CN112472073A - 一种智能腰带 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能腰带，其包括电源模块、腰带、设置在腰带一端的控制盒，以及套设在腰带上的肌张力检测装置；肌张力检测装置与电源模块相连接；控制盒内设置有分别与电源模块相连接的定位模块、姿态检测模块、中央处理模块、记录存储模块和通信模块，控制盒上设置有指纹识别器、报警模块和触摸屏；电源模块、定位模块、姿态检测模块、记录存储模块、通信模块、指纹识别器、报警模块和触摸屏分别与中央处理模块相连。本发明对腰椎的姿态和持续时间进行持续且实时的监测，进而可以判断是否存在不良姿势以及康复训练是否符合要求，帮助使用者了解自己的训练质量，为其提供反馈，督促使用者长期坚持，达到良好的康复训练效果。

Description

一种智能腰带

技术领域

本发明涉及医疗保健器械领域，具体涉及一种智能腰带。

背景技术

可穿戴医疗健康设备能够为用户提供实时健康监测数据，让用户实时了解个人身体健康状况。随着手机、平板电脑等电子设备的普及和以电脑为主体的工作方式的大众化，久坐、久站及长期不良姿势引发的腰椎病、腰椎间盘突出等椎间盘退行性疾病发病率呈逐年上升趋势，已成为脊柱疾病中最常见的类型。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，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，脊柱的负荷会明显增加。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。腰椎的力学稳定和平衡是所有腰椎疾病问题的起点和终点。椎旁肌是维持腰椎稳定的重要结构，椎旁肌退变在腰椎疾病的发生、发展中起重要作用。因此，需要一种能够在职业任务中准确估计椎间盘的应力和椎旁肌张力的方法。另外，对椎间盘应力和椎旁肌张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。如何改善亚健康人群的腰痛症状并阻止病情进展、促进腰椎间盘突出症的康复治疗、预防不良的生活方式再次致病是现阶段腰痛防治面临的重要问题。

此外，跌倒是我国65周岁及以上老年人伤亡的首要因素，每年65周岁及以上老年人跌倒发生的概率大概是30％，而且随着年龄的增长跌倒发生的比例迅速增加，每年80周岁及以上老年人跌倒发生的概率高达50％。跌倒也是全球意外伤亡的第二大因素，全世界每年发生严重致命性跌倒已经超过42万例。老年人由于骨质疏松或多伴有心脑血管等基础疾病，如果跌倒后延误救助时机，可能带来致命的后果。因此，老年人的意外跌倒已成了卫生保健机构需要关注的重大社会问题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种智能腰带可以对用户的腰肌及腰椎进行健康监测。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种智能腰带，其包括包括电源模块、腰带、设置在腰带一端的控制盒；控制盒内设置有分别与电源模块相连接的定位模块、姿态检测模块、中央处理模块、记录存储模块和通信模块，控制盒上设置有指纹识别器、报警模块和触摸屏；电源模块、定位模块、姿态检测模块、记录存储模块、通信模块、指纹识别器、报警模块和触摸屏分别与中央处理模块相连；中央处理模块包括姿态检测及康复训练处理单元和预警单元；

姿态检测及康复训练处理单元，用于根据姿态检测模块的数据获取用户的状态；其中用户的状态包括姿势、角度和持续时间；

预警单元，用于在用户的状态超出阈值时启动报警模块进行预警。

进一步地，腰带上还套设有肌张力检测装置，肌张力检测装置分别与电源模块和中预处理模块相连接，肌张力检测装置用于检测用户背部肌肉张力。

进一步地，电源模块包括充电电池、充电电路和充电端口；其中充电端口包括有线充电端口和无线充电端口；肌张力检测装置和控制盒上均设置有用于放置充电电池的电池仓；电池仓的上端为开口状，电池仓的一个侧面为半开口状并设置有限位器；充电电池的一个侧面设置有与限位器相匹配的凹坑，以及位于凹坑上方的凸起。

进一步地，姿态检测模块包括第一压阻式加速度传感单元、第二压阻式加速度传感单元和磁通式传感器中的至少一个；第一压阻式加速度传感单元包括第一球体、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，其另一端分别与第一质量块一一对应固定连接；弹性梁上设置有压敏材料，弹性梁上的压敏材料的输出信号为第一压阻式加速度传感单元的输出信号；

