一种个性化可穿戴智能颈椎监测矫正设备的制作方法

本实用新型涉及医疗康复设备技术领域，尤其是一种个性化可穿戴智能颈椎监测矫正设备。

背景技术：

颈椎病，名列世界卫生组织(who)公布的“全球十大顽症”第二，会造成失眠、突发性眩晕、记忆力下降、中风和神经功能紊乱等后果，严重影响着人们的生命健康和生活质量。经不完全统计，全球颈椎病患者高达9亿，仅我国就有2亿以上，且患病人数仍在不断地扩大。其中，青少年学生、办公族、运动员和司机等是颈椎病的高发人群，究其原因是其长期的不良的用颈姿势(如不正确的坐姿、睡姿、走路姿势和锻炼姿势等)。另外，因颈椎病患者对不正确的用颈姿势具有依赖性，颈椎病容易反复发作且难以彻底治愈。鉴于颈椎病不论在预防、理疗还是在治疗恢复的过程中，都需要长时间地对用颈姿势进行监测和矫正，研制实时监测用颈姿势并引导用户矫正不正确用颈姿势的颈椎监测设备具有十分重要的作用。

目前，颈椎监测装置主要以医院用的影像检测设备(如肌电检测设备、x线、ct和mri等)为主，用于检测患者颈部的生理和病理特征，其体积庞大、费用昂贵、耗时耗力、检测过程繁琐、不易于便携，且患者仅能去医院检测。此外，现有的颈椎检测也无法实时监测用户的用颈姿势并提醒用户矫正的不良的用颈姿势，继而不适用于家庭普及，也无法起到颈椎病实时有效预防和治疗的作用。穿戴式监护装置是医疗设备发展的主要趋势，能实时监测用户体征信息并提供实时有效的治疗方案。但是，自便携式监护设备推行以来，关于实时监测用户用颈姿势并引导用户矫正不良的用颈姿势的个性化可穿戴智能颈椎监测矫正设备颈椎体征监测设备的开发至今仍是一片空白。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种智能化程度高且便于携带的，个性化可穿戴智能颈椎监测矫正设备。

本实用新型实施例提供了一种个性化可穿戴智能颈椎监测矫正设备，包括电源管理模块、传感器模块、多通道采集模块、嵌入式数据处理模块、无线通信模块、智能终端模块和矫正模块，所述传感器模块、多通道采集模块、嵌入式数据处理模块、无线通信模块、矫正模块和电源管理模块均设于柔性基底颈套上，所述柔性基底颈套的前后左右四端与颈部贴合，所述传感器模块、多通道采集模块、嵌入式数据处理模块、无线通信模块和矫正模块均与电源管理模块连接，所述传感器模块的输出端连接多通道采集模块的输入端，所述多通道采集模块的输出端连接嵌入式数据处理模块的输入端，所述嵌入式数据处理模块连接无线通信模块，所述嵌入式数据处理模块的输出端连接矫正模块，所述无线通信模块连接智能终端模块。

进一步，所述传感器模块为基于微流控的柔性压力传感器或者基于柔性压电材料的柔性传感器，所述传感器模块由滑动变阻器组以及第一外围电路组成，所述滑动变阻器组包括第一滑动变阻器至第十二滑动变阻器。

进一步，所述多通道采集模块由电阻组、电容组、adc0817芯片以及第二外围电路组成，所述电阻组包括第一电阻至第十二电阻，所述电容组包括第一电容器至第十三电容器。

进一步，所述嵌入式数据处理模块由stm32f103c6芯片、晶体振荡器、第十五电容器、第十六电容器和第三外围电路组成。

进一步，所述无线通信模块由nr24l01芯片及第四外围电路组成。

进一步，所述矫正模块由第十四电容器、第一晶体管、第十三滑动变阻器和第五外围电路组成。

进一步，所述电源管理模块由直流电源、第十七电容器、第十八电容器、ld1117d33芯片和第六外围电路组成。

进一步，所述智能终端模块包括智能手机、平板电脑、便携式电子邮件装置、电子书、手持游戏机和/或游戏控制器、笔记本电脑、上网本和手持电子装置。

上述本实用新型实施例中的一个技术方案具有如下优点：本实用新型的实施例包括电源管理模块、传感器模块、多通道采集模块、嵌入式数据处理模块、无线通信模块、智能终端模块和矫正模块；本实用新型的设备在工作过程中，通过电源管理模块提供工作电源，然后通过传感器模块采集用户颈部的体征信号，通过多通道采集模块转换成数字信号，再由嵌入式数据处理模块触发控制信号至矫正模块和无线通信模块，智能终端模块接收无线通信模块的通信信号实现远程控制，矫正模块通过控制信号对用户颈部进行矫正；本实用新型智能化程度高且便于携带，还降低了矫正成本。

