生物力学活动监测制造技术

一种可佩戴式传感器设备，包括：运动传感器，被配置为感测二维或三维运动和传感器的方向；以及振动传感器，被配置为感测声学振动。所述设备包括用于将运动传感器和振动传感器附接到身体的装置。所述传感器设备能够结合用于许多应用的身体运动长期监测肌动图肌肉活动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于监测和/或分析例如人类或动物身体中生物力学活动的设备和方法。
技术介绍
监测人类生物力学活动是包括临床和非临床环境等不同范围技术应用的一项重要功能。在临床环境中，这些功能可以包括健康监测，诸如用于诊断、治疗干预、康复、保健和胎儿监测等。在非临床环境中，这些功能可以包括提供人机接口、机器人控制、触觉系统和用于体育训练用途的系统等。当提供综合肌肉活动和运动记录时，现有技术的系统集中于使用肌电图(EMG)传感器监测肌肉活动，即，监测由骨骼肌产生的电活动。这种技术可能有明显的缺点，并且对诸如实验室和临床护理机构等良好控制环境外的使用具有限制。这种电记录系统一般需要单用途传感器(例如出于临床安全和卫生的原因)并使用用于将传感器附接到身体上的粘合剂和导电凝胶以确保与人类被测者的充分电接触。这对肌肉活动感测的实用性和易用性、使用的环境和使用的持续时间施加限制。因此，用这种传感器获取的详细数据可能仅在短时间获得，用于有限范围的被测者运动。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种用于监测和/或分析生物力学活动的替代技术，其降低或者减轻某些或全部这些缺点。根据一个方面，本专利技术提供了一种可佩戴式传感器设备，包括：运动传感器，被配置为感测二维或三维运动和传感器的方向；振动传感器，被配置为感测声学振动；以及用于将运动传感器和振动传感器附接到身体的装置。所述声学振动可以是或者可以表示为生物声学信号。所述声学振动可以是生物声学振动。所述运动传感器可以包括惯性测量单元。所述振动传感器可以被配置为感测骨骼肌振动。所述惯性测量单元可以包括加速度计、陀螺仪和磁力计中的一个或多个。所述惯性测量单元可以被配置为感测传感器本体在空间中围绕至少一个轴的旋转。所述惯性测量单元能够感测三个垂直轴的平移运动和/或围绕三个垂直轴的旋转。所述振动传感器可以包括声学压力传感器。所述振动传感器可以包括加速度计、麦克风和压电换能器中的一个或多个。所述振动传感器可以包括：容积腔室，所述容积腔室在一端通过柔性膜封闭；以及压力换能器，耦接到所述腔室位于所述柔性膜的远端。所述设备可以包括气压计。所述气压计可以被配置为感测环境压力。所述振动传感器和所述气压计可以由单个传感器提供。所述设备还可以包括数据记录装置，被耦接为接收来自所述运动传感器的运动信号以及接收来自所述振动传感器的声学信号(诸如肌肉振动信号或肌动图肌肉信号)，并将所述信号存储为时间的函数。所述设备还可以包括分类处理器，被配置为接收来自所述运动传感器的运动信号以及接收来自所述振动传感器的肌肉信号(或肌动图肌肉信号)，并对所述可佩戴式传感器设备所附接的身体的至少一部分的运动或姿势的模式进行分类。分类处理器可以被配置为使用运动信号和肌肉振动信号(或肌动图肌肉信号)两者来确定所述可佩戴式传感器设备所附接的身体的多个关节部分的运动或姿势的同步模式。所述肌肉振动信号可以是肌动图肌肉信号。所述分类处理器可以被配置为基于所述肌动图肌肉信号对所述可佩戴式传感器设备所附接的身体的至少一部分的运动或姿势的模式进行分类。所述分类处理器可以被配置为将来自所述振动传感器的信号分离成窗口化数据。所述分类处理器可以被配置为对所述窗口化数据进行聚类分析，以确定来自所述振动传感器的信号与活动类型之间的相关性。所述聚类分析可以包括：确定所述窗口化数据的群集，以及比较群集的一个或多个属性与一个或多个阈值。群集的属性可以是群集内的窗口化数据的属性的平均值。