TWM529486U - 預防頸椎勞損及頸椎互動康復裝置 - Google Patents

Description

預防頸椎勞損及頸椎互動康復裝置

本創作是關於一種預防頸椎勞損及頸椎互動康復裝置，尤其是關於一種可讓使用者穿戴身上，並即時提供監測頸椎位置運動狀況與姿勢結果供使用者參考，達到提醒甚至預防疾病的效果。

運動是維持肢體健康的必要活動，錯誤的運動方式不僅不能為健康帶來正面效益，反而可能對身體造成難以彌補的後遺症。一般人對於何謂對肢體正確的運動方式認知甚少，經常因為姿勢不良而過度對身體某些關節或部位造成嚴重的疲勞或損害而不自知，因此造成永久性的傷害。以頸椎為例，因為姿勢的不良或生活習慣不佳，許多人都或多或少有頸椎方面的問題，然而，當人們意識到頸椎發生病變或需要介入處理時，已經相當嚴重。

目前大部分用於判斷頸椎勞損的方法是透過X光照片判斷頸椎是否變形，此種檢測方法無法隨時即時檢測或監控，更無預防效果，因此，現有技術只是傷害造成後的檢測，對於使用者如 何避免受傷並無實質助益。

為了解決現有裝置均為事後檢測而無法達到即時監控與預防的技術問題，本創作提出一種可以監控使用者頸部、肢體運動以及監控肢體狀態的裝置與系統，解決現有技術的問題，更可提供頸部已經受害的患者，更為具體且有效的即時監控與警示，藉以協助患者可得以隨時監控與統計分析坐姿及活動狀況，藉以達到預防功效。

本創作提出一種預防頸椎勞損及頸椎互動康復裝置，其包含一頸椎監測裝置，其與一雲端資料庫及一接收裝置資料傳遞連接，該頸椎監測裝置包含一頸圈以及分別固定在頸圈表面之一監測本體及一結合件，該頸圈為C型環狀彈性片體，可套設並夾置於人體頸部位置，其包含二自由端可與人體頸部位置皮膚接觸，使該頸圈之彈性夾持力，該監測本體感測體溫、心跳與人體的動作資訊，產生體溫、脈搏、頸椎姿態及坐姿姿態管理結果，該結合件設於該頸圈，其包含兩個對結合而電連接之連接器。

其中，該連接器分別為一USB公連接器與一USB母連接器，兩個該連接器分別延伸突出於該自由端。

其中，該USB公連接器之連接端子包含一固定缺口，該固定缺口之截面造型為三角形，該USB母連接器內設一活動勾臂，該活動勾臂之自由端與該固定缺口對應，並可活動勾扣該固定缺 口。

其中，該監測本體包含具有防水效能的一外殼；其中，該監測本體包含置於該外殼內部的一微處理器以及分別與該微處理器連接之一儲存器、一振動馬達模組、一陀螺儀模組、一三軸加速傳感器模組、一體溫感測模組、一心跳感測模組、一無線傳輸器、一充電電池；該振動馬達模組接受該微處理器之控制產生振動；該陀螺儀模組受該微處理器之控制量測一地理位置、方位角度資訊並將感測結果輸出至該微處理器；該三軸加速傳感器模組感測移動速度、加速度資訊；該體溫感測模組及該心跳感測模組與該微處理器連接；其中，該微處理器控制該無線傳輸器發送無線訊號與該雲端資料庫或該接收裝置訊號傳遞連結，其中該接收裝置可為一手持式裝置；以及其中，依據該陀螺儀模組之轉動角度判斷使用者坐姿正確性、頸部姿態或頸部動態資訊。

其中，該接收裝置為一手機。

其中，該接收裝置為一電腦

由前述說明可知，本創作具備下列優點：

1.可透過穿戴裝置，即時監控使用者的頸部運動、肢體運動狀況，解決現有必須透過X光照片判斷頸椎是否變形之既有技術限制問題。

2.可以監控使用者頸部、肢體運動以及監控肢體狀態的裝置 與系統，解決現有技術的問題，更可提供頸部已經受害的患者，更為具體且有效的即時監控與警示，藉以協助患者可得以隨時監控與統計分析坐姿及活動狀況，藉以達到預防功效。

