CN115177863A - 一种智能穿戴式运动护具及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能穿戴式运动护具及其使用方法，该护具包括腰部护具、膝部护具、腿部护具和踝部护具，腰部护具、膝部护具、腿部护具和踝部护具均安装有对应的位移传感器、肌电传感器和治疗模块，位移传感器、肌电传感器、治疗模块分别通过通信传输模块与后台处理器连接，后台处理器与用户移动端相连接，位移传感器用于采集用户的运动位移数据；肌电传感器用于采集用户的动态肌电活动数据；后台处理器用于对运动位移数据以及动态肌电活动数据进行分析处理，输出得到用户的运动分析结果并传输至用户移动端，以及输出相应控制指令给治疗模块，以控制治疗模块的工作状态。与现有技术相比，本发明能够在提供物理防护的同时实现运动监测及损伤治疗。
Description
技术领域
本发明涉及运动护具技术领域，尤其是涉及一种智能穿戴式运动护具及其使用方法。
背景技术
近年来，随着健身运动的普及，运动损伤意外也时有发生，其中，膝关节、踝关节、小腿损伤、急性腰扭伤的情况较为普遍。超负荷运动以及不良的运动姿势均会造成关节磨损、韧带撕裂等运动损伤，损伤多发于腰膝、脚踝等部位。
急性腰扭伤是最常见的腰部运动损伤，是腰部肌肉、筋膜、韧带、椎间小关节、腰骶关节等因姿势不佳、剧烈运动、负重不当、用力过度、外力牵拉扭伤等引起的急性损伤。临床研究发现，运动损伤中急性腰扭伤发生率高达37.4％，多见于背伸挺身运动2。
膝关节是人体重要的承重关节，当由于机体负荷过大或高强度体育锻炼造成膝关节周围组织长期处于疲劳或不稳定状态时，容易受牵拉旋转外力、造成膝关节损伤，最为常见的是半月板损伤和侧副韧带拉伤、撕裂伤。流行病学调查研究表明运动性半月板损伤发病率为5％，外侧半月板损伤发病率高于内侧，多为专业训练导致。而对马拉松运动员膝关节损伤情况研究结果表明，膝关节损伤发病率为23％，其损伤与高强度力量训练和存在膝关节伤病史密切相关，问卷调查显示，长跑人群中下肢损伤的发生率为81.3％，其中膝关节为最易发生损伤的部位。有研究表明，跑龄短且月跑量大的业余跑者，其下肢发生损伤的风险更高。跑步者如果不注意进行保护，将加速关节磨损，进而产生慢性损伤。
踝关节损伤是骨科常见多发病，占运动性损伤的5％，高发于各类体育活动中，是指踝关节在暴力作用下出现其软组织急性扭伤、撕裂撕脱伤、拉伤等，如治疗处置不当可引发踝关节不稳定、行走或负重持续疼痛等功能障碍，严重影响患者日常生活。
因此在运动过程中非常有必要使用运动护具，然而目前市面上的运动护具大多功能单一、保护单一，仅仅具有物理防护作用，用户无法获知自身运动状况，此外，一旦发生急性损伤，也不能进行及时可靠的辅助治疗。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种智能穿戴式运动护具及其使用方法，能够在提供物理防护的同时实现运动监测及损伤治疗。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种智能穿戴式运动护具，包括腰部护具、膝部护具、腿部护具和踝部护具，所述腰部护具、膝部护具、腿部护具和踝部护具均安装有对应的位移传感器、肌电传感器和治疗模块，所述位移传感器、肌电传感器、治疗模块分别通过通信传输模块与后台处理器连接，所述后台处理器与用户移动端相连接，所述位移传感器用于采集用户的运动位移数据；
所述肌电传感器用于采集用户的动态肌电活动数据；
所述后台处理器用于对运动位移数据以及动态肌电活动数据进行分析处理，输出得到用户的运动分析结果并传输至用户移动端，以及输出相应控制指令给治疗模块，以控制治疗模块的工作状态。
进一步地，所述用户移动端设置有显示屏，用于展示运动分析结果。
进一步地，所述后台处理器包括成像模块，所述成像模块用于将运动位移数据和动态肌电活动数据结合处理成步态视频图像。
进一步地，所述治疗模块包括远红外线发热片和定向透药电极贴片。
进一步地，所述定向透药电极贴片安装于腰部护具对应于腰阳关穴的位置。
进一步地，所述定向透药电极贴片安装于膝部护具对应于内、外膝眼穴和阳陵泉穴的位置。