一个或多个属性包括以下中的一个或多个：陀螺仪幅值，峰值陀螺仪幅值，环境压力，用户的节奏(其可以是单位时间中所取的若干步)和运动传感器的方向。所述设备还可以包括：分类处理器，被配置为接收来自所述运动传感器的运动信号，接收来自所述气压计的环境压力信号以及接收来自所述振动传感器的信号，并基于接收到的信号对所述可佩戴式传感器设备所附接的身体的至少一部分的运动或姿势的模式进行分类。所述设备还可以包括：分类处理器，被配置为接收来自所述运动传感器的运动信号以及接收来自所述振动传感器的肌肉振动信号(诸如肌动图肌肉信号)，并基于所述运动信号对所述可佩戴式传感器设备所附接的身体的至少一部分的运动或姿势的模式进行分类，以及识别在所述运动或姿势的模式的过程中使用的肌肉活动。所述分类处理器还可以被配置为确定所识别的肌肉活动是否符合与运动的分类模式相一致的预定模式。所述设备还可以包括：分类处理器，被配置为接收来自所述运动传感器的运动信号以及接收来自所述振动传感器的声学信号，并确定所述声学信号何时对应于胎动。所述设备还可以包括：接口模块，被配置为基于所述分类处理器的输出为计算机处理器提供输出控制信号。所述设备还可以包括：接口模块，被配置为基于所述分类处理器的输出为运动设备提供输出控制信号。所述设备还可以包括所述运动设备。所述运动设备可以包括假肢或机器人装置。根据另一个方面，本专利技术提供一种对人类或动物被测者的至少一部分的运动或姿势模式进行分类的方法，包括以下步骤：从附接到所述被测者的运动传感器获得运动信号，所述运动信号指示二维或三维的所述被测者的感测到的运动；从附接到所述被测者的振动传感器同时获得振动信号，所述振动信号指示感测到的骨骼肌振动或来自所述被测者的其它声学输出；以及使用所述运动信号和所述感测到的振动信号(诸如骨骼肌振动信号)以对所述被测者的至少一部分的运动或姿势的模式进行分类。来自所述被测者的其它声学输出可以包括由于胎动导致的声学输出。所述方法还可以包括：使用运动信号和感测到的振动信号以对所述被测者的多个关节身体部分的运动或姿势的模式进行分类。所述方法还可以包括：使用运动信号和感测到的振动信号以控制计算机处理器或运动设备的运动。所述振动信号可以是骨骼肌振动信号。根据另一个方面，本专利技术提供一种协助人类被测者康复的方法，包括：从附接到身体的运动传感器获得运动信号，所述运动信号指示二维或三维的所述被测者的感测到的运动；从附接到所述被测者的振动传感器同时获得振动信号，所述振动信号指示感测到的骨骼肌振动或来自所述被测者的其它声学输出(诸如所述被测者的心率和呼吸)；以及使用至少所述运动信号对所述被测者的至少一部分的运动或姿势的模式进行分类；确定所述被测者的至少一部分的运动或姿势的模式是否符合感测到的骨骼肌振动信号的预定模式；以及取决于所述被测者的至少一部分的运动或姿势的模式是否与感测到的骨骼肌振动信号的预定模式一致，提供可听或可视的反馈给用户。根据另一个方面，本专利技术提供一种监测母体的胎动的方法，包括：从附接到母体的运动传感器获得运动信号，所述运动信号指示二维或三维的所述被测者的感测到的运动；从附接到所述母体的一个或多个声学振动传感器同时获得声学振动信号；以及使用至少来自所述运动传感器的所述运动信号以确定母体活动的时间段以从振动信号中衰减或排除母体声学振动信号，从而检测与胎动相关联的声学振动。所述声学振动信号可以是生物声学信号。所述方法还可以包括：使用从所述声学振动传感器获得的声学振动信号来确定胎儿的方向。所述方法还可以包括：使用从所述声学振动传感器获得的声学振动信号以产生来自母体和/或胎儿身体的心率或呼吸速率。附图说明现将参照附图以示例的方式描述本专利技术的实施例，在附图中：图1示出可佩戴式活动传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可佩戴式传感器设备，包括：运动传感器，被配置为感测二维或三维运动和传感器的方向；振动传感器，被配置为感测声学振动；以及用于将运动传感器和振动传感器附接到身体的装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.04 GB 1319434.51.