3.可持續監控使用者的頸部運動狀況，透過程式設計不僅可以提供使用者即時的肢體使用狀態資訊，也可提供使用者有效的姿勢調整、運動配方等設計，係不僅可以有效預防嚴重傷害，也因為可以讓使用者隨時穿戴於身上，而可用於患者的復健管理。

10‧‧‧頸椎監測裝置

11‧‧‧頸圈

121‧‧‧自由端

13‧‧‧監測本體

131‧‧‧微處理器

132‧‧‧振動馬達模組

133‧‧‧陀螺儀模組

134‧‧‧三軸加速傳感器模組

135‧‧‧體溫感測模組

136‧‧‧心跳感測模組

137‧‧‧無線傳輸器

138‧‧‧儲存器

139‧‧‧充電電池

14‧‧‧結合件

141‧‧‧連接器

1411‧‧‧固定缺口

143‧‧‧連接器

1431‧‧‧按鈕

1433‧‧‧活動勾臂

1435‧‧‧可復位頂桿

1437‧‧‧彈簧

20‧‧‧雲端資料庫

30a、30b‧‧‧接收裝置

圖1為本創作較佳實施例之硬體結構圖。

圖2為本創作較佳實施例之立體示意圖。

圖3為本創作較佳實施例之立體示意及局部放大圖。

圖3a為本創作較佳實施例之硬體實施示意圖。

圖4為本創作較佳實施例之硬體直角座標系示意圖。

圖5為本創作較佳實施例之系統組織示意圖。

圖6為本創作較佳實施例之硬體顯示示意圖。

圖7為本創作較佳實施例之體溫及脈搏監測流程圖。

圖8為本創作較佳實施例之使用者睡眠狀態感測示意圖。

圖9為本創作較佳實施例之睡眠品質監測運算流程圖。

圖10為本創作較佳實施例之頭部姿態判定示意圖。

圖11為本創作較佳實施例之頭部姿態顯示及語音回饋示意圖。

圖12為本創作較佳實施例之頭部姿態管理程序圖。

圖13為本創作較佳實施例之姿態角度判斷示意圖。

圖14為本創作較佳實施例之坐姿管理程序圖。

圖15為本創作較佳實施例之頸部三軸扭力模擬示意圖。

圖16為本創作較佳實施例之頸部三軸扭力及受例模擬流程圖。

請參考圖1~3，其為本創作預防頸椎勞損及頸椎互動康復裝置之較佳實施例，其包含一頸椎監測裝置10以及可與該頸椎監測裝置10訊號傳遞連接之一雲端資料庫20及一接收裝置30。

該頸椎監測裝置10包含一頸圈11以及分別固定在頸圈11表面之一監測本體13及一結合件14。該頸圈11為C型環狀彈性片體，可套設並夾置於人體頸部位置，其包含二自由端121可與人體頸部位置皮膚接觸，該頸圈11之彈性夾持力讓本實施例可固定於人體頸部。

該監測本體13包含具有防水效能的一外殼，以及置於該外殼內部的一微處理器131以及分別與該微處理器131連接之一儲存器138、一振動馬達模組132、一陀螺儀模組133、一三軸加速傳感器模組134、一體溫感測模組135、一心跳感測模組136、一無線傳輸器137、一充電電池139。

該儲存器138用於儲存資料，供該微處理器131運算或存取資料的記憶裝置；該振動馬達模組132接受該微處理器131之控制產生振動；該陀螺儀模組133受該微處理器131之控制量測一地理位置、方位角度資訊並將感測結果輸出至該微處理器131；該三軸加速傳感器模組134感測該頸椎監測裝置10所感測之移動速度、 加速度資訊，並將感測結果輸出至該微處理器131。該無線傳輸器137受該微處理器131之控制接收或發送無線訊號，與該雲端資料庫20及/或該接收裝置30訊號傳遞連結。該充電電池139提供實施例各零組件所需的電路。該體溫感測模組135及該心跳感測模組136與該微處理器131連接，並接受其控制讀取人體的體溫與心跳訊號，其中，該體溫感測模組135及該心跳感測模組136可分別設於該自由端121，俾使與人體接觸而提昇量測精確度。