第二压阻式加速度传感单元包括第二球体、第一弹簧和第二质量块；第一弹簧的个数为6个；每个第一弹簧的一端分别和第二球体的内壁固定连接；第二质量块通过第一弹簧固定设置于第二球体的中心；第一弹簧的一端设置有压敏材料，第一弹簧的一端设置的压敏材料的输出信号为第二压阻式加速度传感单元的输出信号；

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面向平面板的红外距离传感器；线圈的两端固定设置在红外距离传感器上；红外距离传感器用于获取线圈相对于平面板的高度；线圈用于获取在运动过程中产生的感应电流。

进一步地，控制盒的上表面设置有用于存放触摸屏的凹腔，触摸屏的下端与控制盒的上表面下端铰接，触摸屏的外表面设置有加强板，触摸屏贴近控制盒的一面为触摸显示面；控制盒的上表面设置有位于触摸屏上端的斜槽。

进一步地，腰带上设置有若干第一通孔；肌张力检测装置包括肌张力检测模块和限位单元，肌张力检测模块与中央处理模块电相连；限位单元包括限位块，限位块的一端位于肌张力检测装置内，另一端穿出肌张力检测装置并位于肌张力检测装置上供腰带穿过的第三通孔中；

限位块的两侧均设置有位于肌张力检测装置内的限位板，限位板与肌张力检测装置之间设置有第二弹簧；限位块位于肌张力检测装置内的一端设置有拉环，拉环位于肌张力检测装置外。

进一步地，肌张力检测装置上设置有第二通孔。

进一步地，腰带的头端设置有魔术贴，腰带上设置有与魔术贴相配合的纤维，控制盒上设置有用于腰带穿过并折回的拱门。

进一步地，报警模块包括震动器和扬声器。

进一步地，通信模块包括蓝牙模块和4G模块；其中蓝牙模块用于与移动终端进行通信；4G模块用于向服务器发送报警信号。

本发明的有益效果为：

1、本发明可以对使用者提供实时的椎间盘应力变化，并通过显示屏或移动终端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、本发明可以对用户的姿态进行持续监测，结合椎间盘应力变化判断用户是否需要被救助，并根据判断结果启动报警模块进行现场预警，或通过通信模块直接向服务器进行在线预警，使相关人员快速联系使用者或进行应急措施，缩短使用者的获助时间。

3、本发明的充电电池设计为可直接拆卸式，便于更换电池增加电器件的续航能力。限位器在充电电池放入电池仓后进入凹坑中，进而实现对充电电池的固定。当需要取出充电电池时，可以直接对凸起施力将电池拨出。

4、本发明将触摸屏的触摸显示面设置在控制盒的内里，可以避免触摸屏受外部挤压而损坏，同时铰接的设置方式可以便于使用者翻开触摸屏直观查看监测数据，快速了解当前状态，斜槽的设置便于翻开触摸屏。

5、本发明的限位块可以进入腰带上的第一通孔中进行卡位，即相对固定肌张力检测装置与腰带，避免肌张力检测装置在使用过程中在腰带上滑动，进而提高监测效果；当需要调整肌张力检测装置的位置时，只需要提起拉环即可将限位块从第一通孔中提出，进而便于快速调整肌张力检测装置的位置。

6、腰带上的第一通孔和肌张力检测装置上的第二通孔可以挂接绳索，绳索绕过肩部进而避免腰带或肌张力检测装置在使用时往下掉，再次提高监测准确度。

7、腰带采用魔术贴进行固定，可以灵活适应不同腰围的用户，使得每个用户都可以获得准确的贴合。

8、指纹识别器可以识别用户的身份，移动终端可以自定义指纹识别器的报警使用方式，例如在需要主动报警时设定长按若干秒启动报警，在预警单元即将启动预警时通过多次触摸指纹识别器或长按若干秒来终止误报警。将指纹识别器作为报警控制键，可以避免其他实体按键或普通触摸按键被衣服或其他东西影响而造成的误报警。

9、本发明即可以实现本地报警，寻求附近人员的帮助；也可以通过服务器进行在线报警，向预设的联系人发送求助信号，并通过定位模块发送用户的位置，便于协助者快速定位用户的位置，缩短施救时间。