附图说明

图1为本实用新型的一种个性化可穿戴智能颈椎监测矫正设备的整体结构框图；

图2为本实用新型的电路原理图；

图3为本实用新型的一种个性化可穿戴智能颈椎监测矫正设备的结构示意图。

具体实施方式

参照图1和图3，本实用新型实施例提供了一种个性化可穿戴智能颈椎监测矫正设备，包括电源管理模块7、传感器模块1、多通道采集模块2、嵌入式数据处理模块3、无线通信模块4、智能终端模块6和矫正模块5，所述传感器模块、多通道采集模块、嵌入式数据处理模块、无线通信模块、矫正模块和电源管理模块均设于柔性基底颈套8上，所述柔性基底颈套的前后左右四端与颈部贴合，所述传感器模块、多通道采集模块、嵌入式数据处理模块、无线通信模块和矫正模块均与电源管理模块连接，所述传感器模块的输出端连接多通道采集模块的输入端，所述多通道采集模块的输出端连接嵌入式数据处理模块的输入端，所述嵌入式数据处理模块连接无线通信模块，所述嵌入式数据处理模块的输出端连接矫正模块，所述无线通信模块连接智能终端模块。

具体的，电源管理模块，用于为传感器模块、多通道采集模块、嵌入式数据处理模块、无线通信模块和矫正模块提供工作电源，电源管理模块可采用如图2所示的电路来实现。

传感器模块，用于采集用户颈部各点的体征信号。

多通道采集模块，用于将用户颈部各点的体征信号转换为数字信号。

嵌入式数据处理模块，用于根据接收到的数字信号，触发相应的控制信号，并将控制信号发送至无线通信模块，然后接收智能终端模块反馈的个性化矫正方案，触发控制信号至矫正模块，本实用新型的嵌入式数据处理模块并不涉及数据处理流程上的改进，其信号触发过程可采用如图2所示的电路来实现。

无线通信模块，用于实现嵌入式数据处理模块与智能终端模块之间的数据通信。

智能终端模块，用于根据从无线通信模块接收到的数据，得到个性化的矫正方案，例如由医师专家查看了通信数据之后做出的矫正方案。

矫正模块，用于根据嵌入式数据处理模块的控制信号，对用户颈部进行矫正，例如控制设备的按压力度和按压时间等。

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述传感器模块为基于微流控的柔性压力传感器或者基于柔性压电材料的柔性传感器，所述传感器模块由滑动变阻器组以及第一外围电路组成，所述滑动变阻器组包括第一滑动变阻器rv1至第十二滑动变阻器rv12。

其中，本实施例的传感器模块采用柔性传感器，所述柔性传感器为基于微流控的柔性压力传感器或是柔性压电材料制作的柔性传感器。当用户颈部弯曲、扭转、压力以及拉伸等时，传感器的柔性基底发生形变，传感器内部阻抗分布发生改变，电源直流电压作为传感器的输入，传感器的直流电压输出跟随其内部阻抗变化而变化，反映颈部相应弯曲、侧移、突出、肌肉僵硬或劳损等颈部体征信息。所述柔性基底材料独立地选自pdms或共聚酯硅橡胶等，所述导电液体材料独立地选自镓铟锡合金或共晶镓铟等，所述柔性压电材料独立地选自碳纳米管、石墨烯、导电聚合物、金属纳米颗粒(nps)和纳米线等。

参照图2，传感器模块11由由滑动变阻器组以及第一外围电路组成，所述滑动变阻器组包括第一滑动变阻器rv1至第十二滑动变阻器rv12及其输入和输出组成，其中各个可变电阻一输入端接电源，一输入端接地，输出端接多通道采集模块12。

在本发明中具体实施案例中，传感器模块为柔性传感器，由柔性基底pdms、柔性基底上的微流控通道以及微通道中的导电液态金属镓铟锡合金组成，传感器尺寸为1～2cm，微通道深为100μm，宽度分布在100～500μm范围，微通道及其中导电液态金属总体结构可等价为平衡的四臂电桥，其中以对角线作为直流电源u输入固定，另一对角线作为直流电压输出ue，四臂电阻、输入及输出关系为当颈部体征维持不动时，r1r3＝r2r4，电压输出为零；当用户颈部弯曲、扭转、产生压力或张力等时，位于颈部测定位置的传感器柔性基底发生形变，微流控通道中的导电液体发生流动致传感器内部电阻分布发生改变。其中，当颈部给传感器施加以压力时，r1和r3增大，r2和r4减小，且随作用力增大而正向增大；当颈部给传感器施加以张力时，r1和r3减小，r2和r4增大，且随作用增大而负向增大。通过传感器的直流电压输出跟随其内部阻抗变化而变化，反映颈部相应体征信息。

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述多通道采集模块由电阻组、电容组、adc0817芯片以及第二外围电路组成，所述电阻组包括第一电阻r1至第十二电阻r12，所述电容组包括第一电容器c1至第十三电容器c13。

