CN1988847A

CN1988847A - 用于监视施加到哺乳动物的应变和/或负荷的设备和方法

Info

Publication number: CN1988847A
Application number: CNA2005800250398A
Authority: CN
Inventors: A·J·龙基; D·M·龙基
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2025-05-25
Also published as: JP2008500072A; BRPI0511572A; EP1765155A4; WO2005115228A1; CA2567395C; EP1765155A1; JP4812755B2; IL179563A; US20080221398A1; IL179563A0; CN1988847B; NZ552233A; US8167799B2; CA2567395A1

Abstract

本发明公开了一种用于监视施加到脊椎哺乳动物的身体的应变和/或负荷的设备。该设备包括用于测量身体相对于惯性参考系的位置和用于提供指示该位置的第一数据的装置(10、11)，其中用于测量位置的该装置包括至少一个诸如加速计的惯性传感器。该设备包括用于测量肌肉活动性和用于提供指示该肌肉活动性的第二数据的装置(12、15－19)。该设备还包括用于存储上述数据的装置和用于处理上述数据以向身体提供应变和/或负荷的度量的装置。应变和/或负荷典型地被施加到哺乳动物的背部。本发明还公开一种用于监视施加到脊椎哺乳动物的身体的应变和/或负荷的方法。

Description

用于监视施加到哺乳动物的应变和/或负荷的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于监视施加到脊椎哺乳动物的身体的应变和/或负荷的设备和方法。本发明特别适合于监视施加到包括腰椎的哺乳动物背部的应变和/或负荷，并且在本文中将在这方面对其进行描述。尽管如此，应当理解的是本发明并不因此限于这样的应用。在本文中，关于哺乳动物的身体而使用的词应变和/或负荷涉及运动、肌力和负荷，该负荷包括作用在哺乳动物身体上的重力负荷。

背景技术

防止背部损伤提出了重大的职业安全挑战。据美国劳工统计局统计，每年有一百万以上工人遭受背部损伤。在每五例工伤或职业病中背部损伤就占一例。而且，四分之一的补偿索赔要求涉及背部损伤，除职员承受的疼痛和疾苦外还花费产业数十亿美元。

可补偿工伤的有记载原因是由于人工操作任务，诸如举高、放置、搬运、保持和降低材料。统计表明五分之四的损伤在下背并且四分之三这种损伤发生在职员正在举物的时候。防止和/或治疗下背损伤的一个困难在于缺少工具来随着时间客观地测量作用在下背上的运动和应力，以及因此而产生的当从事具有损伤风险的任务或活动时与下背的使用相关的风险。

本发明可以提供一种机构以用于避免或至少使背部损伤的发生率最小化和/或可以通过监视运动、相关肌肉活动性和腰椎受到的负荷来帮助恢复现有损伤。

由于与修复损伤相比，防止背部损伤是更优选的，因此本发明可以监视当人在从事任务或活动时作用在该人背部上的负荷，并且可以评估上述负荷是否具有损伤风险。可以实时地执行监视以向该人提供有用反馈，使得该人可以以可能减小负荷的方式调整正在从事的任务或活动。这可以导致负荷的减小，并因此导致损伤的风险或发生的减少。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于监视施加到脊椎哺乳动物的身体的应变和/或负荷的设备，该设备包括：

用于测量上述身体相对于惯性参考系的位置和用于提供指示该位置的第一数据的装置，其中用于测量的该装置包括至少一个惯性传感器；

用于测量肌肉活动性和用于提供指示该肌肉活动性的第二数据的装置；

用于至少临时地存储上述数据的装置；和

用于处理上述数据以向上述身体提供应变和/或负荷的度量的装置。

根据本发明的进一步的方面，提供了一种监视施加到脊椎哺乳动物的身体的应变和/或负荷的方法，该方法包括：

测量上述身体相对于惯性参考系的位置和提供指示该位置的第一数据，其中该测量步骤由至少一个惯性传感器执行；

测量肌肉活动性和提供指示该肌肉活动性的第二数据；

至少临时地存储上述数据；和

处理上述数据以向上述身体提供应变和/或负荷的度量。

在全部描述和权利要求中，惯性参考系表示牛顿运动定律适用的参考系。当没有力施加在物体上时，则该物体将惯性地运动。随着该物体运动的参考系是惯性参考系。惯性传感器表示响应惯性力的传感器，该惯性力诸如为涉及系统的加速度或导致速度变化的力。