附图说明

图1为本腰带的结构示意图；

图2为本腰带的电路框图；

图3为肌张力检测装置的侧视图；

图4为限位单元的结构示意图；

图5为电池仓处的局部结构示意图；

图6为第一压阻式加速度传感单元的结构图；

图7为第二压阻式加速度传感单元的结构图；

图8为磁通式传感器的结构图。

其中：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、通信模块；6、第一球体；7、弹性梁；8、第一质量块；9、第二球体；10、第一弹簧；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；101、腰带；102、肌张力检测装置；103、控制盒；104、魔术贴；105、第一通孔；106、拉环；107、斜槽；108、拱门；109、指纹识别器；110、报警模块；111、触摸屏；112、第二通孔；113、第三通孔；114、限位块；115、肌张力检测模块；116、限位板；117、第二弹簧；118、通信线；119、充电电池；120、电池仓；121、凸起；122、凹坑；123、限位器。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1和图2所示，该智能腰带包括电源模块1、腰带101、设置在腰带101一端的控制盒103，以及套设在腰带101上的肌张力检测装置102；肌张力检测装置102与电源模块1相连接；

控制盒103内设置有分别与电源模块1相连接的定位模块、姿态检测模块2、中央处理模块3、记录存储模块4和通信模块5，控制盒103上设置有指纹识别器109、报警模块110和触摸屏111；电源模块1、定位模块、姿态检测模块2、记录存储模块4、通信模块5、指纹识别器109、报警模块110和触摸屏111分别与中央处理模块3相连；中央处理模块3包括姿态检测及康复训练处理单元和预警单元；

姿态检测及康复训练处理单元，用于根据肌张力检测装置102和姿态检测模块2的数据获取用户的状态；其中用户的状态包括姿势、角度、持续时间和肌肉张力；

预警单元，用于在用户的状态超出阈值时启动报警模块110进行预警。

电源模块1包括充电电池119、充电电路和充电端口；其中充电端口包括有线充电端口和无线充电端口。

如图5所示，肌张力检测装置102和控制盒103上均设置有用于放置充电电池119的电池仓120；电池仓120的上端为开口状，电池仓120的一个侧面为半开口状并设置有限位器123；充电电池119的一个侧面设置有与限位器123相匹配的凹坑122，以及位于凹坑122上方的凸起121。

姿态检测模块2包括第一压阻式加速度传感单元、第二压阻式加速度传感单元和磁通式传感器中的至少一个；如图6所示，第一压阻式加速度传感单元包括第一球体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；弹性梁7上设置有压敏材料，弹性梁7上的压敏材料的输出信号为第一压阻式加速度传感单元的输出信号；

对于第一压阻式加速度传感单元，在弹性梁上带有压敏材料。人体运动时每个弹性梁7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。

如图7所示，第二压阻式加速度传感单元包括第二球体9、第一弹簧10和第二质量块11；第一弹簧10的个数为6个；每个第一弹簧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通过第一弹簧10固定设置于第二球体9的中心；第一弹簧10的一端设置有压敏材料，第一弹簧10的一端设置的压敏材料的输出信号为第二压阻式加速度传感单元的输出信号；

对于第二压阻式加速度传感单元，在六个方向连接有含压敏材料的第一弹簧10。人体运动时由于惯性质量块会在球体内运动，从而带动第一弹簧10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。

如图8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14上固定设置有面向平面板17的红外距离传感器15；线圈16的两端固定设置在红外距离传感器15上；红外距离传感器15用于获取线圈16相对于平面板17的高度；线圈16用于获取在运动过程中产生的感应电流。

SN极方向对应人体前后。该装置的原理为在人体运动时，悬臂梁14由于惯性发生摆动，在摆动过程中线圈16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。红外距离传感器15可以测量线圈16到平面板17的距离以辅助测量摆动的位置。平面板17可感应红外线，从而辅助识别摆动的方向和位置。

如图1所示，控制盒103的上表面设置有用于存放触摸屏111的凹腔，触摸屏111的下端与控制盒103的上表面下端铰接，触摸屏111的外表面设置有加强板，触摸屏111贴近控制盒103的一面为触摸显示面；控制盒103的上表面设置有位于触摸屏111上端的斜槽107，斜槽107与凹腔相连。

