用于监测身体的动态状态的方法及装置的制造方法
【专利说明】用于监测身体的动态状态的方法及装置 巧001]相关申请的交叉引用
[0002] 本发明设及下述转让给本申请人的专利申请，其全部内容通过引用并入本文中。
[0003]于2012年8月7日提交的名称为"用于测量反作用力的方法和装置"的申请 AU2012903399。
[0004]于2012年11月9日提交的名称为"用于监测肢体偏差的方法和装置"的申请 AU2012904946。
技术领域
[000引本发明设及一种用于对脊椎哺乳动物的身体部位的动态状态（包括肌肉骨骼状 态)进行监测、诊断、测量和/或提供反馈的方法和装置。肌肉骨骼状态可在进行包括诸如行 走、奔跑、疾跑、跳行、着陆、下蹲和/或跳跃的活动和/或运动的体力活动和/或运动过程中 显现。一些活动可包括包含腿部在内的所感兴趣的肢体的运动。其他活动（例如打网球)可 包括包含臂部在内的所感兴趣的肢体的运动。
[0006]本发明的方法和装置可利于对包括哺乳动物的身体或身体部位的任何活动(包括 垂直和/或水平运动、Ξ维(3D)转动力和Ξ维平移力、力和/或运动的计时、加速度、速度、冲 击和/或振荡）的任何动态活动或运动学活动进行测量和/或提供反馈。可利用从动态或运 动学活动获得的数据来评估哺乳动物的身体或身体部位的动态状态和/或肌肉骨骼功能。 此外，可定义与动态或运动学活动相关联的运动模式，并将其作为用于确定哺乳动物是否 W及何时处于正常运动或异常运动的基准。运有助于评估身体或身体部位的动态状态是否 发生了实质性变化。
【背景技术】
[0007]对于业余和专业运动员来说，身体受伤(包括身体的肌肉骨骼部位受伤)并不罕见 并且是痛苦的事情。在身体受伤之后，期望能够建立身体的动态状态，W确定身体的康复状 态W及受试者回到现役职务的适宜性，其包括"回到比赛(RTPreturntoplay)"的适宜 性。
[0008]本发明的方法和装置可用于诸如变向（COD)跑、加速和减速活动，W及跳行和/或 着陆的专业运动应用，其中可定义相对正常的运动模式并将其作为基准。此基准可用于检 测可表示受试者不适合回到比赛的异常模式。
[0009]在上面提到的活动和/或运动期间可出现许多力学变化、生理变化和/或生物力学 变化。不同的运动模式(例如步态模式)可与不同的身体部位或肢体所经受的力相关联。例 如，在身体部位或肢体(例如脚)每次碰撞例如地面的表面时，可测量每次碰撞期间所产生 的一定范围的力，W产生一组包括幅度、方向和/或加速计时的数据。与受试者进行的特定 运动模式相关联的数据可反映该受试者所特有的运动模式或"动态特征"。
[0010] 通过在受伤之前捕获受试者的运动模式或"动态特征"，可W将动态特征用作控制 基准W检测受伤之后身体的状态变化(包括治疗期间身体的康复状态），从而确定受试者回 到体力活动(诸如体育运动）的适宜性。
[0011] 还可测量作用在整个身体(例如着陆于水面或雪面上的受试者的身体)上的力。运 意味着对投落在雪面上的跳台滑雪运动员进行评估。在其他示例中，可针对工人的用来碰 撞某表面W帮助对准部件(例如，车辆装配工人击打模具组件W推其入位)的手腕/手，来对 力进行测量，运能够在受伤之后对工伤和回到工作的适宜性进行评估。
[0012] 通常通过固定在地面上的测力板来测量地面反作用力（GRF,GroundReaction 化rces)。然而，此种测量方式会将评估和分析约束在实验室条件下。由于受试者为了着陆 在测力板上通常会调整他们的自然步态模式，因此使用测力板(即使在户外使用时)会创建 人为环境。申请人的AU2012903399公开了在腔骨上使用诸如MEMS加速度计的传感器来测量 腔骨峰值加速度并确定在活动(例如在户外环境中慢跑和奔跑）中的峰值垂直GRF。
[0013] 本发明可减轻现有技术的缺点，和/或提高运动学数据的准确性和/或有效性和/ 或功能性和/或可获得性。本发明可提供一种用于捕获哺乳动物在受伤前后的特有运动模 式的设施。本发明还可提供一种能在几乎任何配置环境、野外现场测量哺乳动物的受伤和 康复状态的设施。
[0014] 本发明可测量与运动学相关的数据，例如一维或多维(例如3D)加速度和/或角度 变化率和/或磁场，并可评估相应的GRF，并使运些数据与幅度、方向和/或由测力板测量的 GRF的计时相关联。其他数据可包括奔跑时间、步频(节奏）、速度、峰值加速度和负荷率的测 量值。对数据进行报告，W便在康复和回到比赛(RTP)计划中协助运动模式的评估。
[0015] 例如，RTP计划可包括诸如减速测试(其中运动员先奔跑，然后强行停下）、变向测 试(其中运动员先奔跑，然后改变方向）W及不同类型的跳行测试的应用。跳行测试可包括 地面跳行(Ground化P，单腿在同一点跳跃）、跳行并站立化opandStick,向前跳过锥形物 并单腿着陆）、内侧跳行化opMedial，W与运动方向相反的腿横向跳过锥形物）、外侧跳行 (化PLateral,W与运动方向相同的腿横向跳过锥形物）、跳行截止巧opcut,W-条腿向 前跳行，然后W同一条腿在一旁着陆）。运些测试可在能说明肌肉骨骼结构存在问题、损伤 或不平衡(参照图4)的运动和功能性活动中激发并引发可能的损伤。在一些应用中，加速度 计可被放置在腔骨的内侧部位(参照图1)，并且可测量肢体接触于地面的幅度、方向W及计 时。
[0016] 运里，对W现有技术给出的专利文献或其他主题的引用不视为是承认:截止到本 文的任何公开内容或权利要求的优先权日，该文献或主题在澳大利亚或其他地区是公知 的，或者其中所含的信息在澳大利亚或其他地区属于公知常识的一部分。在本说明书中包 含此类有关现有技术的讨论是用于根据本发明人的知识和经验对本发明的上下文进行阐 述。
[0017] 在本文的说明书和权利要求书中，词语"包括"或"包含及运些词的变型，例如 "具嘗V'含有"和"设有"或"嘗'，并不意味着排除其他添加项、部件、整数或步骤。
【发明内容】
[0018] 根据本发明的一个方面，提供了一种用于监测、测量和/或评估脊椎哺乳动物的身 体部位的动态状态的装置，所述装置包括：
[0019] 至少一个运动学传感器，其用于相对于第一基准系测量表示所述身体部位的
[0020]所述动态状态的数据，并提供所述数据；
[0021 ]存储装置，其适于存储所述数据；W及
[0022] 处理器，其适于处理所述数据，W评估关联于与所述数据相关联的所述身体
[0023] 部位的动态特征。
[0024] 运动学传感器可包括加速度传感器，其用于相对于第一基准系测量身体部位的加 速度并提供表示该加速度的数据。加速度传感器可包括至少一个惯性传感器。加速度传感 器可适于测量沿着一个或多个正交轴线的加速度。
[0025] 运动学传感器可包括转动传感器，其用于相对于第一基准系测量身体部位围绕一 个或多个正交轴线的转动并提供表示该转动的数据。转动传感器可包括巧螺仪。运动学传 感器可包括磁场传感器，其用于测量围绕身体部位的磁场并提供表示该磁场的数据。
[0026] 可在受伤之前测量动态特征W作为控制基准。可在受伤之后测量动态特征W显现 要检测的动态特征的实质性变化。处理器可适于执行用于评估身体部位相对于控制基准的 动态特征的变化的算法。
[0027] 所述算法可结合包括了加速度计数据、巧螺仪数据和/或磁力计数据在内的3D惯 性传感器数据。算法可适于将数据从第一基准系向其中身体部位发生了运动的第二基准系 进行转换。所述算法可将来自传感器的加速度数据向全局系视角或者全局基准系进行转 换。在诸如奔跑或行走(其中受试者相对于全局系运动）的应用中，可将来自传感器的数据 向全局基准系进行转换。
[0028] 哺乳动物的身体部位可包括腿部，并且所述装置可适于监测与腿部相关联的转动 分量。可将各个传感器施加到哺乳动物的腿部上。
[0029] 传感器或每个传感器可包括用于将模拟数据转换成数字域的模数(A/D)转换器。 A/D转换器可配置为在存储数据之前先将来自传感器或每个传感器的模拟输出转换成数 据。所述装置可包括用于向所监测的受试者提供反馈的单元。
[0030] 所述处理器可配置为执行用于评估身体或身体部位或关节的动态特征或动态特 征的变化的算法。所述算法可适于基于用于比较或评估动态状态变化的方法来对动态特征 的变化进行评估。
[0031] 在一种形式中，处理器可适于根据下式来提供动态状态的变化Sn:
[003引Sn=|An-A0
[0033] 其中；
[00