一种可佩戴式传感器设备，包括：运动传感器，被配置为感测二维或三维运动和传感器的方向；振动传感器，被配置为感测声学振动；以及用于将运动传感器和振动传感器附接到身体的装置。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述运动传感器包括惯性测量单元。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述振动传感器被配置为感测骨骼肌振动。4.根据权利要求2所述的设备，其中所述惯性测量单元包括加速度计、陀螺仪和磁力计中的一个或多个。5.根据权利要求2所述的设备，其中所述惯性测量单元被配置为感测传感器本体在空间中围绕至少一个轴的旋转。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述振动传感器包括声学压力传感器。7.根据权利要求1所述的设备，其中所述振动传感器包括加速度计、麦克风和压电换能器中的一个或多个。8.根据权利要求6所述的设备，其中所述振动传感器包括：容积腔室，所述容积腔室在一端通过柔性膜封闭；以及压力换能器，耦接到所述腔室位于所述柔性膜的远端。9.根据权利要求1所述的设备，包括气压计，被配置为感测环境压力。10.根据权利要求1所述的设备，还包括数据记录装置，耦接为接收来自所述运动传感器的运动信号以及接收来自所述振动传感器的肌肉振动信号，并将所述信号存储为时间的函数。11.根据权利要求1所述的设备，还包括：分类处理器，被配置为接收来自所述运动传感器的运动信号以及接收来自所述振动传感器的肌肉振动信号，并对所述可佩戴式传感器设备所附接的身体的至少一部分的运动或姿势的模式进行分类。12.根据权利要求11所述的设备，其中来自所述振动传感器的信号是肌动图肌肉信号，并且所述分类处理器被配置为基于所述肌动图肌肉信号对所述可佩戴式传感器设备所附接的身体的至少一部分的运动或姿势的模式进行分类。13.根据权利要求11所述的设备，其中所述分类处理器被配置为使用运动信号和肌肉振动信号两者来确定所述可佩戴式传感器设备所附接的身体的多个关节部分的运动或姿势的同步模式。14.根据权利要求11所述的设备，其中所述分类处理器被配置为：将来自所述振动传感器的信号分离成窗口化数据；对所述窗口化数据进行聚类分析，以确定来自所述振动传感器的信号与活动类型之间的相关性。15.根据权利要求14所述的设备，其中所述聚类分析包括：确定所述窗口化数据的群集，以及比较群集的一个或多个属性与对应的阈值。16.根据权利要求15所述的设备，其中所述一个或多个属性包括以下中的一个或多个：陀螺仪幅值，峰值陀螺仪幅值，环境压力，用户的节奏和运动传感器的方向。17.根据权利要求9所述的设备，还包括：分类处理器，被配置为接收来自所述运动传感器的运动信号、接收来自所述气压计的环境压力信号以及接收来自所述振动传感器的信号，并基于接收到的信号对所述可佩戴式传感器设备所附接的身体的至少一部分的运动或姿势的模式进行分类。18.根据权利要求1所述的设备，还包括：分类处理器，被配置为接收来自所述运动传感器的运动信号以及接收来自所述振动传感器的肌肉振动信号，并基于所述运动信号对所述可佩戴式传感器设备所附接的身体的至少一部分的运动或姿势的模式进行分类，以及识别在所述运动或姿势的模式的过程中使用的肌肉活动。19.根据权利要求10...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·威德亚纳森，N·诺兰，R·伍德沃德，S·谢费尔宾，
申请(专利权)人：帝国创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB