CN219089299U - 一种脊柱侧弯矫正智能支具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种脊柱侧弯矫正智能支具，属于脊柱矫正技术领域，包括若干个卡扣、若干个拉力传感器、压力传感器阵列模块、电路系统、若干个通孔、姿态传感器和支具框架；所述若干个卡扣分别镶嵌在支具框架外壁，并各与一个拉力传感器连接；所述压力传感器阵列模块镶嵌至支具框架内壁；所述电路系统镶嵌至支具后部中垂线外壁上，并分别与压力传感器阵列模块、若干个拉力传感器和姿态传感器连接；所述若干通孔嵌入支具框架；所述姿态传感器镶嵌在电路系统上。本实用新型解决了矫正仪器通用，未根据患者身体进行匹配，并且进行脊柱侧弯矫正时无法对脊柱多处的矫正数据进行实时监控并根据所述矫正数据对脊柱某段施力部分进行调整的问题。

Description

一种脊柱侧弯矫正智能支具

技术领域

本实用新型属于脊柱矫正技术领域，尤其涉及一种脊柱侧弯矫正智能支具。

背景技术

脊柱侧凸俗称脊柱侧弯，它是一种脊柱的三维畸形，包括冠状位、矢状位和轴位上的序列异常。佩戴校正支具，是治疗脊柱侧弯的常用治疗手段。然而传统的支具，由于不具备检测、提醒等功能，存在诸多不足之处：

①比如由于患者个体穿戴习惯的差异，可能存在佩戴过于松垮或者过于紧迫；

②由于患者形体的差异，存在支具不符合人体工程学形态，即支具的形状轮廓与人体形态配合度不良好；

③无法及时判断脊柱矫正效果，无法适时对支具进行调整；支具需要根据患者脊柱的矫正情况及时调整形态，但需要患者到医院就诊，经医生判断脊柱矫正情况后才能决定支具的调整情况，但这个过程往往不及时；

④由于脊柱矫正患者多为青少年，由于自卑等心理因素，许多患者在学校等公共场合会取下支具，达不到矫正所需要的必备时长，传统的支具无法监测患者是否佩戴支具，家长无法监督患者佩戴支具的时长。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种脊柱侧弯矫正智能支具解决了矫正仪器通用，未根据患者身体进行匹配，并且进行脊柱侧弯矫正时无法对脊柱多处的矫正数据进行实时监控并根据所述矫正数据对脊柱某段施力部分进行调整的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型提供一种脊柱侧弯矫正智能支具，包括若干个卡扣、若干个拉力传感器、压力传感器阵列模块、电路系统、若干个通孔、姿态传感器和支具框架；

所述若干个卡扣分别镶嵌在支具框架外壁；所述若干个卡扣各与一个拉力传感器连接；所述压力传感器阵列模块镶嵌至支具框架内壁；所述电路系统镶嵌至支具后部中垂线外壁上，并分别与压力传感器阵列模块、若干个拉力传感器和姿态传感器连接；所述若干个通孔嵌入支具框架，用于容纳导线穿过；所述姿态传感器镶嵌在电路系统上。

本实用新型的有益效果为：通过若干个卡扣分别对脊柱不同部位施加矫正压力，使得矫正更加准确高效；根据若干个拉力传感器、压力传感器阵列模块和姿态传感器分别获得若干个卡扣施加的压力数据、支具与人体的匹配数据和患者姿态数据，并通过电路系统将所述压力数据、匹配程度和姿态数据传输至终端监控设备；便于根据匹配数据判断是否需要对支具进行更换或调整，为患者脊柱矫正提供更精准的支撑；并根据姿态数据判断脊柱的矫正情况，并对若干个卡扣的施加力度进行调整，为矫正过程的精准调控提供数字化依托；通孔的设置，是为了容纳连接导线，方便若干个拉力传感器、压力传感器阵列模块和姿态传感器与电路系统的连接。