請參考圖3，該結合件14設於該頸圈11，其包含兩個對結合而電連接之連接器141、143，本實施例之兩個該連接器141、143分別為一USB公連接器141與一USB母連接器143，兩個該連接器141、143分別延伸突出於該自由端121。該USB公連接器141之連接端子包含一固定缺口1411，該固定缺口1411之截面造型為三角形。該USB母連接器143內設一活動勾臂1433，該活動勾臂1433之自由端與該固定缺口1411對應，並可活動勾扣該固定缺口1411，使該USB公連接器141與該USB母連接器143對應結合時，不易脫落。驅使該活動勾臂1433落入該固定缺口1411或脫離該固定缺口1411之方式，可利用一可復位頂桿1435頂起該活動勾臂1433，使該活動勾臂1433對一支點轉動而脫離該固定缺口1411。其中，該可復位頂桿1435之回復原始位置的方式可利用套設於該可復位頂桿1435外部之一彈簧1437，該彈簧1437提供該可復位頂桿1435回復原始位置之回復力。該可復位頂桿1435可與設於該USB母連接器143外部之一按鈕1431結合，該按鈕1431受外力 時，使該可復位頂桿1435頂起該活動勾臂1433。由於該USB公連接器141為公用標準介面，因此不僅可與該USB母連接器143對應連接，也可直接與該接收裝置30連接傳遞資料，如圖3a所示。

使用者之頭、頸運動之關係座標，可定義於圖4所示。使用者頭部以直角座標系統表示，使用者頭、頸可對x軸產生擺頭轉動(roll)，對y軸產生前傾或後仰轉動(pitch)，以及對z軸進行轉頭轉動(yaw)。

請參考圖5~7，本實施例所稱之頸椎康復管理，可包含睡眠管理、體溫脈搏管理、頸椎姿態管理、坐姿管理、頸部三軸扭力模擬等。其中，有關心跳與體溫之監測，該微處理器131可執行下列步驟：

(1)連結控制器呼叫及回應、驗證、配對、連結完成：該微處理器131與該體溫感測模組135及該心跳感測模組136分別依序完成呼叫、驗證、配對與完成連結，使該微處理器131可持續接收該體溫感測模組135及該心跳感測模組136之讀取訊號。

(2)設定取樣頻率：該微處理器131設定接收該體溫感測模組135及該心跳感測模組136之取樣頻率。

(3)啟動體溫及脈搏監測：該微處理器131驅動該體溫感測模組135及該心跳感測模組136開始對使用者量測心跳與體溫。

(4)依時序接收體溫及脈搏數據：該微處理器131依據時序持續接收該體溫感測模組135及該心跳感測模組136之心跳與體溫數據。

(5)計算體溫及脈搏數、數據分析及顯示體溫及脈搏監測資料(或語音 播報)：該微處理器131處理量測之心跳與體溫數據並予以計算、分析後，將數據輸出至雲端資料庫或接收裝置30，讓使用者可透過該接收裝置30顯示分析結果。

請參考圖8~9，該微處理器131可依據該陀螺儀模組133及該三軸加速傳感器模組134之訊號演算，推估使用者的睡眠狀態，以圖8為例，透過換算該三軸加速度傳感器模組134之加速度感測結果((t)、(t)、(t))，可以累積使用者的肢體或頸部活動狀態而估算使用者的睡眠品質，估算之公式可例如下列所示：

①)sleep活動狀態從t₁到t₂代表睡眠品質A

②A愈大睡眠品質愈差：

其中，監控睡眠品質的演算程序步驟可包含下列：

(1)鏈結控制器呼叫及回應、驗證、配對：該微處理器131與該陀螺儀模組133及該三軸加速傳感器模組134完成連結與配對。

(2)設定採樣頻率、設定睡眠監測時間：該微處理器131接受外部設定而確定該陀螺儀模組133及該三軸加速傳感器模組134之採樣頻率與欲分析的時間區間。

(3)依時序t_i(0,1,…,n)讀取三軸之加速度值：該微處理器131至少讀取該三軸加速傳感器模組134之感測結果。

(4)睡眠品質監測運算：該微處理器131依據一設定時間區間T(即判斷是否>T)，決定分析區段；時間區間T可為預設的數值，其代表待分析 使用者肢體姿勢狀態的時間區間。