用于测量位置的装置可以包括用于测量位移的至少一个换能器。每个换能器优选地包括加速计。所述或每个加速计可以包括用于同时沿着一个、两个或三个正交轴测量加速度的装置。位移数据可以通过本领域中公知的积分方法从所述或每个加速计导出。可选地或附加地，数据可以从一个或多个加速计导出以提供相对于基准(诸如由重力限定的方向)的角位移或位置。

每个加速计可以检测安装在PCB板上的微芯片内的小质量的加速度的变化。当PCB板和加速计从一个位置移动到另一个位置时，上述质量在运动开始时经历加速以及在运动停止时经历减速。加速计可以将上述质量的运动转换成代表在其最原始形式下的数据的电压信号(典型地以mV表示)。跨度(span)和偏移调节可以通过校准常数将电压信号转换成G力值。第一校准常数(p)被称为‘乘数’或“增益”常数并且可以借助于信号值等于G力值的联立方程导出。第二校准常数(o)被称为偏移常数。一旦被算出，校准常数(p)和(o)就可以被编程到软件中并且可以成为程序设计的永久固定组成部分。每个通道可以有两个校准常数并且每个传感器可有三个通道。

可以通过使原始信号值与增益常数(p)相乘并且加上偏移常数(o)来计算加速计的角位移。结果值可以代表作用在一个轴上的G力。对于在三个维度的合成G力，可以使用三轴三角法，其中x是水平轴，y是垂直轴，z是“贯穿页面”的轴。使用3D毕达哥拉斯(Pythagoras)和反正切公式，可以导出两个角以给出加速计的位置。一个独立加速计可以仅给出运动方向，但是当有两个加速计时，两个加速计的角之间的差可以代表一个加速计相对于另一个加速计的位置变化(以度数表示)。这可以允许设备计算腰椎在任何瞬时在三维轴内的角位置。

以下表达式可以用于从加速计导出角变化。

ep+o＝1g

fp+o＝-1g

其中：

e＝关于1g的毫伏

f＝关于-1g的毫伏

p＝增益(乘数)

o＝偏移

解出p和o：

ep+o-fp-o＝2g

(e-f)p＝2g

p = \frac{2 g}{e - f}

ep+o＝1g

o＝1g-ep

或

fp+o＝-1g

o＝-1g-fp

注意：应该为每个轴计算p和o的值。

x_mvp_x+o_x＝x_g

y_mvp_y+o_y＝y_g

z_mvp_z+o_z＝z_g

以上3个方程为3个轴显示了将毫伏转换成g的跨度和偏移调节。

可以如下地计算合成矢量的量值和倾角(前倾角/侧倾角)。

量值：

r_{g} = \sqrt{{x_{g}}^{2} + {y_{g}}^{2} + {z_{g}}^{2}}

前倾角：

θ = \tan^{- 1} (\frac{z_{g}}{\sqrt{{x_{g}}^{2} + {y_{g}}^{2}}})

侧倾角：

β = \tan^{- 1} (\frac{x_{g}}{\sqrt{{z_{g}}^{2} + {y_{g}}^{2}}})

用于测量位置的装置可以测量侧向或侧到侧屈曲平面(flexionplane)中的位移。用于测量位置的装置也可以测量伸展或前到后屈曲平面中的位移。用于测量位置的装置可以包括用于测量旋转的装置。旋转的度量可以从一个或多个加速计、肌肉活动性和/或一个或多个陀螺仪导出。

用于测量肌肉活动性的装置可以包括用于测量表面肌电图(EMG)以确定肌肉内的电活动性的装置。EMG的度量可以与肌肉活动性和/或肌力相关联。用于测量肌肉活动性的装置可以用于计算肌肉疲劳。该设备可以包括用于计算疲劳水平的肌肉疲劳算法。

用于测量肌肉活动性的装置可以适于测量腰背、腹部区域中的肌肉或与腰椎上的负荷相关联的其它肌肉的活动性。在一些实施例中，可以附加地在对象的二头肌中测量肌肉的活动性。对诸如二头肌的上肢中的抗重力肌的活动性的测量，可以帮助解决来自背部肌肉的肌肉活动性的不明确的读数，特别是当从完全弯腰位置执行举物操作的时候。竖脊肌/多裂肌和肱二头肌的活动性可以经由EMG的记录进行测量。

本发明的设备可以包括用于测量皮肤拉伸(skin stretch)的装置。用于测量皮肤拉伸的装置可以包括螺旋线圈。当线圈伸展时，其阻抗可以以可靠和可重复的方式变化。阻抗变化可以以任何适合的方式和通过任何适合的装置(诸如桥接电路的装置)进行测量。

用于存储的装置可以从所述或每个测量装置接收数据。每个测量装置可以包括模数(AD)转换器。可选地，所述或至少一些测量装置可以输出模拟数据。数据存储装置可以包括一个或多个AD转换器以在存储数据之前将模拟数据转换成数字域。该设备可以包括用于处理数据的数字处理器。该处理器可以实时地处理数据以向受监视者提供生物反馈。数字处理器可以包括用于估算背部损伤风险的算法。该算法可以基于风险评估原则来执行计算。风险评估可以包括估算与每个测量装置提供的单独数据相关的风险成分。风险成分可以包括与受监视者相关的特征描述数据(profile data)。特征描述数据可以包括可能对背部应变和/或损伤的风险有影响的个人数据和家族史。累积估算可以用于通过各种装置提供生物反馈并且可以用作迫近风险的警报和/或用于恢复现有损伤的再训练系统。风险成分可以根据风险评估原则而组合以提供背部应变和/或损伤的风险的累积估算。风险成分可以以线性或非线性方式组合，例如可以对风险成分进行加权以反映每个成分对总风险评估的贡献。数据存储装置可以以数字格式存储数据供以后分析和/或报告。数据存储装置可以包括用于存储数字数据的存储器装置，诸如存储卡、存储棒等。存储器装置可以是可移动的以便于将数据下载到诸如PC的远程处理设备上。

本发明的系统可以包括用户接口装置。用户接口装置可以包括显示屏和一个或多个诸如按钮等以允许用户与数据存储装置交互的控制器。

附图说明

现在将参考附图来描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1显示了与本发明的设备相关的换能器垫(transducer pad)和EMG电极组件；

图2A和2B显示了相对于人背部的换能器放置规程；

图3A显示了与加速计换能器相关的框图；

图3B显示了与陀螺仪换能器相关的框图；

图4显示了与EMG换能器相关的框图；

图5显示了与屈曲换能器相关的框图；

图6a至6d显示了与加速计和陀螺仪换能器相关的电路图；

图7a至7d显示了与EMG换能器相关的电路图；

图8a至8d显示了与屈曲换能器相关的电路图；

图9a至9c显示了与本发明的设备相关的处理软件的流程图；

图10a和10b显示了用于计算身体方向的软件的流程图；

图11a和11b显示了用于计算侧向屈曲平面中的下背位置的软件的流程图；

图12a和12b显示了用于计算伸展屈曲平面中的下背位置的软件的流程图；

图13a和13b显示了用于计算下背的旋转的软件的流程图；

图14a和14b显示了用于计算EMG水平和肌肉疲劳的软件的流程图；

图15a和15b显示了用于计算振动的软件的流程图；

图16显示了用于计算速度和加速度的软件的流程图；

图17a和17b显示了用于计算背部损伤的累积风险的软件的流程图；并且

图18a至18c显示了用于确定受监视者的特征描述数据的样本问卷。

具体实施方式

图1显示了一对换能器垫10、11和EMG电极组件12。垫10、11和EMG组件经由电缆13、14中的可卸插头连接到数据记录器(未示出)。换能器垫被定位在受监视者的背部上，这将参考图2A和2B进行描述。