进一步地，所述若干个卡扣均包括固定端、活口端和绷带；所述固定端和活口端通过绷带连接。

上述进一步方案的有益效果为：通过绷带连接固定端和活口端，能够对脊柱施加压力，同时，由于活口端的设置，可以根据矫正情况对施加的压力进行调整。

进一步地，所述若干个卡扣的绷带分别相互平行地位于支具框架前部。

上述进一步方案的有益效果为：卡扣绷带相互平行的设计，让各个绷带施加的压力统一方向，避免产生交叉影响，导致矫正出错。

进一步地，所述若干个拉力传感器与若干个卡扣数量相同；所述若干个拉力传感器分别用胶水一一对应地粘贴在若干个卡扣的绷带上。

上述进一步方案的有益效果为：将拉力传感器直接粘贴到绷带上，便于拉力传感器对绷带施加力度进行及时反映，并经电路系统反映到用户终端，便于进行实时调节。

进一步地，所述电路系统分别与压力传感器阵列模块、若干个拉力传感器和姿态传感器通过导线连接。

上述进一步方案的有益效果为：电路系统通过导线分别与压力传感器阵列模块、若干个拉力传感器和姿态传感器连接，能够对压力传感器阵列模块、若干个拉力传感器和姿态传感器的数据进行实时传输，减少延迟。

进一步地，所述电路系统包括MCU控制模块、电源模块、蓝牙通信模块和远程无线通信模块；

所述电源模块分别与MCU控制模块、蓝牙通信模块和远程无线通信模块连接；所述MCU控制模块分别与压力传感器阵列模块、若干个拉力传感器、姿态传感器、蓝牙通信模块和远程无线通信模块连接。

上述进一步方案的有益效果为：根据若干个拉力传感器、压力传感器阵列模块和姿态传感器分别获得若干个卡扣施加的压力数据、支具与人体的匹配数据和患者姿态数据，并将所述压力数据、匹配数据和姿态数据经电路系统通过远程无线模块与蓝牙模块反映到用户终端，实现了对矫正情况的远程实时监控。

进一步地，所述若干个拉力传感器均采用电阻式应变片拉力传感器。

上述进一步方案的有益效果为：电阻式应变片拉力传感器结构简单、体积小、精度高，能够对绷带施加的力度进行实时反映。

进一步地，所述压力传感器阵列模块采用压阻薄膜传感器。

上述进一步方案的有益效果为：采用压阻薄膜传感器，减小支具佩戴时的异物感，并且，压阻薄膜传感器具有精度高、抗干扰能力强的特点，能够对人体所受压力进行精准检测，利于提高支具匹配程度。

进一步地，所述姿态传感器采用加速度姿态传感器MPU6050。

上述进一步方案的有益效果为：MPU6050能同时检测三轴加速度、三轴陀螺仪(三轴角速度)的运动数据以及温度数据，可对传感器数据进行滤波、融合处理，输出姿态解算后的姿态数据，降低运算量。

附图说明

图1为本实用新型的正面结构图。

图2为本实用新型的侧面结构图。

图3为本实用新型中电路系统的结构图。

图4为本实用新型实施例中8*8压力传感器阵列模块示意图。

图5为本实用新型实施例中电源模块电路图。

图6为本实用新型实施例中电桥测量电路图。

图7为本实用新型实施例中5V转3.3V电路图。

图8为本实用新型实施例中拉力传感器电路连接图。

图9为本实用新型实施例中姿态传感器电路图。

图10为本实用新型实施例中远程无线通信模块电路图。

图11为本实用新型实施例中MCU控制模块电路图。

其中：1、第一卡扣；2、第二卡扣；3、第三卡扣；4、压力传感器阵列模块；5、电路系统；6、通孔；7、第一拉力传感器；8、第二拉力传感器；9、第三拉力传感器；10、姿态传感器；11、支具框架。

具体实施方式

下面对本实用新型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实用新型，但应该清楚，本实用新型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实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1和图2所示，在本实用新型的一个实施例中，本实用新型提供一种脊柱侧弯矫正智能支具，包括若干个卡扣、若干个拉力传感器、压力传感器阵列模块4、电路系统5、若干个通孔、姿态传感器10和支具框架11；