(5)資料分析處理、顯示睡眠品質報表及數據：該微處理器131依據前述公式，以加速度分析睡眠品質。

(6)語音回報監測結果：該微處理器131將分析結果輸出至雲端資料庫或接收裝置30。

請參考圖10~12，該微處理器131可執行一頭部姿態監測與分析程序，其步驟可包含：

(1)連結控制器呼叫及回應、認證、配對、完成連結：該微處理器131與該陀螺儀模組133及該三軸加速傳感器模組134分別依序完成呼叫、驗證、配對與完成連結，使該微處理器131可持續接收該陀螺儀模組133及該三軸加速傳感器模組134之讀取訊號。

(2)設定採樣頻率：該微處理器131接受外部設定而確定該陀螺儀模組133及該三軸加速傳感器模組134之採樣頻率與欲分析的時間區間。

(3)roll,pitch,yaw三軸α,β,γ初始化歸零α=0,β=0,γ=0：該微處理器131將該陀螺儀模組133歸零。

(4)啟動頸部姿態模擬、依時序讀取roll,pitch,yaw三軸之角位置α,β,γ參數值：該微處理器131持續接收該陀螺儀模組133之感測結果。

(5)進行姿態判定：該微處理器131依據該陀螺儀模組133之感測結果，判斷使用者可能的姿態，例如水平轉頭(yaw)、傾仰點頭(pitch)以及左右擺頭(roll)等姿勢之監測與數量統計。

(6)輸出結果、顯示3D動畫及判定數據、語音播報模擬狀態：該微處理器131依據判斷結果產生不同形式的輸出，例如形成模擬與使用者可能之姿態的動畫或語音提醒與播報，例如圖11所示。

請參考圖13、14，本實施例可執行坐姿管理，其步驟包含：

(1)連結控制器呼叫及回應、認證、配對、完成連結及設定採樣頻率：該微處理器131與該陀螺儀模組133及該三軸加速傳感器模組134完成連結與配對及完成設定數據讀取頻率。

(2)啟動坐姿管理、依時序讀取pitch軸之角位置β參數值、坐姿判定演算：啟動坐姿管理程序並依據讀取該陀螺儀模組133及該三軸加速傳感器模組134的數據，並且依據一預設角度判斷該使用者的坐姿是否良好，判斷坐姿主要以pitch軸之角位置β參數值之結果進行判斷，其可依據下列公式完成判斷，如圖13所示。

(3)輸出判定結果、顯示動畫及判定數據、語音播報回報：將判斷結果予以輸出，並以動畫、數據或語音形式產生通知訊息。

請參考圖15、16，本實施例可執行一頸部三軸扭力及受力模擬程序，其步驟包含：

(1)連結控制器呼叫及回應、認證、配對、完成連結、設定模擬頻率：該微處理器131與該陀螺儀模組133及該三軸加速傳感器模組134分別依序完成呼叫、驗證、配對與完成連結，使該微處理器131可 持續接收該陀螺儀模組133及該三軸加速傳感器模組134之讀取訊號。

(2)初始化輸入參數歸零並啟動扭力模擬：該微處理器131將該陀螺儀模組133及該三軸加速傳感器模組134歸零並啟動下列演算程序。其中，歸零係代表：

(3)依時序讀入位置x,y,z、速度、加速度、角位置α,β,γ、 角速度、角加速度。

(4)執行動力學演算：該微處理器131依據所檢測的結果，執行下列計算：

其中，上列之動力學三軸扭力及受力計算公式之參數定義如下：M_(t)=扭力及受力(D(q(t))：慣性向量矩陣)

M_(t)=[F_x,F_y,F_z,M_x,M_y,M_z]^T

q(t)=[x,y,z,α,β,γ]^T

：離心力與對壓力向量矩陣

C(q(t))：重力向量矩陣

(5)輸出三軸扭力M_x,M_y,M_z及三軸受力F_x,F_y,F_z、顯示3D動畫及模擬數據：該微處理器131完成前述演算後，將演算結果輸出，並將數據予以顯示。