换能器垫10、11以任何适合的方式附着到皮肤，诸如经由胶带。每个换能器垫10、11包含一个或多个加速计。优选地，通过使用四个加速计测量腰椎方向的角变化，其中的两个加速计放置在上腰椎上，另外两个放置在下腰椎上。

如果在每个换能器垫中使用一个加速计，则它应当被安装成使得它位于脊柱的中心。每个换能器垫10、11可以至少为10cm宽并且可以包括陀螺仪以提供旋转数据。

EMG电极组件12包括多个EMG电极15-19。电极16、17适于测量人背部左侧的肌肉活动性并且电极18、19适于测量人背部右侧的肌肉活动性。电极15是用于与EMG电极16-18相关的每个电路的参考电极。

参考图2A，对监视设备的使用需要定位下背上的标志以保证可靠的读数。可以使用以下过程来定位标志：

1.应当指导对象竖直站立但是保持放松；

2.如果对象的腰部区域上的毛发未被剪掉，则毛发剪可以用于从所述区域去除过多毛发；

3.可以用酒精湿巾彻底清洁所述区域的皮肤(以去除皮肤上的任何油质)；

4.PSIS(髂后上棘)应当在左和右侧被定位和标记，使得每个均具有橄榄的大小；

5.应当横过每个PSIS‘橄榄’的中部画出细水平线；

6.两个水平标记应当用横过脊柱伸展的一条水平延长线(线“A”)连接；

7.在确认对象处于他们的开始位置之后，线“A”以上150mm的距离应当用压在对象皮肤上并且轻轻地贴靠皮肤轮廓的软皮尺测量，并且用细水平线(线“B”)标记；

8.应当标记两条不太显著的线‘C’和‘D’。线“D”应当在线“A”以下10mm处并且线“C”应当在线“B”以上10mm处。

9.应当指导对象脚与肩同宽地站立并且检验线“A”和“B”之间的距离；

10.应当指导对象向前弯腰到他们的标记，并且保持他们的膝盖站直；

11.应当指导对象返回到他们的开始位置；

12.应当如下地放置粘贴片：

(a)应当通过去除背衬层来准备粘贴片；

(b)应当指导对象向前弯腰到他们的标记。当患者处于该位置时，粘贴片应当被放置成使得其顶边缘与线“A”对准(参见图2A)。应当指导对象返回到他们的开始位置；

(c)当对象直立时，第二粘贴片应当被准备并放置成使得其底边缘与线“B”对准。

本发明的设备应当被精确地固定到受监视者的背部以使读数误差最小化。参考图2B，应当小心地固定换能器垫和EMG电极组件。固定优选地应当遵守以下注意事项：

1.应当小心不要使加速计相对于彼此旋转。如果它们之间的线圈被扭曲，则它的读数会变得不稳定。

2.第二加速计应当被轻轻地放置在脊柱的中心，并且使其底边缘与线“B”对准。按压它的强烈程度应当刚好足以保证它保持就位。

3.第一加速计应当被轻轻地放置在脊柱的中心，并且使其顶边缘与线“A”对准。按压它的强烈程度应当刚好足以保证它保持就位。

4.应当指导对象向前弯腰到他们的标记并且保持。当患者处于该位置时，可以检验两个加速计的放置。如果对的话，应当向下稳固地按压每个加速计板以保证良好附着。应当指导对象返回到他们的开始位置。