所述若干个卡扣分别镶嵌在支具框架11外壁；所述若干个卡扣各与一个拉力传感器连接；所述压力传感器阵列模块4镶嵌至支具框架11内壁；所述电路系统5镶嵌至支具后部中垂线外壁上，并分别与压力传感器阵列模块4、若干个拉力传感器和姿态传感器10连接；所述若干个通孔嵌入支具框架11，用于容纳导线穿过；所述姿态传感器10镶嵌在电路系统5上。

本实施例中，提出的一种脊柱侧弯矫正智能支具，能够通过生物力学检测、姿态检测等多重手段，判断支具佩戴的正确性，判断支具与患者的贴合度以及判断脊柱的校正度，监测支具的佩戴时长等功能。

本实施例中，如图1所示，支具的正面设置有若干用于紧固并施加压力的卡扣(包括第一卡扣1、第二卡扣2以及第三卡扣3)，在卡扣处放置拉力传感器(包括第一拉力传感器7、第二拉力传感器8以及第三拉力传感器9)，上述位力传感器可判断支具佩戴的松紧程度。如图2所示，在支具的内壁设置有压力传感器阵列模块4，可以大范围检测该区域人体与支具的相互作用力大小，以判断支具与人体的匹配程度，根据不同需求，设置的压力传感器阵列模块4的覆盖面积、传感器通道数等，可做调整。姿态传感器10可放置在电路系统5上，通过姿态传感器10，可以实时检测人体行走、坐立时脊柱的姿态，第一拉力传感器7、第二拉力传感器8、第三拉力传感器9、压力传感器阵列模块4和姿态传感器10与电路系统5之间，依靠导线连接，支具上设置有如通孔6所示的若干通孔，可容纳导线穿过。电路系统5放置在支具框架11外壁上，压力传感器阵列模块4放置在支具框架11内壁上。

所述若干个卡扣均包括固定端、活口端和绷带；所述固定端和活口端通过绷带连接。

所述若干个卡扣的绷带分别相互平行地位于支具框架11前部。

所述若干个拉力传感器与若干个卡扣数量相同；所述若干个拉力传感器分别用胶水一一对应地粘贴在若干个卡扣的绷带上。

所述电路系统5分别与压力传感器阵列模块4、若干个拉力传感器和姿态传感器10通过导线连接。

如图3所示，所述电路系统5包括MCU控制模块、电源模块、蓝牙通信模块和远程无线通信模块；

所述电源模块分别与MCU控制模块、蓝牙通信模块和远程无线通信模块连接；所述MCU控制模块分别与压力传感器阵列模块4、若干个拉力传感器、姿态传感器10、蓝牙通信模块和远程无线通信模块连接。

所述若干个拉力传感器均采用电阻式应变片拉力传感器。

所述压力传感器阵列模块4采用压阻薄膜传感器。

所述姿态传感器10采用加速度姿态传感器MPU6050。

本实施例中，MCU控制模块选用支持蓝牙通信的nRF52840芯片，表1为各硬件模块与MCU模块的主要接线表，所述nRF52840芯片的把电路图如图11所示，其中，采用型号为ANT3216LL00R2400A的内置蓝牙实现蓝牙通信，此外，还采用了5V转3.3V电路实现降压，所述5V转3.3V电路图如图7所示，所述拉力传感器的电路连接图如图8所示，所述姿态传感器的电路连接图如图9所示，所述远程无线通信模块的电路图即如图10所示的远距离无线通信模块电路图。

表1

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本实施例中，采用双74HC4051电路实现电源模块，其电路图如图5所示；所述压力传感器阵列模块的电路图如图4所示，表2为各硬件模块与电源模块的主要接线表。