进一步地，所述定向透药电极贴片安装于腿部护具对应于承山穴的位置。
进一步地，所述定向透药电极贴片安装于踝部护具对应于解溪穴、昆仑穴和太溪穴的位置。
进一步地，所述腰部护具、膝部护具、腿部护具和踝部护具分别设置有用于相应接入定向透药电极贴片的中频电流接入口。
进一步地，所述位移传感器设置有纵向位移传感器和横向位移传感器。
进一步地，所述用户移动端具体为智能运动手环。
进一步地，所述腰部护具、膝部护具、腿部护具和踝部护具的本体均采用Technofine纤维材料制成，并采用V型交叉加固绑带结合撕拉魔术贴的结构。
一种智能穿戴式运动护具的使用方法，包括以下步骤：
S1、用户佩戴运动护具后进行运动，位移传感器和肌电传感器分别将实时采集的运动位移数据、动态肌电活动数据传输至后台处理器；
S2、后台处理器实时接收采集的运动位移数据、动态肌电活动数据，根据预先设定的位移阈值范围，得到当前用户的关节运动角度分析结果；
将运动位移数据、动态肌电活动数据处理成步态视频图像，并对步态视频图像进行分析计算，得到当前用户相应的步态分析结果；
S3、后台处理器将关节运动角度分析结果、步态视频图像和步态分析结果共同作为运动分析结果，并传输至用户移动端；
同时后台处理器根据运动分析结果，输出相应控制指令给治疗模块；
S4、用户移动端将接收的运动分析结果展示给用户；
治疗模块按照接收的控制指令改变相应工作状态。
与现有技术相比，本发明通过在腰部护具、膝部护具、腿部护具和踝部护具安装对应的位移传感器、肌电传感器和治疗模块，并将位移传感器、肌电传感器、治疗模块分别与后台处理器连接、后台处理器与用户移动端相连接，利用位移传感器采集用户的运动位移数据；利用肌电传感器采集用户的动态肌电活动数据；利用后台处理器对运动位移数据以及动态肌电活动数据进行分析处理，输出得到用户的运动分析结果并传输至用户移动端，以及输出相应控制指令给治疗模块，以控制治疗模块的工作状态。由此实现运动保护、运动监测以及放松治疗功能于一体的运动护具，不仅能够对用户的关节进行运动保护，同时能够实时监测用户的各关节运动状态、并进行相应的损伤治疗。
本发明将后台处理器与用户移动端连接，能够将运动分析结果发送给用户移动端进行展示，使得用户能够及时获知自身的运动分析结果，从而避免由于动作错误而发生运动损伤。
本发明在治疗模块设置远红外线发热片和定向透药电极贴片，利用远红外线发热片通过远红外线对关节肌肉局部进行放松，从而起到医疗保健的作用；将定向透药电极贴片安装于对应特定穴位的位置，通过直流、中频电流产生的电场，使中药电离，产生一些阴阳离子，对药物离子产生定向的推动力，使药物中有效成分更深入、更有效地通过皮肤粘膜吸收，达到精准靶向透化治疗的目的，进一步提升损伤治疗效果。
附图说明
图1为本发明的连接结构示意图；
图2为实施例中腰部护具的外形结构示意图；
图3为实施例中膝部护具的外形结构示意图；
图4为实施例中腿部护具的外形结构示意图；
图5为实施例中踝部护具的外形结构示意图；
图中标记说明：1、位移传感器，2、肌电传感器，3、通信传输模块，4、治疗模块，41、远红外线发热片，42、定向透药电极贴片，5、后台处理器，6、用户移动端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1～图5所示，一种智能穿戴式运动护具，包括腰部护具、膝部护具、腿部护具和踝部护具，其中，腰部护具、膝部护具、腿部护具和踝部护具均安装有对应的位移传感器1、肌电传感器2和治疗模块4，位移传感器1、肌电传感器2、治疗模块4分别通过通信传输模块3与后台处理器5连接，后台处理器5与用户移动端6相连接，位移传感器1用于采集用户的运动位移数据；
肌电传感器2用于采集用户的动态肌电活动数据；
后台处理器5用于对运动位移数据以及动态肌电活动数据进行分析处理，输出得到用户的运动分析结果并传输至用户移动端6，以及输出相应控制指令给治疗模块4，以控制治疗模块4的工作状态。
治疗模块4包括远红外线发热片41和定向透药电极贴片42，如图2所示，定向透药电极贴片42安装于腰部护具对应于腰阳关穴的位置；
如图3所示，定向透药电极贴片42安装于膝部护具对应于内、外膝眼穴和阳陵泉穴的位置；
如图4所示，定向透药电极贴片42安装于腿部护具对应于承山穴的位置；