5.应当指导对象慢慢向前弯腰到他们的标记，并且返回到他们的开始位置。当这样做时，应当检验加速计垫的放置和附着。

图3A中所示的示图包括加速计30、低通(平均)滤波器31和模数(AD)转换器32。加速计30优选地包括3D或3轴加速计，诸如Kionix KXM52。可选地，加速计30可以包括一对2D加速计，例如ADXLZ10E型设备。每个换能器垫10、11可以包括诸如加速计30的加速计。每个加速计30提供输出，该输出与施加到其各个轴的加速度成比例。重力提供直接向下的9.8m/s²的恒定加速度，稳定参考点可以用于确定倾角。通过使用最少3个轴，可以生成指向加速度方向的3维矢量。通过使用两个加速计，每个换能器垫中各放一个，可以使用适当的软件计算加速计之间的角。

低通滤波器31通过去除可能会导致混淆误差的加速度的突然变化来提供用于加速计信号的平均功能。AD转换器32提供适合于经由数字处理器进行处理的加速计信号的数字表示。

图3B中所示的示图包括陀螺仪33、低通(平均)滤波器34和AD转换器32。陀螺仪33优选地包括ADXRS300型设备。

图4中所示的EMG示图包括输入放大器40、滤波器41、精密整流器42、低通(平均)滤波器43和AD转换器44。放大器40包括用于接收来自EMG电极15-19的信号的多个输入。放大器40包括用于放大从电极15-19产生的非常小的信号的高灵敏输入。低通滤波器43去除频谱的无用部分。滤波器41可以包括带通滤波器。AD转换器44提供适合于经由数字处理器进行处理的EMG信号的数字表示。

图5中所示的屈曲图包括振荡器50、电阻器51、放大器52、精密整流器53、低通(平均)滤波器54和AD转换器55。振荡器50提供用于诸如螺旋线匝的屈曲传感器56的AC激励电压。该线匝形成电感器。许多变量影响电感值，诸如线圈长度。通过拉伸和收缩线圈，电感会变化。根据以下公式，线圈的阻抗与电感成比例：

X_L＝2πfL

其中X_L＝阻抗，f＝振荡器频率，并且L＝线圈电感。

振荡器50应当在幅度和频率上稳定。可将电阻器51布置成形成屈曲传感器56的分压器。由于电阻器51的值是恒定的，因此放大器52的输入电压是完全通过屈曲传感器56的阻抗变化进行控制的。低通滤波器54是平均滤波器并且用于去除屈曲传感器56的阻抗的突然变化。AD转换器55提供适合于经由数字处理器进行处理的屈曲阻抗信号的数字表示。

图6a至6d中所示的示图包括加速计组件30A。加速计组件30A可以是KXM52-L20型设备或等效设备。加速计30A的每个通道(x，y，z轴)的输出被连接到各个低通滤波器31A、31B、31C。每个滤波器31A、31B、31C的输出被连接到AD转换器32A的各个输入。AD转换器32A可以是DS2450S型设备。所述示图也包括陀螺仪电路33A，该陀螺仪电路包括角速度传感器，诸如ADXRS300型设备。陀螺仪电路33A提供方向参考数据以用于计算身体位置的变化。陀螺仪电路33A的输出经由低通滤波器34A连接到AD转换器32A的输入。AD转换器32A的输出是数字格式并且被连接到诸如微处理器的数字处理电路(未示出)。数字输出可以经由适合的接口连接到PC。

图7a至7d中所示的EMG电路包括输入放大器40A和40B。每个输入放大器40A、40B从与EMG电极组件12相关的各个电极对15-16和15-17接收输入。输入放大器40A的输出通过低通和高通滤波器43A、41A到达整流器和积分器42A。整流器和积分器42A的输出被应用到AD转换器44A的一个输入。输入放大器40B的输出通过类似的低通和高通滤波器以及整流器和积分器并且被应用到AD转换器44A的各个输入。AD转换器44A的输出是数字格式并且如上所述地连接到数字处理电路。类似于图7a-7d中所示的第二EMG电路被用于将与EMG电极组件12相关的电极对15-18和15-19连接到数字处理器电路。

图8a至8d中所示的屈曲电路包括晶体控制振荡器50A。振荡器50A的输出被应用到屈曲通道81、82、83的各个输出(ln1-ln3-)。屈曲通道81包括带有电阻器R6、R49的电阻分压器。分压器的一个臂被连接到屈曲线圈(未示出)的通道。分压器的输出被连接到放大器52A。放大器52A的输出经由整流器电路53A连接到低通滤波器54A。滤波器54A的输出被连接到AD转换器55A的一个输入。屈曲通道82、83以类似于屈曲通道81的方式被配置并且将不再详细描述。屈曲通道82、83的输出被连接到AD转换器55A的各个输入。AD转换器55A的输出是数字格式并且如上所述地连接到数字处理电路。

来自加速计、EMG和屈曲电路的数字数据经由数字处理引擎诸如被合适地编程的微处理器等在数字域中被处理。微处理器可以包含在数字记录器中或者它可以远离数字记录器。数据可以实时地被处理以向受监视者提供实时反馈。反馈可以包括基于在预定的时帧期间收集的数据的背部应变和/或损伤风险的度量或估算。可选地，数据可以离线地被处理以提供在先前的时帧期间记录的活动性(诸如关于背部应变和/或损伤风险的每日活动性)的评估。

数字处理引擎可以用适合的软件进行编程以用于估算背部应变和/或损伤的风险。软件可以适当地确定与加速计、EMG、屈曲和其它电路所提供的数据相关的风险成分。风险成分可以根据风险评估原则进行组合以提供背部应变和/或损伤风险的累积度量。风险成分可以根据特定算法进行组合以便为监视设备由人佩戴的全部时间给出每单位时间诸如每秒累积的风险评分。累积或合计的评分可以与佩戴者的个人预设阈值匹配。当累积或合计评分达到个人风险阈值时，可以触发生物反馈(振动的、视觉的和/或听觉的)。可以有一个以上的生物反馈方案。例如，反馈可以基于每小时的合计评分和基于在更短的时帧诸如五分钟的滑动窗上计算的进一步的合计评分。不同的方案注意到这样的事实，即损伤风险可能由多个贡献事件引起，包括与相对强烈活动性的一个或多个短暂爆发相关的事件以及与更长期的不太强烈的活动性相关的事件，当在一段时间诸如一小时或一小时以上累积时其具有显著的风险。

示出用于处理来自加速计、EMG和屈曲电路的数据的软件的实例的流程图在图9至17中被显示。所述软件可以适于计算指示背部应变和/或损伤风险的累积评分。

在图9中 t＝数据采样涉及的时段

s＝采样速率

CUM1t＝第一累积反馈窗的时段(以秒计)

CUM1#＝第一累积反馈窗中的数据采样的数目，例

如在20Hz采样速率下的5分钟窗口

CUM1#＝6,000

CUM1s＝时段CUM1t的数据评分的结果

CUM1th＝时段CUM1t的阈值评分

CUM2t＝第二累积反馈窗的时段(以秒计)

