CN116687384A - 一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统 - Google Patents
一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116687384A CN116687384A CN202310899044.1A CN202310899044A CN116687384A CN 116687384 A CN116687384 A CN 116687384A CN 202310899044 A CN202310899044 A CN 202310899044A CN 116687384 A CN116687384 A CN 116687384A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sensor
- motion
- wireless
- trace control
- human body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Measuring devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/1036—Measuring load distribution, e.g. podologic studies
- A61B5/1038—Measuring plantar pressure during gait
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
- A61B5/0205—Simultaneously evaluating both cardiovascular conditions and different types of body conditions, e.g. heart and respiratory condition
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
- A61B5/024—Measuring pulse rate or heart rate
- A61B5/02405—Determining heart rate variability
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
- A61B5/024—Measuring pulse rate or heart rate
- A61B5/02438—Measuring pulse rate or heart rate with portable devices, e.g. worn by the patient
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/08—Measuring devices for evaluating the respiratory organs
- A61B5/0816—Measuring devices for examining respiratory frequency
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Measuring devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb
- A61B5/1118—Determining activity level
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Measuring devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb
- A61B5/112—Gait analysis
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/22—Ergometry; Measuring muscular strength or the force of a muscular blow
- A61B5/224—Measuring muscular strength
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
- A61B5/389—Electromyography [EMG]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/6802—Sensor mounted on worn items
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Public Health (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Physiology (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
本发明属于康复训练技术领域，具体涉及一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统，包括显示系统和获取人体各特征点处的运动姿态数据的多个传感器单元，传感器单元用于获取的人体运动踪迹控数据进行处理，并通过无线模块无线传输方式传输至主机系统，其中，传感器单元包括IMU传感器、压力传感器、角度传感器、表面肌电传感器、光学传感器、心率传感器、呼吸频率传感器；IMU传感器为陀螺仪，角度传感器为磁力计，光学传感器为深度摄像头，通过表面肌电传感器可以监测肌肉的收缩和放松情况，评估肌肉力量和控制能力，通过压力传感器可以确定脚部哪一部位先着地，通过观察偏瘫病人脚部的着地顺序，可以评估其步态的异常情况。
Description
技术领域
本申请属于康复训练技术领域，具体涉及一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统。
背景技术
偏瘫病人的训练是通过康复治疗来帮助他们恢复和改善运动功能，通常需要多种训练的方法和策略，物理治疗：物理治疗师可以使用各种技术和方法来帮助偏瘫病人训练受影响的肌肉和运动功能。这可能包括活动疗法、运动训练、平衡训练、抗阻力训练等，物理治疗的目标是通过刺激神经肌肉连接、增加肌肉力量和灵活性、改善姿势和步态等，促进病人的康复和运动恢复，功能性训练，功能性训练注重病人在日常生活中的实际功能恢复。治疗师会指导病人进行各种活动和动作，如坐立、站立、行走、上下楼梯等，以增强他们的功能能力和独立性。这种训练有助于病人恢复日常生活中所需的基本动作和技能。
