本發(fā)明涉及一種運(yùn)動狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)級方法，尤其是指一種人體頭部運(yùn)動基于三軸加速度傳感器的監(jiān)測系統(tǒng)和方法，屬于儀器儀表領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在加速度傳感器中有一種是三軸加速度傳感器，它是基于加速度的基本原理去實(shí)現(xiàn)工作，加速度為空間矢量，如需要了解物體的運(yùn)動狀態(tài)，必須測得其在三個坐標(biāo)軸的分量，另外，在預(yù)先不知道物體運(yùn)動方向的場合下，只有應(yīng)用三軸加速度傳感來檢測加速度信號，由于三軸加速度傳感器體積小，重量輕，可以測量空間加速度，能夠全面準(zhǔn)確反映物體的運(yùn)動性質(zhì)，因此被廣泛航天航空、機(jī)器人、汽車和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

目前在傳統(tǒng)的醫(yī)院中，對于頸椎的監(jiān)測和治療都基于牽引裝置，牽引臂裝置上安裝有傳統(tǒng)的物理形變傳感器，對頸椎的變化進(jìn)行監(jiān)測。牽引裝置是機(jī)械式的在人體脖頸出搭架一個機(jī)械裝置，固定在人體的頸椎，然后通過調(diào)節(jié)牽引臂或者監(jiān)測其物理形變，達(dá)到最直接的糾正頸椎和監(jiān)測其變化的效果。但是牽引裝置通常都比較龐大，不便于使用者攜帶，因此使用者需去到專門的地方才可以進(jìn)行監(jiān)測，且監(jiān)測過程復(fù)雜繁瑣，同時在人體脖頸和頸椎出安置如此大型設(shè)備，給使用者帶來極大的心里壓力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種方便攜帶，監(jiān)測簡便的基于三軸加速度傳感器的頭部運(yùn)動監(jiān)測系統(tǒng)和方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

基于三軸加速度傳感器的頭部運(yùn)動監(jiān)測系統(tǒng)，包括：可穿戴式數(shù)據(jù)采集裝置以及數(shù)據(jù)分析顯示中心；

所述可穿戴式數(shù)據(jù)采集裝置佩戴于人體的頭部，該裝置包括三軸加速度傳感器及與其電連接的處理模塊；

所述三軸加速度傳感器用于檢測人體運(yùn)動時的狀態(tài)數(shù)據(jù)；

所述處理模塊包括控制器、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊，其中所述控制器用于監(jiān)測開關(guān)機(jī)指令或重新校準(zhǔn)指令并執(zhí)行指令；所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲三軸加速度傳感器采集的人體狀態(tài)數(shù)據(jù)，所述傳輸模塊用于接收三軸加速度傳感器采集的人體狀態(tài)數(shù)據(jù)并傳輸至數(shù)據(jù)存儲模塊與數(shù)據(jù)分析顯示中心；

所述數(shù)據(jù)分析顯示中心包括顯示器及處理器，所述處理器用于根據(jù)接收到人體狀態(tài)數(shù)據(jù)根據(jù)公式計(jì)算后生成相應(yīng)的圖表，所述顯示器用于顯示該圖表。

采用如前所述的基于三軸加速度傳感器的頭部運(yùn)動監(jiān)測方法，包括以下步驟：

步驟一：將安裝有三軸加速度傳感器的數(shù)據(jù)采集裝置佩戴于被檢測人的頭部，采集預(yù)定時間內(nèi)的三軸加速度傳感器與物理地面X、Y、Z軸三個方向上的差值角并計(jì)算每個方向上的平均值數(shù)據(jù)，其中預(yù)定時間為小于或等于10s，并將該三個方向上的差值角的平均值數(shù)據(jù)傳輸至處理模塊與數(shù)據(jù)分析顯示中心保存作為監(jiān)測的標(biāo)準(zhǔn)零值；其中當(dāng)人體低頭或仰頭時在身體前后方向產(chǎn)生的基于標(biāo)準(zhǔn)零值的偏角為α，當(dāng)人體頭部左右傾斜時在身體左右方向產(chǎn)生的基于標(biāo)準(zhǔn)零值的偏角為β；

步驟二：三軸加速度傳感器根據(jù)預(yù)定的頻率采集人體運(yùn)動狀態(tài)下的α數(shù)據(jù)及β數(shù)據(jù)，預(yù)定的頻率為1s至60s之間的任意值；

步驟三：數(shù)據(jù)傳輸模塊采集到三軸加速傳感器的α數(shù)據(jù)及β數(shù)據(jù)后傳送至數(shù)據(jù)存儲模塊及數(shù)據(jù)分析顯示中心進(jìn)行保存；

