CN202960465U - 一种颈椎病预防监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种颈椎病预防监测装置，属于医疗保健仪器技术领域。本装置包括：用于接收人体颈部肌肉的肌电电压信号的肌电电极；对肌电电压信号进行放大的前置放大器；对电压信号进行滤波的带通滤波器；对滤波后的电压信号进行放大的二级放大器；实时测量人体颈部的倾斜角度的倾角传感器；对肌电电压信号和颈部倾角信号进行模数转换等处理的微处理器；在颈部姿态监测和肌电信号采集两种功能之间进行切换的功能选择键；发射肌电电压信号或颈部倾角信号的无线发射器；以及信号接收端、显示器等外围部件。本装置兼具预防和监测的功能，既能够对使用者长期伏案的习惯进行纠正，又能在使用者感到颈部不适时对其疾患程度进行检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种颈椎病预防监测装置，属于医疗保健仪器技术领域。
背景技术
颈椎病是困扰人类已久的疑难疾病，并且由于现代人不健康的生活方式发病率在日益攀升。根据统计，目前我国颈椎病的发病率已上升到17.3%，患者人数已超过一亿，而且在青少年中的发病率增长迅猛。
患颈椎病后会导致眩晕，头、颈、肩、背、手臂酸痛，颈部僵硬，严重的会导致四肢无力、偏头痛甚至脑萎缩，这都会严重影响患者的工作生活
颈椎病的主要诱因是长期低头引起的颈部劳损，因此现代人长期伏案看书、低头使用电脑、驾车都会引发颈椎病。有关研究表明，伏案低头超过一个小时就应进行简单的颈部放松活动，让颈椎歇十分钟，然而实际工作中人们却很难有这个自觉。同时，由于受困于颈椎病引起的多种症状，患者很难定量地对自身颈椎病的严重程度进行判断。
已有技术中，专利号为CN202171700U的中国专利，公开了“一种可矫正坐姿的眼镜”，其结构如图1所示，包括镜片1、镜框2和左、右镜架3、4，还包括一个自动报警装置，自动报警装置由微型电池盒8、控制器5、测距传感器6和报警器7组成，其中控制器中包括一个单片机系统，微型电池盒和控制器分别设置在左、右镜架内，测距传感器和报警器设置在镜框内，控制器的信号输入端与测距传感器的信号输出端连接，控制器的信号输出端与报警器的信号输入端连接。它利用测距传感器控制眼睛和书本或电脑显示屏的距离，然后将信号传递给控制器，控制器控制报警，提醒人们保证坐姿，矫正人们的坐姿，既可以保护视力，还可以降低颈椎病的发生概率。其不足之处在于：1、不同人身高及桌椅布置情况不同，难以设定一个普适的报警阈值，从而很难准确地实现其功能；2、不能对疾患的严重程度进行监测。
发明内容
本实用新型的目的是提出一种颈椎病预防监测装置，对已有技术的结构进行改进，利用传感器对使用者的颈姿进行检测，以提醒使用者放松颈椎。同时监测颈部疾患的严重程度。
本实用新型提出的颈椎病预防监测装置，包括：
肌电电极，为三导联表面电极，用于接收人体颈部肌肉的肌电电压信号，三导联表面电极中的测量电极置于人体颈部斜方肌起点，两个对照电极置于测量电极的上、下各2厘米处；
前置放大器，用于接收上述肌电电压信号，并对电压信号进行放大，前置放大器与肌电电极相连；
带通滤波器，用于接收经放大的肌电电压信号，并对电压信号进行滤波，以滤除肌电电压信号以外的干扰信号，带通滤波器与前置放大器相连；
二级放大器，用于接收经滤波后的肌电电压信号，并对该电压信号进行增益可变的再次放大，二级放大器与带通滤波器相连；
倾角传感器，用于实时测量人体颈部的倾斜角度，倾角传感器固定于眼镜腿或耳机上；
微处理器，用于接收经二级放大器放大后的肌电电压信号以及倾角传感器产生的颈部倾角信号，并分别对肌电电压信号和颈部倾角信号进行模数转换，并根据功能选择键的选择，将两种信号中的一种发送给无线发射器，微处理器与二级放大器以及倾角传感器相连；
功能选择键，用于在颈部姿态监测和肌电信号采集两种功能之间进行切换，功能选择键与微处理器相连；
无线发射器，用于接收经微处理器模数转换之后的肌电电压信号或颈部倾角信号，并将肌电电压信号或颈部倾角信号转换为无线通讯信号后发射出去，无线发射器与微处理器相连；
信号接收端，用于接收来自无线发射器的肌电电压信号或颈部倾角信号，并接收用户通过显示器显示的对于交互界面的设置和控制指令，信号接收端通过无线通讯信号与无线发射器相连；