现有技术(申请号：CN115517657A)公开了一种基于人体运动特征的无线振动反馈系统，系统包括：多种边缘姿态传感器模块，多个边缘振动反馈传感器和边缘主机。边缘姿态传感器用于捕获人体的运动参数，通过无线通讯模块传输给振动反馈传感器，振动传感器中的MCU对运动参数进行解算，根据预设的规则进行不同模式的振动，对传感器佩戴者进行提醒。边缘主机对姿态参数进行收集，同时对振动反馈模式进行监控与振动反馈规则更改。
上述专利系统虽然轻量，多功能，易监控易使用，能为康复训练提供有效的振动反馈，但是存在以下弊端，无法准确评估肌肉活动，导致无法直接观察和量化肌肉的活动水平，从而无法准确评估患者的肌肉力量和控制能力。
发明内容
为了解决相关技术中的问题，本申请提供一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统，具有监测肌肉的收缩和放松情况，评估肌肉力量和控制能力，填补了现有技术的空缺。
本申请提供一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统，采用如下的技术方案：包括显示系统和获取人体各特征点处的运动姿态数据的多个传感器单元，传感器单元用于获取的人体运动踪迹控数据进行处理，并通过无线模块无线传输方式传输至主机系统；
其中，传感器单元包括IMU传感器、压力传感器、角度传感器、表面肌电传感器、光学传感器、心率传感器、呼吸频率传感器。
作为方案的进一步优化，IMU传感器设置有六个，六个IMU传感器分别安装在小腿、大腿和手臂上；压力传感器设置有六个，六个压力传感器分别安装在左右前脚掌区域、左右中脚掌区域和左右后脚掌区域，压力传感器用于测量脚掌的压力数值；角度传感器设置有四个，分别安装在膝关节和肘关节上，用于测量关节的运动范围和角度变化；表面肌电传感器，分别安装在大腿肌肉、小腿肌肉和手臂肌肉上，用于记录肌肉活动和肌电信号；光学传感器位于在使用者的前部和后部，用于捕捉身体的姿态和运动轨迹；心率传感器位于胸前，用于测量心率变化和心率变异性；呼吸频率传感器位于鼻腔和口部，用于测量呼吸频率。
作为方案的进一步优化，表面肌电传感器通过无线模块将数据传输主机系统和显示系统形成表面肌电图。
作为方案的进一步优化，无线模块与多个传感器单元传输方式为RFID传输和激光传输，无线模块将采集到的数据上传至主机系统交互及显示系统。
作为方案的进一步优化，IMU传感器为陀螺仪。
作为方案的进一步优化，角度传感器为磁力计。
作为方案的进一步优化，光学传感器为深度摄像头。
作为方案的进一步优化，深度摄像头获取场人体模型信息，通过将景深数据和图片信息相结合构成三维坐标数据。
作为方案的进一步优化，主机系统采用D-H表示方法实现对节点运动肢体的移动和姿态的还原、对节点肢体的运动捕捉，并进行实时重构。
本申请具有以下有益效果：
1、通过表面肌电传感器可以监测肌肉的收缩和放松情况，评估肌肉力量和控制能力，分析肌肉协调性，方便定量评估肌肉疲劳，方便对肌肉的再生和康复进展进行准确监测；
2、通过压力传感器可以确定脚部哪一部位先着地，通过观察偏瘫病人脚部的着地顺序，可以评估其步态的异常情况。例如，如果偏瘫病人的步态中先脚尖着地，再脚跟着地，可能表明存在足背屈肌群功能减退或肌张力异常等问题，这种异常的步态着地顺序可以提示医疗专业人员存在的问题，进而指导康复治疗的方向和方法。
说明书附图
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：
图1为本发明实施例的整体结构示意图；
图2为本发明实施例的训练流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都是本发明保护的范围。
如图1和图2所示，一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统，包括显示系统和获取人体各特征点处的运动姿态数据的多个传感器单元，传感器单元用于获取的人体运动踪迹控数据进行处理，并通过无线模块无线传输方式传输至主机系统，其中，传感器单元包括IMU传感器、压力传感器、角度传感器、表面肌电传感器、光学传感器、心率传感器、呼吸频率传感器，IMU传感器为陀螺仪，角度传感器为磁力计，光学传感器为深度摄像头。
上述方案中，IMU传感器用于测量身体的线性加速度、角速度和方向，在使用时，将IMU传感器安装在小腿、大腿和手臂上。而压力传感器则放置在病人的前脚掌区域、中脚掌区域和后脚掌区域，通过其记录脚部的压力分布和着地模式，以便评估步态和姿态。角度传感器放置在脚关节和手关节上，用于测量关节的运动范围和角度变化。表面肌电传感器放置在大腿肌肉、小腿肌肉和手臂肌肉上，可以全面地了解人体肌肉的运动情况和活动模式，利于运动分析、姿势评估。光学传感器通过使用深度摄像头和计算机视觉算法，可以提取出关键的运动特征，如关节角度、步幅和步速等。心率传感器放置胸部，心率传感器用于测量心率变化和心率变异性，用于评估身体的运动状态和恢复情况。呼吸频率传感器放置在鼻腔处，用于测量运动时的呼吸频率。
具体的，本发明中IMU传感器在实际的应用中，其共设置有六个，六个IMU传感器分别安装在小腿、大腿和手臂上，IMU传感器可提供六轴姿态信息。压力传感器设置有六个，六个压力传感器分别安装在左右前脚掌区域、左右中脚掌区域和左右后脚掌区域，压力传感器可提供脚底哪一部位受到压力的顺序和大小，压力传感器用于测量脚掌的压力数值。
角度传感器共设置有四个，分别安装在膝关节和肘关节上，用于测量关节的运动范围和角度变化。
表面肌电传感器分别安装在大腿肌肉、小腿肌肉和手臂肌肉上，大腿肌肉为股四头肌、腓肠肌、深层股屈肌和臀大肌，小腿肌肉为腓肠肌、胫骨前肌、小腿后肌群，手臂肌肉为二头肌、三头肌肱桡肌和前臂肌群，用于记录肌肉活动和肌电信号。
光学传感器设置在使用者的前部和后部，用于捕捉身体的姿态和运动轨迹，而心率传感器位于胸前，用于测量心率变化和心率变异性。
另外，本发明中表面肌电传感器通过无线模块将数据传输主机系统和显示系统形成表面肌电图。
而无线模块与多个传感器单元传输方式为RFID传输和激光传输，无线模块将采集到的数据上传至主机系统交互及显示系统，无线模块用于进行信息交互。
