一种个性化反馈电刺激的异常姿态精准康复系统

本发明属于智能康复设备领域，具体涉及一种个性化反馈电刺激的异常姿态精准康复系统。

背景技术：

1、青少年姿势性驼背是现代社会普遍存在的一种姿势异常，是近年来儿童青少年体质健康领域的研究热点。其发病机制涉及多种因素，包括年龄、性别、种族、骨骼、肌肉、韧带和姿势因素。健康的脊柱是保持人体正常姿势和运动能力的基础。青少年处在身体快速发育的阶段，神经系统和肌肉骨骼系统尚未完全发育成熟，脊柱过度后凸不仅影响形体美观，还有可能引起脊柱退变、身体功能下降、呼吸功能受损、内脏发育受限，严重影响青少年身心健康。

2、姿势性驼背的主要原因是因为长期的异常姿态导致脊柱的屈肌和伸肌发育失衡，背部肌肉由于长期处于放松状态而会发生一定程度的萎缩。姿势性驼背等不良身体姿态对于骨骼健康的影响是缓慢而持续的，姿态异常会导致人体骨骼肌肉系统由功能性改变向器质性改变过渡。如果等到成年后、疾病或疼痛已经发生后再进行治疗则为时已晚。作为影响青少年身体姿态的的关键因素，青少年姿势性驼背问题备受关注，国内外的研究表明结合电刺激的主动干预方式是改善这一现象行之有效的方法。cobb角是目前标准的背测量方式，它是根据美国整形外科医生john robert cobb命名的，通过测量脊柱x光片中最倾斜的两个椎骨之间的角度得到，此法一开始用于测量脊椎侧弯，其后将其修改应用与侧面胸椎x光片的测量。胸椎1~3节在x光片上会有肋骨及肩膀的影像重叠问题，不容易看清楚，所以较常选择胸椎第4节(t4)及胸椎第12节(t12)当参考点进行测量。此角度是由t4椎体上缘终板、及t12椎体下缘终板的延伸线所形成的交角进行测量，如图8所示。当角a测量出的角度大于40度即为驼背。

3、中国专利cn108514689a公开了一种电刺激矫姿方法及矫姿设备，其中，电刺激矫姿设备包括：采集模块、姿态数据处理模块以及电刺激模块，其中，采集模块，用于采集待矫姿部位的姿态数据；姿态数据处理模块，用于依据采集模块采集的姿态数据，判断姿态变化是否满足触发条件，若是，向电刺激模块输出电刺激指令；电刺激模块，用于依据接收的电刺激指令，输出电刺激，以提示对所述待矫姿部位进行矫姿。本申请实施例提高了矫姿设备的矫姿效果。

4、但是由于个体肌肉特性的差异性,同样的电刺激参数对于不同个体肌肉来说效果有所差异，中国专利cn108514689a仅凭姿态变化来确定电刺激参数难以让不同患者获得同样有效的矫姿效果,同样的参数可能对有的患者达不到电刺激效果，对有的患者却会有明显刺痛感。如何有效精准地实施个性化的电刺激是目前主要需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于针对现有技术的不足，提供了一种个性化反馈电刺激的异常姿态精准康复系统，通过该系统，能够有效判定用户的背部状态与姿势性驼背程度，根据不同用户个体和肌肉状态实施个性化电刺激辅助矫姿，以有效的肌肉刺激达到有效矫姿的效果。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种个性化反馈电刺激的异常姿态精准康复系统，该系统包括：

3、惯性传感单元(imu)，用于测量用户的角，判断其驼背程度；

4、表面电极，贴于胸大肌肌腹和斜方肌中部肌腹，采集肌电信号并施加电刺激；

5、主控模块，用于根据惯性传感单元测量的角判断用户驼背程度，当用户处于肌肉放松状态时，检测身体姿态cobb角，若，则用户姿态正常，系统反馈姿态正常提示，不需要进行姿态矫正；若,则用户为重度驼背，此时系统反馈重度驼背提示，建议用户进行专业的医疗干预；若，则为轻度驼背，若，则为中度驼背，系统能够根据表面电极采集的肌电信号结合驼背程度确定电刺激修正阈值；

6、上位机处理模块，计算用户状态的品质因数和状态的品质因数以及用户放松状态下的品质因数；所述品质因数为胸部肌肉与背部肌肉的肌电信号平均整流肌电值差值；并计算，然后通过电刺激修正阈值对计算结果修正，确定结合驼背状态的个性化电刺激强度，下发电刺激指令。

7、进一步地，所述惯性传感单元(imu)一块贴附于用户背部颈椎第7节c7或胸椎第1节t1，另一块贴附于处胸椎12节t12，通过两块惯性传感单元可以分别得到两处颈椎平面的倾斜角，进而计算出两处颈椎平面的夹角，即cobb角。

8、进一步地，所述表面电极贴附于用户胸大肌肌腹se11、se12和斜方肌中部肌腹se21、se22，其中se11和se12用于表面肌电采集，se21和se22既用于表面电刺激，又用于电刺激输出。