显示器，用于显示经处理后的肌电电压信号或颈部倾角信号，用户根据显示的肌电电压信号或颈部倾角信号，进行设置和控制，显示器与信号接收端相连；
耳机，用于播放提醒用户抬头放松颈部的音乐，耳机与信号接收端相连；
电源，用于为本监测装置中的各部件提供工作所需的电压信号；
总开关，用于接收电源产生的电压信号，并控制本检测装置的启动或关闭，总开关与电源相连。
本实用新型提出的颈椎病预防监测装置，通过倾角传感器对使用者的颈部姿态进行检测，当记录到低头时间超过一定长度后能够自动给出音乐提示，提醒使用者放松颈椎。同时能够对静息状态颈部肌电进行采集，从而监测颈部疾患的严重程度。本装置的优点，一是实现了便携与低负荷，极轻的传感器附着在日常使用的眼镜或耳机上，对于正常工作、学习几乎不会产生影响；二是本装置兼具预防和监测的功能，既能够对使用者长期伏案的习惯进行纠正，又能在使用者感到颈部不适时对其疾患程度进行检测。
附图说明
图1是已有的可矫正坐姿的眼镜的结构示意图。
图2是本实用新型提出的颈椎病预防监测装置的结构原理框图。
图1中，1是镜片，2是镜框，3是右镜架，4是左镜架，5是控制器，6是测距传感器，7是报警器，8是微型电池盒，9是手动控制开关。
具体实施方式
本实用新型提出的颈椎病预防监测装置，其结构原理框图如图2所示，包括：
肌电电极，为三导联表面电极，用于接收人体颈部肌肉的肌电电压信号，三导联表面电极中的测量电极置于人体颈部斜方肌起点，两个对照电极置于测量电极的上、下各2厘米处；
前置放大器，用于接收上述肌电电压信号，并对电压信号进行放大，前置放大器与肌电电极相连；
带通滤波器，用于接收经放大的肌电电压信号，并对电压信号进行滤波，以滤除肌电电压信号以外的干扰信号，带通滤波器与前置放大器相连；
二级放大器，用于接收经滤波后的肌电电压信号，并对该电压信号进行增益可变的再次放大，二级放大器与带通滤波器相连；
倾角传感器，用于实时测量人体颈部的倾斜角度，倾角传感器固定于眼镜腿或耳机上；
微处理器，用于接收经二级放大器放大后的肌电电压信号以及倾角传感器产生的颈部倾角信号，并分别对肌电电压信号和颈部倾角信号进行模数转换，并根据功能选择键的选择，将两种信号中的一种发送给无线发射器，微处理器与二级放大器以及倾角传感器相连；
功能选择键，用于在颈部姿态监测和肌电信号采集两种功能之间进行切换，功能选择键与微处理器相连；
无线发射器，用于接收经微处理器模数转换之后的肌电电压信号或颈部倾角信号，并将肌电电压信号或颈部倾角信号转换为无线通讯信号后发射出去，无线发射器与微处理器相连；
信号接收端，用于接收来自无线发射器的肌电电压信号或颈部倾角信号，并接收用户通过显示器显示的对于交互界面的设置和控制指令，信号接收端通过无线通讯信号与无线发射器相连；
显示器，用于显示经处理后的肌电电压信号或颈部倾角信号，用户根据显示的肌电电压信号或颈部倾角信号，进行设置和控制，显示器与信号接收端相连；
耳机，用于播放提醒用户抬头放松颈部的音乐，耳机与信号接收端相连；
电源，用于为本监测装置中的各部件提供工作所需的电压信号；
总开关，用于接收电源产生的电压信号，并控制本检测装置的启动或关闭，总开关与电源相连。
以下结合附图介绍本实用新型提出的颈椎病预防监测装置的工作原理和过程：
使用本装置，需要首先打开总开关，总开关打开后，电源即开始给装置中各元件供电，在本实用新型的一个实施例中，电源由单节9V干电池、由STMicroelectronics公司生产的型号为L7805C的稳压芯片以及由HOLTEK公司生产的型号为HT7333的稳压芯片构成。干电池提供的9V电压，经L7805C芯片稳压为5V后给倾角传感器和微处理器供电，此5V电压一方面通过HT7333芯片再次稳压为3.3V给无线发射器供电，一方面通过电阻平均分压形成中央虚地，为进行肌电信号处理的前置放大器、带通滤波器、二级放大器供电。
功能选择键由两个按键构成，按下不同的按键将使本装置进入两种不同的工作模式。