由前述說明可知，本創作具備下列優點：

1.可透過穿戴裝置，即時監控使用者的頸部運動、肢體運動狀況，解決現有必須透過X光照片判斷頸椎是否變形之既有技術限制問題。

2.可以監控使用者頸部、肢體運動以及監控肢體狀態的裝置與系統，解決現有技術的問題，更可提供頸部已經受害的患者，更為具體且有效的即時監控與警示，藉以協助患者可得以隨時監控與統計分析坐姿及活動狀況，藉以達到預防功效。

3.可持續監控使用者的頸部運動狀況，透過程式設計不僅可以提供使用者即時的肢體使用狀態資訊，也可提供使用者有效的姿勢調整、運動配方等設計，係不僅可以有效預防嚴重傷害，也因為可以讓使用者隨時穿戴於身上，而可用於患者的復健管理。

10‧‧‧頸椎監測裝置

13‧‧‧監測本體

131‧‧‧微處理器

132‧‧‧振動馬達模組

133‧‧‧陀螺儀模組

134‧‧‧三軸加速傳感器模組

135‧‧‧體溫感測模組

136‧‧‧心跳感測模組

137‧‧‧無線傳輸器

138‧‧‧儲存器

139‧‧‧充電電池

30a‧‧‧接收裝置

30b‧‧‧接收裝置

20‧‧‧雲端資料庫

Claims (10)

1. 一種預防頸椎勞損及頸椎互動康復裝置，其包含一頸椎監測裝置，其與一雲端資料庫及一接收裝置資料傳遞連接，該頸椎監測裝置包含一頸圈以及分別固定在頸圈表面之一監測本體及一結合件，該頸圈包含二自由端可與人體頸部位置皮膚接觸，使該頸圈之彈性夾持力，該監測本體感測體溫、心跳與人體的動作資訊，產生體溫、脈搏、頸椎姿態及坐姿姿態管理結果，該結合件設於該頸圈，其包含兩個對結合而電連接之連接器。
2. 如申請專利範圍第1項所述的預防頸椎勞損及頸椎互動康復裝置，該連接器分別為一USB公連接器與一USB母連接器，兩個該連接器分別延伸突出於該自由端。
3. 如申請專利範圍第2項所述的預防頸椎勞損及頸椎互動康復裝置，該USB公連接器之連接端子包含一固定缺口，該固定缺口之截面造型為三角形，該USB母連接器內設一活動勾臂，該活動勾臂之自由端與該固定缺口對應，並可活動勾扣該固定缺口。
4. 如申請專利範圍第1或2或3項所述的預防頸椎勞損及頸椎互動康復裝置，該監測本體包含具有防水效能的一外殼，以及置於該外殼內部的一微處理器以及分別與該微處理器連接之一儲存器、一振動馬達模組、一陀螺儀模組、一三軸加速傳感器模組、一體溫感測模組、一心跳感測模組、一無線傳輸器、一充電電池；該振動馬達模組接受該微處理器之控制產生振動；該陀螺儀模組受該微處理器之控制量測一地理位置、方位角度資訊並將感測結果輸出至該微處理器；該三軸加速傳感器模組感測移動速度、加速度資訊；該無線傳輸器受該微處理器之控制接收或發送無線訊號與該 雲端資料庫或該接收裝置訊號傳遞連結；該體溫感測模組及該心跳感測模組與該微處理器連接。
5. 如申請專利範圍第1或2或3項所述的預防頸椎勞損及頸椎互動康復裝置，該頸圈為C型環狀彈性片體，可套設並夾置於人體頸部位置。
6. 如申請專利範圍第4項所述的預防頸椎勞損及頸椎互動康復裝置，依據該陀螺儀模組之轉動角度判斷使用者坐姿正確性、頸部姿態或頸部動態資訊。
7. 如申請專利範圍第6項所述的預防頸椎勞損及頸椎互動康復裝置，該頸圈為C型環狀彈性片體，可套設並夾置於人體頸部位置。
8. 如申請專利範圍第6項所述的預防頸椎勞損及頸椎互動康復裝置，該接收裝置為一手機。
9. 如申請專利範圍第6項所述的預防頸椎勞損及頸椎互動康復裝置，該接收裝置為一電腦。
10. 如申請專利範圍第6項所述的預防頸椎勞損及頸椎互動康復裝置，該接收裝置為一手持式裝置。