主机系统采用D-H表示方法实现对节点运动肢体的移动和姿态的还原、对节点肢体的运动捕捉，并进行实时重构，深度摄像头获取场人体模型信息，通过将景深数据和图片信息相结合构成三维坐标数据，主机系统通过深度摄像头获取的数据进行运动肢体的移动和姿态的还原、对节点肢体的运动捕捉，并进行实时重构，主机系统通过无线模块来获取人体特征点处的运动信息，将人体骨架模型抽象成30个关键关节(特征点)，将人体各特征点的运动姿态融合来模拟整个人体模型的运动姿态。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统，其特征在于：包括显示系统和获取人体各特征点处的运动姿态数据的多个传感器单元，传感器单元用于获取的人体运动踪迹控数据进行处理，并通过无线模块无线传输方式传输至主机系统；
其中，传感器单元包括IMU传感器、压力传感器、角度传感器、表面肌电传感器、光学传感器、心率传感器、呼吸频率传感器。
2.根据权利要求1所述的一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统，其特征在于，IMU传感器设置有六个，六个IMU传感器分别安装在小腿、大腿和手臂上；
压力传感器设置有六个，六个压力传感器分别安装在左右前脚掌区域、左右中脚掌区域和左右后脚掌区域，压力传感器用于测量脚掌的压力数值；
角度传感器设置有四个，分别安装在膝关节和肘关节上，用于测量关节的运动范围和角度变化；
表面肌电传感器，分别安装在大腿肌肉、小腿肌肉和手臂肌肉上，用于记录肌肉活动和肌电信号；
光学传感器位于在使用者的前部和后部，用于捕捉身体的姿态和运动轨迹；
心率传感器位于胸前，用于测量心率变化和心率变异性；
呼吸频率传感器位于鼻腔和口部，用于测量呼吸频率。
3.根据权利要求1所述的一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统，其特征在于，表面肌电传感器通过无线模块将数据传输主机系统和显示系统形成表面肌电图。
4.根据权利要求3所述的一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统，其特征在于，无线模块与多个传感器单元传输方式为RFID传输和激光传输，无线模块将采集到的数据上传至主机系统交互及显示系统。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统，其特征在于，IMU传感器为陀螺仪。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统，其特征在于，角度传感器为磁力计。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统，其特征在于，光学传感器为深度摄像头。
8.根据权利要求7所述的一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统，其特征在于：深度摄像头获取场人体模型信息，通过将景深数据和图片信息相结合构成三维坐标数据。
9.权利要求2所述的一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统，其特征在于，主机系统采用D-H表示方法实现对节点运动肢体的移动和姿态的还原、对节点肢体的运动捕捉，并进行实时重构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310899044.1A CN116687384A (zh) | 2023-07-21 | 2023-07-21 | 一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310899044.1A CN116687384A (zh) | 2023-07-21 | 2023-07-21 | 一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116687384A true CN116687384A (zh) | 2023-09-05 |
Family
ID=87827856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310899044.1A Pending CN116687384A (zh) | 2023-07-21 | 2023-07-21 | 一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116687384A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019175899A1 (en) * | 2018-03-15 | 2019-09-19 | On My Own Technology Pvt Ltd | Wearable device for gait analysis |
| US20200147382A1 (en) * | 2018-11-13 | 2020-05-14 | Gtx Medical B.V. | Control system for movement reconstruction and/or restoration for a patient |
| CN111659006A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-09-15 | 浙江大学 | 一种基于多传感融合的步态采集及神经肌肉电刺激系统 |
| CN114366559A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-19 | 华南理工大学 | 一种用于下肢康复机器人的多模态感知系统 |
| CN114366556A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-19 | 华南理工大学 | 一种面向下肢康复的多模式训练控制系统及方法 |
-
2023
- 2023-07-21 CN CN202310899044.1A patent/CN116687384A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019175899A1 (en) * | 2018-03-15 | 2019-09-19 | On My Own Technology Pvt Ltd | Wearable device for gait analysis |