如图5所示，定向透药电极贴片42安装于踝部护具对应于解溪穴、昆仑穴和太溪穴的位置。
腰部护具、膝部护具、腿部护具和踝部护具分别设置有用于相应接入定向透药电极贴片42的中频电流接入口。
此外，位移传感器1设置有纵向位移传感器和横向位移传感器，肌电传感器2的安装在位移传感器1附近位置。
实际应用中，用户移动端6设置有显示屏，用于展示运动分析结果。本实施例中，用户移动端6具体为智能运动手环。
后台处理器5则包括成像模块，成像模块用于将运动位移数据和动态肌电活动数据结合处理成步态视频图像。
腰部护具、膝部护具、腿部护具和踝部护具的本体均采用Technofine纤维材料制成，并采用V型交叉加固绑带结合撕拉魔术贴的结构。
上述运动护具的具体使用方法为：
S1、用户佩戴运动护具后进行运动，位移传感器和肌电传感器分别将实时采集的运动位移数据、动态肌电活动数据传输至后台处理器；
S2、后台处理器实时接收采集的运动位移数据、动态肌电活动数据，根据预先设定的位移阈值范围，得到当前用户的关节运动角度分析结果；
将运动位移数据、动态肌电活动数据处理成步态视频图像，并对步态视频图像进行分析计算，得到当前用户相应的步态分析结果；
S3、后台处理器将关节运动角度分析结果、步态视频图像和步态分析结果共同作为运动分析结果，并传输至用户移动端；
同时后台处理器根据运动分析结果，输出相应控制指令给治疗模块；
S4、用户移动端将接收的运动分析结果展示给用户；
治疗模块按照接收的控制指令改变相应工作状态。
综上所述，本技术方案结合红外热疗、药物熏蒸和定向透药功能，能够保证运动后肌肉修复，实现医养结合，既可完成健身后肌肉的拉伸与放松，又可缓解过度运动或运动损伤引起的肌肉酸痛。此外，本护具对于既有骨伤疾病(腰肌劳损、腰椎间盘突出、膝骨关节炎)的慢性疾病消费者能够起到日常维护、缓解疼痛的作用，能够满足各年龄阶层不同人群的运动保健需求。本技术方案通过运动位移监测、步态分析，在记录运动强度的同时，监测运动体态，避免因运动专业知识缺乏导致的急性关节扭伤，实现腰部、膝关节、小腿及踝关节的运动保护。运动结束后，还可选用远红外热疗进行局部放松，结合药物熏蒸、定向透药技术进行损伤修复，局部止痛，避免慢性的肌肉劳损。
具体的，利用位移传感器实现位移监测，可实现腰部、膝关节、小腿及踝关节的运动保护，在物理防护的基础上，将位移传感器安装于护具中，通过对关节屈伸角度、运动加速度、步速、步长等数据监测，完成对运动位移状态的记录，上传至后台处理器进行进一步分析，并无线连接用户移动端(比如智能运动手环)，能够向用户提供展示异常位移数据，实现腰、膝、小腿、踝部的运动保护。而结合护具内肌电传感器采集的肌电活动数据，由后台处理器进行进一步分析，得到用户步态分析结果，便于用户及时纠正自身异常状态，从而及时预防损伤，此外，还可根据采集的运动数据为用户提供个性化运动方案指导。
本技术方案具有远红外热疗及定向透药功能。采用可拆卸式远红外线发热片，渗透力可达肌肉关节深处，减少局部乳酸堆积，适用于非运动状态的放松，还可以在运动损伤恢复中起到局部镇痛、促进血液循环等作用，在慢性运动损伤的日常生活中也可进行辅助康复治疗。通过远红外线对局部进行放松。远红外线有较强的渗透力和辐射力，具备显著的温控效应和共振效应，易被物体吸收并转化为物体的内能。远红外线被人体吸收后，可使体内水分子产生共振，使水分子活化，增强其分子间的结合力，从而活化蛋白质等生物大分子，使生物体细胞处于最高振动能级。由于生物细胞产生共振效应，可将远红外热能传递到人体皮下较深的部分，以下深层温度上升，产生的温热由内向外散发。远红外线渗透力可达肌肉关节深处，放松肌肉，带动微血管网的氧气及养分交换，并排除积存体内的疲劳物质和乳酸等老化废物，能有效消除内肿、减缓酸痛，适用于运动后的局部放松。此外，远红外线能够使毛细血管扩张，促进血液循环，强化各组织之间的新陈代谢，增加组织的再生能力，提高机体的免疫能力，调节精神的异常兴奋状态，从而起到医疗保健的作用。
在护具对应特定穴位的位置，包括护腰-腰阳关，护膝-内外膝眼、阳陵泉，护腿套-承山，护踝-解溪、昆仑、太溪，分别设置隐藏式中频电流接入口，以能够将配套产品定向透药贴片接入，通过直流、中频电流产生的电场，扩张小动脉和毛细血管，改善局部血液循环，并对药物离子产生定向的推动力，使药物中的有效成分更深入，更有效地通过皮肤粘膜吸收。通过简单、便捷、有效的中医外治技术，实现运动后修复损伤的功能。通过直流、中频电流产生的电场，使中药电离，产生一些阴阳离子，对药物离子产生定向的推动力。采用多档温热脉冲、间歇式多种波形脉冲，配合电致孔温热透化电极，使皮肤、组织、包膜通透性大大增加，使高浓度离子快速渗透至病灶组织、器官，使病灶部位周围形成离子高浓度浸润，使有效成分快速起效，并在间歇式多种波形脉冲温热作用下，加快新陈代谢，促进微循环，达到精准靶向透化治疗的目的。
此外，配套产品定向透药贴片可采用不同方案设计，以适用于不同症状的人群：1号方活血化瘀(乳香、没药、丹参等)，2号方祛湿散寒(生姜、桂枝、川乌等)，3号方清热祛湿(僵蚕、片姜黄、寒水石等)。供电方式为充插电两用式，同时具备便携性，外层选用IP66级防水防漏电铝合金材质，保证使用安全性。
本技术方案的护具材料采用Technofine纤维材质，具有干爽排汗、贴合人体的优点，Technofine纤维为“W”型异型断面之聚酯纤维，具有高比表面积及沟槽，运用此纱种所制成的布料，能在身体开始发汗时，将体热和湿气加速排出表层，并带入空气，形成冷却，达到干爽降温效果。聚酯纤维材质因添加氨纶使其弹性较好，更加适用于对关节进行加固。护具结构采用V型交叉加固绑带设计联合高频撕拉魔术贴设计，能够适应性调节护具，能够更加贴合人体，给关节稳定的支撑。
位移传感器在护具的纵向和横向位置分别设置，内附随形状变化输出电阻值的电导体。物体的位移引起电位器移动端的电阻变化，阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。位移传感器测量采集的数据通过通信传输模块上传至后台处理器，分析位移的方向和量值，确定运动范围是否在关节活动的正常角度范围内，再发送至用户移动端，以对用户做出提醒。后台处理器将位移数据以及肌电活动数据处理成若干张动作图片，对图片进行计算机视觉识别，对图片中人体运动时的关键特征坐标进行计算，并计算出关节间的角度与肢体间距离，将计算出的关节夹角、肢体间距与事先收录在内的标准健身动作模型匹配并计算偏离的程度，数据同样发送至用户移动端。
本技术方案考虑到现有的运动护具无法对用户的运动状态进行实时监测、护具产品作用单一(目前市面上存在大量相似产品，均能做到轻薄、美观、吸汗等，但大部分产品功能单一，仅起到局部防护的作用，而缺乏监测、提醒、指导等功能，不能做到运动损伤的“精准防护”)、产品缺乏便携性(某些产品虽做到红外线热敷、穴位按摩、熏蒸等功用，但大多体积庞大笨重，难以携带)、产品缺乏双向反馈(市面上的产品，不论是护具还是中医外治产品，只起到单向防护或治疗作用，过程中缺乏双向反馈机制，例如护膝仅维持膝关节稳定性而缺少步态问题的相关反馈，市面上所销售的护膝共同之处在于减震，固定加压支持。均没有对于运动的监测功能，只是单纯地强调保护作用)，故提出一种集运动保护、运动监测和放松治疗功能于一体的运动护具，其运动保护只是最基本的功能，最主要的是能够通过对关节屈伸角度、运动加速度、步速、步长等数据监测，完成对用户关节位移状态的记录，上传至后台处理器进行进一步分析，并无线连接用户移动端，向用户提供异常位移数据，实现腰、膝、小腿、踝部的运动保护。能够为用户提供全方位、多领域的精准化运动。除此之外，运动过后，依靠拆卸式远红外线发热片和穴位透药贴片，能够有效进行运动后的损伤恢复治疗。
Claims (10)
1.一种智能穿戴式运动护具，其特征在于，包括腰部护具、膝部护具、腿部护具和踝部护具，所述腰部护具、膝部护具、腿部护具和踝部护具均安装有对应的位移传感器(1)、肌电传感器(2)和治疗模块(4)，所述位移传感器(1)、肌电传感器(2)、治疗模块(4)分别通过通信传输模块(3)与后台处理器(5)连接，所述后台处理器(5)与用户移动端(6)相连接，所述位移传感器(1)用于采集用户的运动位移数据；
所述肌电传感器(2)用于采集用户的动态肌电活动数据；
所述后台处理器(5)用于对运动位移数据以及动态肌电活动数据进行分析处理，输出得到用户的运动分析结果并传输至用户移动端(6)，以及输出相应控制指令给治疗模块(4)，以控制治疗模块(4)的工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种智能穿戴式运动护具，其特征在于，所述用户移动端(6)设置有显示屏，用于展示运动分析结果。
3.根据权利要求1所述的一种智能穿戴式运动护具，其特征在于，所述后台处理器(5)包括成像模块，所述成像模块用于将运动位移数据和动态肌电活动数据结合处理成步态视频图像。
4.根据权利要求1所述的一种智能穿戴式运动护具，其特征在于，所述治疗模块(4)包括远红外线发热片(41)和定向透药电极贴片(42)。
5.根据权利要求4所述的一种智能穿戴式运动护具，其特征在于，所述定向透药电极贴片(42)安装于腰部护具对应于腰阳关穴的位置；
所述定向透药电极贴片(42)安装于膝部护具对应于内、外膝眼穴和阳陵泉穴的位置；
所述定向透药电极贴片(42)安装于腿部护具对应于承山穴的位置；
所述定向透药电极贴片(42)安装于踝部护具对应于解溪穴、昆仑穴和太溪穴的位置。
6.根据权利要求5所述的一种智能穿戴式运动护具，其特征在于，所述腰部护具、膝部护具、腿部护具和踝部护具分别设置有用于相应接入定向透药电极贴片(42)的中频电流接入口。
7.根据权利要求1所述的一种智能穿戴式运动护具，其特征在于，所述位移传感器(1)设置有纵向位移传感器(1)和横向位移传感器(1)。
8.根据权利要求1～7任一所述的一种智能穿戴式运动护具，其特征在于，所述用户移动端(6)具体为智能运动手环。
9.根据权利要求1所述的一种智能穿戴式运动护具，其特征在于，所述腰部护具、膝部护具、腿部护具和踝部护具的本体均采用Technofine纤维材料制成，并采用V型交叉加固绑带结合撕拉魔术贴的结构。
10.一种智能穿戴式运动护具的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、用户佩戴运动护具后进行运动，位移传感器和肌电传感器分别将实时采集的运动位移数据、动态肌电活动数据传输至后台处理器；
S2、后台处理器实时接收采集的运动位移数据、动态肌电活动数据，根据预先设定的位移阈值范围，得到当前用户的关节运动角度分析结果；
将运动位移数据、动态肌电活动数据处理成步态视频图像，并对步态视频图像进行分析计算，得到当前用户相应的步态分析结果；
S3、后台处理器将关节运动角度分析结果、步态视频图像和步态分析结果共同作为运动分析结果，并传输至用户移动端；
同时后台处理器根据运动分析结果，输出相应控制指令给治疗模块；
S4、用户移动端将接收的运动分析结果展示给用户；
治疗模块按照接收的控制指令改变相应工作状态。
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|---|---|
| CN (1) | CN115177863A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117357063A (zh) * | 2023-10-08 | 2024-01-09 | 中国人民解放军海军特色医学中心 | 一种基于生理信号的半月板损伤等级评估系统及方法 |
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2022
- 2022-07-06 CN CN202210797753.4A patent/CN115177863A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117357063A (zh) * | 2023-10-08 | 2024-01-09 | 中国人民解放军海军特色医学中心 | 一种基于生理信号的半月板损伤等级评估系统及方法 |
| CN117357063B (zh) * | 2023-10-08 | 2024-03-26 | 中国人民解放军海军特色医学中心 | 一种基于生理信号的半月板损伤等级评估系统及方法 |
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