CUM2#＝第一累积反馈窗中的数据采样的数目，例

如在20Hz采样速率下的60分钟窗口

CUM2#＝72,000

CUM2s＝时段CUM2t的数据评分的结果

CUM2th＝时段CUM2t的阈值评分

在图10中 ACCMIN＝用于加速计输出的最小可用值

ORIU＝身体处于直立的度数范围

ORILF＝身体处于俯卧的度数范围

ORILB＝身体处于仰卧的度数范围

ORIUD＝身体处于倒立的度数范围

在图11中 POS_LF＝A°

MAX-lf

其中：

POSLF＝侧向屈曲平面中的位置

A°＝侧向屈曲平面中的下背的相对角度

MAX-lf＝侧向屈曲平面中迄今的最大运动范围

ACCMIN＝用于加速计输出的最小可用值

在图12中 POS_LF＝B°

MAX-f

其中：

POS_F＝屈曲/伸展平面中的位置

B°＝屈曲/伸展平面中的下背的相对角度

MAX-f＝屈曲/伸展平面中迄今的最大运动范围

ACC_MIN＝用于加速计输出的最小可用值

在图13中 POS_ROT＝屈曲/伸展平面中的位置

C°＝屈曲/伸展平面中的下背的相对角度

MAX_-ROT＝屈曲/伸展平面中迄今的最大运动范围

ACC_MIN＝用于加速计输出的最小可用值

在图14中 EMG_J＝EMG的自校准个人最大读数

EMG_K＝原始EMG信号的均方根值

EMG_L＝EMG的归一化值。EMG_J的百分比

EMG_FAT＝EMG疲劳评分。

EMG_FATt＝用于疲劳分析的时段

EMG_M＝EMG疲劳水平-低级

EMG_N＝EMG疲劳水平-高级

EMG_RES＝EMG疲劳分析的结果

EMG_SC＝EMG评分

注意：为正在被测量的每个肌肉群重复该示图。

在图15中 ACC_MIN＝用于加速计输出的最小可用值

VIB_LFT＝在时间t时侧向屈曲平面的振动水平

VIB_Ft＝在时间t时屈曲/伸展平面的振动水平

VIB_UDt＝在时间t时垂直平面的振动水平

VIB_SC＝振动分析的最后结果

VIB_t＝用于振动分析的时段

在图16中 POS_LF＝在时间t时侧向屈曲平面中的位置

POS_F＝在时间t时屈曲/伸展平面中的位置

POS_ROT＝在时间t时旋转平面中的位置

SPE_LF＝侧向屈曲平面中的速度

SPE_F＝屈曲/伸展平面中的速度

SPE_ROT＝旋转平面中的速度

ACC_LF＝侧向屈曲平面中的加速度

ACC_F＝屈曲/伸展平面中的加速度

ACC_ROT＝旋转平面中的加速度

在图17中 t＝数据采样涉及的时段

S＝采样速率

CUM1t＝第一累积反馈窗的时段(以秒计)

CUM1#＝第一累积反馈窗中的数据采样的数目，例

如在20Hz采样速率下的5分钟窗口

CUM1#＝6,000

CUM1s＝时段CUM1t的数据评分的结果

CUM1th＝时段CUM1t的阈值评分

CUM2t＝第二累积反馈窗的时段(以秒计)

CUM2#＝第一累积反馈窗中的数据采样的数目，例

如在20Hz采样速率下的60分钟窗口

CUM2#＝72,000

CUM2s＝时段CUM2t的数据评分的结果

CUM2th＝时段CUM2t的阈值评分

PRO＝特征描述数据结果

其余如在前文中定义的那样

软件处理从图6至8中所示的加速计、EMG和屈曲电路接收的原始数据。软件也处理来自陀螺仪电路的数据以及与受监视者相关的特征描述数据。特征描述数据可以允许计算为个人习性和因素定制的参数和风险阈值，所述个人习性和因素可能会对背部应变和/或损伤风险有影响，诸如年龄、性别、体重、身高、家族史、适合度水平、职业等。特征描述数据可以借助于问卷等获得。在图18中显示了用于该目的的样本问卷。

最后，应当理解的是各种变更、修改和/或附加可以被引入到先前描述的部件的构造和布置中而不脱离本发明的精神或范围。

Claims

1.一种用于监视施加到脊椎哺乳动物的身体的应变和/或负荷的设备，所述设备包括：

用于测量所述身体相对于惯性参考系的位置和用于提供指示所述位置的第一数据的装置，其中，所述用于测量位置的装置包括至少一个惯性传感器；

用于测量肌肉活动性和用于提供指示所述肌肉活动性的第二数据的装置；

用于至少临时地存储所述数据的装置；和

用于处理所述数据以向所述身体提供应变和/或负荷的度量的装置。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述应变和/或负荷被施加到所述哺乳动物的背部。