| US20200147382A1 (en) * | 2018-11-13 | 2020-05-14 | Gtx Medical B.V. | Control system for movement reconstruction and/or restoration for a patient |
| CN111659006A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-09-15 | 浙江大学 | 一种基于多传感融合的步态采集及神经肌肉电刺激系统 |
| CN114366559A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-19 | 华南理工大学 | 一种用于下肢康复机器人的多模态感知系统 |
| CN114366556A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-19 | 华南理工大学 | 一种面向下肢康复的多模式训练控制系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rose et al. | Strategies for the assessment of pediatric gait in the clinical setting | |
| CN114366559A (zh) | 一种用于下肢康复机器人的多模态感知系统 | |
| EP2538842A2 (en) | Systems and methods for measuring balance and track motion in mammals | |
| Rabe et al. | Performance of sonomyographic and electromyographic sensing for continuous estimation of joint torque during ambulation on multiple terrains | |
| JP4825456B2 (ja) | 筋活動推定システム | |
| WO2021046590A1 (en) | Activity monitoring system | |
| TW201714582A (zh) | 下肢動作感測與復健訓練系統 | |
| US20240207134A1 (en) | Devices, Methods, and Systems for Gait Modification | |
| US20220409125A1 (en) | Bio-signal acquisition and feedback | |
| Shrader et al. | Instrumented Gait analysis in the care of children with cerebral palsy | |
| Malik et al. | A multisensor integration-based complementary tool for monitoring recovery progress of anterior cruciate ligament-reconstructed subjects | |
| Smidt | Methods of studying gait | |
| Burnfield et al. | Examination of gait | |
| CN116687384A (zh) | 一种基于人体运动特征的无线运动踪迹控制系统 | |
| Coccia et al. | Biomechanical modelling for quantitative assessment of gait kinematics in drop foot patients with ankle foot orthosis | |
| CN118986613A (zh) | 康复辅助系统 | |
| Avvari et al. | Gait analysis: an effective tool to measure human performance | |
| Garcia et al. | Biomechanical and physiological effects of an upper-body exoskeleton during simulated load-carrying on an inclined surface | |
| Prado et al. | Effects of Localized Leg Muscle Vibration Timed to Gait Cycle Percentage during Overground Walking | |
| RU2849311C1 (ru) | Способ определения показателей биомеханики ходьбы человека как инструмент оценки двигательных паттернов, определяющих здоровье | |
| Rekant et al. | Validation of Inertial Measurement Unit-Based Motion Capture with a Single Calibration File for Assessing Gait in Healthy Young Adults | |
| Nahi et al. | Lower Limb Analysis of the Biomechanical Gait Cycle at Various Phases in Real Time | |
| Aliverti et al. | Functional evaluation and rehabilitation engineering | |
| IT201800006950A1 (it) | Sistema di rilevazione e monitoraggio cinematico di movimenti corporei in acqua, e relativo metodo | |
| Ji et al. | Mechanism of Bafa Wubu Of Tai Chi promoting lower extremity exercise: a cross-sectional study based on an anybody musculoskeletal model |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |