[发明专利]一种膝关节内外侧受力实时分析系统

说明书

本发明公开了一种膝关节内外侧受力实时分析系统，涉及人体健康监测技术领域。系统包括数据采集系统、数据传输系统、多源信号实时分析系统以及客户端APP，数据采集系统采集的数据由数据传输系统发送给多源信号实时分析系统后，多源信号实时分析系统对膝关节内外侧受力情况进行实时分析，并将分析结果发送给客户端APP进行实时展示，大大提高了监测的实时性，对于人体关节疾病诊断、为矫形设备提供控制依据、矫形效果评估、术后评估等方面具有重要意义。

技术领域

本发明涉及人体健康监测技术领域，特别是涉及一种膝关节内外侧受力实时分析系统。

背景技术

目前我国已经进入老龄化社会，预计2040年我国65周岁及以上人口将占总人口的21.8％；加上生活水平提高导致中国肥胖人群显著增加，以及运动员长期高强度训练和比赛、长期体力劳动者以及工伤、交通事故等，导致关节软骨退化、骨性关节炎等关节疾病，骨性关节病发病率逐年上升，年轻化趋势明显。因此人体运动生物力学分析、关节疾病诊疗设备、助力及助残穿戴装备等科研方向成为研究热点。

目前对于病人膝关节疾病诊断的方式主要是通过X光片、核磁共振等影像学手段，膝关节受力分析主要通过基于三维运动捕捉系统的步态实验分析，这种受力分析方式需要安装多台光学捕捉设备，因此占地面积大，设备价格昂贵；而且需要先进行步态实验得到实验数据，再利用生物力学分析软件进行动力学求解，不具有实时性。

发明内容

本发明提供了一种膝关节内外侧受力实时分析系统，可以解决现有技术中的问题。

本发明提供了一种膝关节内外侧受力实时分析系统，包括数据采集系统、数据传输系统、多源信号实时分析系统以及客户端APP；

所述数据采集系统包括IMU数据采集设备、GRF数据采集设备和EMG数据采集设备，所述IMU数据采集设备用于采集用户身体各处的惯性数据，所述GRF数据采集设备用于采集用户足底压力数据，所述EMG数据采集设备用于实时采集肌肉的肌电信号；

所述数据传输系统将数据采集系统采集的数据传输给多源信号实时分析系统；

所述多源信号实时分析系统根据惯性数据，通过基于传感器坐标系和人体关节坐标系的矩阵变换，求解得到下肢实时姿态；然后，所述多源信号实时分析系统根据下肢实时姿态以及足底压力数据进行实时动力学分析，得到膝关节力和力矩数据；所述多源信号实时分析系统利用肌电信号求解得到肌肉力、力矩数据，根据膝关节力、力矩数据和肌肉力、力矩数据进行肌肉特性综合评估，得到各块肌肉的权重分析结果；

所述多源信号实时分析系统根据后续处理得到的膝关节力、力矩数据以及保存的各块肌肉权重分析结果，进行膝关节动态受力分析，得到的分析结果由所述数据传输系统实时传输至客户端APP；

所述客户端APP接收到膝关节动态受力分析结果后，通过膝关节生理学模型实时显示相应的关节力、关节力矩、分布特性数据及其变化规律。

优选地，在用户首次进行膝关节受力分析时，所述IMU数据采集设备、GRF数据采集设备、EMG数据采集设备分别采集惯性数据、足底压力数据和肌电信号，并由所述多源信号实时分析系统分析得到各块肌肉的权重分析结果；

在用户再次进行膝关节受力分析时，所述IMU数据采集设备和GRF数据采集设备分别采集惯性数据和足底压力数据，由所述多源信号实时分析系统进行膝关节动态受力分析。

优选地，所述数据传输系统通过蓝牙将分析结果传输至客户端APP。

优选地，所述客户端APP安装在手机或者电脑中。

本发明中的一种膝关节内外侧受力实时分析系统，具有以下优点：

1、人体关节受力实时预测；

2、便携/可穿戴性—不再局限于运动捕捉系统；