腰带101上设置有若干第一通孔105。如图3所示，肌张力检测装置102包括肌张力检测模块115和限位单元，肌张力检测模块115与中央处理模块3电相连；如图4所示，限位单元包括限位块114，限位块114的一端位于肌张力检测装置102内，另一端穿出肌张力检测装置102并位于肌张力检测装置102上供腰带101穿过的第三通孔113中；

限位块114的两侧均设置有位于肌张力检测装置102内的限位板116，限位板116与肌张力检测装置102之间设置有第二弹簧117；限位块114位于肌张力检测装置102内的一端设置有拉环106，拉环106位于肌张力检测装置102外。

肌张力检测装置102上设置有第二通孔112。腰带101的头端设置有魔术贴104，腰带101上设置有与魔术贴104相配合的纤维，控制盒103上设置有用于腰带101穿过并折回的拱门108。

报警模块110包括震动器和扬声器。通信模块5包括蓝牙模块和4G模块；其中蓝牙模块用于与移动终端进行通信；4G模块用于向服务器发送报警信号。

在本发明的一个实施例中，中央处理模块3测量椎间盘应力的具体方法包括以下步骤：

S1：利用姿态检测模块2采集人体的姿态原始数据，利用中央处理模块3分析姿态原始数据，得到具体姿势和正常腰椎CT数据；利用记录存储模块4储存姿态检测模块2和中央处理模块3的数据；并利用正常腰椎CT数据建立有限元模型；

S2：验证有限元模型的有效性；

S3：利用腰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腰椎的椎体高度、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腰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腰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。

其中步骤S1包括以下子步骤：

S11：从正常腰椎CT数据中读取腰椎图像；

S12：从腰椎图像中提取腰椎L1-L5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。

其中步骤S2包括以下子步骤：

S21：对有限元模型施加10Nm扭矩和400N附加载荷；

S22：利用施加了10Nm扭矩和400N附加载荷的有限元模型，模拟前屈、后伸、侧屈和旋转动作，得到腰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。

步骤S3中利用腰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，通过对腰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。

其中步骤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。

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。

该方法的工作原理及过程为：通过前期的部分人体特征对应腰椎解剖结构参数特征数据的统计与腰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，通过对单个腰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，得到腰椎不同姿态下的最大活动度，比对人体腰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腰椎有限元模型，控制扭转角度进行分析，完善一整套分析方案。最终对不同腰椎解剖结构参数的腰椎模型进行建模和有限元分析，得到所有的腰椎椎间盘前缘、后缘、左缘、右缘的压应力。

在具体实施过程中，触摸屏111可翻转的角度设置为180°，使得同时满足用户与其他人员的查看。且当触摸屏111翻转角度小于20°时，触摸屏111不工作；当触摸屏111翻转角度大于20°但小于120°时，触摸屏111的显示为活动端向铰接端显示，即智能腰带佩戴在身体上时符合使用者查看的方向；当触摸屏111翻转角度大于120°但小于180°时，触摸屏111的显示为铰接端向活动端显示，即智能腰带佩戴在身体上时符合其他人员查看的方向。限位器123采用具有一定弹性形变能力的材质，使得其可以向外弯曲便于充电电池119的取放而不至于损坏自身。

本发明在使用时，先将肌张力检测装置102穿在腰带101上，并使设置有肌张力检测模块115的一侧贴近用户，设置有拉环106的一侧向外。然后将腰带101的头端穿过拱门108并折回使魔术贴104与腰带101上的纤维进行贴合，进而将腰带101固定在使用者腰部。接着拉起拉环106调整肌张力检测装置102使其位于使用者后背脊柱处，再通过通信线118将肌张力检测装置102与中央处理模块3相连，中央处理模块3开始获取肌张力检测装置102的数据，进而开始对使用者的腰肌及腰椎进行健康监测。

当预警单元检测到用户的状态超出阈值时，可以先进行振动提示，若在设定时间内使用者(通过指纹识别器109判断是否为使用者)未进行误报取消，则启动扬声器进行现场报警，同时通过通信模块5将位置数据和报警信息发送至服务器，服务器根据预设的联系方式将位置数据和报警信息发送至对应的联系人，实现现场与远程同时报警。误报取消的操作方式和预设的联系方式可由与本智能腰带相连接的移动终端进行实现设定。误报取消的操作方式可以是间断的触碰或一定时间长度的长按，或其他自定义的操作方式。用户的状态超出阈值可以为用户发生跌倒、晕厥、脑卒中、心梗等紧急情况后失去意识或丧失活动能力，此时智能腰带检测到使用者的姿态变化或腰肌应力变化小于阈值，或使用者的姿态变化或腰肌应力变化突变并超出阈值。

当使用者感觉身体不适时，也可以通过指纹识别器109进行预设的主动报警操作，中央处理模块3启动扬声器进行现场报警，同时通过通信模块5将位置数据和报警信息发送至服务器，服务器根据预设的联系方式将位置数据和报警信息发送至对应的联系人，实现现场与远程同时报警。预设的主动报警操作方式可以是间断的触碰或一定时间长度的长按，或其他自定义的操作方式。

在使用过程中，使用者或者其他人员可以通过触摸屏111查看姿态检测模块2和肌张力检测模块115监测得到的数据，当当前显示范围显示不完全数据时，可以通过滑动触摸屏111来查看更多数据。

此外，当移动终端与智能腰带相连时，智能腰带向移动终端传输器获取的监测数据，用户移动终端得到人体的具体姿态数据，根据先前建立好的人体姿势与椎间盘应力数据库以及用户输入身体个性化指标，输出实时的腰椎间盘应力，在移动终端内显示，并有连续记录功能。移动终端设置有提醒不良姿势的功能，当用户长期保持不良姿势或某一时刻某一姿态椎间盘应力过大、椎旁肌肉张力异常时，可以提醒用户注意。当移动终端与智能腰带相连时，用户也可以通过移动终端取消自动识别的报警或进行手动报警。

在建立了人体特征-腰椎解剖结构参数-椎间盘应力数据库后，使用者输入自己的个性化指标后，移动终端自动匹配该解剖参数下数据库中对应的腰椎解剖结构参数-椎间盘应力关系，通过姿势识别系统测量出具体的人体的姿态(前屈后伸、左右侧屈、左右旋转分别多少度)，并输出此时对应的椎间盘应力大小。

移动终端还可以设置腰椎康复训练功能，通过实时监测不同姿势下的椎间盘应力和肌张力来保证训练的安全性。腰椎康复训练包括指导训练和监督下自由训练两种模式。在指导训练模式下，用户可在移动终端上选择每日训练时间，移动终端可以进行定时提醒。训练过程中用户按照移动终端上3D人体模型的姿势进行模仿训练，全程跟随模型的姿势完成康复训练，当出现姿势不正确、角度过大等可能损害椎间盘或肌肉的动作时，移动终端将在人体模型上标红提醒。在监督下自由训练模式中，用户可根据自己的喜好进行移动终端中训练动作的选择或自行训练，全程训练将在移动终端监督下进行，出现不良姿势时立刻提醒用户。训练结束后也会对用户的自由训练效果进行系统评分。腰椎康复训练数据可以供医生观察用户椎间盘应力和肌张力变化，同时该数据也可以作为腰椎疾病流行病学研究的大数据来源。

综上所述，本发明对腰椎的姿态和持续时间进行持续且实时的监测，进而可以判断是否存在不良姿势以及康复训练是否符合要求，帮助使用者了解自己的训练质量，为其提供反馈，督促使用者长期坚持，达到良好的康复训练效果。本发明可以实时记录不同姿势下椎间盘应力和椎旁肌肉的张力，无创便携，对人体不会造成额外的伤害，不影响使用者的日常生活，能够预防长期不良姿势造成的腰椎损害。椎间盘应力值具有个体化特性，本发明采用有限元分析并根据使用者的解剖学特征输出，使得结果与真实值更接近。本发明可以对使用者进行生活监控，当跌倒或其他意外情况发生时，能够进行现场报警并及时通知其家属，帮助用户获得宝贵的救助时间。

Claims (10)

1.一种智能腰带，其特征在于，包括电源模块(1)、腰带(101)、设置在腰带(101)一端的控制盒(103)；所述控制盒(103)内设置有分别与电源模块(1)相连接的定位模块、姿态检测模块(2)、中央处理模块(3)、记录存储模块(4)和通信模块(5)，控制盒(103)上设置有指纹识别器(109)、报警模块(110)和触摸屏(111)；所述电源模块(1)、定位模块、姿态检测模块(2)、记录存储模块(4)、通信模块(5)、指纹识别器(109)、报警模块(110)和触摸屏(111)分别与中央处理模块(3)相连；所述中央处理模块(3)包括姿态检测及康复训练处理单元和预警单元；

所述姿态检测及康复训练处理单元，用于根据姿态检测模块(2)的数据获取用户的状态；其中用户的状态包括姿势、角度和持续时间；

所述预警单元，用于在用户的状态超出阈值时启动报警模块(110)进行预警。

2.根据权利要求1所述的智能腰带，其特征在于，所述腰带(101)上还套设有肌张力检测装置(102)，所述肌张力检测装置(102)分别与电源模块(1)和中预处理模块(3)相连接，所述肌张力检测装置(102)用于检测用户背部肌肉张力。

3.根据权利要求2所述的智能腰带，其特征在于，所述电源模块(1)包括充电电池(119)、充电电路和充电端口；其中充电端口包括有线充电端口和无线充电端口；所述肌张力检测装置(102)和控制盒(103)上均设置有用于放置充电电池(119)的电池仓(120)；所述电池仓(120)的上端为开口状，电池仓(120)的一个侧面为半开口状并设置有限位器(123)；所述充电电池(119)的一个侧面设置有与限位器(123)相匹配的凹坑(122)，以及位于凹坑(122)上方的凸起(121)。

4.根据权利要求1所述的智能腰带，其特征在于，所述姿态检测模块(2)包括第一压阻式加速度传感单元、第二压阻式加速度传感单元和磁通式传感器中的至少一个；所述第一压阻式加速度传感单元包括第一球体(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；所述弹性梁(7)上设置有压敏材料，弹性梁(7)上的压敏材料的输出信号为第一压阻式加速度传感单元的输出信号；

所述第二压阻式加速度传感单元包括第二球体(9)、第一弹簧(10)和第二质量块(11)；所述第一弹簧(10)的个数为6个；每个所述第一弹簧(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)通过第一弹簧(10)固定设置于第二球体(9)的中心；第一弹簧(10)的一端设置有压敏材料，第一弹簧(10)的一端设置的压敏材料的输出信号为第二压阻式加速度传感单元的输出信号；

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)；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(14)上固定设置有面向平面板(17)的红外距离传感器(15)；线圈(16)的两端固定设置在红外距离传感器(15)上；红外距离传感器(15)用于获取线圈(16)相对于平面板(17)的高度；线圈(16)用于获取在运动过程中产生的感应电流。

5.根据权利要求1所述的智能腰带，其特征在于，控制盒(103)的上表面设置有用于存放触摸屏(111)的凹腔，触摸屏(111)的下端与控制盒(103)的上表面下端铰接，触摸屏(111)的外表面设置有加强板，触摸屏(111)贴近控制盒(103)的一面为触摸显示面；所述控制盒(103)的上表面设置有位于触摸屏(111)上端的斜槽(107)。

6.根据权利要求2所述的智能腰带，其特征在于，所述腰带(101)上设置有若干第一通孔(105)；所述肌张力检测装置(102)包括肌张力检测模块(115)和限位单元，所述肌张力检测模块(115)与中央处理模块(3)电相连；所述限位单元包括限位块(114)，所述限位块(114)的一端位于肌张力检测装置(102)内，另一端穿出肌张力检测装置(102)并位于肌张力检测装置(102)上供腰带(101)穿过的第三通孔(113)中；

所述限位块(114)的两侧均设置有位于肌张力检测装置(102)内的限位板(116)，所述限位板(116)与肌张力检测装置(102)之间设置有第二弹簧(117)；所述限位块(114)位于肌张力检测装置(102)内的一端设置有拉环(106)，所述拉环(106)位于肌张力检测装置(102)外。

7.根据权利要求6所述的智能腰带，其特征在于，所述肌张力检测装置(102)上设置有第二通孔(112)。

8.根据权利要求1所述的智能腰带，其特征在于，所述腰带(101)的头端设置有魔术贴(104)，腰带(101)上设置有与魔术贴(104)相配合的纤维，控制盒(103)上设置有用于腰带(101)穿过并折回的拱门(108)。

9.根据权利要求1所述的智能腰带，其特征在于，所述报警模块(110)包括震动器和扬声器。

10.根据权利要求1所述的智能腰带，其特征在于，所述通信模块(5)包括蓝牙模块和4G模块；其中蓝牙模块用于与移动终端进行通信；4G模块用于向服务器发送报警信号。

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