3.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述或每个惯性传感器包括加速计。

4.如权利要求3所述的设备，其中，所述加速计适于测量沿三个正交轴的加速度。

5.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述数据用于导出侧向屈曲平面中的位移。

6.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述数据用于导出伸展屈曲平面中的位移。

7.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述数据用于导出所述身体的旋转。

8.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述用于测量肌肉活动性的装置包括用于测量EMG的电极。

9.如权利要求8所述的设备，其中，所述电极被应用于所述哺乳动物的背部。

10.如前述权利要求中任一项所述的设备，包括用于测量所述哺乳动物的皮肤拉伸的装置。

11.如权利要求10所述的设备，其中，所述用于测量皮肤拉伸的装置包括螺旋线圈，所述螺旋线圈在被伸展时改变其阻抗。

12.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，每个测量装置包括用于将模拟数据转换成数字域的至少一个AD转换器。

13.如权利要求12所述的设备，其中，所述AD转换发生在存储所述数据之前。

14.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述用于处理的装置包括用于估算损伤风险的算法。

15.如权利要求14所述的设备，其中，所述算法适于基于一个或多个风险成分估算所述风险，所述风险成分包括与所述哺乳动物相关的特征描述数据。

16.如权利要求15所述的设备，其中，所述特征描述数据包括个人数据和家族史。

17.一种监视施加到脊椎哺乳动物的身体的应变和/或负荷的方法，所述方法包括：

测量所述身体相对于惯性参考系的位置和提供指示所述位置的第一数据，其中，所述测量由至少一个惯性传感器执行；

测量肌肉活动性和提供指示所述肌肉活动性的第二数据；

至少临时地存储所述数据；和

处理所述数据以向所述身体提供应变和/或负荷的度量。

18.如权利要求17所述的方法，其中，所述应变和/或负荷被施加到所述哺乳动物的背部。

19.如权利要求17或18所述的方法，其中，所述或每个惯性传感器包括加速计。

20.如权利要求19所述的方法，其中，所述加速计适于测量沿三个正交轴的加速度。

21.如权利要求17至20中任一项所述的方法，其中，所述数据用于导出侧向屈曲平面中的位移。

22.如权利要求17至21中任一项所述的方法，其中，所述数据用于导出伸展屈曲平面中的位移。

23.如权利要求17至22中任一项所述的方法，其中，所述数据用于导出所述身体的旋转。

24.如权利要求17至23中任一项所述的方法，其中，所述测量肌肉活动性的步骤包括测量EMG。

25.如权利要求24所述的方法，其中，所述EMG在所述哺乳动物的背部被测量。

26.如权利要求17至25中任一项所述的方法，包括测量所述哺乳动物的皮肤拉伸的步骤。

27.如权利要求26所述的方法，其中，所述皮肤拉伸经由螺旋线圈被测量，所述螺旋线圈在被伸展时改变其阻抗。

28.如权利要求17至27中任一项所述的方法，其中，每个测量步骤包括将模拟数据转换成数字域。

29.如权利要求28所述的方法，其中，将数据转换成数字域发生在存储所述数据之前。

30.如权利要求17至29中任一项所述的方法，其中，所述处理经由用于估算损伤风险的算法而被执行。

31.如权利要求30所述的方法，其中，所述算法适于基于一个或多个风险成分估算所述风险，所述风险成分包括与所述哺乳动物相关的特征描述数据。

32.如权利要求31所述的方法，其中，所述特征描述数据包括个人数据和家族史。

33.一种基本如本文中参考附图描述的用于监视施加到脊椎哺乳动物的身体的应变和/或负荷的设备。

34.一种基本如本文中参考附图描述的用于监视施加到脊椎哺乳动物的身体的应变和/或负荷的方法。