首先介绍本装置在颈姿监测模式下的工作过程。本装置中的倾角传感器需固定于眼镜腿或耳机上，在本实用新型的一个实施例中，使用型号为SCA60C，由VTI公司生产的倾角传感器，固定时需要注意使芯片表面的白色箭头与人体颈椎平行。处于工作状态的倾角传感器能够实时测量颈部倾斜角度并输入微处理器。在本实用新型的一个实施例中，微处理器采用型号为STC12C5204AD、由宏晶公司生产的单片机芯片，该芯片中内置有模数转换模块，能够对由倾角传感器输入的颈部倾角数据进行模数转换并发送给无线发射器。在本实用新型的一个实施例中，无线发射器采用型号为BTM0704C2P、由金瓯公司生产的蓝牙模块。无线发射器将颈部倾角数据发送给信号接收端，信号接收端可以是计算机或手机。信号接收端能够在显示器中实时显示颈部的弯曲角度，由用户输入角度阈值（判定为低头状态的最小颈部弯曲角，一般可设定为50-60度）、工作时间、判断容差（若使用者短暂抬头，抬头时间不超过判断容差，则不会对持续低头时间进行清零）及休息时间或使用系统默认值。此后，当用户的持续低头时间超过设置的工作时间，系统即会通过耳机播放一段音乐提醒用户抬头放松颈部，当用户抬头时间超过设定的休息时间，音乐即会停止；用户也可以提前终止休息提醒以及自由设置用于提醒的音乐。
本装置在肌电信号采集模式下的工作过程为：本装置中的肌电电极采用DIN扣式三导联表面电极，以斜方肌起点处为测定点，上下各2cm处设置为对照电极。由肌电电极采集到的颈部肌电信号被送入前置放大器，在本实用新型的一个实施例中，前置放大器由AnalogDevices公司生产的型号为AD620AR的仪表放大器芯片和型号为AD705JR的运放芯片构成。肌电电极的三个导联分别输入前置放大器的正、负输入端和右腿驱动端，通过选择外部电阻，使前置放大器的放大倍数G=6.98。前置放大器的输出信号被输入带通滤波器，在本实用新型的一个实施例中，由ST Microelectronics公司生产的型号为LM324的运放芯片构成一个二阶压控有源高通滤波器和一个二阶压控有源低通滤波器，从而组成带通滤波器，依次为503.3Hz的二阶低通滤波和0.22Hz的二阶高通滤波，可以滤除肌电以外的干扰信号。带通滤波器的输出信号经过由LM324组成的增益可调的二级放大器后输入微处理器。此后信号经微处理器的模数转换、无线发射最终传输给信号接收端的流程与颈姿监测模式中的倾角信号相同。信号接收端在接受经过处理的肌电信号后，能够在显示器中实时显示肌电波形，每个10秒钟的肌电数据会被进行时域积分，获得肌电积分值，以判断使用者的颈椎疾患的严重程度；通过点击“储存数据”按钮，还能够将肌电积分值及采集的时间和日期储存下来表示，以便于日后进行参考和对照。
Claims (1)
1.一种颈椎病预防监测装置，其特征在于该装置包括：
肌电电极，为三导联表面电极，用于接收人体颈部肌肉的肌电电压信号，三导联表面电极中的测量电极置于人体颈部斜方肌起点，两个对照电极置于测量电极的上、下各2厘米处；
前置放大器，用于接收上述肌电电压信号，并对电压信号进行放大，前置放大器与肌电电极相连；
带通滤波器，用于接收经放大的肌电电压信号，并对电压信号进行滤波，以滤除肌电电压信号以外的干扰信号，带通滤波器与前置放大器相连；
二级放大器，用于接收经滤波后的肌电电压信号，并对该电压信号进行增益可变的再次放大，二级放大器与带通滤波器相连；
倾角传感器，用于实时测量人体颈部的倾斜角度，倾角传感器固定于眼镜腿或耳机上；
微处理器，用于接收经二级放大器放大后的肌电电压信号以及倾角传感器产生的颈部倾角信号，并分别对肌电电压信号和颈部倾角信号进行模数转换，并根据功能选择键的选择，将两种信号中的一种发送给无线发射器，微处理器与二级放大器以及倾角传感器相连；
功能选择键，用于在颈部姿态监测和肌电信号采集两种功能之间进行切换，功能选择键与微处理器相连；
无线发射器，用于接收经微处理器模数转换之后的肌电电压信号或颈部倾角信号，并将肌电电压信号或颈部倾角信号转换为无线通讯信号后发射出去，无线发射器与微处理器相连；
信号接收端，用于接收来自无线发射器的肌电电压信号或颈部倾角信号，并接收用户通过显示器显示的对于交互界面的设置和控制指令，信号接收端通过无线通讯信号与无线发射器相连；
显示器，用于显示经处理后的肌电电压信号或颈部倾角信号，用户根据显示的肌电电压信号或颈部倾角信号，进行设置和控制，显示器与信号接收端相连；
耳机，用于播放提醒用户抬头放松颈部的音乐，耳机与信号接收端相连；
电源，用于为本监测装置中的各部件提供工作所需的电压信号；
总开关，用于接收电源产生的电压信号，并控制本检测装置的启动或关闭，总开关与电源相连。
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