9、进一步地，电刺激修正阈值确定过程为：对背部斜方肌中部肌肉即表面电极se21、se22施加电刺激，强度由开始以步进值缓慢增加，若为轻度驼背，记录用户能感受到电刺激的阈值作为电刺激修正阈值；若为中度驼背，记录用户主动放松状态下背部肌肉依靠电刺激的运动阈值为作为电刺激修正阈值。

10、进一步地，为弱脉冲电流，用于激活肌肉，提醒主动收缩；采用脉冲簇电流刺激方式，用于促进肌肉收缩，提供更强的牵引力。

11、进一步地，所述品质因数具体计算公式为：

12、

13、其中为胸部肌肉的平均整流肌电值，为背部肌肉的平均整流肌电值，通过品质因数表征胸部肌肉与背部肌肉的收缩差异，不同用户个体收缩差异不同。

14、进一步地，平均整流肌电值aemg和肌肉神经募集能力成正比，体现出肌肉主动收缩强度；其计算公式为：

15、

16、其中emg为所采集到有效肌电数值，n为单位时间内数据点个数。

17、进一步地，确定结合驼背状态的个性化电刺激强度公式为：

18、

19、其中，表示个性化反馈电刺激强度，此公式中的cobb为实时角度，若用户为正常姿态，不触发电刺激或停止触发电刺激；若用户为重度驼背，建议用户进行专业的医疗干预。

20、进一步地，所述上位机处理模块确定用户的肌肉疲劳情况，计算公式如下：

21、

22、其中，mpf表示平均功率频率，其值随肌肉疲劳程度加深而减小，表征肌肉疲劳情况，为功率谱密度，为肌电信号频率，和为带通滤波器截止频率；当平均功率频率mpf小于等于预设疲劳阈值mpf(th)时，触发肌肉疲劳预警，停止输出电刺激，建议用户调整姿态以放松肌肉。

23、进一步地，所述上位机处理模块实时显示肌电数据波形与背部姿态图像。

24、本发明的有益效果：本发明基于异常体态所造成的姿势性驼背的原因及当前相关研究现状，充分考虑到不同个体肌肉的差异化，提供了一种个性化反馈电刺激的异常姿态精准康复系统，该系统能够针对不同个体肌肉为反馈电刺激算法定制不同的参数。本发明使得不同用户在使用过程中既能获得合适的电刺激治疗效果，又能避免过度电刺激带来的刺痛感及肌肉疲劳等问题。

1.一种个性化反馈电刺激的异常姿态精准康复系统，其特征在于，该系统包括：

2.根据权利要求1所述的一种个性化反馈电刺激的异常姿态精准康复系统，其特征在于，所述惯性传感单元一块贴附于用户背部颈椎第7节c7或胸椎第1节t1，另一块贴附于处胸椎12节t12，通过两处颈椎平面的夹角，计算出cobb角。

3.根据权利要求1所述的一种个性化反馈电刺激的异常姿态精准康复系统，其特征在于，所述表面电极贴附于用户胸大肌肌腹se11、se12和斜方肌中部肌腹se21、se22，其中se11和se12用于表面肌电采集，se21和se22既用于表面电刺激，又用于电刺激输出。

4.根据权利要求3所述的一种个性化反馈电刺激的异常姿态精准康复系统，其特征在于，电刺激修正阈值确定过程为：对背部斜方肌中部肌肉即表面电极se21、se22施加电刺激，强度由开始以步进值缓慢增加，若为轻度驼背，记录用户能感受到电刺激的阈值作为电刺激修正阈值；若为中度驼背，记录用户主动放松状态下背部肌肉依靠电刺激的运动阈值为作为电刺激修正阈值。

5.根据权利要求4所述的一种个性化反馈电刺激的异常姿态精准康复系统，其特征在于，为弱脉冲电流，用于激活肌肉，提醒主动收缩；采用脉冲簇电流刺激方式，用于促进肌肉收缩，提供更强的牵引力。

6.根据权利要求1所述的一种个性化反馈电刺激的异常姿态精准康复系统，其特征在于，所述品质因数具体计算公式为：

7.根据权利要求6所述的一种个性化反馈电刺激的异常姿态精准康复系统，其特征在于，平均整流肌电值aemg和肌肉神经募集能力成正比，体现出肌肉主动收缩强度；其计算公式为：

8.根据权利要求4所述的一种个性化反馈电刺激的异常姿态精准康复系统，其特征在于，确定结合驼背状态的个性化电刺激强度公式为：

9.根据权利要求1所述的一种个性化反馈电刺激的异常姿态精准康复系统，其特征在于，所述上位机处理模块确定用户的肌肉疲劳情况，计算公式如下：

10.根据权利要求1所述的一种个性化反馈电刺激的异常姿态精准康复系统，其特征在于，所述上位机处理模块实时显示肌电数据波形与背部姿态图像。