表2

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本实施例中，采用双74HC4051电路实现电源模块，通过与压力传感器阵列模块直接连接实现对压力传感器阵列模块的直接电源控制，并将所获得的匹配数据传输至MCU控制模块；所述电源模块通过电桥测量电路(电路图如图6所示)与拉力传感器连接，以控制拉力传感器电源；同时，电桥测量电路能够将拉力传感器获取的压力数据转换为电压或电流传输至MCU控制模块；所述姿态传感器，通过5V转3.3V电路进行降压，从而与MCU控制模块连接，将姿态传感器获取的姿态数据传输至MCU模块，此时，MCU模块可通过蓝牙通信或远程无线通信模块(即图10所示远距离无线通信模块)将所获得匹配数据、压力数据和姿态数据传输至用户终端，从而实现对脊柱矫正过程的实时监控。

本实用新型的工作原理为：通过若干个卡扣(包括第一卡扣1、第二卡扣2以及第三卡扣3)对患者脊柱施加压力，同时通过卡扣上的拉力传感器(包括第一拉力传感器7、第二拉力传感器8以及第三拉力传感器9)得到施加的压力数据；通过压力传感器阵列模块4，判断支具是否与患者体型匹配，得到匹配数据；通过姿态传感器10获取患者姿态数据；将所述压力数据、匹配程度和姿态数据通过电路系统5传输至用户终端，专家根据姿态数据判断患者脊柱矫正情况，可根据矫正情况和压力数据对各卡扣施加力度进行调整；根据匹配数据调整患者支具的形状，以更适应患者体型；同时，电路系统5可实现远程监控，实时反映患者的脊柱情况以及佩戴情况。

Claims (9)

1.一种脊柱侧弯矫正智能支具，其特征在于，包括若干个卡扣、若干个拉力传感器、压力传感器阵列模块(4)、电路系统(5)、若干个通孔、姿态传感器(10)和支具框架(11)；

所述若干个卡扣分别镶嵌在支具框架(11)外壁；所述若干个卡扣各与一个拉力传感器连接；所述压力传感器阵列模块(4)镶嵌至支具框架(11)内壁；所述电路系统(5)镶嵌至支具后部中垂线外壁上，并分别与压力传感器阵列模块(4)、若干个拉力传感器和姿态传感器(10)连接；所述若干个通孔嵌入支具框架(11)，用于容纳导线穿过；所述姿态传感器(10)镶嵌在电路系统(5)上。

2.根据权利要求1所述的脊柱侧弯矫正智能支具，其特征在于，所述若干个卡扣均包括固定端、活口端和绷带；所述固定端和活口端通过绷带连接。

3.根据权利要求2所述的脊柱侧弯矫正智能支具，其特征在于，所述若干个卡扣的绷带分别相互平行地位于支具框架(11)前部。

4.根据权利要求3所述的脊柱侧弯矫正智能支具，其特征在于，所述若干个拉力传感器与若干个卡扣数量相同；所述若干个拉力传感器分别用胶水一一对应地粘贴在若干个卡扣的绷带上。

5.根据权利要求1所述的脊柱侧弯矫正智能支具，其特征在于，所述电路系统(5)分别与压力传感器阵列模块(4)、若干个拉力传感器和姿态传感器(10)通过导线连接。

6.根据权利要求5所述的脊柱侧弯矫正智能支具，其特征在于，所述电路系统(5)包括MCU控制模块、电源模块、蓝牙通信模块和远程无线通信模块；

所述电源模块分别与MCU控制模块、蓝牙通信模块和远程无线通信模块连接；所述MCU控制模块分别与压力传感器阵列模块(4)、若干个拉力传感器、姿态传感器(10)、蓝牙通信模块和远程无线通信模块连接。

7.根据权利要求1所述的脊柱侧弯矫正智能支具，其特征在于，所述若干个拉力传感器均采用电阻式应变片拉力传感器。

8.根据权利要求1所述的脊柱侧弯矫正智能支具，其特征在于，所述压力传感器阵列模块(4)采用压阻薄膜传感器。

9.根据权利要求1所述的脊柱侧弯矫正智能支具，其特征在于，所述姿态传感器(10)采用加速度姿态传感器MPU6050。

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