步驟四：處理器對接收到的α數(shù)據(jù)及β數(shù)據(jù)根據(jù)計(jì)算公式獲得α偏角與時間點(diǎn)的關(guān)系、β偏角分析擬合，并根據(jù)人體的運(yùn)動學(xué)模型生成對應(yīng)的人體頭部運(yùn)動狀態(tài)的變化圖表傳輸至顯示器進(jìn)行顯示。

本發(fā)明提供的基于三軸加速度傳感器的頭部運(yùn)動監(jiān)測系統(tǒng)和方法，首先對人體常態(tài)的位置進(jìn)行監(jiān)測后建立標(biāo)準(zhǔn)零值作為參考的基準(zhǔn)位置，；然后再通過對人體運(yùn)動狀態(tài)采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行保存和計(jì)算，即可分析出其頸椎部位運(yùn)動姿態(tài)的顯示結(jié)果，便于使用者或者醫(yī)生進(jìn)行查看和后期的糾正治療等，該檢測裝置攜帶方便，且監(jiān)測時段可以根據(jù)使用者個人時間進(jìn)行安排，數(shù)據(jù)可以隨時進(jìn)行上傳，簡單且實(shí)用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明基于三軸加速傳感器的頭部運(yùn)動監(jiān)測系統(tǒng)框圖；

圖2為本發(fā)明基于三軸加速傳感器的頭部運(yùn)動監(jiān)測方法流程圖；

圖3為為本發(fā)明基于三軸加速傳感器的頭部運(yùn)動監(jiān)測系統(tǒng)的使用狀態(tài)圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參見圖1，本發(fā)明提供的基于三軸加速度傳感器的頭部運(yùn)動監(jiān)測系統(tǒng)，包括：可穿戴式數(shù)據(jù)采集裝置以及數(shù)據(jù)分析顯示中心；

所述可穿戴式數(shù)據(jù)采集裝置佩戴于人體的頭部，該裝置包括三軸加速度傳感器及與其電連接的處理模塊；

所述三軸加速度傳感器用于檢測人體運(yùn)動時的狀態(tài)數(shù)據(jù)；

所述處理模塊包括控制器、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊，其中所述控制器用于監(jiān)測開關(guān)機(jī)指令或重新校準(zhǔn)指令并執(zhí)行指令；所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲三軸加速度傳感器采集的人體狀態(tài)數(shù)據(jù)，所述傳輸模塊用于接收三軸加速度傳感器采集的人體狀態(tài)數(shù)據(jù)并傳輸至數(shù)據(jù)存儲模塊與數(shù)據(jù)分析顯示中心；

所述數(shù)據(jù)分析顯示中心包括顯示器及處理器，所述處理器用于根據(jù)接收到人體狀態(tài)數(shù)據(jù)根據(jù)公式計(jì)算后生成相應(yīng)的圖表，所述顯示器用于顯示該圖表。其中顯示器可以為PC電腦或者平板電腦或者手機(jī)。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)分析顯示中心與所述可穿戴式數(shù)據(jù)采集裝置無線電連接，最優(yōu)方式為wifi或者藍(lán)牙連接。

本發(fā)明提供的可穿戴式數(shù)據(jù)采集裝置小巧攜帶方便，且監(jiān)測數(shù)據(jù)及時，便于使用者進(jìn)行使用。

優(yōu)選的，請參見圖2與圖3，本發(fā)明還提供一種采用上述系統(tǒng)的基于三軸加速度傳感器的頭部運(yùn)動監(jiān)測方法，包括以下步驟：

步驟一：將安裝有三軸加速度傳感器的數(shù)據(jù)采集裝置佩戴于被檢測人的頭部，采集預(yù)定時間內(nèi)的三軸加速度傳感器與物理地面X、Y、Z軸三個方向上的差值角并計(jì)算每個方向上的平均值數(shù)據(jù)，其中預(yù)定時間為小于或等于10s，并將該三個方向上的差值角的平均值數(shù)據(jù)傳輸至處理模塊與數(shù)據(jù)分析顯示中心保存作為監(jiān)測的標(biāo)準(zhǔn)零值；其中當(dāng)人體低頭或仰頭時在身體前后方向產(chǎn)生的基于標(biāo)準(zhǔn)零值的偏角為α，當(dāng)人體頭部左右傾斜時在身體左右方向產(chǎn)生的基于標(biāo)準(zhǔn)零值的偏角為β；在此步驟中，采集平均值數(shù)值時人體狀態(tài)最佳為被測人保持常態(tài)運(yùn)動的狀態(tài)。

步驟二：三軸加速度傳感器根據(jù)預(yù)定的頻率采集人體運(yùn)動狀態(tài)下的α數(shù)據(jù)及β數(shù)據(jù)，預(yù)定的頻率為1s至60s之間的任意值，此頻率可以根據(jù)使用者的需求進(jìn)行設(shè)定。

步驟三：數(shù)據(jù)傳輸模塊采集到三軸加速傳感器的α數(shù)據(jù)及β數(shù)據(jù)后傳送至數(shù)據(jù)存儲模塊及數(shù)據(jù)分析顯示中心進(jìn)行保存；當(dāng)然數(shù)據(jù)傳輸模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時，其需與數(shù)據(jù)分析顯示中心建立連接關(guān)系，而若當(dāng)其未建立連接時，則數(shù)據(jù)則無法實(shí)現(xiàn)同步傳輸，但由于數(shù)據(jù)存儲模塊可存儲數(shù)據(jù)，因此當(dāng)數(shù)據(jù)分析顯示中心與所述可穿戴式數(shù)據(jù)采集裝置在斷開連接后，可穿戴式數(shù)據(jù)采集裝置可繼續(xù)保留更新的數(shù)據(jù)，而一旦數(shù)據(jù)分析顯示中心與可穿戴式數(shù)據(jù)采集裝置建立信號連接后，則可以通過傳輸模塊將更新后的數(shù)據(jù)再同步傳輸給數(shù)據(jù)分析顯示中心進(jìn)行保存，其原理為數(shù)據(jù)采集裝置與數(shù)據(jù)分析顯示中心采用同一個協(xié)議，由于數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)一直在存儲，而數(shù)據(jù)分析顯示中心也有對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫保存解析后的數(shù)據(jù)，而每次數(shù)據(jù)采集裝置與數(shù)據(jù)分析顯示中心連接時，數(shù)據(jù)采集中心將給數(shù)據(jù)分析顯示中心提供數(shù)據(jù)采集中心最后更新數(shù)據(jù)的時間，數(shù)據(jù)分析顯示中心通過對比自身所記錄的數(shù)據(jù)時間，得到兩個時間的差值，在通過指令獲取該差值時間內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。

步驟四：處理器對接收到的α數(shù)據(jù)及β數(shù)據(jù)根據(jù)計(jì)算公式獲得α偏角與時間點(diǎn)的關(guān)系、β偏角分析擬合，并根據(jù)人體的運(yùn)動學(xué)模型生成對應(yīng)的人體頭部運(yùn)動狀態(tài)的變化圖表傳輸至顯示器進(jìn)行顯示。例如監(jiān)測人體脊柱的耦合運(yùn)動。

優(yōu)選的，在執(zhí)行步驟三時，數(shù)據(jù)存儲模塊存儲的數(shù)據(jù)存滿后，最新采集的數(shù)據(jù)將自動覆蓋數(shù)據(jù)存儲模塊中時間最早的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲模塊為一定容量的存儲空間，數(shù)據(jù)存儲有前到后一旦存滿，則最新的數(shù)據(jù)將重新按照從前到后的順序存儲，依次覆蓋原來的數(shù)據(jù)，舉例而言，假設(shè)將存儲空間按照1、2、3......N的順序進(jìn)行排列編碼，當(dāng)數(shù)據(jù)存儲從1～N均存滿后，則當(dāng)下采集的數(shù)據(jù)又重新按照1～N順序進(jìn)行存儲，其存于編號為1的區(qū)間內(nèi)，再下一秒的數(shù)據(jù)則存儲于編號為2的區(qū)間。

優(yōu)選的，在執(zhí)行步驟一之前，還包括控制器檢測裝置是否重開機(jī)指令或是否接收到校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)零值指令；當(dāng)接收到重開機(jī)指令或校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)零值指令時，則將重新執(zhí)行步驟一。例如當(dāng)使用者激發(fā)重新校準(zhǔn)的指令時，則將按照步驟一的方式對標(biāo)準(zhǔn)零值進(jìn)行從新檢測。因此該基于三軸加速度傳感器的系統(tǒng)可以適用于不同的人使用。

本發(fā)明提供的基于三軸加速度傳感器的頭部運(yùn)動監(jiān)測方法，首先對人體常態(tài)的位置進(jìn)行監(jiān)測后建立標(biāo)準(zhǔn)零值作為參考的基準(zhǔn)位置，因?yàn)槊總€人佩戴上數(shù)據(jù)采集裝置后，數(shù)據(jù)采集裝置在人體身上的位置都不是統(tǒng)一的，這時就存在一個誤差關(guān)系；然后每個人的脊椎頭部曲度也是不一樣的，所以佩戴后，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)位置的校正，重新建立坐標(biāo)系，減少外部因素的固定偏差，得到更準(zhǔn)備的最終結(jié)果數(shù)據(jù)；然后再通過對人體運(yùn)動狀態(tài)采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行保存和計(jì)算，即可分析出其頸椎部位運(yùn)動姿態(tài)的顯示結(jié)果，便于使用者或者醫(yī)生進(jìn)行查看和后期的糾正治療等，該檢測裝置攜帶方便，且監(jiān)測時段可以根據(jù)使用者個人時間進(jìn)行安排，數(shù)據(jù)可以隨時進(jìn)行上傳，簡單且實(shí)用。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。