盘应力变化。同时该数据也可以作为颈椎腰椎疾病流行病学研究的大数据来源。
本发明的工作原理及过程为：通过前期的部分人体特征对应颈椎解剖结构参数特征数据的统计与颈椎的有限元分析试验，根据前期试验设计方案在华西医院继续进行试验研究，通过对单个颈椎的几何重建与建模、附加韧带、施加边界条件等有限元建模，得到颈椎不同姿态下的最大活动度，比对人体颈椎的生物力学实验活动度数据，进行有限元建模方法和材料参数的有效性验证。然后基于上述建立的颈椎有限元模型，控制扭转角度进行分析，完善一整套分析方案。最终对不同颈椎解剖结构参数的颈椎模型进行建模和有限元分析，得到所有的颈椎椎间盘前缘、后缘、左缘、右缘的压应力。通过上述系统研究，最终探索出一套行之有效的特定的姿态识别装置的原则与设计方法。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的椎间盘应力测量装置，能够通过便捷的穿戴在身上，无创，便携，且不需要复杂的结构或测试仪器，方便快捷，不影响使用者的日常生活，不会带来其他不良反应；且实时监测穿戴者的姿势并显示出当下椎间盘的应力大小，并通过与手机的蓝牙连接显示在app上，并且拥有记录功能，报警功能，预防不良姿势的持续存在。
(2)该装置能够提高椎间盘退行性病变易患人群的自我监督和管理，降低特殊工种的发病率，脊柱手术术后患者的再入院率，减缓椎间盘的退行性病变过程，降低卫生经济学成本。
(3)本发明的椎间盘应力测量方法对于特殊工种人群或者本身椎间盘存在病变的人群提供实时的椎间盘应力变化，并告知他们当下姿势的危害，及时调整到良好的姿势以减轻椎间盘内压，预防椎间盘相关疾病。
(4)对于脊柱手术术后的患者，通过监测椎间盘内应力提醒患者避免增大应力的姿势也有助于改善患者的预后，降低再入院率或再手术率，极大地提高高危人群或特殊工种患椎间盘退行性疾病的概率，降低社会保健体系此方面的开销。
(5)本设备可以动态持续地记录不同姿势下椎间盘不同部位的应力变化，并实时提供反馈，预防长期不良姿势的危害或处于某姿势时过大应力对椎间盘的损害。且该应力值具有个体化特征，是根据有限元分析并根据使用者独特的解剖学特征输出，结果与真实值接近。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于姿态识别的椎间盘应力测量装置，其特征在于，包括电源模块(1)、姿态检测模块(2)、中央处理模块(3)、记录存储模块(4)和蓝牙模块(5)；所述电源模块(1)分别与姿态检测模块(2)、中央处理模块(3)、记录存储模块(4)和蓝牙模块(5)电性连接；所述姿态检测模块(2)分别与中央处理模块(3)和记录存储模块(4)通信连接；所述蓝牙模块(5)分别与中央处理模块(3)和记录存储模块(4)通信连接；
所述电源模块(1)用于为姿态检测模块(2)、中央处理模块(3)、记录存储模块(4)和蓝牙模块(5)供电；所述姿态检测模块(2)用于测量人体姿势和身体屈伸角度，得到人体姿态原始数据；所述中央处理模块(3)用于分析人体姿态原始数据，并得到人体的具体姿势；所述记录存储模块(4)用于存储姿态检测模块(2)采集的人体姿态原始数据；所述蓝牙模块(5)用于将中央处理模块(3)和记录存储模块(4)的数据信息传输至移动终端；所述移动终端用于整合存储记录存储模块(4)存储的人体姿态原始数据和中央处理模块(3)分析得到的人体的具体姿势。
2.根据权利要求1所述的基于姿态识别的椎间盘应力测量装置，其特征在于，所述电源模块(1)包括充电电池、充电电路、有线充电端口和无线充电端口；所述椎间盘应力测量装置利用有线充电端口和无线充电端口，通过充电电路为充电电池充电。
3.根据权利要求1所述的基于姿态识别的椎间盘应力测量装置，其特征在于，所述中央处理模块(3)通过距离传感器、压阻式加速度传感器或磁通式传感器分析人体姿态原始数据，并得到人体的具体姿势。
4.根据权利要求3所述的基于姿态识别的椎间盘应力测量装置，其特征在于，所述中央处理模块(3)中，利用距离传感器得到人体具体姿势的方法为：在3轴加速度传感器和3轴陀螺仪传感器上设置距离传感器；
所述压阻式加速度传感器包括第一压阻式加速度传感器和第二压阻式加速度传感器；所述第一压阻式加速度传感器包括第一球体(6)、弹性梁(7)和第一质量块(8)；所述弹性梁(7)和第一质量块(8)的个数均为6个；每个所述弹性梁(7)的一端分别与第一球体(6)的内壁固定连接，其另一端分别与第一质量块(8)一一对应固定连接；所述第二压阻式加速度传感器包括第二球体(9)、弹簧(10)和第二质量块(11)；所述弹簧(10)的个数为6个；每个所述弹簧(10)的一端分别和第二球体(9)的内壁固定连接；所述第二质量块(11)通过弹簧(10)固定设置于第二球体(9)的中心；
所述磁通式传感器包括永久磁铁S极(12)、永久磁铁N极(13)、悬臂梁(14)、红外距离传感器(15)、线圈(16)和平面板(17)；所述永久磁铁S极(12)、永久磁铁N极(13)和平面板(17)形成永久磁场；所述悬臂梁(14)固定设置于平面板(17)上；所述悬臂梁(14)上固定设置有线圈(16)；所述线圈(16)的两端固定设置有红外传感器(15)。
5.一种基于姿态识别的椎间盘应力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：利用姿态检测模块采集人体的姿态原始数据，利用中央处理模块分析姿态原始数据，得到具体姿势和正常颈椎CT数据；利用记录存储模块储存姿态检测模块和中央处理模块的数据；并利用正常颈椎CT数据建立有限元模型；
S2：验证有限元模型的有效性；
S3：利用颈椎标本进行姿态分组；
S4：根据姿态分组的结果，对验证有效性后的有限元模型加载不同的扭转角度进行分析，得到椎间盘不同部位的应力数据；
S5：采用正交法和拉丁方方法对颈椎的椎体高度、椎间间隙、椎孔矢状径、椎体矢状径、椎弓根间距、椎弓根宽度和椎弓根高度进行分组，得到分组表；
S6：根据分组表，利用映射参数化技术对解剖结构参数进行调整；
S7：根据分组表，重复步骤S1-S6，逐一进行有限元模型分析，得到椎间盘前缘、后缘、左缘和右缘的应力数据库，并进行灵敏度分析，建立数学近似模型；
S8：根据不同身高、体重、胸围、腹围、臀围和大腿，得到调整后的对应解剖结构参数，并形成人体特征对应颈椎解剖结构参数特征数据库；
S9：根据应力数据库和人体特征对应颈椎解剖结构参数特征数据库，对不同身高、体重、胸围、腹围、臀围和大腿的特征人群进行有限元分析和技术矫正，得到姿势-椎间盘应力数据库；
S10：根据姿势-椎间盘应力数据库，判断使用者是否存在不良姿势，完成基于姿态识别的椎间盘应力测量。
6.根据权利要求5所述的基于姿态识别的椎间盘应力测量方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：
S11：从正常颈椎CT数据中读取颈椎图像；
S12：从颈椎图像中提取颈椎C2-C7各节段的几何图像，并分割出皮质骨和松质骨的结构；
S13：对皮质骨和松质骨分别进行采样、光滑处理和表面拟合，生成实体模型；
S14：对实体模型依次进行网格划分、材料属性赋值和界定约束条件的处理；
S15：根据处理后的实体模型，建立有限元模型。
7.根据权利要求5所述的基于姿态识别的椎间盘应力测量方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下子步骤：
S21：对有限元模型施加1Nm扭矩和75N附加载荷；
S22：利用施加了1Nm扭矩和75N附加载荷的有限元模型，模拟前屈、后伸、侧屈和旋转动作，得到颈椎不同姿态下的最大活动度；
S23：将最大活动度与Panjabi实验活动数据进行比对，完成有限元模型的有效性验证。
8.根据权利要求5所述的基于姿态识别的椎间盘应力测量方法，其特征在于，所述步骤S3中，利用颈椎标本进行姿态分组的结果为：前屈后伸、左右侧屈和左右旋转，其角度范围分别为：前屈后伸1°-20°、左右侧屈1°-12°和左右旋转1°-15°。
9.根据权利要求5所述的基于姿态识别的椎间盘应力测量方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下子步骤：
S41：在有限元模型中，对前屈后伸的姿态依次设置1°、2°、3°…20°的角度加载，得到前屈后伸姿态的应力数据；
S42：在有限元模型中，对左右侧屈的姿态依次设置1°、2°、3°…12°的角度加载，得到左右侧屈姿态的应力数据；
S43：在有限元模型中，对左右旋转的姿态依次设置1°、2°、3°…15°的角度加载，得到左右旋转姿态的应力数据。
10.根据权利要求5所述的基于姿态识别的椎间盘应力测量方法，其特征在于，所述步骤S10中，判断使用者是否存在不良姿势的方法为：设置应力阈值，输入使用者的指标，通过姿势-椎间盘应力数据库匹配其具体应力，若具体应力大于应力阈值，则移动终端报警，完成基于姿态识别的椎间盘应力测量。
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