参照图2，多通道采集模块12依次由滤波电路和模数转换模块adc0817组成，滤波电路一端接传感器模块输出端，一端接地，一端接模数转换模块adc0817的输入通道in。模数转换模块adc0817一端接滤波电路，一端接地，一端接嵌入式处理模块，另一端接电源。

其中，模数转换模块adc0817的vcc管脚和参考信号正极ref(+)接电源，参考信号负极ref(-)经电容后接地，接地管脚gnd接地，地址管脚adda-addd及其锁存信号管脚ale与嵌入式芯片stm32f103c6相连的总线，输出使能端outputenable接入总线。

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述嵌入式数据处理模块由stm32f103c6芯片、晶体振荡器x1、第十五电容器c15、第十六电容器c16和第三外围电路组成。

具体的，嵌入式处理模块13一端接多通道采集模块输出端，一端接矫正模块15，一端接无线通信模块14，一端接电源17。嵌入式芯片stm32f103c6管脚pa0-pa15接入总线，pb12-pb13管脚连接至无线通信模块14的无线管理芯片nr24l01，nrst管脚经电容接地，pc14管脚与vbat管脚接电源，pc15输出管脚控制晶体管q1通断，pd0与pd1管脚接晶振电路和电容后接地。

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述无线通信模块由nr24l01芯片及第四外围电路组成。

具体的，无线通信模块一端接嵌入式处理模块13的pb管脚，一端接电源管理模块17，无线通信模块14将嵌入式处理模块的信号发送至智能终端模块16。

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述矫正模块由第十四电容器c14、第一晶体管q1、第十三滑动变阻器rv13和第五外围电路组成。

具体的，矫正模块15一端接接嵌入式处理模块输出端pc15，一端接电源，另一端接矫正模块。嵌入式处理模块的管脚pc15接矫正模块15的晶体管q1基极，晶体管q1集电极接电源管理模块17，晶体管q1射极接可变电阻rv13，可变电阻rv13接矫正模块。

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述电源管理模块由直流电源bt、第十七电容器c17、第十八电容器c18、ld1117d33芯片和第六外围电路组成。

具体的，电源管理模块17的电源管理芯片u2输入管脚接直流电源bt，gnd管脚接地，输出管脚171输出电压给传感器模块的电压输入端、多通道采集模块的电压输入端、嵌入式处理模块的电压输入端、无线通信模块的电压输入端和矫正模块的电压输入端。

进一步作为优选的实施方式，所述智能终端模块包括智能手机、平板电脑、便携式电子邮件装置、电子书、手持游戏机和/或游戏控制器、笔记本电脑、上网本和手持电子装置。

下面详细描述本实用新型的个性化可穿戴智能颈椎监测矫正设备的实施过程：

参照图3，本实用新型的个性化可穿戴智能颈椎监测矫正设备包括传感器模块1、多通道采集模块2、嵌入式数据处理模块3、无线通信模块4、矫正模块5、智能终端模块6和电源管理模块7和柔性基底颈套8。其中传感器模块1、多通道采集模块2、嵌入式数据处理模块3、无线通信模块4、矫正模块5、电源管理模块7位于柔性基底颈套8上，柔性基底颈套8左右两端连接与颈部贴合。传感器模块1采集颈部各点体征信号；多通道采集模块2采集传感器模块1的颈部体征信息并进行模数转换得到颈部体征数字信息；嵌入式处理模块3一方面通过无线通信模块4将数字信号发送给智能终端6，智能终端模块6存储并通过专家分析获得的颈部体征数字信号，将个性化颈部矫正方案经无线通信模块发送给嵌入式处理模块3，同时监控系统运行状态并实时显示颈部体征信息分布和矫正信息。另一方面嵌入式处理模块3根据采集到的颈部体征信号以及收到的智能终端模块6定制个性化矫正方案，控制矫正模块的作用量和作用时间，并控制校正模块5进行矫正，实现实时监测颈部体征信息并引导用户矫正不良用颈姿势的目的。电源管理模块7为个性化可穿戴智能颈椎监测矫正设备供电并管理模块能耗。柔性基底颈套8用于保护电路、芯片等模块，防止发生物理损伤，同时更好的与颈部贴合使得传感器模块更好的获取颈部信息。所述颈部体征信息包括用户的多个特定颈部测定位置的颈部弯曲、扭转、压力以及拉伸等以及其变化时间等数据。

作为优选的实施例，若干个传感器的布置方式为：颈部前后左右四个方向的上中下位置分别一个。

综上所述，本实用新型的设备在工作过程中，通过电源管理模块提供工作电源，然后通过传感器模块采集用户颈部的体征信号，通过多通道采集模块转换成数字信号，再由嵌入式数据处理模块触发控制信号至矫正模块和无线通信模块，智能终端模块接收无线通信模块的通信信号实现远程控制，矫正模块通过控制信号对用户颈部进行矫正；本实用新型智能化程度高且便于携带，还降低了矫正成本。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。